no comments

Phương pháp tổng hợp đá quý dùng chất trợ dung

Nhiều hợp chất oxit, đặc biệt là các silicat, đông cứng rất nhanh từ dung thể khi nhiệt độ giảm xuống, tạo ra các loại thủy tinh (không kết tinh), vì vậy không thể tổng hợp được bằng phương pháp nóng chảy trong ngọn lửa. Để tổng hợp chúng người ta phải sử dụng các chất trợ dung (flux) khác nhau.

Chất trợ dung là những chất có khả năng làm giảm nhiệt độ nóng chảy của các chất khác khi nó được trộn lẫn và đốt nóng. Ở nhiệt độ phòng, chất trợ dung ở trạng thái rắn, nhưng khi nóng chảy, chúng trở thành các dung môi rất mạnh, có thể hòa tan các nguyên liệu nuôi. Lúc này ta có một dung dịch, trong đó dung môi là chất trợ dung nóng chảy, còn chất hòa tan là các nguyên liệu để nuôi Tinh thể. Quá trình kết tinh sẽ xảy ra từ dung dịch (chứ không phải là từ dung thể như nhóm phương pháp trên) một khi dung dịch này trở nên quá bão hòa.

Phương pháp này được dùng để tổng hợp nhiều loại đá quý khác nhau: ruby, sapphire, emerald, spinel, elexandrit, thạch anh… trong đó nhiều nhất là corindon và emerald.

Corindon. Corindon hiện nay được nhiều nhà sản xuất tổng hợp bằng phương pháp chất trợ dung. Mỗi nhà sản xuất lại sử dụng các chất trợ dung khác nhau, với các kỹ thuật khác nhau (Bảng 6.2). Cho đến nay đã có đến 6 nhà sản xuất tổng hợp corindon bằng phương pháp này, trong đó xuất hiện trên thị trường nhiều nhất là các sản phẩm của hãng Chatham và Ramaura.

Người ta tạo ra dung dịch bão hòa bằng cách hòa tan nguyên liệu nuôi (Al2O3 + chất tạo màu) trong chất trợ dung ở nhiệt độ hơi cao hơn điểm bão hòa. Trong giai đoạn này người ta thường cho lò quay để đảm bảo các chất hòa tan hết. Quá trình kết tinh bắt đầu khi nhiệt độ được hạ từ từ trong khoảng nhiệt độ kết tinh của corindon. Thường người ta để một phần của lò nguội hơn phần khác để tạo ra các dòng đối lưu, Tinh thể bắt đầu sinh trưởng ở phần nguội này thông qua sự kích thích hạt nhân hoặc phát triển trên các Tinh thể mầm. Khi đạt đến kích thước cần thiết, người ta lấy các Tinh thể ra bằng cách gạn dung thể còn lại qua một lỗ khoét ở đáy lò (hình 6.6).

Phương pháp tổng hợp đá quý dùng chất trợ dung

Bảng 6.2

Emerald. Emerald hiện nay được rất nhiều hãng và công ty trên thế giới sản xuất công nghiệp theo phương pháp chất trợ dung dưới các tên gọi khác nhau. Các nhà sản xuất khác nhau có thể có các kỹ thuật tổng hợp không như nhau, nhưng nhìn chung sơ đồ tổng hợp emerald bằng phương pháp chất trợ dung được minh họa như hình 6.6.

Phương pháp này sử dụng một buồng bằng bạch kim, trong đó các nguyên liệu nuôi (oxit Bc và Al + oxit Cr là chất gây màu) được hòa tan trong một dung môi (chất trợ dung) của molipdat liti đã được đốt nóng đến 800°C. Các tấm thủy tinh SiO2 nổi trên bề mặt của dung thể và các oxit Be và Al sẽ kết hợp với chúng để tạo nên dung dịch beryl. Các Tinh thể mầm từ beryl tự nhiên hoặc nhân tạo trong các lồng bạch kim sau đó được thả vào trong dung dịch, nhiệt độ của lò được hạ dần đến mức đã đặt trước.

Phương pháp tổng hợp đá quý dùng chất trợ dung

Hình 6.6

Khi dung dịch beryl trở nên quá bão hòa, các Tinh thể emerald sẽ được kết tủa và phát triển trên các Tinh thể mầm. Quá trình này diễn ra rất chậm chạp và nhiệt độ cần được điều chỉnh rất chính xác để tạo nên gradient nhiệt độ và các dòng đối lưu: ở phần dưới nhiệt độ cao hơn để hòa tan các nguyên liệu nuôi, được các dòng đối lưu đưa lên phần trên có nhiệt độ thấp hơn và kết tủa trên các Tinh thể mầm. Trong quá trình nuôi,  nguyên liệu được cấp phối tiếp qua một cửa ở đỉnh lò trong những khoảng thời gian đều nhau.

Quá trình tổng hợp Tinh thể bằng phương pháp chất trợ dung diễn ra rất chậm chạp, từ 2 đến 10 tháng (phụ thuộc vào từng nhà sản xuất) để có thể nuôi được những Tinh thể có kích thước đủ lớn có thể chế tác được. Đương nhiên khoảng thời gian này hoàn toàn không thể so sánh được với các quá trình địa chất kéo dài hơn rất nhiều, vì vậy phương pháp này thường cho ra số lượng lớn các Tinh thể nhỏ.

daphongthuy tổng hợp,

Reply