سنگ شناس |
۳ هفته پیش

گوهرهای سنتتیک انواع روشهای رشد بلورها در آزمایشگاه سنگ شناس

تاریخچه سنگهای مصنوعی

قبل از بررسی انواع رشد بلور های سنگهای قیمتی باید تاریخچه و اهمیت این موضوع را بدانیم.شیشه هزاران سال است که تولید می شود. مصری‌های باستان شیشه سازی را هنر بزرگی می دانستند و زیورآلات یونانی و رومی که از شیشه به عنوان بدل سنگهای قیمتی ساخته است، در موزه ها دیده می شود.حتی امروزه شیشه یک جایگزین بسیار پر کاربرد و محبوب گوهرهای رنگی مانند یاقوت ، زمرد ، آکوامارین و آمتیست است و گاهی می تواند پرکاربرد و جذاب باشد. سنگهای شیشه ای اغلب با پشتی از فویل فلزی سوار می شوند. فویل نور را منعکس می کند و درخشندگی بسیار بیشتری از آنچه یک شیشه به تنهایی می تواند تولید کند، ایجاد می کند. اما شیشه فاقد سختی و دیسپرژن، همانند بسیاری از گوهرهای طبیعی دیگر است و بشر مدت هاست که به دنبال جایگزین های بهتر گوهر است.

گردنبند زیرخاکی باستانی شیشه
این گردنبند مصری مربوط به دوران BCE30 – CE300 است و دارای مهره های شیشه ای سبز است. “گردنبند طلا با مدالیون که یک الهه را به تصویر می کشد.”LACMA 50.22.20.” Public Domain.

در طول صد سال گذشته ، گوهرهای با ارزش یکی پس از دیگری در آزمایشگاه‌ها تولید شده است. اولین تولیدات گوهر مصنوعی، یاقوت سرخ و سفایر بود و به دنبال آن اسپینل ، کوارتز ، زمرد ، الماس ، اوپال ، فیروزه و کریزوبریل تولید شدند. این “گوهرهای سنتتیک” رشد یافته توسط بشر هستند واز نظر فیزیکی ، اپتیکی و شیمیایی با نمونه های طبیعی خود یکسان هستند.لیست طولانی سنگهای سنتتیک اکنون شامل آکوامارین ، بریل طلایی و قرمز ، گارنت ، زیرکن ، اوپال ، فیروزه و بسیاری دیگر است.

در سالهای اخیر تحولات تکنولوژیکی در زمینه نیمه‌رساناها و لیزرها ، صنعت نیاز به تولید بلورهای جدید و خاص با ویژگی های اپتیکی یا الکترونیکی مفید داشته است. برخی از آنها دارای رنگ روشن و یا دارای خصوصیات دیگری مناسب برای استفاده در جواهرات هستند. این جواهرات مصنوعی جدید مشابه طبیعی ندارند. آنها نوآوریهای آزمایشگاهی هستند که درب‌های دنیای سنگ های قیمتی را به سمت و سوی جدید و منحصر به فردی گسترش داده اند.

لازم به یادآوری است که حتی مواد بدلی و شبهه گوهرها می توانند در شبیه سازی سنگهای قیمتی طبیعی بسیار خوب باشند بطوریکه که گاهی چشم به تنهایی نتواند تفاوت آن را تشخیص دهد.مواد مصنوعی می توانند به سنگهای قیمتی طبیعی شباهت زیادی داشته باشد به طوری که حتی گاهی اوقات گوهر شناسان نیز گول می خورند.

