Cyrkonia – słownik

Djevalith – cyrkonia produkowana w Szwajcarii. Nazywana jest od nazwiska twórcy metody Djevahirdjian.
Fianit, фианит – cyrkonia produkowana w Rosji. Kryształy nazwano fianitem na cześć ich Fizycznego Instytut Nauk (ФИАН). W krajach rosyjsko języcznych używa się też tej nazwy na wszystkie cyrkonie.

Odmiany cyrkonii:

  •  CZ – Diconia, cubic zirkonia
  •   Cubic Z – Diamonit lub Diamondit, diamonite, diamondite
  •   Cubic Cyrkonia – Djevalit
  •   Cubic Cyrkonia II – Fianit
  •   Cubic ZrO2 – Phianit lub Phyanit
  •   Cubic ZrO2 lub ZrO – Shelby
  •   Dianond –QU – Cyrkonia

Cyrkonia – zastosowanie

Biżuteria
Cyrkonia jest bardzo podobna ze względu na właściwości optyczne do diamentu, ma nawet większe wewnętrzne ognie. Jest bardzo popularna i często jej wartość podnoszona jest przez oprawę w złoto. Kolorowe cyrkonie imitują wiele kamieni szlachetnych. Od rubinu przez cytryny i szmaragdy do czarnych spineli. Uchodzi też za bardzo dobrą imitację diamentu.

biżuteria z cyrkonią

fot. srebropib
biżuteria z cyrkonią

  bariery termiczne

W fazie sześciennych cyrkonia ma bardzo niską przewodność cieplną. Wykorzystuje się ją jako bariery termiczne powłokach pokrywających wnętrza silników  odrzutowych i turbinowych silnikach wysokoprężnych. Począwszy od 2004 r., wiele badań ma na celu poprawę jakości i trwałości tych powłok.

izolacja, materiały ogniotrwałe

ceramika z cyrkonii

ceramika z cyrkonii

emalie i glazury ceramiczne

  dentystyka, protetyka
Z cyrkonii wykonuje się korony i implanty zębowe. Jest to materiał nieuczulający i neutralny dla organizmu. Też jako uzupełnienie stałe na bazie tlenku cyrkonu (ZrO2), i podbudowę pod napalanie ceramiką.

korona z cyrkonii
korona z cyrkonii

materiały ścierne

 czujniki tlenu
jako próbnik sondy analizującej ilość tlenu w spalinach (gazy w kominie) ze względu na możliwość pracy w temperaturach dochodzących do 700 stopni Celsjusza.

  membrany ogniw paliwowych
Stabilizowany cyrkon ma on zdolność do absorbowania jonów tlenu, aby umożliwić swobodne przemieszczanie się poprzez strukturę krystaliczną w wysokich temperaturach.
mierniki pH

Mierzenie pH w wysokich temperaturach (na przykład w wodzie w 300°C).

Cyrkonia – synteza

Cyrkonia – tajemnice produkcji
surowa cyrkonia

fot. Larry P kelley (licencja: Public domain)
Bryła cyrkonii po wyjęciu z tygla czaszkowego.

Tlenek cyrkonu, główny składniki sześciennych cyrkonii ma niezwykle wysoką temperaturze topnienia (ok. 2300 stopnie C), konwencjonalne tygle uległy by stopieniu, więc nie mogą być używane. Został więc opracowany specjalny proces zwany tyglem czaszkowym. Technologia ta stosowana jest do dzisiaj, w prawie niezmienionej postaci. Rury miedziane wypełnione wodą otaczają tygiel, w którym jest cyrkonia i stabilizator w proszku. Cały przyrząd jest owinięty cewkami indukcyjnymi prostopadle do rur miedzianych. Stabilizator to zazwyczaj tlenek itrowym lub tlenek wapnia.

Tygiel czaszkowy

tygiel czaszkowy

Tygiel czaszkowy

Tygiel czaszkowy składający się z poziomo ułożonej cewki indukcyjnej i  pionowych rurek chłodzących.

Podgrzewana za pomocą fal o częstotliwości radiowej mieszanina topnieje (trochę jak mikrofalówka). Gdy cyrkon topnieje, pozostawia cienką powłokę (1-2 mm), która pozostaje stała, ponieważ jest on chłodzony przez wodę w miedzianych rurkach. Tworzy w ten sposób jakby własny tygiel. Po kilku godzinach gdy tlenek cyrkonu jest stopiony ciepło jest zmniejszane w sposób kontrolowany i stopniowy, w wyniku czego powstają kryształy. Następnie przeprowadzane jest długotrwałe wyżarzanie (odpuszczanie) w temperaturze 1400 ° C którego celem jest zlikwidowanie naprzężeń. Wyżarzone w kryształy, które mają zazwyczaj 5 cm długości i 2,5 cm szerokości (chociaż mogą być też uzyskiwane znacznie większe), są następnie cięte i szlifowane na kształt kamieni szlachetnych.

