سنگ های قیمتی رشد یافته آزمایشگاهی چگونه ساخته می شوند؟

معرفی

سنگ‌های قیمتی آزمایشگاهی که به‌عنوان سنگ‌های قیمتی مصنوعی یا کشت‌شده نیز شناخته می‌شوند، در یک محیط آزمایشگاهی کنترل‌شده با خواص شیمیایی و فیزیکی مشابه همتایان طبیعی خود تولید می‌شوند. این سنگ های قیمتی ساخته شده توسط انسان به دلیل مقرون به صرفه بودن، منابع اخلاقی و کمترین تأثیرات زیست محیطی، محبوبیت زیادی پیدا کرده اند. در این مقاله، با بررسی تکنیک‌ها و روش‌های مختلفی که برای ایجاد این جایگزین‌های خیره‌کننده برای سنگ‌های قیمتی طبیعی استفاده می‌شوند، به روند شگفت‌انگیز نحوه ساخت سنگ‌های قیمتی آزمایشگاهی خواهیم پرداخت.

مبانی سنگ های قیمتی رشد یافته در آزمایشگاه

بنابراین، سنگ های قیمتی رشد یافته در آزمایشگاه چگونه ساخته می شوند؟ برخلاف سنگ‌های قیمتی طبیعی که میلیون‌ها سال طول می‌کشد تا در اعماق پوسته زمین شکل بگیرند، سنگ‌های قیمتی رشد یافته در آزمایشگاه در مدت زمان بسیار کوتاه‌تری با استفاده از فناوری پیشرفته ایجاد می‌شوند. این فرآیند معمولاً شامل تکرار شرایط زمین‌شناسی است که در آن سنگ‌های قیمتی طبیعی تشکیل می‌شوند و امکان رشد کنترل‌شده ساختارهای کریستالی را فراهم می‌کنند.

فرآیند رشد کریستال

رشد کریستال یکی از جنبه های اساسی ایجاد سنگ های قیمتی آزمایشگاهی است و روش های مختلفی برای دستیابی به آن استفاده می شود. بیایید برخی از رایج ترین تکنیک ها را بررسی کنیم:

1. روش همجوشی شعله

روش شعله فیوژن که به فرآیند Verneuil نیز معروف است، یکی از قدیمی‌ترین و پرکاربردترین تکنیک‌ها برای تولید سنگ‌های قیمتی مصنوعی است. این روش که در سال 1902 توسط یک شیمیدان فرانسوی به نام آگوست ورنوی ابداع شد، شامل ذوب مواد پودری است که سنگ قیمتی را تشکیل می‌دهند و سپس اجازه می‌دهد تا آنها را تبدیل به کریستال کند.

این فرآیند با گرم کردن یک فرم پودری از مواد پایه سنگ قیمتی، مانند اکسید آلومینیوم برای ایجاد یاقوت، یاقوت کبود، یا اسپینل‌های رشد یافته در آزمایشگاه، روی یک پایه کوچک آغاز می‌شود. این ماده توسط یک شعله اکسیژن هیدروژن ذوب می شود و مواد مذاب در حین پایین آمدن به شکل یک گلوله استوانه ای جامد می شوند. سپس بول به آرامی می چرخد ​​در حالی که به تدریج بالا می رود و به کریستال اجازه رشد می دهد.

اگرچه روش Flame Fusion نسبتاً ساده و مقرون به صرفه است، اما سنگ های قیمتی به دست آمده اغلب دارای خطوط رشد قابل مشاهده به دلیل فرآیند خنک سازی سریع هستند. با وجود این، بسیاری از سنگ‌های قیمتی آزمایشگاهی که از طریق Flame Fusion ایجاد می‌شوند، هنوز به دلیل شفافیت و رنگ‌های زنده‌شان بسیار ارزشمند هستند.

2. روش Czochralski

روش Czochralski که اغلب به عنوان روش Cz شناخته می شود، در دهه 1910 توسط دانشمند لهستانی Jan Czochralski توسعه یافت. این تکنیک معمولا برای تولید سنگ های قیمتی تک کریستالی با کیفیت بالا، از جمله الماس های آزمایشگاهی استفاده می شود.

فرآیند Czochralski با ذوب مواد مورد نظر در یک بوته شروع می شود، که سپس به تدریج سرد می شود تا اجازه می دهد یک کریستال دانه کوچک از همان ماده غوطه ور شود و از توده مذاب بیرون کشیده شود. همانطور که دانه به آرامی بیرون می آید، به عنوان یک هسته برای رشد کریستال عمل می کند و به مواد اجازه می دهد تا به یک ساختار بلوری منفرد و پیوسته جامد شوند.

روش Czochralski کنترل بسیار خوبی بر روند رشد ارائه می دهد که منجر به تولید سنگ های قیمتی با کیفیت بالا با شفافیت عالی و ناخالصی های کمی می شود. با این حال، به دلیل نیاز به تجهیزات پیچیده و سرعت رشد کندتر در مقایسه با روش Flame Fusion، فرآیند Czochralski معمولاً برای تولید سنگ‌های قیمتی با ارزش بالاتر استفاده می‌شود.