حتی ممکن است تولیدکنندگان سعی کنند به طور هدفمندی محصولات را با اضافه کردن ناخالصی و اینکلوژنهایی شبیه به طبیعی بیشتر شبیه کنند. تولید مواد سنتتیک تحت عنوان “گوهر” به یک تجارت عمده تبدیل شده و تکنیک های ساخت آنها به یک هنر زیبا تبدیل شده اند. تشخیص مواد سنتتیک یک چالش مداوم است و باید فقط به یک متخصص گوهرشناس یا آزمایشگاه گوهرشناسی سپرده شود. شناسایی مناسب اغلب به تجهیزات استاندارد علمی گران قیمت و پیشرفته ای نیاز دارد که بسیار فراتر از دسترس یک فروشگاه جواهرات معمولی است. جواهرفروشی که ممکن است هر سنگی را با نگاهی با چشم نيم باز در مقابل پنجره مقابل خورشید تایید و یا “تایید اصالت” کند ، اغلب خود و مشتری خود را گول می زند.سنگهای سنتتیک مصنوعی خام

سنگهای سنتتیک فى نفسه هیچ مشکلی ندارند. آنها باعث می شوند که رنگ و درخشش بهترین گوهرها برای بخش وسیعی از بازار سنگهای قیمتی مقرون به صرفه باشد. اما مشکلات فقط زمانی بوجود می آیند که یک گوهر سنتتیک یا بهسازی شده به عنوان یک سنگ طبیعی و یا بدون بهسازی فروخته شود.

به عنوان مثال ،یک یاقوت سرخ پنج قیراطی با بهترین رنگ و پاکی ممکن است 10000 دلار برای هر قیراط یا بیشتر هزینه داشته باشد. یاقوت سنتتیک با رنگ و پاکی یکسان که ممکن است از نظر ظاهری با سنگ طبیعی قابل تشخیص نباشد ، می تواند به قیمت چند صد دلار یا کمتر به فروش برسد.گوهر طبیعی به دلیل کمیابی دارای ارزش فوق العاده ای است. اما برای شخصی که به خاطر رنگ و درخشش بالا ، آن یاقوت را برای تزئین شخصی می خواهد ، این گوهر سنتتیک کاملاً مناسب است و نباید به دلیل هزینه کم و منشأ “نااصل” آن را تنزل داد.

انواع روشهای رشد بلور (Crystal Growth)

اتمهای یک بلور با آرایش و الگوهای دوره ای منظم (مانند کاغذ دیواری) چیده شده اند. هدف از رشد بلورها، افزودن اتمهای بیشتر و ماندگاری الگو است. از کریستال بذر (seed crystal) برای تهیه الگوی اولیه استفاده می شود و مواد اولیه (اتم های سست) با بخار شدن ، ذوب شدن یا حل شدن در محلول ، پرجنبش می مانند. بنابراین ، بسته به محیطی که برای تبلور استفاده می شود ، ممکن است در مورد رشد بخار ، رشد ذوب ، رشد فلاکس یا رشد محلول صحبت کنیم.

رشد بلور با مجبور کردن اتمهای منفرد در محیط رشد برای اتصال خود به بذر کریستال حاصل می شود. انجام این کار از لحاظ نظری نسبتاً ساده است. تمام آنچه که لازم است این است که محیط رشد حاوی اتمهای منفرد و آزاد بیشتری از آنچه محیط در یک دمای خاص قابل کنترل است، باشد. متأسفانه ، بدین سادگی نیست که اتم ها دقیقاً به همان مکانی که می خواهید بروند ، بروند. به همین دلیل است که برخی از مردم از “هنر و علم رشد بلور” صحبت می کنند.

در جوامع بشری ، وقتی شهرها بیش از حد شلوغ می شوند ، غالباً به حومه شهر مهاجرت می کنند. اگر یک محیط رشد ، فرض کنیم یک “محلول” ، مجبور شود مواد حل شده اضافی در یک درجه حرارت مشخص را دارا باشد ، ممکن است سیستم در دمای پایین تر “از تعادل خارج شود”. جهت تغییر خود به خود جهتی است که برخی از مواد حل شده را از محلول خارج می کند ، مانند مسافران فراری از مرکز شلوغ شهر به حومه آرام!

