viernes, 21 de octubre de 2016

LOS DIAMANTES SINTÉTICOS



Se ha estudiado los diamantes sintéticos o artificiales ampliamente durante los últimos 30 años, y sabemos mucho acerca de cómo se producen y pueden ser reconocidos. 
Mientras que los diamantes sintéticos son cultivados en laboratorio o fábrica, sus propiedades físicas y químicas y se corresponden muy de cerca a las de los diamantes naturales.

Algunas personas pueden referirse a los diamantes sintéticos como imitación o imitaciones, pero esto es incorrecto. 
Imitaciones como óxido de circonio cúbico o moissanita sintética solo se ve como el diamante pero tienen muy diferentes propiedades químicas y físicas. 
Esto permite a los gemólogos capacitados reconocerlos fácilmente. 
Sin embargo, los diamantes sintéticos son mucho más difíciles de detectar.




Una amplia variedad de diamantes naturales, sintéticos, y se tratados están disponibles en el mercado. 
Debido a que difieren mucho en valor comercial, la identificación adecuada es vital tanto para la valoración y divulgación a los consumidores en el punto de venta.

En algunos casos, un gemólogo entrenado puede reconocer estos diamantes sintéticos y tratados mediante el uso de equipos estándar. 
En otros casos, la identificación positiva implica probar el diamante usando instrumentos científicos avanzados en.
Hemos creado una gran base de datos de información sobre las propiedades gemológicas de los diamantes de todo tipo, que utilizamos para ayudar a desarrollar medios adicionales de identificación de diamante.


CÓMO LOS DIAMANTES SE CLASIFICAN POR TIPO

A partir de la década de 1930, los científicos comenzaron a reconocer que ciertos tipos de diamantes muestran características similares. 
Se agrupan los diamantes en dos categorías principales denominadas tipo I y tipo II sobre la base de las diferencias en la transparencia frente a los rayos ultravioleta. 
Los científicos fueron capaces de dividir aún más el tipo I y tipo II en dos subcategorías por la disposición de carbono e impurezas de los átomos en la estructura del diamante. 
En 1959 se descubrió que el nitrógeno era el principal impureza química en el diamante y que mientras que los diamantes de tipo I contenían esta impureza los de tipo II no la tenían.



Este diagrama muestra una versión simplificada del sistema de clasificación de tipo diamante. 
Tipo I (fila superior) y II (fila inferior) 
Pueden cada uno ser divididas en dos subcategorías basadas en la disposición de carbono (y la impureza) átomos en la estructura de diamante. 
C = átomo de carbono, 
N = átomo de nitrógeno,
B = átomo de boro. 
Pueden ser determinados rápidamente con un método científico llamado espectroscopia infrarroja.



La gran mayoría de los diamantes naturales son lo que los científicos llaman tipo Ia. 
Diamantes de tipo Ia contienen nitrógeno abundante en grupos o en parejas. 
Este tipo de diamantes no pueden ser cultivados artificialmente. 
Los diamantes Ib contienen átomos de nitrógeno aislados que no están en pares o en grupos, son raros en la naturaleza. 
El tipo IIa casi no contienen nitrógeno, mientras que el tipo IIb contiene boro. 

Los diamantes sintéticos se corresponden con los tipos Ib, IIa y IIb, todas las categorías raras entre los diamantes naturales.


CRECIMIENTO DE DIAMANTE

Los cristales de diamante natural se formaron hace millones, a veces miles de millones de años en lo profundo de la tierra, a una profundidad de 160 km o más, y fueron llevados a la superficie mucho más tarde por las erupciones volcánicas explosivas. 
Estas erupciones formaron tubos verticales estrechos de una roca ígnea llamada kimberlita. 

Los tubos de kimberlita se extraen para recuperar los diamantes, y el mineral se rompe mecánicamente para liberar los cristales. 
La cantidad de diamantes en kimberlita es muy baja, tal vez una parte por millón, por lo que los mineros deben procesar grandes cantidades de mineral para recuperar los diamantes.