Proces praktycznie nie ma odpadów, ponieważ fragmenty i niewyrośnięte kryształy są ponownie używane. Na 100 kg surowca na dobę przy użyciu generatora wysokiej częstotliwości (ok. 50 tys $) otrzymuje się do 30 kilogramów kryształu.
Cyrkonia jest zwykle wewnętrznie bez skazy, ale zdarzają się niekiedy pęcherzyki gazu i częściowo lub całkowicie nieprzetworzonego tlenku cyrkonu.
Każdy producent używa wyżej opisanych procesów, ale każdy dodaje również własne dodatki, które nieco zmieniają różne aspekty sześciennych cyrkoni.
(więcej)

Producenci ciągle szukają sposobów wyróżniający ich produktu i poprawienie wyglądu cyrkonii. Jedną z takich metod jest pokrywanie cyrkonii warstwami.

 

Prawie jak diament

cyrkonia
Cyrkonia pokryta warstwą diamentu – Asha Radiant Version 6

Powlekanie cyrkonii warstwą składającą się z wielu małych kryształów amorficznych diamentów lub z diamentopodobnego węgla (DLC) sprawia, że kamień nabiera cech diamentu. Technika ta została opracowana przez BetterThanDiamond.com. Marka wprowadzona przez nich na rynek to „Asha”. Powłoka ta ma za zadanie ugasić nadmierny ogień cyrkonii, poprawić jej współczynnik załamania światła, i zbliżyć jej wygląd do diamentu. Ze względu na wysoki procent diamentu w powłoce spektroskopia Ramana sugeruje wysoką zawartość diamentu.

 

Nie wszystkie firmy obiecujące diamentowe powłoki tworzą je na prawdę. Czasem są to po prostu cyrkonie bez żadnych warstw i ulepszeń.

Mistyczna cyrkonia

mistyczna cyrkonia

Napylanie jonowe w próżni cienkiej warstwy tlenku metalu (zazwyczaj złota) powoduje efekt opali. Kamienie takie sprzedawane są jako mistyczne cyrkonie. Technika ta bywa stosowana do kwarcu i topazu, tam także dodawany jest przymiotnik „Mistyczny”. W odróżnieniu od poprzedniej metody warstwa bardzo łatwo się ściera i efekt jest niestały.

Najwięksi producenci cyrkonii:

  • Tajwan Crystal (Tajwan),
  • Ceres Corporation (Massachusetts, USA),
  • Singh Industries (New Jersey, USA),
  • Rosja
  • Produkowane są też w Szwajcarii, Austrii, Francji

Cyrkonia – właściwości

Ze względu na różne dodatki właściwości cyrkonii mogą się od siebie różnić.

Wzór chemiczny: ZrO2 + ok. 10% mol. Y (lub tlenku itru Y2O3) lub ok. 15%mol. tleneku wapnia CaO, tleneku magnezu (MgO), ceru (III) tleneku (Ce2O3) i inne.

Układ krystalograficzny: sześcienny

Barwa: Bezbarwna, czysta, ale z niewielką ilością dodatków, dodanych podczas produkcji, możne przyjmować dowolny kolor. Są też cyrkonie zmieniające kolor w zależności od światła (efekt aleksandrytu).

Dodatki barwiące:

  • żółty,pomarańczowy, czerwony: cer – CeO2, Ce2O3
  •  złoty, żółty do brązowego: Miedź – CuO, Nikiel – NiO, Tytan – TiO2, Prazeodym – Pr2O3, Żelazo – Fe2O3,
  •  oliwkowo zielony: Chrom – Cr2O3, Tul – Tm2O3, Wanad – V2O3
  •  szmaragdowy, szafirowy: więcej stabilizatorów – Wapń – Ca, Ytr – Yt
  •  różowy: Erb – Er2O3, Europ – Eu2O3, Holm – Ho2O3
  •  fiolet, lila róż: Kobalt – Co2O3, Mangnez – MnO2, Neodym – Nd2O3

kolory cyrkonii

kolory cyrkonii

Twardość: 8-8,5

Gęstość: 5.5 – 6.0
cyrkonia jest bardziej gęsta niż diament o tej samej wielkości, ma masię 1,7 razy większą niż diament tej samej średnicy.