اگر “تمایل به دامپینگ” به اندازه کافی قوی باشد (به عنوان مثال ، کاهش دما) ، اتم ها به هم می چسبند و کلاسترهای کوچک زیادی را ایجاد می کنند که هسته نامیده می شوند. نحوه دیگر جایگزینی هسته‌زایی تصادفی و کنترل نشده ، تهیه الگو یا کریستال بذر برای اتصال اتمهای اضافی و انباشته شده است. رشد کریستال مهارت زیادی می‌طلبد و بسیاری از موارد ممکن است اشتباه پیش بروند.حال که مقداری از این تئوری را آموختید، پس دیگر باید بدانید که وجود گوهرسنگها در طبیعت بسیار شگفت آور است.

در زیر خلاصه ای از روشهای اساسی مورد استفاده برای رشد بلورها آورده شده است. تمام گوهرهای ساخته شده در آزمایشگاه ها توسط یک یا چند روش از آنها ساخته می شوند.

رشد با بخار (Vapor Growth)

موادی که از بخار بهتر رشد می یابند موادی هستند که با گرم شدن مستقیماً از یک ماده جامد به بخار می رسند و یا آنهایی که اجزای سازنده آنها به راحتی به شکل بخار انتقال می یابند. گفته می شود موادی که به راحتی از جامد به بخار می رسند ، فرار هستند. در تکنیک های انتقال بخار ، ماده مورد نظر (معمولاً در دمای بالا) با ماده دیگری واکنش نشان می دهد و محصولات بوجود آمده طی این واکنش حتی فرارتر از مواد اصلی هستند. این محصولات تازه تشکیل شده به مکان جدیدی منتقل می شوند ، معمولاً در دمای پایین تر ، جایی که آنها برای ایجاد دوباره مواد اولیه در مسیر بازگشتی واکنش نشان می دهند. اگر روش با دقت انجام شود ، واکنش ، تک بلور ایجاد می کند. کریستال های بخار رشد یافته به طور مشخص نیدل‌های بلند یا صفحات نازک هستند. در بعضی موارد رشد کریستال باعث ایجاد اشکالی به هم پیوسته می شود که به عنوان دندریت (به عنوان مثال دانه های برف snowflakes) شناخته می شوند.

رشد بلور به روش CVD

رسوب گذاری شیمیایی بخار (CVD) روشی است که دهه ها برای قرار دادن پوشش های نازک روی سطوح مورد استفاده قرار گرفته است. آشنا ترین آن پوشش آبی روی دوربین و لنزهای دو چشمی است. تنها کاربرد قابل توجه آن در علم گوهرها ،رشد الماس مصنوعیاست (که بعداً بحث خواهد شد).

روش ذوب (Melt Growth)

بیشتر بلورهای طبیعی در محیط‌های مذاب در اعماق زمین رشد میکنند.اندازه کریستال ها در سنگ میزبان و روشی که ذرات بایکدیگر رشد کرده اند برای زمین شناسان معنادار و تاریخچه شگفت انگیز خود را در زمین افشا میکنند. سنگهای قیمتی ، از جمله الیوین (پریدوت) ، فلدسپار و سایر موارد ، گاهی اوقات از بلورهای بزرگتر که در چنین مواد آذرین یافت می شوند ، جدا می شوند.

اصطلاح عمومی Melt Growth ، به معنای انجماد و سفت شدن مواد مذاب است. آب چیزی بیش از یخ ذوب شده نیست. یخ یک ماده جامد بلوری است که فقط در 0 درجه سانتیگراد منجمد می شود. دانه های برف اگرچه دندریتی هستند اما تک بلورهای یخ هستند. با این حال ، یخ های یخچال شما اینگونه نیستند. انجماد کنترل نشده مذاب به طور کلی منجر به تشکیل بسیاری از بلورهای ریز می شود که همگی با همان سرعت کلی رشد می کنند تا فضای موجود را پر کنند. بنابراین یک مکعب یخ یک توده متراکم پلی‌کریستالین است که از کریستالهای بیشمار درون رشدی تشکیل شده است. شمش های ریخته شده فلزات مذاب تقریباً به همان شکل متبلور می شوند.

