合成宝石: 知識が力になる場所

Oct 26, 2023

ローリアン・ロネイ著

これは、合成宝石の作成に一般的に使用されるさまざまな種類の方法とプロセスを説明する 2 部構成のシリーズの第 2 部です。 パート 1 を読むには、ここをクリックしてください。

前回のコラムでは、火炎溶融、フラックス成長、水熱成長、ギルソンなどの方法に触れながら、合成宝石の作成に一般的に使用されるいくつかの技術について説明しました。 この 2 回目の記事では、もう一度合成プールに飛び込み、市場で使用されているさまざまなテクニックの中で泳ぐ方法を学びます。

業界で働く多くの人にとって、合成宝石は少し物議を醸すかもしれません。 ただし、古いことわざにあるように、「友人を近くに置き、敵をより近くに置いてください」。 実際、これらの宝石を作成するために使用される無数の方法について常に情報を得ることで、合成石がどのように成長/製造されるかをクライアントに説明することが容易になり、これらの石が私たちの業界の大きな部分を占める理由をより深く理解できるようになります。

お気づきかと思いますが、あらゆる種類の合成結晶を成長させるために使用される方法とプロセスには、かなりの化学薬品、圧力、電力が必要です。 「ラボグロウン」宝石について話すとき、この名前は少し誤解を招きやすいです (そのため、私は通常、この名前を使用することを控えています)。 通常、大規模な工場が合成繊維の製造を担当するため、より正確な呼び名は「工場で栽培された」ということになります。

これらの石の製造には、多大な電力と機械の使用が必要です。 これに、放出されるガスや蒸気が加わり、合成プロセスは、土の採掘によって得られるものと同じか、それ以上に大気を汚染します。 一部の合成会社は評判の高い労働倫理を持っていますが、それらの工場の多くはタイ、中国、その他の工業志向の国にあります。 最も評判の良いものは米国、ロシア、英国にあります。

したがって、私は、合成宝石は倫理的ではなく、クリーン エネルギーを使用していないと言います。 したがって、これらのプロセスは費用対効果の高いジュエリーを製造できますが、その石が採掘された石よりも「より倫理的」であると宣伝されるべきではありません。1、2、3

合成宝石を作成するためのあまり知られていない技術の中で、ゾーン フュージョン法は主に工業分野で使用され、ジュエリー/宝石学ではほとんど使用されません。 このプロセスは主に、合成コランダム (サファイアとルビー)、クリソベリル (アレキサンドライト)、スピネルの作成に使用されます。 生成される結晶はかなり純粋ですが、生成される宝石ブロックはジュエリーに使用するには大きすぎるため、市場では合成石を見かけることはありません。

ゾーン フュージョン方法は、マシン内に 2 つのゾーンを人為的に作成することに基づいています。 1 つの「部屋」の中で、クリスタル シードが実際のクリスタルに成長します。 もう一方の温度の高い部分では、化学溶液が溶解して結晶成長用の最終生成物が得られます。 その後、2 つのゾーンが融合して、メーカーが選択した合成素材が作成されます。 (キッチンで材料を混ぜ、オーブンで加熱してケーキを作るようなプロセスを考えてください。)

その名前が示すように、この方法は結晶溶液の引き上げに基づいています。 これは、ベルヌイ法 (このシリーズの最初の部分で説明) の逆です。4 どちらもシードがある基部の回転を使用しますが、チョクラルスキー法は結晶を引っ張ります (逆に、ベルヌイユ法は結晶を成長させます) ）。

ほとんどの発明と同様、この発明も偶然に発見されました。1915 年、ポーランドの科学者ヤン チョクラルスキーは、金属のさまざまな結晶化を研究していたとき、誤ってペンをインク壺ではなく溶融溶液に浸してしまいました。 ペンを取り外すと、ペンが細いフィラメントを描いていることに気づきましたが、それは単一の合成結晶であることが判明しました。 そこで、チョチャルスキー（または「結晶引き上げ」）法が発明されました。

この技術は、合成コランダム (サファイアとルビー) とクリソベリル (アレキサンドライト) を作成することが知られています。 さらに、これはイットリウム アルミニウム ガーネット (YAG) とガドリニウム ガリウム ガーネット (GGG) を作成できる唯一の方法です (これら 2 種類の石は数年前には市場でかなり頻繁に見られましたが、現在ではかなり少なくなりました)。 結晶引き上げ法は、金属、半金属結晶、大きな塩の結晶などにも広く使用されています。

