Cara Membuat Rubi Sintetis

Berlian, rubi, safir, zamrud dan dikenal sebagai permata mulia. Selanjutnya berlian, rubi adalah batu permata yang paling sulit, namun juga tahan terhadap asam dan zat berbahaya lainnya. Karena besar, permata rubi berkualitas sangat langka, nilai dari sebuah ruby halus mungkin empat kali lipat yang dari berlian yang sama berkualitas.

Rubi dan safir keduanya terdiri dari korundum, yang merupakan bentuk kristal oksida aluminium. Mereka berbeda hanya dalam jumlah kecil warna penghasil mineral. Kromium memberikan karakteristik warna merah rubi mereka, dengan konsentrasi yang lebih tinggi menghasilkan warna lebih gelap. Kristal aluminium oksida tidak mengandung kromium disebut safir, mereka datang dalam warna, termasuk biru, kuning, hijau, pink, ungu, dan tidak berwarna.

Rubi alam ditemukan di beberapa situs di seluruh dunia, terutama di Myanmar (dulu Burma), Thailand, Sri Lanka, Afghanistan, Tanganyika, dan North Carolina. Indah berwarna, kristal transparan yang berharga untuk digunakan perhiasan, sedangkan batu tembus atau buram yang digunakan untuk barang-barang hias seperti basis jam.

Selain fungsi dekoratif mereka, rubi melayani berbagai tujuan utilitarian. Sebagai contoh, karena kekerasan mereka, mereka membuat panduan benang tahan lama untuk mesin tekstil. Ruby adalah lebih keras dari baja, sehingga merupakan bahan yang sangat baik untuk bantalan poros logam dalam perangkat seperti jam tangan, kompas, dan meter listrik. Rubi memiliki gelombang transmisi yang luar biasa sifat untuk rentang dari pendek, panjang gelombang ultraviolet melalui spektrum cahaya tampak panjang, panjang gelombang inframerah. Hal ini membuat mereka ideal untuk digunakan dalam laser dan maser (seperti laser perangkat yang beroperasi di non-terlihat rentang gelombang mikro dan gelombang radio).

Karena banyak dari menggunakan industri menuntut kristal yang sangat berkualitas tinggi dengan ukuran tertentu dan bentuk, rubi sintetis yang diproduksi. Dengan pengecualian sejumlah kecil kotoran, permata sintetis memiliki kimia yang sama, fisik, dan sifat optik seperti rekan-rekan alami mereka. Meskipun beberapa digunakan sebagai batu permata, sekitar 75% dari produksi ruby sintetis modern yang digunakan untuk keperluan industri.

