Zafiros en crecimiento: métodos y métodos, instalaciones.

Zafiros en crecimiento

En la actualidad, es posible obtener gemas que se han formado en condiciones naturales durante más de mil años, en menos de medio mes. ¡Es realmente impresionante! Las piedras sintéticas encuentran su aplicación en fines científicos e industriales. Los detalles hechos de zafiros son muy duraderos y transparentes. Se utilizan principalmente para fabricar herramientas, lentes y anteojos.

Gracias a la síntesis artificial de zafiros, en el laboratorio es posible cambiar las condiciones de crecimiento de los cristales, dando a las piedras las características deseadas. Por ejemplo, es posible sintetizar un cristal completamente transparente, que también se llama leucozafiro.

La historia de la obtención de zafiros artificiales comienza en 1904, cuando el químico francés O. Verneuil dio a conocer el método de obtención de cristales mediante quemador vertical, alúmina y flujo directo de aire.

Los científicos soviéticos del Instituto de Cristalografía hicieron una contribución significativa al desarrollo ulterior de métodos para obtener gemas artificiales. La obtención de piedras sintéticas con el efecto del asterismo solo fue posible a mediados del siglo XX.

medio

La mayoría de los zafiros se obtienen de tres formas: por los métodos de fusión Verneuil, Czochralski o por zonas. Echemos un vistazo más de cerca a cada uno de estos métodos.

método de Verneuil

Como habrás notado en el nombre del método, el apellido “Verneuil” suena muy similar a “Verneuil”. Auguste Verneuil es el mismo químico que publicó por primera vez un método para obtener zafiros artificiales. Es en honor al científico francés que se nombra este método. El apellido en el método se ha modificado ligeramente, pero el nombre se ha fijado históricamente y no se puede hacer nada al respecto.

El Aparato de Verneuil o Aparato de Verneuil incluye un quemador de oxígeno vertical, un dispensador de alúmina en polvo y una base (la mayoría de las veces de cerámica). El polvo de alúmina bajo la influencia de un vibrador especial se mezcla en un chorro de oxígeno. Bajo la influencia de la temperatura, se derrite y se acumulan gotas de óxido de aluminio fundido en la base del horno (en el pasador).

Con el tiempo, el polvo se endurece, pero sigue siendo suave y quebradizo. La masa del polvo derretido se transfiere al quemador, su parte superior se derrite con el tiempo. Como resultado se obtiene un cierto número de cristales de zafiro, uno de los cuales estará orientado hacia el máximo crecimiento.

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Este cristal inhibirá el crecimiento de los demás y servirá como punto de partida para el crecimiento del cristal final (cristal de Buli). A medida que crece la masa cristalina, se acelera la precipitación de alúmina y la velocidad de salida del chorro de oxígeno (a más oxígeno, mayor temperatura). La parte superior del cristal en crecimiento será redonda, ya que de él fluirán gotas de alúmina fundida, que caerán desde arriba. La base del horno se puede bajar a medida que crece la gema.

Método Chorhalski

El método también se llama el método melt-pull. La tecnología para obtener un cristal de zafiro por este método se basa en el hecho de que el óxido de aluminio fundido se coloca en un gran recipiente resistente al calor hecho de metales refractarios. Por ejemplo, molibdeno o rodio. Luego, la masa fundida se calienta con un inductor de alta frecuencia por encima de la temperatura de fusión y se introduce un cristal semilla en ella. Para un crecimiento uniforme de los cristales, la semilla se levanta lentamente y se gira. El cristal crece alrededor de la semilla y se dibuja en un cilindro monolítico.

Método de fusión por zonas

Actualmente, el método de fusión por zonas se está volviendo cada vez más popular. Muchos artículos científicos se han dedicado a este método. Hay dos tipos de métodos: dirigidos horizontalmente y dirigidos verticalmente. El método determina la presencia de un calentador que se mueve a lo largo del sustrato (horizontal o verticalmente), por lo que se calienta la zona donde crecerá el cristal.

Una desventaja insignificante, pero aún así, del método es que, debido a un cambio brusco de temperatura durante la extracción del cristal, a menudo se rompe en dos partes. Sin embargo, este hecho no interfiere en absoluto con los artesanos de la joyería.

