Кубический цирконий

<час />

Фон

Драгоценный камень или драгоценный камень можно определить как драгоценный камень или полудрагоценный камень, ограненный и отполированный для личного украшения. Драгоценные камни, производимые в США и других странах-производителях, бывают трех типов; натуральный, синтетический и имитатор. Природные драгоценные камни вырезаны из минералов кристаллической формы, таких как берилл, корунд и кварц. (Алмаз - это кристалл чистого углерода.) Органические материалы, такие как янтарь, коралл, окаменелость, слоновая кость, перламутр, природный и культивированный пресноводный жемчуг и природный морской жемчуг, также считаются природными драгоценными камнями.

Выращенные в лаборатории синтетические драгоценные камни имеют практически такой же внешний вид, оптические, физические и химические свойства, что и природный материал, который они представляют. Синтетические драгоценные камни, производимые в Соединенных Штатах, включают александрит, коралл, алмаз, изумруд, гранат, кварц, рубин, сапфир, шпинель и бирюзу. Также существуют синтетические камни, не имеющие натурального аналога.

Имитаторы - это выращенные в лаборатории драгоценные материалы, которые имеют внешний вид, аналогичный натуральному драгоценному материалу, но обладают другими оптическими, физическими и химическими свойствами. Кубический цирконий (CZ), заменитель алмаза, попадает в эту категорию и впервые был использован для производства ювелирных камней в 1976 году. По шкале твердости для камней настоящий алмаз имеет 10 баллов по сравнению с твердостью в диапазоне 8,5-9. для ЧР. CZ имеет показатель преломления (способность преломлять луч света в красный, оранжевый, зеленый, желтый, фиолетовый и синий цвета) 2,15–2,18 по сравнению с 2,42 для настоящего алмаза.

Предшественниками кубического диоксида циркония в качестве имитации алмаза были титанат стронция (введен в производство в 1955 году) и иттрий-алюминиевый гранат. Однако титанат стронция оказался слишком мягким для некоторых видов ювелирных изделий. Кубический цирконий стал более популярным, так как его внешний вид очень близок к алмазу в качестве ограненных драгоценных камней.

Имитаторы драгоценных камней, производимые в Соединенных Штатах, включают коралл, фианит, лазурит, малахит и бирюзу. Кроме того, определенные цвета синтетического сапфира и шпинели, используемые для обозначения других драгоценных камней, будут классифицироваться как имитаторы. Цветные и бесцветные разновидности CZ являются основными типами производимых имитаторов и находятся на рынке более 30 лет. Как и настоящий алмаз, CZ доступен как в более высоких, так и в более низких классах, от нескольких десятков долларов за карат до 100 долларов за карат для более высоких классов.

В последнее десятилетие использование синтетических и имитирующих драгоценных камней и их признание потребителями выросло. Во многом этот рост является прямым результатом признания этих драгоценных камней за их собственные достоинства, а не только как недорогих заменителей природных драгоценных камней. Годовое производство синтетических и имитирующих драгоценных камней в США в настоящее время оценивается примерно в 20 миллионов долларов, при этом производство природных драгоценных камней примерно в два с половиной раза больше.

Сырье

Кубический цирконий изготавливается из смеси порошков оксида циркония высокой чистоты, стабилизированных магнием и кальцием. Количество каждого ингредиента тщательно контролируется, при этом иногда используются определенные добавки для достижения внешнего вида, похожего на настоящие бриллианты.

Производственный
процесс

Производители синтетических и имитирующих драгоценных камней используют множество различных методов производства, но их можно сгруппировать в один из трех типов процессов:рост расплава, рост раствора или рост при чрезвычайно высоких температурах и высоком давлении. Технологии создания синтетических драгоценных камней включают флюсовые методы для изумруда, рубина, сапфира, шпинели и александрита. Другой метод решения проблемы - гидротермальный метод, часто используемый для выращивания берилла (изумруд, аквамарин и морганит) и кварца. В этом методе используется большой сосуд высокого давления, называемый автоклавом.

Другие методы включают реакции в твердом или жидком состоянии и фазовые превращения нефрита и лазурита; парофазное осаждение рубина и сапфира; керамика для бирюзы, лазурита, коралла; и другие для опала или имитаторов стекла и пластмасс. Процессы плавления Вемей, Чохральского и черепа - это методы плавления, наиболее часто используемые для драгоценных материалов.

Французский химик Эдмон Фреми произвел первые коммерческие синтетические драгоценные камни в 1877 году методом выращивания из расплава. Это были небольшие кристаллы рубина, которые были выращены путем сплавления смеси, содержащей оксид алюминия, в глиняном тигле. Этот процесс длился около восьми дней. Их называли реконструированными рубинами. В 1885 году более крупные синтетические рубины появились с использованием процесса плавления в пламени и порошка оксида алюминия. Позже сапфир, шпинель, рутил и титанат стронция были выращены с помощью этого метода, также известного как метод Вемейля.