成長率はさまざまです。 たとえば、ルビーは 1 時間あたり約 30 ～ 250 mm (1.18 ～ 9.84 インチ) 成長します。 キュービクル内のシリコンの量に応じて、ブールは 1 ～ 2 m (39 ～ 78.7 インチ) にもなり、結晶の直径は最大 110 mm (4.3 インチ) になります。

結晶シードは反時計回りに回転するシャフト上に堆積され、シードが溶融溶液の表面の真下に来るまでキュービクル内に降下されます (溶融溶液が存在するキュービクルは時計回りに回転します)。 結晶がその上で成長するにつれて、種を含むシャフトがゆっくりと引き上げられます。

インクルージョンは変わりません。通常のベールに加えて、いくつかの湾曲した縞模様 (石の中にある場合もあります) が見られます。

合成モアッサナイトの作成に使用される唯一のプロセスである昇華法は、基本的に蒸気転写です。

炭化ケイ素は、真空下のチャンバー内で 2300℃ (4172°F) で蒸発させられます。 次に、蒸気は多孔質グラファイトネットを通過し、2200 ℃ (3992 °F) でチャンバーの反対側に到達し、回転しながら結晶シード上に堆積します。 蒸気移動の温度が高いほど、結晶の品質は良くなります。

モアッサナイトの合成プロセスは 1997 年に初めて開始されました。今日ではこのモアッサナイトのプロセスでほぼあらゆる色を得ることができますが、常にそうであったわけではありません。 以前は、無色、緑がかった、黄色、または茶色しか生成されませんでした。

モアサナイトでよく見られるインクルージョンには、原石の C 軸に平行に配置された「ストリンガー」と呼ばれる白い針状またはフィラメントが含まれます。 これらを除けば、宝石は純粋で、目に見える内包物はほとんどありません。 また、指向性複屈折も備えています。 したがって、石にはファセットとインクルージョンの強い倍増が見られます。

合成モアサナイトは熱伝導率が高いため、(工具を使用した場合でも) ダイヤモンドと区別するのが難しい場合があります。 ただし、これらの合成物質は高い電気伝導率を持っていますが、ほとんどのダイヤモンドは低い電気伝導率を持っています (タイプ IIB は半導体です)。 これにより、テスターに​​よっては 2 つを区別できるようになります。 熱試験機では、高圧高温 (HPHT) ダイヤモンドのモアサナイトにブルーのニュアンスが見られることがあります。

モスクワの研究所で開発されたスカル溶解法は、プラチナ坩堝であってもキュービックジルコニア（CZ）の融点が高すぎるという問題を解決しようとして最初に発明された。 現在のところ、これが CZ を生成できる唯一の方法です。

このプロセスは難しいものです。本質的に、キュービック ジルコニアは独自の層を形成してるつぼを形成し、溶けた中心を囲みますが、外側の層は冷却されて「保護」されるまで放置されます。 外側の層は水で冷却され、内側の溶けた層は巻き付けられたコイルを介して加熱されます。 るつぼ内の温度が非常に高くなる可能性があるため、水はコイルの溶解を防ぐのにも役立ちます。 このプロセスではチーズホイールに似たものが生成され、それがさらに小さな部品に分割されます。

キュービック ジルコニアには通常、インクルージョンはなく、あらゆる色があります。 使用される化学物質によっては、紫外線 (UV) 光の下で石が異なる反応を示す場合があります。 たとえば、イットリウムが使用される場合、UV 下の色は黄色 (または緑がかった) から赤みがかったものになります。 一方、カルシウムを使用すると、紫外線で黄色になります。

合成ダイヤモンドが作成される前は、多くの科学者が「競争に勝ち」、石の製造方法を最初に特定することに熱心でした。 成功したという主張は 1879 年から 1928 年の間になされましたが、どれも証明されることはありませんでした。 合成ダイヤモンドの最初のプロトタイプが作成され、テストされたのは 1950 年代になってからでした。 米国はソ連、スウェーデンとともにこのレースに参加した。

HPHT 法は、合成ダイヤモンド (特にメレ) の作成に一般的に使用されます。 このプロセスは主にコストが比較的低いため、引き続き広く使用されている技術です。 (余談: これを「HPHT」という名前の治療法と間違えないでください。ただし、これら 2 つの方法は同じように機能します。)

