Hoe worden in het laboratorium gekweekte edelstenen gemaakt？

Invoering

In het laboratorium gekweekte edelstenen, ook wel synthetische of gekweekte edelstenen genoemd, worden geproduceerd in een gecontroleerde laboratoriumomgeving met dezelfde chemische en fysische eigenschappen als hun natuurlijke tegenhangers. Deze door de mens gemaakte edelstenen zijn in populariteit gestegen vanwege hun betaalbaarheid, ethische herkomst en minimale impact op het milieu. In dit artikel zullen we dieper ingaan op het fascinerende proces van hoe in het laboratorium gekweekte edelstenen worden gemaakt, waarbij we de verschillende technieken en methoden onderzoeken die worden gebruikt om deze verbluffende alternatieven voor natuurlijke edelstenen te creëren.

De basisprincipes van in het laboratorium gekweekte edelstenen

Hoe worden in het laboratorium gekweekte edelstenen gemaakt? In tegenstelling tot natuurlijke edelstenen die miljoenen jaren nodig hebben om zich diep in de aardkorst te vormen, worden in het laboratorium gekweekte edelstenen in een aanzienlijk kortere tijd gemaakt met behulp van geavanceerde technologie. Het proces omvat doorgaans het repliceren van de geologische omstandigheden waaronder natuurlijke edelstenen worden gevormd, waardoor de gecontroleerde groei van kristalstructuren mogelijk wordt.

Het kristalgroeiproces

Kristalgroei is een fundamenteel aspect bij het maken van in het laboratorium gekweekte edelstenen, en er zijn verschillende methoden die worden gebruikt om dit te bereiken. Laten we enkele van de meest voorkomende technieken onderzoeken:

1. Vlamfusiemethode

De Flame Fusion-methode, ook wel het Verneuil-proces genoemd, is een van de oudste en meest gebruikte technieken voor het produceren van synthetische edelstenen. Deze methode, ontwikkeld in 1902 door de Franse chemicus Auguste Verneuil, omvat het smelten van poedervormige materialen waaruit de edelsteen bestaat en deze vervolgens laten stollen tot een kristal.

Het proces begint met het verwarmen van een poedervorm van het basismateriaal van de edelsteen, zoals aluminiumoxide voor het maken van in het laboratorium gekweekte robijnen, saffieren of spinellen, op een klein voetstuk. Het materiaal wordt gesmolten door een knalgasvlam, waarbij het gesmolten materiaal stolt tot een cilindrische bol terwijl het naar beneden komt. De boule wordt vervolgens langzaam rondgedraaid en geleidelijk omhoog gebracht, waardoor het kristal kan groeien.

Hoewel de Flame Fusion-methode relatief eenvoudig en kosteneffectief is, bevatten de resulterende edelstenen vaak zichtbare groeilijnen vanwege het snelle afkoelingsproces. Desondanks worden veel in het laboratorium gekweekte edelstenen die via Flame Fusion zijn gemaakt, nog steeds zeer gewaardeerd vanwege hun helderheid en levendige kleuren.

2. Czochralski-methode

De Czochralski-methode, vaak de Cz-methode genoemd, werd in de jaren 1910 ontwikkeld door de Poolse wetenschapper Jan Czochralski. Deze techniek wordt vaak gebruikt voor het produceren van hoogwaardige monokristallijne edelstenen, waaronder in het laboratorium gekweekte diamanten.

Het Czochralski-proces begint met het smelten van het gewenste materiaal in een smeltkroes, die vervolgens geleidelijk wordt afgekoeld zodat een klein entkristal van hetzelfde materiaal kan worden ondergedompeld en uit de gesmolten massa kan worden getrokken. Terwijl het zaadje langzaam naar buiten wordt getrokken, fungeert het als een kern voor de groei van het kristal, waardoor het materiaal kan stollen tot een enkele, continue kristalstructuur.

De Czochralski-methode biedt grote controle over het groeiproces, wat resulteert in hoogwaardige edelstenen met uitstekende transparantie en weinig onzuiverheden. Vanwege de ingewikkelde apparatuurvereisten en de langzamere groeisnelheid in vergelijking met de Flame Fusion-methode, wordt het Czochralski-proces echter doorgaans gebruikt voor de productie van edelstenen met een hogere waarde.

3. Hydrothermische methode

De hydrothermische methode wordt veel gebruikt voor het maken van in het laboratorium gekweekte smaragden, aquamarijnen en andere berylen, evenals voor bepaalde soorten kwarts. Deze techniek, ontwikkeld in de 19e eeuw door de Franse chemicus Auguste de Senarmont, omvat het simuleren van de natuurlijke omstandigheden waaronder edelstenen worden gevormd door gebruik te maken van hogedruk- en hogetemperatuurkamers (HPHT).