Метод вытянутого роста Чохральского, разработанный примерно в 1917 году одноименным ученым, используется для рубина, сапфира, шпинели, иттрий-алюминиевого гамет (YAG), гадолиния-галлий-граната (GGG) и александрита. В методе Чохральского порошкообразные ингредиенты плавятся в платиновом, иридиевом, графитовом или керамическом тигле. Затравочный кристалл прикрепляют к одному концу вращающегося стержня, стержень опускают в тигель до тех пор, пока затравка не коснется расплава, а затем стержень медленно извлекают. Кристалл растет, когда затравка вытягивает материалы из расплава, а материал охлаждается и затвердевает. Тем не менее, из-за поверхностного натяжения расплава растущий кристалл остается в контакте с расплавленным материалом и продолжает расти, пока расплав не истощится.

Обычно затравка извлекается из расплава со скоростью 0,0394–3,94 дюйма (1–100 мм) в час. Кристаллы, выращенные с помощью этого метода, могут быть очень большими, более 1,97 дюйма (50 мм) в диаметре и 3,281 фута (1 м) в длину, и очень высокой чистоты. Ежегодно производители с помощью этого метода выращивают миллионы каратов кристаллов. Для кубического циркония используется метод плавления черепа, который будет описан более подробно ниже.

Некоторые драгоценные камни создают уникальные проблемы, когда их пытаются вырастить. Проблемы возникают из-за того, что некоторые материалы либо настолько реакционноспособны, что их нельзя расплавить даже в нереактивных платиновых и иридиевых тиглях, либо они плавятся при более высоких температурах, чем выдерживают материалы тигля. Следовательно, необходимо использовать другую систему плавления, называемую системой плавления черепа. Кубический цирконий из-за его высокой температуры плавления необходимо выращивать с использованием этого метода.

Таяние

• 1 «Череп» представляет собой медную чашу с полыми стенками. Вода циркулирует через полые стенки, чтобы охладить внутреннюю стенку черепа. Чашка наполняется порошкообразными ингредиентами и нагревается радиочастотной индукцией до тех пор, пока порошки не расплавятся. Поскольку вода охлаждает стенки черепа, порошкообразные материалы рядом со стенками не плавятся, и расплавленный материал содержится внутри оболочки из нерасплавленного материала. Следовательно, реактивный или высокотемпературный расплав содержится внутри самого себя.
• 2 После удаления источника тепла и охлаждения системы кристаллы образуются путем зародышеобразования и растут, пока не затвердеет весь расплав. Кристаллы, выращенные с использованием этой системы, различаются по размеру в зависимости от количества зародышей. При выращивании кубического диоксида циркония один череп дает около 2,205 фунта (1 кг) материала за цикл.

Резка

Огранка любого камня, будь то натуральный или имитационный, зависит от мастерства камнереза. Огранщик должен тщательно оценить кристалл драгоценного камня, чтобы определить, какая часть кристалла должна быть вырезана, чтобы получить камень или камни хорошей чистоты. Огранщик также должен определить, какие формы камня будут максимально использовать кристалл. Огранщик должен как можно больше использовать кристалл, поскольку алмаз слишком ценен, чтобы его тратить.

Пропорции играют важную роль в огранке алмаза. Идеальный камень огранен в соответствии с математическими требованиями, чтобы позволить максимальному количеству света отражаться через камень. Этот тип огранки известен как бриллиантовая огранка. Отклонения от этих установленных пропорций могут уменьшить блеск камня. При работе с бриллиантами огранщик может посчитать более затратным отклонение от этих углов, чтобы удалить дефект или включение, но при этом сохранить максимальный вес в каратах. Поскольку поддельные кристаллы алмаза дешевле и почти безупречны по чистоте, более крупные камни можно огранить до нужных пропорций.

• 3 Резка состоит из нескольких этапов. Сначала на камне отмечают плоскости спайности, а затем раскалывают, чтобы придать камню первоначальную форму. Поскольку кубический диоксид циркония легко раскалывается в направлениях, параллельных октаэдрической грани кристалла, его можно расколоть с помощью специальных инструментов, пропитанных алмазным порошком. Альтернативой скалыванию является распиливание, которое используется для удаления дефектных участков (имитационных камней их будет не так много) с помощью небольшого диска из фосфористой бронзы, пропитанного алмазом по краю. Прецизионные программируемые станки теперь используются для резки камней заданного размера (называемого калибровкой), так что каждый камень может быть изготовлен с одинаковым размером, формой и глубиной.
• 4 Следующий шаг, называемый скруглением или скруглением, заключается в скруглении углов сколотых краев. Это достигается с помощью станка, оснащенного алмазным инструментом, называемым острием.
• 5 После шлифовки или округления камень обрабатывают отрезным кругом из чугуна. Полировка следует за вторичной операцией огранки.
• 6 Последний шаг - тщательная очистка путем кипячения в кислоте для удаления всех следов масла, грязи и алмазного порошка. После осмотра камней под микроскопом их упаковывают в пенопласт.

Контроль качества

Качество настоящего или имитационного камня определяется четырьмя C:каратом, цветом, чистотой и огранкой. Комбинация всех четырех классов определяет окончательное качество и, следовательно, ценность как подлинного, так и имитационного алмаза. Вес в каратах 0,0175 унции (0,5 г) настоящего алмаза - это вес камня в каратах. Синтетические камни всегда тяжелее в каратах, чем настоящие алмазы, так как материал, из которого они сделаны, более плотный.

