Köbös cirkónium

A köbös cirkóniumot a cirkónium oxid köbös formájában először 1937-ben azonosította két ásványtani tudós, M. V. Stackelberg és K. Chudoba természetes cirkonban röntgensugár eltérítés módszerével.
Monoklin kristály formájában a cirkónium oxidot úgy ismerik, mint baddelejitet, meglehetősen kevéssé ismert és érdektelen ásványt. A cirkónium oxid köbös formában szobahőmérsékleten csak bizonyos stabilizálók hozzáadásával létezhet.

A cirkónium oxid (ZrO2) magas, 2750 C hőmérsékletű olvadási pontja miatt az egykristály laboratóriumi növesztése nem ment egyszerűen. Nincs olyan ismert edény, amely képes lenne tárolni ezt az olvadékot ilyen magas hőmérsékleten.
Az 1970-es évek elején egy kutatócsoport a Szovjetunióban tökéletesített egy komplikált kristály növesztési módszert, amelyet ma "skull melting" eljárásnak hívnak.

Egy vízzel hűtött edényt, a "koponyát", amely lényegében rézből készül, megtöltenek az olvasztandó anyaggal (cirkónium por a szükséges stabilizátorral keverve).

Az egész edényt nem hevítik fel, rádióhullám generátor használatával (4 MHz, 100 kW) az anyag belsejét emelik rendkívül magas hőmérsékletre és az saját porának vékony burkában olvad meg.

A cirkónium por szobahőmérsékleten elektromosan szigetelő anyag és nem kezd el melegedni indukció útján, amíg nem adnak hozzá néhány darab cirkónium fémet, amelyeket gyorsan felmelegít a rádióhullám mező. Amikor a környező cirkónium felhevül, az elektromosan szintén vezetővé válik és rövid idő alatt megolvad.

Az összes cirkónium megolvad egy viszonylag vékony réteg (kevesebb, mint egy milliméter) kivételével a koponyához közel, amely szilárd marad, hiszen érintkezésben van a víz hűtötte réz felülettel.

Az egységes anyag biztosítása érdekében azt néhány órán keresztül olvadt állapotban tartják. Ezután csökkentik az elektromos energiát és a "koponyát" igen lassan leeresztik a fűtő csőkígyóból. A kristály növekedés hűtéskor jelentkezik a koponya aljától kezdődően és tovább növekszik felfelé, amíg az egész olvadék megszilárdul, általában több centiméter hosszúságúra. A kristályokat 1400 C körüli hőmérsékleten levegőn 12 órás időtartamban megeresztik, hogy eltávolítsanak belőle minden maradó feszültséget, mielőtt csiszolásra kerülnek.

Amit így előállítottak az egy színtelen, kemény kristály, amelynek látható tulajdonságai jobban megközelítik a gyémánt tüzét és csillogását, mint bármelyik más ismert gyémánt utánzat.

A színtelen anyagon kívül a cirkónium készül egy sor különféle színben is, mint: lila kék, zöld, sárga, barna, narancs, rózsaszín és vörös.

A fizikai és optikai tulajdonságok némileg függenek a használt stabilizátor anyag, mint pl. ittrium oxid (Y2O3), vagy kalcium oxid (CaO) fajtájától és mennyiségétől.

A cirkónium keménysége a Moh-féle skálán 8 – 8.5, összehasonlítva a gyémánt 10-es értékével; 2.16-os fénytörési tényezője némileg alacsonyabb a gyémánt 2.417-es értékénél; diszperziója (0.060) kissé magasabb (a gyémánté 0.044).

Az eredményként megszülető kombináció a gyakorlatlan szem számára csaknem a gyémántéval azonos csillogást és tüzet mutat; még egy drágakő szakértő számára is igazi kihívást jelenthet megbízhatóan különbséget tenni korszerű gemológiai berendezés nélkül.

A gyémánttól való megkülönböztetés lehetséges a tulajdonságok kombinációjának felismerése révén, mely magában foglalja a fénytörés vizuális meghatározását és a tipikus "pavilion flash" jelenséget mágneses térben való vizsgálatkor, valamint viszonylagos kiegyenlítettségét és “árnyék mintázatát” metilén jodid folyadékba való merítésnél. Be nem épített köveket meg lehet különböztetni speciális gravitációs adatok segítségével is.

Csiszolt köbös cirkóniumot ékszerészek 1976 körül használtak először és az gyorsan a mai napig legfontosabb és leginkább meggyőző gyémánt utánzattá vált.

Köbös cirkónium ma a kereskedelemben széleskörűen kapható és nagy mennyiségekben készül Oroszországban, Svájcban és az Egyesült Államokban. Az éves termelés már az 1980-as évek elején meghaladta az 50 millió karátot (10.000 kg).

Szintetikus kövek

Szintetikus kő: mesterséges körülmények között előállított, de az eredeti kövekkel azonos kristályszerkezetű, kémiájú, optikai és fizikai tulajdonságú kő.
Valódi kövek-e a mesterséges rubinok, zafírok, spinellek? A rubin ásvány, a korundnak vörös színű változata, a mesterséges rubin vele vegyi összetételben, fizikai sajátságokban teljesen megegyező műtermék. Az egyik a föld mélyén, egy kialakuló ásványtársaság közepette született, keletkezési körülményeit még távolról sem ismerjük teljes pontossággal. Vegyi gyár kemencéjében született a másik, pontosan kidolgozott, előírt eljárás alapján. Eltérők tehát keletkezési körülményeik s e tény nyomot hagy az egyébként azonos sajátságokkal rendelkező kövek belső felépítésében. Valódi rubinoknak, zafíroknak, spinelleknek stb. csak azok a példányok nevezhetők, melyeknek belső felépítése természetes eredetüket bizonyítja. Ellenkező esetben a kő mesterséges
Az első szintetikusan, vagyis mesterségesen előállított kövek a múlt század 30-as éveiben jelentek meg. Csupán tudományos érdekességük volt, ékszerek céljára túl kicsik voltak. Gazdaságilag használható szintetikus anyagokat a századforduló táján A.V. Verneuil fejlesztett ki cseppolvasztásos eljárása segítségével, és ezt a módszert a mai napig széles körben használják. Elve a következő: egy kemencében körülbelül 2000oC-on porított nyersanyagot olvasztanak meg. A lehulló cseppek egy forgó asztalkára esnek, ahol olvadékhártyát alkotnak, majd lehűlve fokozatosan kikristályosodnak, és lassacskán körtére emlékeztető alakká, olvadékkörtévé épülnek föl. Noha nincsenek kristálylapjai, az olvadék belsőleg teljesen megfelel egy természetes kristálynak. Az olvadékkörték körülbelül 1,5 cm vastagok és több centiméter vastagok lesznek, 200 és 500 karátnyi súlyt érnek el.
A kereskedelemben minden szintetikus úton előállított követ mint „szintetikusat” kell megjelölni. Azonosításuk néha a bennük lévő zárványok alapján történik.

Forrás:
Cally Hall: Drágakövek
Walter Schumann: Drágakő Biblia
DUDICHNÉ-DR. VENDL MÁRIA ÉS DR. KOCH SÁNDOR: A DRÁGAKÖVEK KÜLÖNÖS TEKINTETTEL A MESTERSÉGES DRÁGAKÖVEKRE