viernes, 26 de octubre de 2012

NATURALES -- SINTÉTICAS -- O FALSAS? parte 1


Las gemas sintéticas son productos hechos por el hombre. 
La Comisión Federal de Comercio es muy específica al prohibir el uso del término "joya" o "piedra preciosa" (o cualquiera de las especies reconocidas o sus variedades), a menos que el producto sea, única y exclusivamente obra de la Naturaleza. 
Todos los demás productos ofrecidos a la venta deben estar claramente identificados con un adjetivo que los identifique claramente con su estado sintético.




Circón sintético




La terminología aceptable para los productos sintéticos es variable, pero les incluyo los mas comunes: "synthetic gemstone", "laboratory-grown ruby", "cultured pearl", "created emerald", "man-made sapphire", "reconstituted turquoise", ("piedra sintética", "Rubí crecido en laboratorio", "perla de cultivo", "esmeralda creada", "zafiro hecho por el hombre", turquesa reconstituida")

Porque lo pongo en el original ingles? porque es la manera en que vienen las etiquetas depende de cada vendedor el cambiarles el nombre por u no local o no.

Los sintéticos pueden ser copias exactas de piedras naturales, o pueden ser materiales únicos que no se encuentran en la naturaleza.

1) Ejemplos de lo primero son los rubíes y esmeraldas sintéticas. Tales creaciones tienen prácticamente las mismas propiedades ópticas, químicas y físicas que sus contrapartes naturales.




Rubí                                                                            Esmeralda




2) hechas por el hombre totalmente "artificiales", piedras preciosas sin contrapartes naturales en absoluto, incluyen circonio cúbico (CZ) y YAG (itrio-aluminio-granate).




CZ                                                                              YAG




A diferencia de las mejoras y las falsificaciones, las gemas sintéticas son un desarrollo relativamente moderno. 
Aunque hubo algunos experimentos de laboratorio con éxito anteriormente, la producción comercial económicamente viable de una piedra preciosa sintética comenzó con rubíes sintéticos producidos en Francia en 1902 por Auguste Verneuil. 
En 1907 la producción fue de 5 millones de quilates al año.







El hecho de que las gemas sintéticas se produzcan tan temprano en la historia a menudo viene como una sorpresa desagradable para los que heredan o compran un artículo de joyería antigua. 


Fuera de su uso como gemas sintéticas, físicos y químicos hacen grandes cantidades de ambas copias de gemas naturales y piedras totalmente artificiales, para aplicaciones industriales y de investigación.







En la actualidad más del 90% de los abrasivos de diamante para la industria, desde las sierras que cortan a través de pavimento, a los taladros de los dentistas, son sintéticos producidos en un laboratorio. 
Los Láser y tecnologías electrónicas dependen fuertemente de las propiedades de los cristales de laboratorio creadas. 
Los láseres basados ​​en cristales sintéticos se utilizan en medicina en una amplia variedad de formas de cirugía para la eliminación de tatuajes a la mejora de la visión.


Más allá de las aplicaciones prácticas, estudios de laboratorio y la producción de cristales minerales sintéticos permite a los científicos poner a prueba hipótesis y extender el conocimiento en muchas áreas de las ciencias físicas.


Procesos de formación de cristales


Tanto en la naturaleza, y en el laboratorio, hay tres formas básicas en las que se forman los cristales.








1) fusión (un material fundido se solidifica)

2) Solución (un sólido se precipitó a partir de un líquido en el que se disolvió)

3) Vapor (se condensa material sólido de un gas en el que se disolvió)


Para cada uno de estos podemos pensar en ejemplos cotidianos: si alguna vez has hecho un caramelo, usted estará familiarizado con el proceso de fusión / solidificación, los depósitos de calcio en los grifos y las manchas de agua en los platos son ejemplos de cristales derivados de una solución, y escarcha en el cristal de la ventana es un ejemplo común del mecanismo de vapor.


Procesos de fusión  (dejo los nombres en inglés porque las traducciones son muy extrañas)

1) Flame fusión

2) Czochralski pulling

3) Skull melting


Procesos de solución:


1) Hidrotermal

2) Flux









Proceso de Vapor:


1) CVD



Fusión:

En cada uno de los procesos de fusión usa ingredientes sólidos en polvo haciendo que la gema es llevada a su punto de fusión y luego se deja enfriar de tal manera que un solo cristal grande o grupo de cristales grandes se forman. 
Los tres procesos, cada uno adecuado para la fabricación de diferentes materiales, difieren principalmente en las temperaturas utilizadas, el tipo de contenedor, la fuente de calor y la naturaleza de la superficie sobre la que se produce la cristalización.


1) Flame fusion: 

El proceso comercializado con éxito por Verneuil, se denomina "flame fusion". 
Es tan simple en la teoría como en la práctica. 
El corindón es Al2O3, cristaliza en el sistema trigonal. Todo lo que es necesario es fundir la materia prima, polvo de óxido de aluminio, y permitir que se cristalice. 
Si desea rubí, sólo tiene que añadir una pequeña cantidad de óxido de cromo a la mezcla (Cr es el cromóforo que crea en color rojo en el rubí). 

Este proceso permanece casi inalterado desde que se creó.
Sintéticos producidos de esta manera son los menos costosos, y los tipos más comúnmente utilizados. Tanto es así, que más de mil millones de quilates se hacen al año de corindón estrella, corindón sintético, y espinela sintética.