در بسیاری از موارد جهت رشد بلور از طریق مذاب، نیازمند تجهیزات نسبتاً پیچیده ای است.این روش برای رشد مواد حاوی آب یا اجزای فرار نامناسب است زیرا چنین موادی در نقطه ذوب تجزیه می شوند.به زبان فنی ، یک ماده “ذوب متجانس ” ماده ای است که در مرز بین حالت جامد و مایع تغییر نکند (کل ترکیب در یک دمای خاص ذوب و منجمد شود) و بنابراین می تواند با یکی از روش های زیر رشد کند.

روش ورنویل (Verneuil method)

آگوست ورنویل
آگوست ورنویل

تکنیک ورنویل ” Verneuil ” یا شعله همجوشی یا گداخت شعله ” flame fusion ” در اواخر دهه 1800 توسط آگوست ورنویل ، یکی از پیشگامان بزرگ سنتز سنگ های قیمتی ، ساخته شد.ورنویل در سالهای 1891 و 1892 مقالات مهر و موم شده را به آکادمی علوم پاریس سپرده بود. این اسناد در سال 1910 که باز شد ، جزئیات کار ورنویل درباره سنتز یاقوت سرخ را آشکار کرد و درهای تولید در مقیاس بزرگ را گشود. تجهیزات تفصیلی توسط ورنویل به قدری هوشمندانه طراحی شده اند که هنوز در کارخانه های مدرن از کوره هایی با مشخصات اولیه و همان مشخصات اصلی استفاده می شود.شاید تا کنون چند صد ماده با روش ورنویل رشد کرده باشد و این یکی از کم هزینه ترین روشهای رشد بلور است.کریستال‌های ورنویل به طور معمول فقط چند پنی به ازای هر قیراط تنها پنی به فروش می رسند و به راحتی در دسترس علاقه مندان و گوهرتراشان قرار می گیرند.

روش ورنویل یا همجوشی شعله
شماتیک کلی فرآیند ورنویل

ویژگی اصلی کوره ورنویل مشعل اکسی هیدروژن (مخلوط گاز اکسیژن و هیدروژن) یا اکسی استیلن است. مثلا در مورد یاقوت، پودر ریز شده ماده اولیه آلومینا در ظرفی درون کوره ورنویل قرار می‌گیرد و پس از ورود به کوره ، اکسیژن وارد و با پودر در یک لوله باریک حرکت و سپس به آن هیدروژن وارد میشود. در نقطه ای که محتویات لوله باریک به لوله بزرگتر وارد می‌شوند، احتراق رخ می‌دهد که دما شعله آن حداقل ۲۰۰۰ درجه سانتیگراد در هسته آن است. وقتی پودر از شعله عبور می‌کند، به صورت قطرات کوچکی در می‌آید و روی میله ساپورت خاکی زیر آن چکانده میشود. قطرات به تدریج مخروطی را بر روی میله خاکی تشکیل می‌دهند که قسمت بالایی آن به اندازه کافی به هسته نزدیک است تا در حالت مایع باقی بماند.

در همان قسمت بالایی است که در نهایت بلور هسته تشکیل می‌شود. وقتی قطرات بیشتری روی قسمت بالایی آن می‌ریزند،یک کریستال(تک بلور) منفرد به نام بول (به فرانسوی توپی) شروع به تشکیل می‌کندو تکیه گاه به آرامی به سمت پایین حرکت می‌کند و اجازه می‌دهد تا پایه بول متبلور شود، در حالی که کلاهک آن همیشه مایع است. بول به شکل یک استوانه مخروطی درمی آید. با تأمین مداوم پودر و برداشتن تکیه گاه، بول‌های استوانه ای بزرگی می‌توان بدست آورد. کیفیت بلور Verneuil یا بول به خلوص و اندازه ذرات پودر خوراک ، دمای شعله ، سرعت چرخش و برداشتن میله بذر و توانایی محافظت از کریستال از ناهمواری‌ها (و ناخالصی ها) بستگی دارد.