Sejarah
Metode Sintesis
Ada beberapa proses yang digunakan untuk membuat batu rubi sintetis. Api fusi Verneuil dan kristal Czochralski yang menarik adalah teknik lelehan paling umum digunakan, sedangkan pertumbuhan fluks dan pertumbuhan hidrotermal adalah versi paling populer dari proses larutan.
Bahan Baku
Manufaktur
Proses
Kristal pertumbuhan
* 2 (Czochralski Proses) nutrisi dipanaskan di atas titik leleh dalam cawan yang dikelilingi oleh sebuah pemanas listrik. Sebuah kristal ruby kecil melekat pada tongkat; kristal yang diinginkan akan tumbuh pada benih kristal socalled. Benih ini diturunkan ke dalam wadah sampai nyaris tidak tenggelam dalam lelehan (yaitu, nutrisi cair). Untuk mempertahankan suhu konstan kontak antara lelehan dan keliling seluruh kristal bibit, batang ini terus diputar. Sebagai bahan nutrisi menempel benih dan crystalizes (suatu proses yang dibantu oleh lampiran biji untuk batang yang relatif lebih dingin), batang secara perlahan mengangkat, menarik kristal tumbuh keluar dari mencair. Ujung tumbuh disimpan dalam kontak dengan lelehan sampai semua zat gizi tersebut telah digunakan. Laju pertumbuhan bisa sangat cepat, sampai dengan tingkat 4 di (100 mm) per jam. Kristal yang sangat besar dapat ditarik, dengan diameter melebihi 2 (50 mm) dan panjang mencapai 40 dalam (1 m) atau lebih.
* 3 (Pertumbuhan Fluks) Fluks adalah setiap bahan yang meleleh ketika akan larut bahan lain yang memiliki titik lebur yang lebih tinggi. Meskipun suhu lebih dari 3.600 ° F (2.000 ° C) dibutuhkan untuk melelehkan aluminium oksida, bahan akan larut dalam fluks tertentu pada suhu serendah 1.470 ° F (800 ° C). Proses suhu di atas 2.200 ° F (1.200 ° C) umumnya digunakan karena mereka menghasilkan berkualitas tinggi kristal. Sementara dilarutkan dalam fluks, molekul ruby dapat melakukan perjalanan secara bebas dan menempel pada kristal tumbuh. Beberapa kristal produsen benih tenggelam dalam larutan, dan yang lain hanya memungkinkan molekul untuk menggabungkan secara acak dan membentuk jumlah yang tidak direncanakan kristal. Suhu dipertahankan untuk jangka waktu tiga sampai 12 bulan. Beberapa produsen kemudian tuangkan dari fluks yang masih cair untuk mengekspos kristal ruby. Produsen lain mendinginkan bahan secara perlahan (4 ° F atau 2 ° C per jam) dan kemudian ekstrak kristal ruby dengan memecah dari fluks dipadatkan atau melarutkannya dalam asam.
* 4 (Proses hidrotermal) nutrisi bubuk atau kristal ditempatkan di salah satu ujung tabung tekanan-tahan. Sebuah kristal benih dipasang pada bingkai kawat di dekat ujung tabung. Sebuah solusi berbasis air yang sesuai ditempatkan dalam tabung yang tertutup rapat. Tabung ditempatkan secara vertikal dalam ruang tungku, dengan ujung nutrisi yang mengandung dari tabung bertumpu pada elemen pemanas. Sebagai lantai tungku dipanaskan, bagian bawah tabung menjadi lebih panas dari bagian atas (sekitar 835 ° F atau 445 ° C, dibandingkan dengan 770 ° F atau 410 ° C); bahan nutrisi terlarut berpindah menuju benih dan crystalizes pada permukaannya relatif lebih dingin. Tekanan di dalam tabung dapat berkisar dari 83,000-380,000 kPa (12,000-55,000 lb per sq dalam), tergantung pada jumlah ruang bebas yang tersisa dalam tabung ketika pelarut dimasukkan.
* 6 (glossing) Setelah pemolesan awal, permukaan batu dapat dipanaskan dengan cepat di api gas untuk mencairkan setiap proyeksi kecil. Permukaan tersebut kemudian dibiarkan dingin, dan lapisan tipis bahan cair didinginkan sebagai permukaan halus. Mengobati batang ruby dengan cara ini hampir dua kali lipat kekuatan tarik batang itu (perlawanan terhadap kekuatan yang menarik).
Alam
Dimana untuk Mempelajari Lebih Banyak
Buku-buku
Periodicals

Rubi alam telah ditambang untuk 8.000 tahun atau lebih. Dalam banyak budaya, permata telah dihargai tidak hanya untuk keindahan tetapi juga untuk kekuatan gaib; ia biasanya percaya bahwa warna merah ruby berasal dari api terperangkap di dalam batu. Hindu kuno percaya bahwa batu rubi bisa membuat air mendidih, dan Yunani awal berpendapat kristal dapat meleleh lilin. Dalam budaya lain (misalnya, Burma dan penduduk asli Amerika), ruby dianggap melindungi pemakainya karena darah-seperti warnanya.

Karena begitu sangat berharga, ruby adalah batu permata pertama harus dibuat secara artifisial. Didokumentasikan upaya untuk membuat kencan rubi untuk percobaan dari Marc A. Gaudin, seorang ahli kimia Perancis yang menghasilkan beberapa batu rubi sintetis mulai tahun 1837. Mereka tidak dari setiap nilai sebagai permata, namun, karena mereka menjadi buram karena mereka didinginkan. Setelah 30 tahun bereksperimen ia menyerah, mengakui kekalahan dalam catatan diterbitkan dari percobaan terakhirnya ruby.

Sekitar 1885, beberapa batu rubi dijual sebagai batu permata ditemukan menjadi buatan manusia (Harga mereka sangat rendah mendorong pembeli agar mereka hati-hati diperiksa). Metode yang ini disebut Jenewa rubi dibuat tetap menjadi misteri sampai sekitar tahun 1970, ketika sebuah analisis sampel yang masih hidup menunjukkan bahwa mereka dibentuk oleh oksida peleburan aluminium bubuk dan jumlah yang lebih kecil oksida kromium dalam berbagai obor, dan membiarkan bahan cair memperkuat.

Sebenarnya, rubi Jenewa mungkin berasal dari tahap awal perkembangan apa yang sekarang dikenal sebagai metode “api fusi”. Pada tahun 1877, kimiawan Perancis Edmond Frémy dan seorang asisten mahasiswa menggambarkan bagaimana mereka dipanaskan 44,1-66,15 lb (20-30 kg) dari larutan aluminium oksida terlarut dalam oksida utama dalam tong porselen selama 20 hari. Sebagai pelarut menguap dan reaksi kimia terjadi antara solusi, kapal, dan gas tungku, sejumlah besar kristal ruby sangat kecil terbentuk pada dinding cekungan itu. Batu rubi yang sangat kecil dan produksi biaya begitu tinggi bahwa kristal tidak realistis digunakan dalam perhiasan.