Bij het hydrothermische proces wordt een metalen container, ook wel autoclaaf genoemd, gevuld met een oplossing die de benodigde chemicaliën en het zaadkristal van de gewenste edelsteen bevat. De container wordt vervolgens afgesloten en in een HPHT-kamer geplaatst, waar deze gedurende langere tijd wordt blootgesteld aan extreme hitte en druk. Deze gecontroleerde omgeving zorgt ervoor dat het kristal langzaam rond het zaadje groeit en zo een hoogwaardige edelsteen vormt.

Een van de voordelen van de hydrothermische methode is dat het edelstenen kan produceren met een uitzonderlijke helderheid en kleur, die sterk lijken op hun natuurlijke tegenhangers. Het proces kan echter tijdrovend zijn en vaak weken of zelfs maanden in beslag nemen, waardoor het minder geschikt is voor productie op grote schaal.

4. Flux-methode

De Flux-methode, ook bekend als de Flux Fusion-methode, wordt vaak gebruikt om in het laboratorium gekweekte alexandriet te creëren, een unieke edelsteen die bekend staat om zijn kleurveranderende eigenschappen. Deze techniek omvat het oplossen van de benodigde chemicaliën in een gesmolten vloeimiddel, dat fungeert als oplosmiddel voor de groeiende edelsteen.

De Flux-methode begint met het verwarmen van een fluxmateriaal, vaak borax, samen met de gewenste chemicaliën in een smeltkroes. Zodra het mengsel gesmolten is, wordt er een zaadkristal ingebracht en wordt de temperatuur zorgvuldig gecontroleerd om de edelsteen langzaam in de flux te laten groeien. Wanneer het kristal de gewenste grootte heeft bereikt, wordt het uit het vloeimiddel gehaald en zorgvuldig gereinigd.

Hoewel de Flux-methode prachtige, in het laboratorium gekweekte alexandriet kan produceren, kunnen de resulterende edelstenen kleine insluitsels of scheurtjes bevatten die door de flux zijn veroorzaakt. Door de vooruitgang op het gebied van technologie en raffinagetechnieken wordt de kwaliteit van in het laboratorium gekweekte alexandriet echter voortdurend verbeterd.

5. Chemische dampafzetting (CVD)

De Chemical Vapour Deposition-methode, ook bekend als CVD, is een relatief moderne techniek die voornamelijk wordt gebruikt voor het maken van in het laboratorium gekweekte diamanten. Bij dit proces wordt gebruik gemaakt van een koolwaterstofgas, meestal methaan, in een lagedrukkamer.

Bij het CVD-proces wordt het gas verwarmd om een ​​plasma te creëren, dat de koolwaterstofmoleculen in koolstofatomen afbreekt. Deze koolstofatomen nestelen zich vervolgens laag voor laag op het diamantzaad en vormen een synthetisch diamantkristal. De groei kan met grote precisie worden gecontroleerd, waardoor grote diamanten van hoge kwaliteit kunnen worden gecreëerd.

CVD is aanzienlijk populair geworden vanwege het vermogen om diamanten te produceren die visueel niet te onderscheiden zijn van natuurlijke diamanten. Bovendien biedt deze methode meer flexibiliteit bij het vormgeven van de diamanten, waardoor deze ideaal is voor het maken van op maat ontworpen edelstenen.

Conclusie

Kortom, in het laboratorium gekweekte edelstenen hebben een revolutie teweeggebracht in de sieradenindustrie en bieden consumenten een ethisch en betaalbaar alternatief voor natuurlijke edelstenen. Door middel van verschillende kristalgroeitechnieken zoals de Flame Fusion-, Czochralski-, Hydrothermal-, Flux- en CVD-methoden, worden deze prachtige in het laboratorium gekweekte edelstenen zorgvuldig vervaardigd in gecontroleerde laboratoriumomgevingen.

Met vooruitgang in technologie en raffinagetechnieken blijft de kwaliteit van in het laboratorium gekweekte edelstenen verbeteren, waardoor een grote verscheidenheid aan synthetische edelstenen wordt aangeboden die qua schoonheid en duurzaamheid wedijveren met hun natuurlijke tegenhangers. Naarmate de vraag naar ethische en duurzame sieraden groeit, wordt verwacht dat in het laboratorium gekweekte edelstenen een steeds belangrijkere rol zullen spelen in de industrie, en een milieuvriendelijke en sociaal verantwoorde keuze zullen bieden voor sieradenliefhebbers over de hele wereld.