بول‌های سنتتیک در کنار تراش آنها به روش ورنویل
بول‌های سنتتیک به روش ورنویل یاقوت سرخ و سفایر در کنار تراش خورده آنها. عکس از GIA

محبوبیت روش ورنوئیل برای تولید کریستال با این واقعیت نشان داده می شود که در دهه 1920 ، کارخانه های اروپا سالانه صدها میلیون قیراط بلور ورنویل را تولید می کردند. از جمله سنگهای قیمتی تولید شده به این روش تجاری سفایر، یاقوت سرخ، کراندوم استار ، اسپینل ، روتایل ، تیتانات استرانسیم و مجموعه وسیعی از اکسیدها و سایر ترکیبات است.

توجه: یاقوتی که از مادربزرگ شما به ارث رسیده است ، فقط به دلیل اینکه بیش از 100 سال سن دارد ، نباید طبیعی باشد!

روش چکرالسکی (Czochralski process)

روش چکرالسکی (Czochralski process) با خوراک سیلیکن
روش چکرالسکی (Czochralski process) با خوراک سیلیکن

روش چکرالسکی (Czochralski process) یا “کشش بلورcrystal pulling ” اولین بار در سال ۱۹۱۸ توسط یان چکرالسکی (۱۸۸۵–۱۹۵۳) که یک متالورژیست لهستانی ، ابداع شد.در ابتدا برای اندازه گیری سرعت تبلور فلزات ساخته شده است. او هنگامی که مشغول نوشتن مطلبی بود به اشتباه به جای فروکردن قلم در جوهر آن را در قلع مذاب فرو برد و کشف کرد ماده به دست آمده از آن تک بلور است. اکنون این روش به اندازه روش ورنویل در رشد کریستال سنگهای قیمتی اهمیت دارد و تقریبا کیفیت بهتری از بلور را نسبت به ورنویل ارائه میدهد زیرا چرخش بلور سبب پخش شدن ناخالصی ها اضافه شده به مذاب به طور یکنواخت شده و همچنین کیفیت بلور قابل کنترل تر است.مراحل رشد بلور به روش czochralski

این روش شامل ذوب شدن پودر اولیه در یک بوته از جنس پلاتین یا ایریدیم ، گرافیت یا سرامیک است. یک میله دوار با یک بذر کریستال کوچک در انتهای آن در داخل بوته پایین می آید تا زمانی که فقط به مذاب تماس یابند و سپس به آرامی خارج می شود. تبلور بین مذاب و بذر به صورت نیروی چسبندگی سطحی مقداری از مذاب را به طور ناچیز از بوته بر روی بذر کشیده میشود. رسانش حرارتی ، چرخش متفاوت بوته و بذر و عوامل کنترلی دیگر درنهایت سبب رشد کریستال و جامد شدن میشود. این فرآیند تا جایی ادامه می یابد تا زمانی که کل محتوای بوته بیرون کشیده و به میله اضافه شود.روش چکرالسکی (Czochralski process) جهت رشد بلور

میزان کشش به طور معمول از 1 میلی متر تا 10 سانتی متر در ساعت است. بلورهای چکرالسکی می توانند بسیار بزرگ باشند – اندازه چوب های بیس بال! با این روش تعداد زیادی از کریستال های مورد نیاز با ماده حیاتی مانند سیلیکون خالص ، با کشیدن رشد میکنند. از جمله این بلورها می توان بهسفایر،یاقوت سرخ، YAG ، GGG ،الکساندریتو انواع مختلف اکسیدهای غیرمعمول اشاره کرد.