Dyspersja: 0,058 – 0,066

Załamanie światła: 2,15 – 2,18

Połysk: diamentowy

Dwójłomność: brak

Fluorescencja: niekiedy pomarańczowa

W zależności od rodzaju i ilości użytego stabilizatora wyróżnia się odmiany:

  •   CZ – Diconia
  •   Cubic Z – Diamonit lub Diamondit
  •   Cubic Cyrkonia – Djevalit
  •   Cubic Cyrkonia II – Fianit
  •   Cubic ZrO2 – Phianit lub Phyanit
  •   Cubic ZrO2 lub ZrO – Shelby
  •   Dianond –QU – Cyrkonia

Z tych odmian największe zastosowanie ma djevalit (odmiana szwajcarska) oraz fianit (odmiana rosyjska).

Cyrkonia – historia

1892 r. – Odkrycie występowania tlenku cyrkonu. Biały lub żółtawy proszek. Jest występowanie było rzadkie i miał niewiele znaczenie gospodarcze.

1930 r. – Pierwsza stabilizacja tlenku cyrkonu.

1937 r. – niemieccy naukowcy MV Stackelberg i K. Chudoba odkryli naturalnie występującą sześcienną cyrkonię w formie mikroskopijnych ziaren zawartych w cyrkonie. Odkrycie zostało potwierdzone za pomocą dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego, potwierdzające, że naturalny odpowiednik syntetycznego produktu istnieje.

60 lata – Pierwsze badania nad kontrolą wzrostu pojedynczego kryształu sześciennych cyrkoni przeprowadzane przez Y . Roulin i R. Collongues we Francji. Technika polegała na krystalizacji stopionego cyrkonu. Proces został nazwany „zimny tygiel”, ze względu na użyte chłodzenie wodą . Niestety efektem były tylko małe kryształy.

1968 r. – Radziecki naukowiec V.V. Osiko w Instytucie Fizyki im. P. N. Lebiediewa w Moskwie zaczyna opracowywać technikę hodowli krystalicznie czystych kryształów nazwaną tyglem czaszkowym. Kryształy nazwane fianitem na cześć ich Fizycznego Instytut Nauk (ФИАН). Celem syntezy fianitu było zastosowanie kryształów do laserów. Jednak granaty miały lepsze właściwości i ostatecznie kamienie znalazły zastosowanie w jubilerstwie.

1973 r. – Praca naukowa o hodowli kryształów metodą tygla czaszkowego została opublikowana.

Sposoby produkcji cyrkoni udoskonalił Djevahirdjian, nadając kamieniom nazwę djevalitów. Obecna metoda opracowana przez J.F.Winckusa przynosi produkcję około 60 mln karatów (12 ton) rocznie.

1973 r. – Początek produkcji komercyjnej cyrkonii przez Swarovski & Co na skalę przemysłową.

 

1980 r. – Roczna globalna produkcja osiągnęła 50 mln karatów (10000 kg).

Cyrkonia – informacje

Cyrkonia nie występuje naturalnie w przyrodzie, jest wytwarzana sztucznie.

Po raz pierwszy pojawiła się w handlu w 1973 r. Na dobre opanowała rynek jubilerski w 1976 r. kiedy to otrzymano ją przy wykorzystaniu metody stapiania czaszowego.

Jest bardzo popularnym kamieniem umieszczanym w biżuterii. Wiele osób uważa ją za cenny kamień, a pierścionki z cyrkoniami są często wykonywane razem z mniejszymi diamentami.

 

biżuteria z cyrkonią

Fot. Srebropib – hurtownia biżuterii
Biżuteria z cyrkonią

Przez długi czas uchodziła za najlepszą imitację diamentu, dopóki na rynku nie pojawił się syntetyczny moissanit i diament GE POL.

 

różowa cyrkonia

 

Jak odróżnić cyrkonię od diamentu.

Praktycznie niemożliwe jest dla laika odróżnienie cyrkoni od diamentu. Ale gdy leżą obok siebie, wydaje się, że cyrkonia ma wyższy połysk. Dzieje się tak, ponieważ jest ona syntetyczna, a w odróżnieniu od kamienia naturalnego nie ma inkluzji. Aby rozpoznać cyrkonię trzeba posiadać odpowiednią aparaturę.

 

kryształy cyrkonii
fot. Larry P kelley (licencja: Public domain)
Bryła cyrkonii po wyjęciu z tygla czaszkowego.