BARS 装置 (「スプリット スフィア」とも呼ばれます) はアンビル圧力を使用して機能しますが、ホール (ベルト) 手順では油圧が使用されます。 温度は約 70 KPa の圧力で 1200 ～ 1500 C (2192 ～ 2732 F) に達します。

ダイヤモンドの場合、適切な設備がなければ、採掘された品種と実験室で栽培された品種を区別することが難しいことで知られています。 ペンや小型の熱探知機などのダイヤモンドテスターは確実ではないため、宝石を宝石鑑定士や評判の良い研究所に送ってその形成を判断することをお勧めします。

天然ダイヤモンドには、タイプ IA、IB、IIA、IIB、タイプ IIC のほか、ブラック ダイヤモンド、カラー チェンジ ダイヤモンド、タイプ GRI など、複数のタイプがあります。 現在の合成繊維は非常に優れていますが、タイプ IA を複製することはできません。

これらの技術のインクルージョンは非常に似ています。合成では金属インクルージョンが表示され、おそらく砂時計の形のカラー ゾーニングが表示されます。 ダイヤモンドは完全に完璧な場合もあります。

HPHT と同様に、CVD は合成ダイヤモンドの作成に使用されます。 その結果、多くの場合、幅広の円盤状の結晶が得られます。

化学蒸着はマイクロ波電力を使用する方法です。 炭化水素ガス混合物の沈殿が結晶種の上に落ちて結晶を成長させます。 HPHT 技術 (大量生産が可能) とは対照的に、CVD は小規模で使用されます。 そのシンプルさと柔軟性により、一部の人に好まれています。 高温は必要ありません。 さらに、結果として生じる不純物をより適切に制御でき、必要な圧力も低くなります (HPHT に必要な 70 KPa ではなく、約 27 KPa)。 CVD ダイヤモンドは完璧な場合もあります。 また、いくつかのインクルージョン (例: グラファイトの破片、平面上の小さな白い塵雲、DiamondView などのツールで表示される成長パターン) が含まれる場合もあります。

合成ダイヤモンドを購入する場合、ほとんどの場合、ディーラーは合成ダイヤモンドの種類を尋ねられることはほとんどないため、知りません。 大きな石の場合は、必要な情報をすべてファイルに保存するために、検査レポートを入手する価値があります。 国際宝石学会 (IGI) とアメリカ宝石学会 (GIA) は、この分野で顕著な研究を行っている団体の 1 つです。

もちろん、世界中で新しいテクノロジーが生まれるにつれて、私たちの愛する業界でも変化と進化が見られるでしょう。 おそらく数年以内に、合成宝石やダイヤモンドを成長させるための、より効率的な新しい方法が発見されるでしょう。 これは私たちの世界の美しい側面です。私たちは学びを決してやめません。

ジュエリー業界では、「知識」は主に「強さ」と同義です。 合成繊維に対するあなたのスタンスに関係なく、このビジネスで継続的に成功するには、合成繊維について学ぶことが最も重要です。 知識が増えれば増えるほど、顧客を教育する準備が整います（おまけに、不誠実な売り手から購入するときにあなた自身も騙される可能性が低くなります）。 私たちは皆、世界のために（そして小売業者としての顧客のために）より良いことをしたいと願っています。 ストーリーを販売し、膨大な知識を共有することは、顧客があなたからジュエリーを購入するのとほぼ同じくらい良いことです。

ローリアン・ロネイは英国宝石学会 (FGA) のフェローであり、いくつかの賞を受賞しています。 彼女は宝石商と協力して、宝石商がデザインに最適な石を決定できるよう支援する宝石ディーラーです。 Lognay は、モントリオールに本拠を置き、カラージェムストーン、宝石細工、宝飾品のサービスを国際的に展開する Rippana Inc. のオーナーです。 メールで [email protected] までご連絡いただけます。

1 採掘の詳細については、Lauriane Lognay が Jewellery Business 向けに執筆した「Far from home: Mining for sapphire in Madagascar」を参照してください。 ここからオンラインで見つけてください。

2 「四大都市を超えて: 天然宝石の代替品を見つける」を参照してください。 ここからオンラインで見つけてください。

3 「カナダの驚異」を参照してください。 ここからオンラインで見つけてください。

4 「合成物質の知識と認識」を参照してください。 ここからオンラインで見つけてください。