بریجمن-استوکبرگر (Bridgman-Stockbarger)

فرایند تک کریستال بریجمن-استوکبرگر Bridgman-Stockbarger تقریباً در همان زمان فیزیکدان دانشگاه هاروارد پرسی بریجمن(۱۸۸۲–۱۹۶۱) و دونالد استوکبرگر (۱۸۹۵–۱۹۵۲) فیزیکدان دانشگاه‌ام آی تی گرفته شده‌است. این روش شامل دو متود مشابه ولی مجزا می‌باشد که از آن‌ها برای بزرگ کردن بلور (شمش‌های تک بلور) استفاده می‌شود. از این روش برای جامدسازی شمش‌های پلی کریستال نیز می‌توان استفاده کرد.

در این روش از یک ظرف به شکل خاص استفاده می شود ، به طور کلی یک لوله استوانه ای شکل که به مخروط باریک می شود و در انتهای آن یک نقطه کوچک وجود دارد. این لوله با پودر ماده کریستالی مورد نظر پر شده و از طریق هیتر پایین می آید. مواد اولیه پلی کریستال را تا بیشتر از نقطه ذوب آن گرم کرده و سپس آن را به آرامی از نقطهٔ انتهایی محفظه نگهدارنده مواد اولیه سرد می‌کنیم. در این روش درنقطه انتهایی محفظه تک کریستال اولیه قرار دارد. با سرد شدن محفظه از نقطه‌ای که تک کریستال اولیه قرار دارد تک کریستال شروع به رشد می‌کند. رشد تک کریستال با همان ساختار بلور اولیه و در اطراف آن صورت می‌گیرد و تا جایی پیش می‌رود که به انتهای ظرف نگه دارنده برسد و آن را پر کند (همچنین مواد اولیهٔ آن تمام شود) .

فرایند تک کریستال بریجمن-استوکبرگر Bridgman-Stockbarger
دستگاه رشد بلور فرایند بریجمن-استوکبرگر Bridgman-Stockbarger

تنوع بسیاری در این تکنیک وجود دارد ، برخی از آنها برای کاربردهای خاص مانند رشد فلزات با خلوص بالا سازگار هستند. این مفهوم بسیار ساده است و می توان از آن برای رشد بلورهای بسیار عظیم استفاده کرد که بزرگترین آنها تا به امروز بیش از سه فوت عرض و بیش از یک تن وزن دارد (یدید سدیم ، یدید سزیم و سایر موارد). این ماده معمولاً برای رشد هالیدها ، بسیاری از سولفیدها و انواع اکسیدها استفاده می شود.

skull melting

وقتی مواد چنان واكنش پذیر باشند كه ذوب نشوند ، حتی در ظرفهای غیر واكنشی مانند پلاتین و ایریدیم ، یا اگر نقطه ذوب مواد قابل رشد بیش از مواد موجود در ظرف باشد ، مشكلات آغاز میشود. مورد دوم در مورد اکسید کوبیک زیرکونیوم (CZ) است که در دمای فوق العاده بالای 2750 درجه سانتیگراد ذوب می شود.رشد تک بلور CZ تا دهه 1970 مدیریت نشد ، تا زمانی که یک گروه تحقیقاتی در اتحاد جماهیر شوروی سوسیالیستی تکنیکی (که قبلاً شناخته شده بود) به نام ذوب شدن جمجمه “skull melting ” را کامل می کرد.

رشد بلور به روش SKULL MELTING
کوره جهت رشد بلور به روش Skull-Melting

“skull” یک فنجان با انتهایی باز است که از سیلندرهای مسی ساخته شده با اکسید زیرکونیوم پودر شده پر و تا ذوب شدن پودر گرم می شود. استوانه ها توخالی و آب خنک هستند ، بنابراین زیرکونیا ذوب شده به طور موثری حاوی پوسته ای به ضخامت 1 میلی متر از اکسید زیرکونیم جامد که درست در داخل دیواره های مسی تشکیل می شود میباشد. سپس کل مجموعه اجازه می یابد تا به آرامی خنک شود تا زمانی که کل جرم جامد شود. یک skull معمولی حاوی حدود یک کیلوگرم ماده است که نیمی از آن به صورت CZ قابل تراش ظاهر می شود. اکسید زیرکونیوم تنها ماده مهم سنگ قیمتی است که با این روش رشد داده می شود و در طیف گسترده ای از رنگها و در مکانهای مختلف ساخته می شود.تولید جهانی CZ نه به صورت قیراط بلکه تناژ گزارش شده است!