Tecnología para la obtención de zafiros estrella

En 1949, la empresa estadounidense Linde, bajo la dirección de Union Carbide, patentó un método para obtener zafiros con efecto asterismo. La esencia del método es agregar una pequeña cantidad de rutilo (del 0,1 % al 0,3 %) al polvo de óxido de aluminio. La complejidad del método radica en el hecho de que el rutilo se distribuye de manera desigual en la estructura cristalina sin tecnología especial. Sin una distribución uniforme de rutilo, una estrella en un zafiro no ocupará toda la superficie de la piedra, lo que reducirá significativamente su valor.

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Para lograr una distribución uniforme de los microcristales de rutilo en la periferia del mineral, se propuso un método de mezcla cambiando periódicamente la temperatura. Esto se puede lograr si el oxígeno se suministra de manera desigual. De esta manera, las capas de rutilo se pueden colocar en capas en el cristal en crecimiento. La práctica ha demostrado que las muestras más valiosas se obtienen si las capas se alternan con una frecuencia de 1 mm.

La tecnología de crecimiento de cristales en forma de estrella es un vívido ejemplo de cómo es posible cambiar la apariencia final de un cristal sintetizado controlando las condiciones para su producción.

Zafiro cultivado: ¿qué tipo de piedra?

El zafiro es la piedra real. Antiguamente, se usaba para decorar los ajuares reales: las mejores copias se coronaban con las coronas de los zares rusos y los gobernantes británicos. El zafiro también cuesta mucho, por lo que se han realizado intentos de sintetizarlo en el laboratorio durante mucho tiempo.

Los métodos modernos de síntesis hacen posible el crecimiento de cristales con propiedades idénticas a las naturales. Solo un especialista puede distinguirlos de los zafiros ordinarios.

Primeros intentos de síntesis

El primer zafiro sintético fue obtenido por el químico francés Verneuil en 1904. Para ello, utilizó un método inventado por él mismo: colocó una mezcla finamente molida en la llama de un mechero de hidrógeno. El método Verneuil encontró rápidamente un uso generalizado y todavía se usa casi sin cambios en la actualidad. Pero no es perfecto, por lo que los experimentos continuaron.

En 1916, el químico polaco Jan Czochralski ideó un método para hacer crecer cristales a partir de una masa fundida. Según la leyenda, dejó caer el mango en un crisol con estaño fundido y, cuando lo sacó, notó que un delgado hilo de metal solidificado se arrastraba detrás del mango. Resultó que tiene una estructura monocristalina. El químico desarrolló un método para la síntesis de otros monocristales, que más tarde se denominó método Czochralski.

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El primer zafiro hidrotermal fue creado hace casi 60 años por dos investigadores: Laudise y Balman. Consiguieron obtener una piedra incolora de gran calidad. Y unas décadas más tarde, los científicos de Novosibirsk recogieron un dopante basado en níquel divalente, logrando un color de zafiro “azul cielo” uniforme. Desde 1995, la tecnología se ha utilizado con fines industriales y, posteriormente, se complementó y amplió.

Cómo se cultivan los zafiros

El método Verneuil consiste en hacer crecer cristales a partir de una masa fundida. La carga de alta pureza se coloca en un horno especialmente diseñado, donde ingresa a la cámara de combustión y se funde. Resulta que una gota que cae sobre un sustrato cerámico, primero forma un cono en expansión y luego un cilindro, que se llama bola.

El método Verneuil se puede utilizar para sintetizar zafiros “estrella” o zafiros con efecto de asterismo.. En la superficie de tal piedra hay una estrella brillante con 6 o 12 rayos. Para obtener un efecto óptico en la etapa de síntesis, se introduce una pequeña cantidad de óxido de titanio en la materia prima.

El método Verneuil es accesible y relativamente simple. Con su ayuda, puede cultivar una gran cantidad de zafiros de buena calidad en poco tiempo. Pero los corindones obtenidos por este método tienen desventajas:

  • distribución desigual del color;
  • fuerte estrés interno;
  • muchas inclusiones: burbujas de gas, grietas;
  • talla pequeña.

Estas deficiencias no existen en los zafiros sintetizados por el método Czochralski: permite obtener corindones de alta calidad de gema. La mezcla triturada se coloca en un recipiente especial hecho de metal refractario (por ejemplo, platino). Bajo la influencia de la presión y las altas temperaturas, la semilla se extrae, lo que conduce a la formación de un cristal.

características de

Las características estándar se utilizan para evaluar la calidad de los zafiros sintéticos. Cuanto mejor sea el color, la claridad, el corte y el peso de la piedra, mayor será su costo.

El color es la característica más importante del zafiro. En mineralogía, el corindón azul en realidad se llama zafiro. El costo se ve afectado no solo por la sombra, sino también por la intensidad del color y su luminosidad.

