14 : 보석학 합성 보석 14.3 보석 해골 도가니 시련의 장

[백산]

14 : 보석학 합성 보석 14.3  보석  해골 도가니 시련의 장

출처:  Gemology Project   소스: EK 이페어케이 플러스

14.3: 해골 시련의 장

 
보석학
보석학 프로젝트

"두개골 도가니" 또는 "두개골 용융" 방법은 주로 합성 입방 지르코니아를 만드는 데 사용됩니다(적어도 보석 합성에 관해서는).

"두개골" 부분은 결정화된 코어 주위에 형성된 백색 이산화 지르코늄의 얇은 껍질(또는 두개골)을 나타냅니다.

지르코니아(ZrO2)는 자연적으로 발생하며 주로 자연의 단사정이며 Baddeleyite로 알려져 있습니다. "arkelite"로 알려진 입방 형태는 때때로 지르콘에서 발생합니다.

그림 \(\PageIndex{1}\): 해골 도가니 용광로

큐빅 지르코니아의 합성은 20세기 내내 두 가지 주요 문제를 제기했습니다. 

이산화 지르코늄의 융점이 너무 높아서(2750°C) 일반적인 도가니(백금 등)는 그 열을 견딜 수 없었습니다. 

또 다른 문제는 ZrO2 입방체 시스템 대신 단사정 결정으로 결정화되는 경향이 있습니다.

첫 번째 장벽은 이산화 지르코늄 분말이 자체 도가니(두개골)를 형성하도록 하고 두 번째 장벽은 이트리아(Y2O3) 또는 산화칼슘(CaO). 안정제의 몰 비율은 10%에서 30%까지 다양합니다(보통 이트리아의 경우 15%, 산화칼슘의 경우 10%).

산화 지르코늄을 녹이는 데 필요한 고온을 만들기 위해 무선 주파수(RF) 파가 사용됩니다. 

이들은 50kW에서 100kW 사이의 전압으로 약 4MHz의 주파수를 가지고 있습니다(좋아하는 라디오 방송국에 전력을 공급하기에 충분함). 

이 RF 유도는 양호한 전기 및 열 전도체에서만 작동하며 이산화 지르코늄은 그 중 하나가 아닙니다. 

이것은 도가니 중앙에 지르코늄 금속 막대를 놓으면 해결됩니다(반응하여 큐빅 지르코니아 자체로 변함).

지르코늄 금속과 이산화 지르코늄 소스 분말을 도가니 내부(손가락 사이)에 놓고 시스템을 켭니다. 

수도관은 도가니를 감싸고 있는 구리 "손가락"에 냉수의 흐름을 제공하여 소스 분말의 외부 둘레를 시원하게 유지합니다(녹는 것을 방지).

구리 RF 코일을 통과하는 전파는 지르코늄 금속을 가열하여 주변 분말을 가열합니다. 

이 분말이 녹으면 RF 유도에 대한 저장소가 되고 차례로 주변 분말이 녹습니다. 이것은 냉각된 손가락에 가까운 분말이 녹는 것을 방지할 때까지 계속됩니다.

작동은 부엌 전자 레인지가 작동하는 방식과 유사하지만 동일하지는 않습니다.

유도 후 용융물이 코일에서 천천히 낮아지고 코일 사이의 용융을 약 1400°C로 유지하기 위해 코일의 에너지가 조정됩니다. 

이 느린 하강 동안(용융물의 조성에 따라 시간당 2-30mm) 원주형 결정이 형성되고 응력이 완화됩니다. 

퍼니스 높이가 200mm인 경우 평균 12시간이 소요됩니다. 

이제 결정화 된 총 질량이 98 ° C의 온도에 도달하면 주변 "두개골"과의 용융물을 용광로에서 꺼내 야외에서 식힌 다음 망치로 약간 두드려 쪼갭니다.

일반적인 실행에는 1kg의 분말이 필요하며 500g의 보석 재료 입방 지르코니아가 생성됩니다.

앞서 언급했듯이 용융 된 덩어리가 단사정 시스템에서 결정화되는 것을 방지하기 위해 안정제가 용융물에 첨가됩니다. 

이것은 이트리아 또는 산화칼슘일 수 있습니다. 

이 두 가지 각각은 광학적 및 물리적 특성에 약간의 변화를 줍니다.

안정제 외에도 다른 요소를 도펀트로 추가하여 유색 결정을 만들 수 있습니다. 

그 중 일부는 세슘, 크롬, 철, 코발트, 네오디뮴, 프라세오디뮴, 바나듐, 구리 및 망간입니다.

참조

1972년 Lebedev로부터 "Fianit"(synth. cubic zirconia)를 만드는 특허

보석학 3판(2005) - 피터 리드

보석 출처, 설명 및 식별 4판(1990) - 로버트 웹스터(6판)