Кубическое циркония: производство, качество и рыночные перспективы

Основы

Драгоценные камни охватывают как натуральные, так и искусственные материалы для украшений. В США их классифицируют на натуральные, синтетические и имитации. Натуральные камни ограняют из кристаллических минералов — берилла, корунда, кварца — или органических материалов: янтаря, жемчуга. Синтетические камни выращивают в лабораториях для совпадения оптических, физических и химических свойств натуральных аналогов — примеры: лабораторные алмазы, рубины, сапфиры. Имитации (симулянты) копируют внешность натурального камня, но отличаются внутренними свойствами. Кубическое циркония (CZ) — самый широко используемый симулянт алмаза, введенный в ювелирное производство в 1976 году.

По шкале твердости Мооса натуральные алмазы имеют идеальные 10, CZ — 8,5–9. Преломление алмаза 2,42, CZ — 2,15–2,18, давая похожее, но слегка менее выраженное сияние.

Ранние имитаторы алмаза — стронциев титанат (1955) и иттрий-алюминиевый гранат — в конечном итоге уступили место CZ из-за более близкого визуального сходства с алмазом и лучшей долговечности в ювелирных вставках.

Сырье

Кубическое циркония синтезируют из смеси высокочистых порошков оксида циркония, стабилизированных оксидами магния и кальция. Точный контроль каждого компонента — и иногда добавление следов других элементов — обеспечивает желаемую оптическую чистоту и цветовое соответствие.

Процесс производства

Методы выращивания драгоценных камней делятся на три категории: рост из расплава, растворенного роста и высокотемпературное высокодавленное синтезирование. Для CZ используют метод черепного плавления (skull-melting) из-за высокой температуры плавления и реакционной способности.

Метод черепного плавления

• Медная чашка с полым внутренним пространством, называемая «череп», обкладена водой, охлаждающей внутренние стенки. Чашку заполняют порошковой смесью и нагревают высокочастотной индукцией до плавления.
• Поскольку стенки охлаждаются, плавится только материал в центре чашки, создавая самосодержащуюся расплавленную зону, окруженную неплавленным порошком.
• После нагрева систему охлаждают. Кристаллы нуклеируются и растут до затвердевания расплава. Один цикл черепа дает около 2,205 фунта (1 кг) CZ.

Другие камни, как изумруды и рубины, могут производиться методами Вернеуля, Чохральски или гидротермально, но они неприменимы к CZ из-за экстремальных тепловых требований.

Огранка и полировка

Экспертные огранщики оценивают каждый кристалл для максимизации чистоты и карата при минимизации отходов. Процесс начинается с точной разметки плоскостей расщепления, затем расщеплением или пилением алмазными инструментами. Современные программируемые станки формируют камень заданными размерами.

• Округление (брутинг) сглаживает углы алмазным инструментом.
• Фасонировка на чугунном круге, затем полировка до зеркального блеска.
• Финальная очистка — кипячение в кислоте для удаления остаточных масел, порошков и мусора.

Оценка качества опирается на четыре «К» — карат, цвет, чистота, огранка — зеркаля оценку натуральных алмазов. Для CZ карат измеряют массой; цвет варьируется от почти бесцветного до ярких оттенков; чистота контролируется в лаборатории, но может варьироваться с качеством плавления; качество огранки судят по стандарту 57-граненого Brilliant Cut, установленному Марселем Толковским в 1919 году.

Контроль качества

Продвинутая микроскопия, рефрактометрия и тесты удельного веса гарантируют, что каждый камень CZ соответствует строгим оптическим и физическим критериям. Сравнивая показатель преломления и плотность с эталонами, техники верифицируют подлинность и качество.

Будущее

Аналитики предсказывают стабильный рост ~10% для ювелирных изделий с CZ. Его доступность, улучшенное сияние и универсальность делают его популярным выбором для гвоздиков, солитер и теннисных браслетов. Хотя новые симулянты вроде синтетического моиссанита вошли на рынок, CZ остается самым экономически эффективным и широко доступным альтернативой алмазу.

Годовое производство синтетических и имитационных драгоценных камней в США оценивается примерно в $20 млн, натуральных — в 2,5 раза выше. Продолжающееся расширение масс-маркет ритейлеров и потребительское принятие качественных симулянтов должны поддерживать приоритет CZ в грядущем десятилетии.