Synthetische Edelsteine: Wo Wissen Macht ist

Jun 09, 2023

Von Lauriane Lognay

Dies ist Teil zwei einer zweiteiligen Serie, die sich mit den verschiedenen Arten von Methoden und Prozessen befasst, die üblicherweise zur Herstellung synthetischer Edelsteine ​​verwendet werden. Um den ersten Teil zu lesen, klicken Sie hier.

In meiner vorherigen Kolumne habe ich einige Techniken erläutert, die üblicherweise zur Herstellung synthetischer Edelsteine ​​verwendet werden, und dabei Methoden wie Flammenfusion, Flusswachstum, hydrothermales Wachstum und Gilson angesprochen. In dieser zweiten Folge tauchen wir erneut in den synthetischen Pool ein und lernen, wie man mit den verschiedenen auf dem Markt verwendeten Techniken schwimmt.

Für viele in der Branche Tätige könnten synthetische Edelsteine ​​etwas umstritten sein; Doch wie das alte Sprichwort sagt: „Halten Sie Ihre Freunde nah bei sich und Ihre Feinde näher.“ Wenn Sie sich über die unzähligen Methoden zur Herstellung dieser Edelsteine ​​auf dem Laufenden halten, wird es Ihnen tatsächlich leichter fallen, Ihren Kunden zu erklären, wie Kunststoffe angebaut/hergestellt werden, und Sie werden besser verstehen, warum diese Steine ​​einen großen Teil unserer Branche ausmachen.

Wie Sie wahrscheinlich bemerkt haben, erfordern die Methoden und Prozesse zur Züchtung synthetischer Kristalle jeglicher Art erhebliche Chemikalien, Druck und Energie. Wenn es um „im Labor gezüchtete“ Edelsteine ​​geht, ist der Name etwas irreführend (weshalb ich ihn normalerweise nicht verwende). Ein treffenderer Spitzname wäre „Fabrikanbau“, da in der Regel große Fabriken für die Herstellung von Kunststoffen zuständig sind.

Die Herstellung dieser Steine ​​erfordert einen enormen Einsatz von Kraft und Maschinen. Zusammen mit den austretenden Gasen und Dämpfen führt dies dazu, dass synthetische Prozesse die Atmosphäre ebenso (wenn nicht sogar noch stärker) verschmutzen wie jene, die bei Erdabbauarbeiten entstehen. Während einige synthetische Unternehmen eine seriöse Arbeitsmoral haben, befinden sich viele dieser Fabriken in Thailand, China und anderen industrieorientierten Ländern. Die renommiertesten sind in den Vereinigten Staaten, Russland und dem Vereinigten Königreich zu finden.

Ich muss also sagen, dass synthetische Edelsteine ​​weder ethisch vertretbar sind noch saubere Energie verbrauchen. Obwohl mit diesen Verfahren kostengünstiger Schmuck hergestellt werden kann, sollten die Steine ​​nicht als „ethischer“ beworben werden als ihre abgebauten Gegenstücke.1,2,3

Unter den weniger bekannten Techniken zur Herstellung synthetischer Edelsteine ​​wird die Zonenfusionsmethode hauptsächlich im industriellen Bereich und selten in der Schmuck-/Gemmologie eingesetzt. Dieses Verfahren wird hauptsächlich zur Herstellung von synthetischem Korund (Saphir und Rubin), Chrysoberyll (Alexandrit) und Spinell verwendet. Obwohl die hergestellten Kristalle ziemlich rein sind, sehen wir diese Kunststoffe in unserem Markt in der Regel nicht, da die hergestellten Edelsteinblöcke zu groß für die Verwendung in Schmuck sind.

Die Zonenfusionsmethode basiert auf der künstlichen Erzeugung zweier Zonen innerhalb einer Maschine. In einem „Raum“ wächst der Kristallkeim zu einem echten Kristall; in der anderen, die eine höhere Temperatur aufweist, wird die chemische Lösung aufgelöst, um das Endprodukt für das Kristallwachstum zu erhalten. Die beiden Zonen verschmelzen dann miteinander und ergeben den Kunststoff nach Wahl des Herstellers. (Stellen Sie sich den Vorgang so vor, als würden Sie Zutaten in einer Küche mischen und sie dann in einem Ofen erhitzen, um einen Kuchen zu backen.)