رشد با محلول (Solution Growth)

محلول‌ها شاید آشنا ترین محیط های رشد کریستال باشند. حتی کار ساده تهیه یک فنجان قهوه فوری یک مطالعه در مورد حلالیت است. اگر در ساحل شنا کنید ، احساس لغزنده و غالباً ناراحت کننده ای که بعد از مدتی احساس می کنید ، ناشی از تبخیر آب دریا است که پوسته ریزی از کلرید سدیم و سایر نمک ها را روی پوست شما ایجاد می کند. حتی می توانید اشکال بلوری آنها (مکعب در مورد کلرید سدیم) را با یک ذره بین مشاهده کنید. رشد محلول دارای مزایای عمده ای است ، از جمله جنب و جوش زیاد اجزای محلول و راحتی و سهولت کنترل . دستگاه رشد محلول می تواند به اندازه یک شیشه ساده ارزان و محیا باشد. با این حال ، بیشتر سنگهای قیمتی به دستگاههای بسیار دقیق و گرانتری احتیاج دارند!

رشد به روش هیدروترمال ( hydrothermal growth process)

اگرچه پنج پوند شکر می تواند در یک چهارم آب جوش حل شود، چنین حلالیت‌های بالا را در بین اکسیدها و سیلیکات ها نمیتوان یافت. علاوه بر این ، اگرچه آب خالص برای بسیاری از ترکیبات یک حلال عالی است ، اما مواد اولیه مورد استفاده برای رشد گوهرها دارای حلالیت بسیار کمی هستند که برای اهداف عملی ، ممکن است غیرقابل حل باشند. گرچه در مورد محیط های طبیعی ، ذره‌ای کانی‌ساز (به عنوان مثال ، هیدروکسید سدیم) محلول در آب گرم به طور چشمگیری توانایی آن را در حل سیلیکات ها مانند کوارتز ، بریل و غیره افزایش می دهد. همچنین قرار دادن آب تحت فشار و دمای بالا در این شرایط بسیار موثرتر است.تحت این شرایط که به ” رشد هیدروترمال ” معروف است بسیاری از بلورهای معدنی می توانند در آزمایشگاه رشد کنند. علاوه بر این ، از آنجا که اینها همان شرایطی هستند که در زمین حاکم هستند ، کریستال های حاصل (مثل کوارتز شفاف) اغلب به طرز شگفت انگیزی شبیه آنچه در ذخایر کانسار معدنی یافت می شود هستند.

فرآیند رشد بلور به روش هیدروترمال
فرآیند رشد بلور کوارتز به روش هیدروترمال

تفاوت عمده ، اندازه است. طبیعت نسبت به خوردگی دیواره های ظرف ، شکاف و سوراخ مجراها در صورت افزایش فشار ، یا حتی شیمی دقیق (یا خلوص) محلول های رشد بی توجه است. طبیعت دما و فشارهای بسیار بالایی را بدون توجه به حد مجاز تولید می کند. نتیجه می تواند واقعاً تماشایی باشد: بلورهای اسپودومن به طول 40 فوت ، فلدسپارهایی به اندازه واگن قطار و بلورهای کوارتز در اندازه یک شخص.

تا به امروز بزرگترین بلورهای هیدروترمال (کوارتز) تولید شده در آزمایشگاه ها کمتر از چند صد پوند وزن دارند.رشد بلورهای قند (نبات) و سایر نمک ها را می توان در دمای اتاق و فشار در ظرف های ساده به دست آورد. سیلیکات ها را نمی توان از این طریق رشد داد. این مواد می توانند در سیلندرهای فولادی بنام بمب که با مواد خوراک ، آب ، کانسار و بلورهای بذر پر شده و در داخل یک واحد مهر و موم شده به نام اتوکلاو قرار می گیرند ، متبلور شوند.