Cristales de diamante natural (izquierda) muestran formas redondeadas octaédricas típicas que son la consecuencia de las condiciones en las profundidades de la Tierra. 
Son llevados a la superficie por erupciones volcánicas que forman tubos de kimberlita (centro). 
La forma cristalina ideal de un diamante gema natural es un octaedro (derecha).
El crecimiento del diamante se lleva a cabo en las ocho caras del cristal.


Los diamantes naturales crecen bajo un rango de condiciones de temperatura y presión. 
Las temperaturas son más altas que las utilizadas para el cultivo diamantes sintéticos. 
A altas temperaturas, los diamantes crecen en forma de cristales octaédricos, pero en las temperaturas más bajas del laboratorio, crecen en forma de cristales no tanto octaédricas y caras cúbicas.
La gran época de los diamantes naturales significa que las impurezas de nitrógeno en la mayoría de los diamantes han tenido tiempo de agregarse en pares o en grupos, por lo que la gran mayoría, más del 95 por ciento son del tipo Ia.

Los diamantes sintéticos se cultivan durante un tiempo muy corto, semanas en condiciones diferentes de formación del diamante natural. 
Debido al periodo de crecimiento muy corto, la forma de un cristal de diamante sintético es muy diferente de la de un diamante natural.


SÍNTESIS DE DIAMANTE

Los científicos obtuvieron los primeros diamantes sintéticos a mediados de la década de 1950 como pequeños cristales. 
La producción de cristales más grandes adecuados para su uso en joyería se inició a mediados de la década de 1990 y continúa en la actualidad, con más compañías que se están involucrando con el crecimiento del diamante. Los diamantes sintéticos se cultivan en varios países, tanto para la industria de la joyería.


El método de síntesis tradicional, llamado de alta presión, alta temperatura (HPHT), implica la formación de diamante a partir de una aleación de metal fundido, tal como el hierro (Fe), níquel (ni) o cobalto (Co). 
El método más nuevo, se hace referencia a la deposición de vapor como producto químico (CVD) o de baja presión, el crecimiento (LPHT) de alta temperatura, implica la formación de diamante a partir de un gas en una cámara de vacío.

En ambos métodos de un cristal de diamante o de la placa se utiliza como una semilla para iniciar el crecimiento.

SÍNTESIS HPHT

Crecimiento del diamante HPHT tiene lugar en una pequeña cápsula dentro de un aparato capaz de generar presiones muy altas. 
Dentro de la cápsula, el material de partida es polvo de diamante que se disuelve en el flujo de metal fundido, y luego se cristaliza en la semilla para formar el cristal de diamante sintético. 
La cristalización se produce durante un período de varias semanas a un mes o más para crear uno o unos pocos cristales.

Los cristales de diamante creados de esta manera típicamente muestran caras cúbicas, además de los octaédricos. 
Debido a que las formas de los cristales de diamante sintético HPHT y naturales y son diferentes, sus patrones de crecimiento interno también difieren dramáticamente. 
Estos patrones de crecimiento pueden ser una de las maneras más fiables para identificarlos.

Las gemas sintéticas facetadas que resultan a menudo presentan características visuales tales como la distribución del color, la zonificación de fluorescencia, y graneado de patrones relacionados con su estructura en forma de cruz, el crecimiento del sector, así como la presencia de ocasionales inclusiones de flujo de metales oscuros. 
En algunos casos, el material exhibe fosforescencia persistente después que la lámpara ultravioleta se apaga. Estos diamantes sintéticos se pueden identificar positivamente mediante el uso de técnicas de laboratorio, como la espectroscopia visible y de fotoluminiscencia.

La mayoría de los cristales HPHT cultivados son de color amarillo, amarillo naranja o marrón. 
Casi todos son de tipo IIb, lo que es raro en los diamantes naturales.

La creación de materiales sintéticos incoloros por HPHT ha sido un reto, ya que las modificaciones de las condiciones de crecimiento y equipos son necesarios para excluir nitrógeno. 
Además, las tasas de crecimiento de alta pureza para los diamantes incoloros (tipo IIa o débil tipo IIb) son inferiores a los de tipo Ib de diamante sintético, que requiere tiempos más largos de crecimiento y un mayor control sobre las condiciones de temperatura y presión. 
A pesar de que ha sido tradicionalmente difíciles de cultivar cristales HPHT incoloro de alta calidad, los acontecimientos recientes han producido cristales suficientes para piedras talladas más de 10 quilates en peso.