Wie der Name schon sagt, basiert diese Methode auf dem Ziehen der Kristalllösung. Es ist das Gegenteil der Verneuil-Methode (beschrieben im ersten Teil dieser Serie);4 beide nutzen die Rotation der Basis, auf der sich der Keim befindet, aber die Czochralski-Methode zieht den Kristall (während umgekehrt die Verneuil-Methode ihn wachsen lässt). ).

Wie die meisten Erfindungen wurde auch diese durch Zufall entdeckt: Im Jahr 1915 tauchte der polnische Wissenschaftler Jan Czochralski bei der Untersuchung verschiedener Metallkristallisationen versehentlich seine Feder in eine geschmolzene Lösung statt in sein Tintenfass. Als er den Stift herausnahm, bemerkte er, dass dieser einen dünnen Faden mit sich zog, der sich als ein einzelner synthetischer Kristall herausstellte. Damit wurde die Czocharlski-Methode (oder „Kristallziehmethode“) erfunden.

Es ist bekannt, dass mit dieser Technik synthetischer Korund (Saphir und Rubin) und Chrysoberyll (Alexandrit) hergestellt werden. Darüber hinaus ist es die einzige Methode, mit der Yttrium-Aluminium-Granat (YAG) und Gadolinium-Gallium-Granat (GGG) hergestellt werden können (diese beiden Arten von Steinen waren vor einigen Jahren recht häufig auf dem Markt, heute jedoch viel seltener). Die Kristallziehmethode wird unter anderem auch häufig für Metalle, Halbmetallkristalle und große Salzkristalle eingesetzt.

Die Wachstumsrate variiert; Rubin beispielsweise wächst etwa 30 bis 250 mm (1,18 bis 9,84 Zoll) pro Stunde. Abhängig von der Silikonmenge in der Kabine kann die Kugel eine Größe von 1 bis 2 m (39 bis 78,7 Zoll) und Kristalle mit einem Durchmesser von bis zu 110 mm (4,3 Zoll) haben.

Der Kristallkeim wird auf einer gegen den Uhrzeigersinn rotierenden Welle abgelegt, die in die Kabine abgesenkt wird, bis sich der Kristallkeim knapp unter der Oberfläche der geschmolzenen Lösung befindet (die Kabine, in der sich die geschmolzene Lösung befindet, dreht sich im Uhrzeigersinn). Der Schaft mit dem Samen wird langsam nach oben gezogen, während der Kristall darauf wächst.

Einschlüsse bleiben die gleichen: einige gekrümmte Streifen (manchmal im Stein) werden sichtbar sein, zusammen mit den üblichen Schleiern.

Das einzige Verfahren zur Herstellung von synthetischem Moissanit, die Sublimationsmethode, ist im Wesentlichen eine Dampfübertragung.

Das Siliziumkarbid wird in einer Kammer unter Vakuum bei 2300 °C (4172 °F) verdampft. Der Dampf strömt dann durch ein poröses Graphitnetz, landet bei 2200 °C (3992 °F) auf der anderen Seite der Kammer und lagert sich rotierend auf dem Kristallkeim ab. Je höher die Temperatur für die Dampfübertragung ist, desto besser ist die Qualität des Kristalls.

Das Verfahren zur Synthese von Moissanit wurde erstmals 1997 eingeführt. Obwohl man mit diesem Moissanit-Verfahren heute nahezu jede Farbe erzielen kann, war dies nicht immer der Fall; Bisher wurden nur farblose, grünliche, gelbe oder braune Produkte produziert.

Zu den häufig in Moissanit vorkommenden Einschlüssen gehören weiße Nadeln oder Filamente, sogenannte „Stringer“, die parallel zur C-Achse des Rohmaterials angeordnet sind. Abgesehen davon sind die Edelsteine ​​rein und praktisch ohne sichtbare Einschlüsse. Sie verfügen außerdem über eine gerichtete Doppelbrechung. Der Stein wird daher eine starke Verdoppelung seiner Facetten und Einschlüsse aufweisen.