دستگاه رشد هیدروترمال درواقع یک زودپز تحت فشار است. بمب درون دستگاه گرم می شود و از آنجا که مهر و موم شده است ، پس از منبسط شدن آب درون آن و پر شدن استوانه ، با افزایش دما فشار افزایش می یابد. درجه حرارت به دقت کنترل می شود و آب اضافه شده به بمب دقیقاً اندازه گیری می شود تا به یک سطح فشار از پیش تعیین شده برسید.

سنتز هیدروترمال برای کاربردهای تخصصی از اهمیت خاصی برخوردار نیست ، مگر در مورد کوارتز. با این حال ، این سنگ برای سنگهای قیمتی سنتتیک از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است ، زیرا بسیاری از مواد طبیعی به صورت هیدروترمال در زمین تشکیل می شوند. از جمله گوهرهای معمول تولید شده به این روش زمرد ، آمتیست و سیترین است. رشد هیدروترمال به ویژه برای موادی مناسب است که حاوی آب یا سایر اجزای فرار هستند و در اثر ذوب شدن تجزیه می شوند.

رشد فلاکس (Flux Growth)

رشد به روش جریان حلال یا فلاکس از طریق حل شدن مواد در محلول مذاب انجام میشود. آب درواقع یخ مذاب و یک حلال موثر برای بسیاری از مواد آشنا برای همه ما است. این یک حلال به اندازه کافی قدرتمند نیست که بتواند اکثر اکسیدها ، سیلیکات ها و سایر مواد سخت را حل کند. یخ یک ماده جامد بلوری است که در دمای صفر درجه سانتیگراد ذوب می شود. سایر مواد جامد بلوری را می توان در دمای پایین چند صد درجه ذوب کرد. اگر آب (یخ مذاب) حلال خوبی باشد ، قابلیت های محلول سایر مواد مذاب چیست؟

فرآیند رشد فلاکس سنتتیک
فرآیند رشد سنتتیک بلور سنگهای قیمتی به روش فلاکس

مشخص می شود که تعدادی از ترکیبات ، از جمله بوراکس ، اکسید لیتیوم و اکسید مولیبدن ، فلوراید پتاسیم ، اکسید سرب و فلوراید و سایر مخلوط ها ، هنگام ذوب شدن ، حلال های قدرتمندی هستند. در حقیقت ، برخی از تولیدکنندگان بلور معتقدند که از نظر تئوریک می توان برای هر کریستال یک حلال نمک مذاب پیدا کرد. کریستال‌های گوهری اولیه ، یاقوتهای سرخ ساخته شده توسط [ادموند] فرمی شیمی‌دان فرانسوی ، از محلولهای نمک – ذوب‌شده کوراندوم رشد کردند. مجموعه وسیعی از ترکیبات ، که بسیاری از آنها علاقه سنگهای قیمتی دارند ، می توانند از این طریق رشد کنند، از جمله الکساندرایت ، یاقوت و زمرد.

منابع
Understanding Gem Synthetics, Treatments, And Imitations, Part 2: Crystal Growth


#‌سنگ_شناسی #‌سنگ_قیمتی منبع: سنگ شناس

بیشتر...


تبلیغات

تبلیغات

مطالب مرتبط

۵ نکته برای بهبود عکاسی منظره در ساعت طلایی. ساعت طلایی, عکاسی منظره

9 ساعت پیش

به طور کلی این نوع عقیق ها ، اغلب کلسدونی رنگ شده هستند که شکلی شبیه به پوست اژدها (دراگون : Dragon) دارد.

۱ هفته پیش

الماس های سنتتیک hpht و cvd یا رشد یافته در آزمایشگاه (lab-grown) با کیفیت گوهری بیش از هر زمان دیگری در بازار طلا و جواهر موجود است.

۱ هفته پیش

بیشتر...