Цвет алмаза может повлиять на его стоимость. Полное отсутствие цвета соответствует верхнему пределу шкалы, а бледные, неравномерно окрашенные камни составляют нижний предел. Бриллианты с необычно высокой степенью цвета известны как фантазии и оцениваются по ровности, редкости и оттенку цвета. И настоящие, и кубические циркониевые бриллианты доступны в различных цветах от бледно-желтого до ярко-красного.

Чистота - это чистота или прозрачность камня. В настоящих алмазах чистота определяется природой, мельчайшими минеральными следами и небольшими дефектами кристаллов, которые могут омрачить камень. Чем чище камень, тем он ценнее. Чистоту поддельного алмаза можно контролировать в лаборатории. Однако при плохой плавке могут образовываться камни с мелкими включениями. Изменения в смесях оксидов металлов могут изменить цвет камня. Неравномерная окраска фальшивого алмаза так же нежелательна, как и настоящего алмаза.

Из четырех C огранка является наиболее важной для определения блеска алмаза. В 1919 году Марсель Толковски, уроженец Антверпена в третьем поколении огранщик алмазов и студент-механик, определил правильные пропорции, при которых алмаз должен быть огранен, чтобы получить максимальное пламя и блеск. Этот идеал, известный как бриллиантовая огранка, является объективным измеримым стандартом. Каждый бриллиант бриллиантовой огранки имеет 58 граней, ограненных под точно математически определенными углами, чтобы отражать и преломлять максимальное количество световых лучей. Это гарантирует, что бриллиант огранен до наилучших возможных пропорций для оптимальной красоты, а не просто для поддержания максимального веса в каратах. Фактически, пропорция алмазов и степени чистоты определяются с точки зрения степени отклонения от этого стандарта. В методе плавления черепа для выращивания кубического циркония медная чашка с полыми стенками наполняется порошкообразными ингредиентами и нагревается. с помощью радиочастотной индукции до плавления порошков. Циркулирующая вода внутри полых стенок охлаждает внутреннюю стенку черепа. Поскольку вода охлаждает стенки черепа, порошкообразные материалы рядом со стенками не плавятся, и расплавленный материал содержится внутри оболочки из нерасплавленного материала. Следовательно, реактивный или высокотемпературный расплав содержится внутри самого себя. Когда источник тепла удаляется и системе дают остыть, кристаллы образуются путем зародышеобразования и растут, пока весь расплав не затвердеет. Один череп дает около 2,205 фунта (1 кг) кубического циркония за цикл. Этот стандарт также распространяется на имитацию алмазов из фианита.

Хотя бриллиантовая огранка с 58 гранями известна как стандарт качества в огранке, бывают особые случаи, когда необходимы отклонения. Слишком сильное преломление света на небольшой площади снижает четкость, поэтому очень маленькие камни могут обрабатываться с меньшим количеством граней. Камни большего размера могут быть обработаны с большим количеством граней по противоположной причине. Размер камня может настолько увеличить ширину граней, что теряется блеск. Это не редкость, когда таким образом можно найти бриллианты весом в один карат и выше. С появлением новых огранок, таких как Radiant, Princess и Trillion, спрос на многогранные камни увеличился.

Есть множество форм, которые можно вырезать. Круглая огранка обеспечивает максимальный блеск, дисперсию, огонь и является самой популярной из всех оригинальных и имитационных форм алмаза. Овал имеет продолговатую форму, слегка вытянутую форму. Грани вокруг верхней части камня очень похожи на расположение граней на круглом камне. По этой причине овальный бриллиант хорошей огранки имеет сверкающий вид, улавливая и отражая свет со всех сторон. Время (от восьми до 10 часов для одного карата), необходимое для огранки овала, примерно в два раза больше времени, необходимого для огранки круглого камня, потому что для первичной обработки требуется больше времени.

Другие методы испытаний используются для измерения оптических и физических свойств. Бинокулярный микроскоп используется для поиска дефектов, например, включений. Показатель преломления измеряется с помощью рефрактометра. Удельный вес камня определяется по тому, будет ли он тонуть, всплывать или оставаться неподвижным в жидкости с известным удельным весом.

Будущее

По мнению отраслевых экспертов, ожидается, что рынок ювелирных изделий из кубического циркония сохранит стабильную позицию, поскольку розничные торговцы массового рынка продолжают предлагать их своим покупателям, а цена продолжает снижаться. Кубический цирконий также становится все более прибыльным в качестве замены настоящего бриллианта в серьгах-гвоздиках, бриллиантовом пасьянсе и теннисном браслете. Другими словами, это больше не считается дешевой имитацией, особенно с улучшением яркости и отражения. Таким образом, прогнозируется общий рост рынка около 10%. Хотя недавно был представлен новый имитатор алмаза, называемый синтетическим муассанитом (кристаллизованный карбид кремния), более высокая цена и более сложный процесс обработки этого материала ограничивают его конкуренцию с кубическим диоксидом циркония.