La adición de boro en los resultados del sistema de crecimiento da en cristales de color azul. 
Otros colores como el rosa y rojo, pueden ser producidos por los procesos de tratamiento post-crecimiento que implican la radiación y la calefacción, pero son menos comunes.



En síntesis HPHT, una prensa (izquierda) aplica extremadamente altas presiones y temperaturas a una cámara de crecimiento central que contiene el ingrediente necesario. 
Esto da lugar a cristales de diamante sintético con combinaciones de caras cúbicas y octaédricas (centro y derecha).


SÍNTESIS ECV

El crecimiento del diamante CVD se lleva a cabo dentro de una cámara de vacío lleno con un gas que contiene carbono, tal como el metano. 
Una fuente de energía, como un microondas rompe las moléculas de gas, y los átomos de carbono son atraídos hacia abajo para placas de semillas de diamante. 
La cristalización se produce durante un período de varias semanas para crear un número de cristales al mismo tiempo. 
El número exacto depende del tamaño de la cámara y el número de placas de semillas. 
Los cristales tabulares a menudo tienen un borde áspero de grafito negro. 
A menudo también presentan un color marrón que puede ser eliminado por tratamiento térmico antes de tallar para los propósitos de gema.



Diamantes sin color de calidad gema crecidos por el sistema CVD de 0,22 a 0,31 ct, ahora están disponibles comercialmente, por lo que la identificación apropiada es importante.


La mayoría de los cristales producidos por el sistemade CVD son de color marrón o grisáceo, pero si se introduce una pequeña cantidad de nitrógeno o boro en la cámara, produce cristales amarillos, rosados, naranjas y azules. Cristales incoloros son más fáciles de producir con este método, pero requieren más tiempo para crecer. 
La mayor parte del material incoloro CVD en el mercado se cree que ha sido decolorados los cristales de color marrón mediante recocido HPHT.
Los diamantes crecidos por el sistema CVD son del tipo IIa.

Estos diamantes sintéticos tienen propiedades diferentes gemológicas que el material HPHT. 
Ellos tienden a mostrar incluso coloración y patrones anillados de deformación cuando se observan entre filtros de polarización cruzados, y son de alta claridad con pocas, si alguna, pequeñas inclusiones de carbono oscuros.



En síntesis CVD, la deposición de diamante sintético se produce a partir de un gas rico en carbono sobre una superficie plana de semillas de diamante. 
El diamante sintético crece en capas delgadas, y su espesor final depende de la cantidad de tiempo permitido para el crecimiento, izquierda. 
Esto da lugar a cristales planos, tabulares (centro y derecha) con exteriores recubiertas de cristales de grafito negro.



Cristales idealizados (de izquierda a derecha): ECV sintéticos, sintéticos HPHT, y los diamantes naturales. Caras octaédricas se muestran como las caras de color amarillo y en azul las cúbicas. 
La mayoría de los diamantes naturales crecen como octaedros (derecha), pero los sintéticos HPHT (centro) típicamente muestran una combinación de caras cúbicas y octaédricas. 
Las caras octaédricas están completamente ausentes en los sintéticos CVD (izquierda).
Direcciones de crecimiento de los cristales se muestran mediante flechas. 
Las líneas de puntos representan la posición de la semilla de cristal en el diamante sintético HPHT y los bordes del cristal en el sintético CVD.


IDENTIFICACIÓN

En los últimos años, un número creciente de empresas han comenzado la producción de diamantes sintéticos para su uso en joyas. 
Ha habido mejoras continuas en su claridad y color, así como el aumento de peso en quilates. 

Para identificar las gemas de todo tipo, un gemólogo entrenado utiliza varios tipos de equipos de pruebas, incluyendo un refractómetro, una lámpara de fluorescencia ultravioleta, un microscopio binocular, un polariscopio, y herramientas de pruebas adicionales.
Como la calidad del diamante sintético mejora aún más, cada vez es más difícil para separarlos de las gemas naturales usando equipo estándar.