Synthetische Moissanits haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit, was bedeutet, dass sie schwer von Diamanten zu unterscheiden sind (selbst wenn Werkzeuge verwendet werden). Diese Kunststoffe haben jedoch eine hohe elektrische Leitfähigkeit, während die meisten Diamanten eine niedrige Leitfähigkeit haben (Typ IIB sind Halbleiter). Dadurch können einige Tester die beiden unterscheiden. Thermotester können Moissanit für Hochdruck-Hochtemperaturdiamanten (HPHT) mit einer blauen Nuance nachweisen.

Die an einem Institut in Moskau entwickelte Schädelschmelzmethode wurde ursprünglich erfunden, um das Problem zu lösen, dass der Schmelzpunkt von kubischem Zirkonoxid (CZ) selbst für Platintiegel zu hoch ist. Bisher ist dies die einzige Methode, mit der CZ hergestellt werden kann.

Der Prozess ist schwierig: Im Wesentlichen bildet das kubische Zirkonoxid seine eigenen Schichten in einem Tiegel, der das geschmolzene Zentrum umschließt, während die äußere Schicht abkühlen und sie „schützen“ kann. Die Außenschicht wird mit Wasser gekühlt, während die geschmolzene Innenseite über eine darum gewickelte Spule erhitzt wird. Das Wasser trägt auch dazu bei, dass die Spule nicht schmilzt, da die Temperaturen im Tiegel extrem hoch werden können. Dabei entsteht etwas, das einem Käselaib ähnelt, der dann in kleinere Teile zerkleinert wird.

Zirkonia sind in der Regel frei von Einschlüssen und kommen in absolut jeder Farbe vor. Abhängig von der verwendeten Chemikalie können die Steine ​​unter ultraviolettem (UV) Licht unterschiedliche Reaktionen zeigen. Wenn beispielsweise Yttrium verwendet wird, wäre die Farbe unter UV gelb (oder grünlich) bis rötlich. Wenn dagegen Kalzium verwendet wird, wäre die Farbe im UV-Licht gelb.

Vor der Herstellung synthetischer Diamanten wollten zahlreiche Wissenschaftler „das Rennen gewinnen“ und als Erste eine Methode zur Herstellung von Steinen finden. Zwischen 1879 und 1928 wurde ein Erfolg behauptet, der jedoch nie bewiesen wurde. Erst in den 1950er Jahren wurden die ersten Prototypen synthetischer Diamanten hergestellt und getestet. Im Rennen waren neben der Sowjetunion und Schweden auch die USA.

Die HPHT-Methode wird üblicherweise zur Herstellung synthetischer Diamanten (insbesondere Melees) verwendet. Das Verfahren ist nach wie vor eine weit verbreitete Technik, vor allem wegen seiner relativ geringen Kosten. (Nebenbei: Dies ist nicht mit der Behandlungsmethode zu verwechseln, die auch „HPHT“ genannt wird, obwohl diese beiden Methoden auf ähnliche Weise funktionieren.)

Der BARS-Apparat (auch „Split Sphere“ genannt) arbeitet mit Ambossdruck, während das Hall-(Band-)Verfahren hydraulischen Druck nutzt. Die Temperaturen erreichen zwischen 1200 und 1500 °C (2192 und 2732 °F) bei einem Druck von etwa 70 kPa.

Bei Diamanten ist es ohne Zugang zu geeigneter Ausrüstung bekanntermaßen schwierig, zwischen abgebauten und im Labor gezüchteten Sorten zu unterscheiden. Diamanttester wie Stifte und kleine thermische Erkennungsgeräte sind nicht unfehlbar. Daher wird empfohlen, die Steine ​​an einen Gemmologen und/oder ein seriöses Labor zu schicken, um ihre Form zu bestimmen.

Es gibt mehrere Arten von Naturdiamanten, darunter Typ IA, IB, IIA, IIB und Typ IIC, außerdem schwarze Diamanten, Farbwechseldiamanten, Typ GRI usw. Obwohl die heutigen Kunststoffe sehr beeindruckend sind, können sie nicht so hergestellt werden, dass sie Typ IA nachbilden.