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Los tonos más famosos son el azul real y el azul aciano de cachemira. Las piedras azul aciano tienen un brillo sedoso y parecen brillar desde el interior.

Los zafiros azul oscuro, que recuerdan a los australianos, no son muy valorados. Lo mismo puede decirse de las piedras de color azul claro.

Los zafiros de colores fantasía también se utilizan en joyería. Los métodos de síntesis modernos le permiten crear piedras:

  • amarillo;
  • verde
  • rosa anaranjado (padparadscha);
  • kunzita (púrpura);
  • con efecto alejandrita – cambio de color según la iluminación;
  • bicolor – con una clara transición entre diferentes colores en la piedra.

La presencia de asterismo (estrella de rayo) o el efecto de cambio de color aumenta el costo del zafiro: en la naturaleza, estas piedras son raras y, por lo tanto, tienen una gran demanda entre los joyeros.

Zafiros cultivados RusGems en colores de fantasía

Limpieza

Los zafiros pueden contener inclusiones y grietas. La mayoría de ellos son invisibles a simple vista y, por lo tanto, no afectan la percepción visual de la piedra. Por la naturaleza y ubicación de las inclusiones, se puede determinar el origen del zafiro, así como averiguar por qué método se obtuvo.

Los corindones sintetizados por el método Verneuil a menudo contienen burbujas de gas y grietas. Los zafiros obtenidos por el método Czochralski son más limpios.

Los zafiros naturales puros de más de 5 quilates son raros y muy caros. Cuanto más grande es el zafiro, mayor es su valor por quilate.

Los métodos de síntesis existentes permiten hacer crecer corindones de tamaño suficientemente grande. Por ejemplo, la masa de un cristal sintetizado por el método hidrotermal puede alcanzar los 240 quilates. El método Czochralski produce zafiros con un peso de 10 quilates o más.

Forma de corte

Por regla general, los zafiros son facetados. Proporciona un reflejo uniforme de la luz y realza la luminosidad interior. Formas más populares:

Los zafiros sintéticos no limitan al maestro al elegir una forma de corte. Cuando trabaja con material natural, debe tener en cuenta las características de la piedra: inclusiones, microfisuras, defectos, por lo que la forma no es estándar. El corindón sintético no impone estas restricciones: puedes darle a la piedra cualquier forma.

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Los zafiros con efecto asterismo son de talla cabujón. Esta es la única forma de revelar toda la belleza de la estrella del rayo ubicada en el centro de la piedra.

Zafiro sintético RusGems en talla octágono

Cómo distinguir el zafiro sintético

Al comprar una pieza de joyería, es fácil distinguir el zafiro sintético del natural: debe mirar la etiqueta. La inscripción “sintetizador” significa que frente a usted hay una piedra obtenida en el laboratorio, sin especificar el método. “Gt” – la designación de zafiros hidrotermales, “zafiro de corindón” – cristales obtenidos por el método Verneuil.

Otro marcador visual es el precio. El zafiro natural de alta calidad no puede ser demasiado barato. Las piedras de color azul oscuro se venden a un promedio de $200 por quilate, las piedras de muy buena calidad cuestan $3700 por quilate y más. Si le ofrecen un zafiro barato con un color intenso y sin inclusiones notables, lo más probable es que se cultive en un laboratorio.

Por signos visuales, es difícil distinguir el zafiro sintético del natural: se necesita un equipo especial. Un gemólogo experimentado puede notar patrones de remolinos y zonas de crecimiento debido a la tecnología de síntesis de cristales. Además, el níquel se suele utilizar en síntesis para obtener el color deseado, y no se encuentra en las piedras naturales.

Lo que es interesante zafiro sintético

Los zafiros cultivados son más baratos que los naturales. Al mismo tiempo, crecen en condiciones cercanas a las naturales, pero bajo control humano. Para obtener una piedra preciosa, no es necesario crear canteras profundas, destruir ecosistemas, organizar guerras: todo el proceso se lleva a cabo en el laboratorio.

Las propiedades del zafiro sintético y natural son idénticas. Ambas piedras tienen una dureza de 9 puntos según Mohs: los arañazos no aparecerán en la superficie durante mucho tiempo y los bordes se borrarán.

Los zafiros sintéticos vienen en una amplia gama de colores. La tecnología de síntesis le permite reproducir tonos naturales, así como crear cristales con efecto de asterismo o cambio de color. Conseguirlos en el laboratorio es mucho más fácil que encontrarlos en la naturaleza.

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