Mientras que incluso un gemólogo entrenado puede no ser capaz de reconocer los diamantes sintéticos, pueden ser identificadas por un laboratório.
Los diamantes cultivados por HPHT de colores a menudo muestran coloración irregular que puede ser vista con luz transmitida utilizando el microscopio, y si es necesario, sumergiendo la piedra cortada en agua o aceite mineral para minimizar los reflejos de la superficie. 
Esta zonificación de color se debe a la formación con impurezas, tales como nitrógeno que se incorporan en el cristal de diamante sintético cuando se forma. 



Zonificación de color en los diamantes sintéticos HPHT de colores corresponde a las diferentes caras de los cristales y los resultados en los diferentes patrones que las observadas en los cristales de diamante naturales. Ciertos elementos de impurezas se concentran en direcciones particulares de crecimiento. 
Las áreas marcadas Ib contienen impurezas de nitrógeno dispersos, los IIb marcado contiene boro, y las zonas incoloras (IIa) son generalmente libre de elementos de impurezas. 
Sólo los diamantes sintéticos comúnmente muestran mezclas de impurezas de nitrógeno y boro en el mismo cristal.

Por el contrario, los diamantes cultivados por el sistema CVD normalmente muestran coloración uniforme.

Los creados por el sistema HPHT a menudo presentan inclusiones de metal de flujo solidificado, que aparecen en negro y opaco a la luz transmitida, pero tienen un brillo metálico en la luz reflejada.
Debido a que el flujo de aleación de metal utilizado para el crecimiento de diamantes por lo general contiene elementos tales como hierro, níquel y cobalto, los diamantes sintéticos con inclusiones metálicas más grandes pueden ser recogidos con un imán.



HPHT diamantes sintéticos a menudo presentan inclusiones de metal de flujo, que aparecen en negro y opacos a la luz transmitida, pero tienen un brillo metálico en la luz reflejada. 
En algunos casos hay suficientes níquel-hierro (Fe-Ni) en las inclusiones en una gema para ser atraído por un imán.


Los crecidos por el sistema CVD se forman de una manera diferente, y no tienen inclusiones metálicas.

Algunos diamantes naturales contienen inclusiones oscuras de grafito o de algún otro mineral, pero estas inclusiones no tienen un brillo metálico.

Cuando se examina entre dos filtros de polarización orientados a un ángulo de 90 grados entre sí, un diamante natural a menudo exhibe un sombreado brillante o patrón de mosaico de colores de interferencia o tensión. 
Estos colores de interferencia surgen del diamante al ser sometido a tensiones mientras estaba profundamente en la tierra o durante su erupción explosiva a la superficie de la tierra. 
Por el contrario, los diamantes sintéticos crecen en un ambiente de presión casi uniforme en los que no se someten a tensiones, por lo que cuando se examina de la misma manera, muestran ya sea sin patrón de tensión o una pauta de tensiones con bandas débiles.

La fluorescencia de los diamantes sintéticos también es a menudo bastante útil para la identificación, a menudo es más fuerte bajo una onda corta que una lámpara ultravioleta de onda larga, y puede mostrar un patrón distintivo.



Los sintéticos creados por el sistema HPHT suelen mostrar un patrón de fluorescencia en forma de cruz en la corona o pabellón.


Diamantes sintéticos por el sistema CVD pueden mostrar un patrón estriado cuando se ve a través de las facetas del pabellón. 
Los colores típicos de la fluorescencia son verde, amarillo verdoso, amarillo, naranja o rojo.

Cuando la lámpara ultravioleta se apaga, el diamante sintético puede presentar fosforescencia que continua hasta un minuto o más.

El verdadero desafío de identificación de cara al comercio de la joyería es la prueba de muy pequeños diamantes. 
Este material se vende en paquetes de varios cientos a varios miles de piedras preciosas, que pueden incluir tanto diamantes naturales y sintéticos


Para resumir, los diamantes sintéticos están siendo puestos a disposición en cantidades crecientes para el uso de joyería. 
Sobre la base de más de 60 años de investigación, sabemos que los diamantes sintéticos se pueden identificar, si no por un gemólogo, por un Laboratorio.

Fernando Gatto
Kaia Joyas Uruguay

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