Frühe Nutzung natürlicher Quarze

• Bis Mitte des 20. Jahrhunderts wurde überwiegend natürlicher Quarz verwendet – z. B. aus Lagerstätten in Brasilien, Madagaskar oder den USA.
• Der Bedarf an hochreinen, defektarmen und gezielt orientierten Quarzen für Schwingquarze stieg insbesondere im Zweiten Weltkrieg (Radar, Funktechnik) massiv an.
• Natürlicher Quarz zeigte jedoch häufig Einschlüsse, Gitterfehler oder Zwillingsbildungen, was zu instabilen Frequenzen führte.

Entwicklung synthetischer Quarze

• In den 1940er Jahren begann man mit der Synthese von Quarz in sogenannten Hydrothermalanlagen – ein Verfahren, das natürliche Wachstumsbedingungen imitiert.
• Ab den 1950er Jahren wurde die Hydrothermalsynthese industriell etabliert.
• Später optimierte man die Verfahren zur Herstellung hochreiner und defektfreier Quarzblöcke, vor allem für die Halbleiter- und Frequenztechnik.

Basisrohstoff

• Ausgangsstoff ist hochreines Siliciumdioxid (SiO₂) – z. B. in Form von natürlichem Quarz, Amorpher Kieselsäure oder gereinigter Kieselsäure aus chemischen Prozessen.
• Für elektronische Anwendungen sind extrem niedrige Verunreinigungen entscheidend (ppb-Bereich, insbesondere bei Al, Na, Fe).

Das Hydrothermalverfahren

Prinzip

• Nachbildung geologischer Bedingungen: hoher Druck, hohe Temperatur, wasserbasierte Lösung.
• Ähnlich dem Autoklavverfahren, wie es bei synthetischen Edelsteinen verwendet wird.

Prozessschritte

1. Autoklav-Vorbereitung:
   • Ein druckfester Reaktor (Autoklav) wird mit einem mineralischen Nährstoff (z. B. pulverisierter natürlicher Quarz) und einer alkalischen Lösung (meist NaOH oder Na₂CO₃) befüllt.
2. Temperaturgradient:
   • Im unteren Teil: höhere Temperatur (ca. 350–400 °C) → dort löst sich das SiO₂ auf.
   • Im oberen Teil: kühler (ca. 250–300 °C) → dort kristallisiert SiO₂ aus.
3. Keimeinlage:
   • Oben im Autoklav werden Saatkristalle aus Quarz mit definierter Orientierung eingebracht, auf denen das gelöste Siliciumdioxid wächst.
4. Kristallwachstum:
   • Dauer: mehrere Wochen bis Monate.
   • Ergebnis: synthetischer Einkristall-Quarz mit hoher struktureller Perfektion.

Vorteile synthetischen Quarzes:

• Hohe Reinheit (wenige ppm/ppb Verunreinigungen).
• Kontrollierte Kristallorientierung (z. B. AT- oder BT-Schnitt für Schwingquarze).
• Keine Zwillinge oder Einschlüsse wie bei Naturquarz.
• Reproduzierbarkeit der physikalischen Eigenschaften.

Reinigung

• Teils wird das Ausgangsmaterial vor dem Wachstum durch chemische Reinigung oder zonenschmelzenähnliche Verfahren nochmals aufgereinigt.

Verwendung

• Quarzoszillatoren / Schwingquarze: Frequenzstabile Oszillatoren für alle Applikationen in der Elektronik
• Halbleiterindustrie: Quarzglas aus synthetischem Quarz (z. B. für Reaktorrohre).

• Optik: Linsen, Prismen aus kristallinem Quarz.

   

Bei uns wird jeder Quarzrohblock zu 100 % während des Wareneingangsprozess überprüft. Dabei wird die Reinheit und die entsprechenden krystallographischen Achsen optisch (Röntgenprozess) geprüft. Danach erhällt der Quarzrohblock eine vortlauffende Nummer, damit er in die Verfolgbarkeit der Quarzresonatorlose integriert werden kann. D.h., dass unsere Fertigungslosverfügbarkeit bis auf die Eingangsprüfung des Quarzrohblocks zurückgeführt werden kann. Ganz im Sinne unseres ausgeklügelten Feritungsprozesses für Taktgeber höchster Qualität, Performance und Lebensdauer.