3. روش هیدروترمال

روش هیدروترمال به طور گسترده برای ایجاد زمرد، آکوامارین و سایر بریل ها و همچنین انواع خاصی از کوارتز استفاده می شود. این تکنیک که در قرن نوزدهم توسط شیمیدان فرانسوی آگوست دو سنارمون ابداع شد، شامل شبیه سازی شرایط طبیعی است که در آن سنگ های قیمتی با استفاده از محفظه های فشار و دمای بالا (HPHT) تشکیل می شوند.

در فرآیند هیدروترمال، یک ظرف فلزی که به اتوکلاو معروف است، با محلولی حاوی مواد شیمیایی لازم و کریستال دانه جواهر مورد نظر پر می شود. سپس ظرف مهر و موم شده و در داخل یک محفظه HPHT قرار می گیرد، جایی که برای مدت طولانی در معرض حرارت و فشار شدید قرار می گیرد. این محیط کنترل شده به کریستال اجازه می دهد تا به آرامی در اطراف دانه رشد کند و یک سنگ قیمتی با کیفیت بالا را تشکیل دهد.

یکی از مزایای روش هیدروترمال این است که می تواند سنگ های قیمتی با وضوح و رنگ استثنایی تولید کند که بسیار شبیه همتایان طبیعی خود هستند. با این حال، این فرآیند می‌تواند زمان‌بر باشد و اغلب هفته‌ها یا حتی ماه‌ها طول می‌کشد تا برای تولید در مقیاس بزرگ مناسب نباشد.

4. روش شار

روش Flux، همچنین به عنوان روش Flux Fusion شناخته می شود، معمولاً برای ایجاد الکساندریت رشد یافته در آزمایشگاه، یک سنگ قیمتی منحصر به فرد که به دلیل خواص تغییر رنگش معروف است، استفاده می شود. این تکنیک شامل حل کردن مواد شیمیایی لازم در یک شار مذاب است که به عنوان یک حلال برای سنگ قیمتی در حال رشد عمل می کند.

روش Flux با حرارت دادن یک ماده فلاکس، اغلب بوراکس، همراه با مواد شیمیایی مورد نظر در یک بوته شروع می شود. هنگامی که مخلوط مذاب می شود، یک کریستال بذر وارد می شود و دما به دقت کنترل می شود تا سنگ جواهر به آرامی در داخل شار رشد کند. هنگامی که کریستال به اندازه دلخواه رسید، از شار خارج شده و با دقت تمیز می شود.

در حالی که روش Flux می تواند الکساندریت زیبایی را که در آزمایشگاه رشد می کند تولید کند، سنگ های قیمتی حاصل ممکن است حاوی اجزاء کوچک یا ترک های ناشی از شار باشند. با این حال، با پیشرفت در فن آوری و تکنیک های پالایش، کیفیت الکساندریت رشد یافته در آزمایشگاه به طور مداوم در حال بهبود است.

5. رسوب بخار شیمیایی (CVD)

روش رسوب شیمیایی بخار که به عنوان CVD نیز شناخته می شود، یک تکنیک نسبتا مدرن است که عمدتاً برای ایجاد الماس های آزمایشگاهی استفاده می شود. این فرآیند شامل استفاده از گاز هیدروکربنی، معمولاً متان، در یک محفظه کم فشار است.

در فرآیند CVD، گاز برای ایجاد پلاسما گرم می شود که مولکول های هیدروکربن را به اتم های کربن تجزیه می کند. سپس این اتم های کربن، لایه به لایه روی دانه الماس می نشینند و یک کریستال الماس مصنوعی را تشکیل می دهند. رشد را می توان با دقت زیادی کنترل کرد و امکان ایجاد الماس های بزرگ و با کیفیت بالا را فراهم کرد.

CVD به دلیل توانایی آن در تولید الماس هایی که از نظر بصری از الماس های طبیعی قابل تشخیص نیستند، محبوبیت قابل توجهی به دست آورده است. علاوه بر این، این روش انعطاف پذیری بیشتری را در شکل دادن به الماس ها ارائه می دهد و آن را برای ایجاد سنگ های قیمتی با طراحی سفارشی ایده آل می کند.

نتیجه

در نتیجه، سنگ‌های قیمتی آزمایشگاهی انقلابی در صنعت جواهرسازی ایجاد کرده‌اند و جایگزینی اخلاقی و مقرون به صرفه برای سنگ‌های قیمتی طبیعی در اختیار مصرف‌کنندگان قرار داده‌اند. از طریق روش‌های مختلف رشد کریستال مانند روش‌های Flame Fusion، Czochralski، Hydrothermal، Flux و CVD، این سنگ‌های قیمتی خیره‌کننده که در آزمایشگاه رشد می‌کنند، به دقت در محیط‌های آزمایشگاهی کنترل‌شده ساخته می‌شوند.

با پیشرفت تکنولوژی و تکنیک های پالایش، کیفیت سنگ های قیمتی تولید شده در آزمایشگاه همچنان بهبود می یابد و طیف گسترده ای از سنگ های قیمتی مصنوعی را ارائه می دهد که از نظر زیبایی و دوام با همتایان طبیعی خود رقابت می کنند. با افزایش تقاضا برای جواهرات اخلاقی و پایدار، انتظار می‌رود که سنگ‌های قیمتی رشد یافته در آزمایشگاه نقش مهمی را در این صنعت ایفا کنند و انتخابی سازگار با محیط‌زیست و اجتماعی برای علاقه‌مندان به جواهرات در سراسر جهان باشند.