Kemudian, Auguste Verneuil, lain dari siswa Frdmy itu, mengembangkan proses yang agak berbeda yang akhirnya menjadi sukses. Dengan 1891 ia telah memproduksi batu rubi oleh fusi api, meskipun ia tidak mempublikasikan penjelasan mengenai teknik sampai 1902. Asistennya dipamerkan batu rubi sintetis pada tahun 1900 pada Pameran Dunia Paris, di mana mereka cukup populer. Proses nya hanya butuh dua jam untuk tumbuh kristal dengan berat 12-15 karat (2,5-3 g), batu-batu masih sekitar bola, sampai dengan 0,25 dalam (6 mm) dengan diameter. Pada saat Verneuil meninggal pada usia 57 pada tahun 1913, proses dia telah menemukan telah digunakan untuk memproduksi 10 juta karat (2.000 kg, atau £ 4.400) dari batu rubi per tahun.

Pada tahun 1918, J. Czochralski mengembangkan metode yang berbeda untuk sintesis batu rubi. Dikenal sebagai kristal menarik, teknik ini cepat, murah, dan efektif dalam memproduksi batu tanpa cacat. Bahkan, ketika potong permata batu sangat jelas bahwa mereka terlihat seperti imitasi kaca. Akibatnya, teknik ini sekarang digunakan terutama untuk pembuatan industri penggunaan batu rubi.

Selama Perang Dunia II, tidak mungkin untuk mendapatkan batu rubi dari sumber tradisional di Perancis dan Swiss. Karena batu-batu ini adalah sangat penting untuk digunakan sebagai bantalan dalam militer serta instrumen sipil, berbagai upaya dilakukan untuk meningkatkan teknik manufaktur. Salah satunya perbaikan, yang dikembangkan oleh Divisi Linde dari Uni Carbine Corporation, api fusi dimodifikasi Verneuil itu proses tumbuh batang tipis kristal ruby hingga 30 di (750 mm) panjang. Batang tersebut dengan mudah dapat diiris ke disk untuk menghasilkan jumlah besar dari bantalan.

Sebuah proses yang dikembangkan oleh Bell Telephone Company pada tahun 1958 suhu tinggi dan tekanan yang bekerja untuk tumbuh rubi pada bibit yang telah dihasilkan oleh fusi api. Perbaikan dari teknik ini dikenal sebagai metode hidrotermal. Carroll Chatham, San Francisco permata produsen yang mengembangkan dan menggunakan proses hidrotermal, juga mengembangkan aplikasi sukses secara komersial pertama dari proses fluks pembuatan ruby. Teknik ini, pertama kali digunakan pada tahun 1959, akan menciptakan bergolak magma dalam tungku dan tumbuh sangat terlihat alami permata dalam masa hampir satu tahun.

Beberapa metode yang saat ini digunakan untuk memproduksi batu rubi, masing-masing memiliki kelebihan dan keterbatasan. Metode yang paling populer dapat dikategorikan menjadi dua jenis utama: produksi dari pencairan, dimana bahan bubuk dipanaskan ke keadaan cair dan dimanipulasi untuk memperkuat dalam bentuk kristal, dan produksi dari “solusi,” di mana oksida yang diperlukan aluminium dan kromium dilarutkan dalam bahan lain dan dimanipulasi untuk endapan menjadi bentuk kristal. Api fusi Verneuil dan kristal Czochralski yang menarik adalah teknik lelehan paling umum digunakan, sedangkan pertumbuhan fluks dan pertumbuhan hidrotermal adalah versi paling populer dari proses larutan.

Api rubi fusi, umumnya yang paling mahal, biasanya digunakan untuk bantalan dan perhiasan seperti cincin relatif biasa kelas. Rubi Ditarik, dijual hingga US $ 5 per karat, lebih disukai untuk digunakan laser. Fluks batu rubi, biaya $ 50 atau lebih per karat, digunakan dalam perhiasan lebih halus. Proses kurang umum hidrotermal digunakan untuk aplikasi industri menuntut bebas-regangan kristal atau kristal besar di sesuatu selain bentuk batang.

Ada beberapa proses yang digunakan untuk membuat batu rubi sintetis. Api fusi Verneuil dan kristal Czochralski yang menarik adalah teknik lelehan paling umum digunakan, sedangkan pertumbuhan fluks dan pertumbuhan hidrotermal adalah versi paling populer dari proses larutan.