Die Einschlüsse bei diesen Techniken sind recht ähnlich: Kunststoffe weisen metallische Einschlüsse und möglicherweise sanduhrförmige Farbzonen auf. Der Diamant kann auch vollkommen makellos sein.

CVD wird wie HPHT bei der Herstellung synthetischer Diamanten eingesetzt. Das Ergebnis ist oft ein breiter scheibenförmiger Kristall.

Die chemische Gasphasenabscheidung ist eine Methode, die Mikrowellenenergie nutzt; Ein Niederschlag aus einem Kohlenwasserstoffgasgemisch fällt auf den Kristallkeim und lässt ihn wachsen. Im Gegensatz zur HPHT-Technik (die in Massen hergestellt werden kann) wird CVD in kleinerem Maßstab eingesetzt. Aufgrund seiner Einfachheit und Flexibilität wird es von einigen bevorzugt. Hohe Temperaturen sind nicht erforderlich. Darüber hinaus hat man eine bessere Kontrolle über die entstehenden Verunreinigungen und es ist weniger Druck erforderlich (etwa 27 KPa statt der 70 KPa, die für HPHT erforderlich sind). CVD-Diamanten können makellos sein; Sie können auch einige Einschlüsse aufweisen (z. B. Graphitstücke, kleine weiße Staubwolken auf einer Ebene, Wachstumsmuster, die unter Werkzeugen wie dem DiamondView sichtbar sind).

Beim Kauf eines synthetischen Diamanten kennen Händler die Art des synthetischen Diamanten meist nicht, da danach selten gefragt wird. Bei größeren Steinen lohnt es sich, Laborberichte einzuholen, um alle notwendigen Informationen parat zu haben. Das International Gemological Institute (IGI) und das Gemological Institute of America (GIA) gehören zu den Gruppen, die auf diesem Gebiet bemerkenswerte Arbeit leisten.

Natürlich werden wir mit dem Aufkommen neuer Technologien auf der ganzen Welt weiterhin Veränderungen und Weiterentwicklungen in unserer geliebten Branche erleben. Vielleicht werden wir in ein paar Jahren neue, effizientere Wege zur Züchtung synthetischer Edelsteine ​​und Diamanten entdeckt haben. Das ist ein wunderschöner Aspekt unserer Welt – wir hören nie auf zu lernen!

In der Schmuckbranche ist „Wissen“ weitgehend gleichbedeutend mit „Stärke“. Unabhängig von Ihrer Einstellung zu Kunststoffen ist es für den anhaltenden Erfolg in diesem Geschäft von entscheidender Bedeutung, sich über sie zu informieren. Je mehr Sie wissen, desto besser sind Sie auf die Aufklärung Ihrer Kunden vorbereitet (als Bonus ist es weniger wahrscheinlich, dass Sie selbst betrogen werden, wenn Sie bei unehrlichen Verkäufern kaufen). Wir alle streben danach, es für unsere Welt (und für unsere Kunden als Einzelhändler) besser zu machen. Eine Geschichte zu verkaufen und Ihr umfangreiches Wissen zu teilen, ist fast so gut wie der Schmuck, den Ihre Kunden bei Ihnen kaufen.

Lauriane Lognay ist Mitglied der Gemmological Association of Great Britain (FGA) und hat mehrere Auszeichnungen gewonnen. Sie ist Edelsteinhändlerin und arbeitet mit Juwelieren zusammen, um ihnen bei der Auswahl der besten Steine ​​für ihre Designs zu helfen. Lognay ist Eigentümer von Rippana Inc., einem in Montréal ansässigen Unternehmen, das international in den Bereichen Farbedelsteine, Steinschleiferei und Schmuckdienstleistungen tätig ist. Sie ist per E-Mail unter [email protected] erreichbar.

1 Weitere Informationen zum Bergbau finden Sie unter „Far from home: Mining for Sapphire in Madagascar“, geschrieben von Lauriane Lognay für Jewellery Business. Finden Sie es online hier.

2 Siehe „Jenseits der großen Vier: Alternativen zu natürlichen Edelsteinen finden.“ Finden Sie es online hier.

3 Siehe „Die Wunder Kanadas“. Finden Sie es online hier.

4 Siehe „Kunststoffe kennen und erkennen“. Finden Sie es online hier.