Los ingredientes en polvo caer en una cámara calentada a 2200 grados centígrados por una llama de un soplete de oxígeno-hidrógeno. 
A medida que caen se derriten. Al llegar a una barra de cerámica en el fondo, más frio, se cristalizan. 
Poco a poco la varilla de cerámica se completa y se crea una "zanahoria" llamada "boule". 

Esto da como resultado curvas no naturales de forma que se crea una tensión severa en la red cristalina que hace necesario dividir la bola en medio antes de que pueda ser cortado. Esto limita el tamaño de las piedras preciosas sintéticas. 
Es posible (un gasto extra considerable) usar un sistema especial de enfriamiento lento, (similar a la utilizada en las fábricas de soplado de vidrio) para reducir la tensión, de manera que bolas enteras se puedan usar.

El proceso de Verneuil tarda unas 4 horas y da lugar una "zanahoria", de aproximadamente 20 x 70 mm, con un peso de aproximadamente 4-500 cts.

Varios elementos pueden ser añadidos para crear diferentes colores (Ti y Fe para el azul, por ejemplo) y rutilo (dióxido de titanio), pueden añadirse para crear piedras de estrella. 
Un calentamiento especial y un régimen de enfriamiento diferente es necesario para que las piedras de estrella se mantengan, esto con el fin de forzar al rutilo a solidificarse en agujas, en lugar de permanecer disuelto.

Este tipo de sintéticos se encuentran entre los tipos más fáciles de identificar. 
Su rasgo más característico son los anillos curvos de crecimiento (llamadas estrías curvas) que se pueden ver con una lupa con iluminación adecuada.
La presencia de burbujas de vez en cuando también es un signo revelador.



2) Czochralski pulling: 

Fue credo por las necesidades de la ciencia y la industria, en lugar de las del comercio de la joyería, lo que llevó al desarrollo de este proceso de fusión. 








La tecnología emergente del láser exigió mayor diámetro, libre de tensión, mayores cristales claros se los que podrían ser producidos por el proceso de fusión llama. 
Sólo más tarde el mercado de la joyería comienzan a absorber ávidamente parte de la producción.








En este proceso, los materiales se funden en un crisol metálico (generalmente platino)  usando energía de radiofrecuencia. 
Un delgado cristal plano, "semillas" (ya sea natural o sintético) se baja hasta que apenas toque la superficie de la masa fundida, y luego se hace girar lentamente y se va retirando ("arrastrado"). 
Cuanto más lenta sea la velocidad de tracción, mayor es el diámetro de la bola de cristal resultante.

La "semilla" se retira antes de vender el material bruto resultante.

Muchos materiales exóticos (como el arseniuro de galio)  que es usado exclusivamente por la industria, YAG, corindón, alejandrita, y Alejandrita ojos de gato son las gemas principales producidas por este método. 
Los gastos de producción son mucho más altos que los del proceso de llama de fusión simple, por lo que los productos son más costosos también.


Son muy difíciles de identificar microscópica mente como el cristal que se forma en la semilla está normalmente sin defectos, y el gran diámetro de la bola hace que la observación de las estrías curvada sea difícil. 
En ocasiones, pueden contener cristales de platino triangulares o hexagonales que han erosionado las paredes del crisol, se identifican de manera concluyente la pieza como sintético.



Sutiles estrías curvas de un YAG verde


3) Skull Melting: 

Para la producción comercial de circonio cúbico, primero realizado por científicos rusos en la década de 1970, se requiere un poco de ingenio. 

El punto de fusión de CZ es de más de 2300º C, lo que excluye el uso de metal o crisoles de cerámica. 
El problema se resolvió mediante el uso de un crisol refrigerado externamente llena con los ingredientes en polvo y luego mediante calentamiento con energía de radio que funde sólo el centro. 
El material derretido formó su propio aislamiento, o "calavera". A medida que la masa fundida se enfrió lentamente, grandes y generalmente sin defectos, se formaron los cristales.









En la actualidad, CZ es el único material producido de esta manera, y los costos se mantienen bajos por los grandes rendimientos de cada lote (en la actualidad el precio de venta de diamantes en bruto CZ es de $ .05 por quilate). 
Varios colores son producidos, pero para la gran mayoría de CZ se vende en su forma incolora como simulador del diamante.

Aunque es fácil de identificar por sus propiedades ópticas y físicas como la densidad, conductividad térmica y dispersión, microscópicamente, hay pocas señales del origen sintético del CZ. 
En muy raras ocasiones, burbujas se pueden encontrar, pero eso es signo de mal control de calidad porque estas piezas con defecto se eliminan. 







El rasgo característico de estos procesos es que en lugar de ser fundida, los materiales de base se disuelven en un disolvente (que no siempre es agua), y es sometido a alta temperatura y presión. 
La solución sobre saturada se enfría lentamente, y la gema cristaliza en un cristal natural. 
Si el disolvente es agua, el proceso se denomina "hidrotermal", en caso de que el liquido sea otro el proceso se denomina "flujo". 








Debido a las altas temperaturas y presiones implicadas, fuertes recipientes metálicos herméticos se utilizan para mantener las soluciones.

Algunas gemas, como la esmeralda y el cuarzo, sólo puede hacerse por métodos de solución. En otros casos, tales como con el rubí y el zafiro, métodos de solución son un método alternativo de producción.







Fernando Gatto
Kaia Joyas Uruguay

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