Nutrisi (bahan yang akan menjadi kristal ruby) terutama terdiri dari oksida aluminium yang sangat murni (Al 2 O 3), sekitar 5-8% dari kromium oksida (Cr 2 O 3) harus ditambahkan untuk menghasilkan warna merah penting. Jika permata asteriated (ruby bintang) yang diproduksi, sejumlah kecil (0,1-0,5%) dari titanium oksida (TiO 2) juga digunakan.

Tergantung pada metode yang digunakan, bahan kimia tambahan mungkin diperlukan. Proses fusi api menggunakan obor oksigen-hidrogen untuk mencairkan bentuk bubuk dari dua komponen dasar, sedangkan proses Czochralski menggunakan beberapa bentuk mekanisme pemanas listrik. Metode fluks menggunakan senyawa seperti lithium oksida (Lio), oksida molibdenum (MoO), atau fluorida timbal (PBF 2) sebagai pelarut untuk zat gizi tersebut. Proses hidrotermal menggunakan sebagai solusi pelarut berair (berbasis air) karbonat natrium (Na 2 CO 3). Sebuah logam tahan korosi seperti perak atau platinum digunakan untuk melapisi kapal yang berisi bahan cair untuk Czochralski, fluks, dan proses hidrotermal.

Salah satu dari empat metode berikut biasanya digunakan untuk memproduksi batu rubi sintetis.

* 1 (Api Fusion) Sebuah bubuk halus dari aluminium dan kromium oksida ditempatkan di gerbong di bagian atas aparat Verneuil. Sebuah palu di atas aparat menyerang hopper berulang kali; setiap stroke menyebabkan sejumlah kecil bubuk jatuh melalui fine mesh yang membentuk lantai gerbong itu. Ini bubuk habis jatuh ke dalam aliran oksigen yang membawa turun ke nozel dimana ini akan bercampur dengan aliran hidrogen dan dinyalakan. Panas intens nyala api ini (sekitar 3.600 ° F atau 2.000 ° C) meleleh nutrisi yang jatuh ke alas keramik di bawah api. Awalnya, palu keran pada tingkat 80 denyut per menit, setelah basis cocok untuk kristal terbentuk, angka ini menurun menjadi sekitar 20 denyut per menit.

Setelah dasar dibangun dengan diameter yang diinginkan (sekitar 0,8 inci atau 20 mm) dan pembentukan berkualitas tinggi hasil kristal, alas diturunkan pada tingkat yang hanya terus bagian atas kristal dalam kontak dengan api. Setelah sekitar lima setengah jam, kristal mencapai panjang sekitar 2,75 di (70 mm); aliran gas dihentikan, memadamkan api. Kristal, sekarang dengan berat sekitar 150 karat, dibiarkan mendingin dalam tungku tertutup.

Tabung yang digunakan untuk proses hidrotermal dapat dibuat dalam ukuran yang sesuai, dengan rasio tinggi-to-diameter berkisar 8-16. Dalam contoh yang dijelaskan dalam Gem Sintetis dan Sekutu Industri Crystal, lima kristal benih ditempatkan dalam 12 di (300 mm) tabung panjang; kristal masing-masing tumbuh dengan laju 0,006 di (0,15 mm) per hari selama periode pemrosesan 30-hari .

Permukaan finishing

Apakah itu akan digunakan sebagai permata atau perangkat industri, ruby harus diberikan selesai, halus mengkilap setelah telah dipotong atau faceted dengan bentuk yang diinginkan. Metode berikut dapat digunakan.

* 5 (Poles) Permukaan digosok dengan partikel yang semakin halus dari abrasif seperti bedak berlian. Teknik tradisional daun hanya goresan mikroskopis dan lubang.

Membandingkan Sintetis Untuk

Rubi, tumbuh sebagai batang untuk keperluan industri, dapat segera dikenali sebagai sintetis karena bentuknya. Batu buatan manusia yang dipotong sebagai permata yang tidak mudah diidentifikasi. Namun, pemeriksaan mikroskopis dapat mengungkapkan pola karakteristik inklusi (partikel asing), gelembung, dan striations (band pertumbuhan) yang dapat membedakan antara batu alam dan sintetis, bahkan mengungkapkan lokasi dari mana suatu batu alam datang atau proses dimana batu sintetis dibuat.

Elwell, Dennis. Man-Made Gemstones. Jakarta: Halsted Press, 1979.

MacInnis, Daniel. Sintetis Gem dan Sekutu Industri Crystal. Park Ridge, NJ: Noyes Data Corporation, 1973.

Sunagawa, I. “Bahan Gem, Alam dan Buatan.” Current Topics in Material Science 10 (1982): 353-497.

Tang, Seung Mun. “Ketika Adalah Nyata Ruby?” Fisika Dunia (Oktober 1992): 21-22.

Ward, Fred. “Rubi dan safir.” National Geographic (Oktober 1991): 100-125.