Cos'è zaffiro
Zaffiro è un prezioso pietra preziosa, una varietà del corindone minerale, costituito da ossido di alluminio (α-Al2O3) con tracce di elementi come il ferro, titanio, cromo, vanadio, o magnesio. Il nome zaffiro deriva dal latino “zaffiro” e il greco “zaffiri”, entrambi significano blu.
È tipicamente blu, ma naturale “fantasia” gli zaffiri si trovano anche in giallo, viola, arancia, e colori verdi; “zaffiri in parte” mostrare due o più colori. Si verificano anche pietre di corindone rosso, ma sono chiamati rubini non zaffiri.
Il corindone di colore rosa può essere classificato come rubino o zaffiro a seconda della località. Comunemente, gli zaffiri naturali vengono tagliati e lucidati in pietre preziose e indossati in gioielleria. Possono anche essere creati sinteticamente in laboratori per scopi industriali o decorativi in grandi bocce di cristallo.
A causa della notevole durezza degli zaffiri – 9 sulla scala di Mohs (il terzo minerale più duro, dopo il diamante a 10 e moissanite a 9.5) – gli zaffiri sono utilizzati anche in alcune applicazioni non ornamentali, come componenti ottici a infrarossi, finestre ad alta durabilità, cristalli per orologi da polso e cuscinetti del movimento, e wafer elettronici molto sottili, che vengono utilizzati come substrati isolanti di elettronica a stato solido per scopi speciali come circuiti integrati e LED blu a base di GaN.
Zaffiri naturali
Zaffiro è una delle due varietà gemma del corindone, l'altro è rubino (definito come corindone in una sfumatura di rosso). Sebbene il blu sia il colore zaffiro più noto, si verificano in altri colori, compresi grigio e nero, e può anche essere incolore. Una varietà di zaffiro di colore arancione rosato è chiamata padparadscha.
Importanti giacimenti di zaffiro si trovano in Australia, Afghanistan, Cambogia, Camerun, Cina (Shandong), Colombia, Etiopia, India (Kashmir), Kenia, Laos, Madagascar, Malawi, Mozambico, Birmania (Birmania), Nigeria, Ruanda, Sri Lanka, Tanzania, Tailandia, stati Uniti (Montana) e Vietnam. Zaffiro e rubini si trovano spesso negli stessi ambienti geografici, ma generalmente hanno diverse formazioni geologiche. Per esempio, sia il rubino che lo zaffiro si trovano nel Mogok Stone Tract del Myanmar, ma i rubini formano nel marmo, mentre lo zaffiro si forma in pegmatiti granitiche o sieniti di corindone.
Ogni miniera di zaffiro produce una vasta gamma di qualità, e l'origine non è garanzia di qualità. Per zaffiro, Il Kashmir riceve il premio più alto, anche se la Birmania, Sri Lanka, e il Madagascar producono anche grandi quantità di gemme di ottima qualità.
Il costo degli zaffiri naturali varia a seconda del loro colore, chiarezza, dimensione, tagliare, e qualità generale. Gli zaffiri che sono completamente non trattati valgono molto di più di quelli che sono stati trattati. Anche l'origine geografica ha un forte impatto sul prezzo. Per la maggior parte delle gemme di un carato o più, un rapporto indipendente da un laboratorio rispettato come GIA, Gemmologia del loto, o SSEF, è spesso richiesto dagli acquirenti prima di effettuare un acquisto.
Colori
Vengono chiamati zaffiri di colori diversi dal blu “fantasia” o “parti-colored” zaffiri. Gli zaffiri fantasia si trovano spesso in giallo, arancia, verde, marrone, sfumature viola e viola.
Zaffiro sintetico
In 1902, il chimico francese Auguste Verneuil ha annunciato un processo per la produzione di cristalli di rubino sintetico. Nella fusione di fiamma (Processo di Verneuil), polvere di allumina fine viene aggiunta a una fiamma ossidrica, e questo è diretto verso il basso contro un piedistallo di ceramica. A seguito della riuscita sintesi del rubino, Verneuil ha concentrato i suoi sforzi sullo zaffiro. È arrivata la sintesi di zaffiro blu 1909, dopo che le analisi chimiche dello zaffiro suggerirono a Verneuil che il ferro e il titanio fossero la causa del colore blu. Verneuil ha brevettato il processo di produzione dello zaffiro blu sintetico 1911.
La chiave del processo è che la polvere di allumina non si scioglie mentre cade attraverso la fiamma. Invece forma un cono di sinterizzazione sul piedistallo. Quando la punta di quel cono raggiunge la parte più calda della fiamma, la punta si scioglie. Così la crescita dei cristalli inizia da un punto minuscolo, garantendo uno sforzo minimo.
Prossimo, più ossigeno viene aggiunto alla fiamma, facendolo bruciare leggermente più caldo. Questo espande lateralmente il cristallo in crescita. Allo stesso tempo, il piedistallo si abbassa alla stessa velocità con cui il cristallo cresce verticalmente. L'allumina nella fiamma si deposita lentamente, creando una lacrima a forma di “boule” di materiale zaffiro. Questo passaggio viene continuato fino al raggiungimento della dimensione desiderata, la fiamma si spegne e il cristallo si raffredda. Il cristallo ora allungato contiene molta deformazione a causa dell'elevato gradiente termico tra la fiamma e l'aria circostante. Per rilasciare questo ceppo, il cristallo ora a forma di dito verrà picchiettato con uno scalpello per dividerlo in due metà.
A causa della crescita a strati verticali del cristallo e della superficie di crescita superiore curva (che parte da una goccia), i cristalli mostreranno linee di crescita curve che seguono la superficie superiore della boule. Questo è in contrasto con i cristalli di corindone naturale, che presentano linee di crescita angolari che si espandono da un unico punto e seguono le facce cristalline planari.
La materia prima del zaffiro il substrato è una bacchetta di cristallo, e la bacchetta di cristallo è elaborata da un vetro zaffiro. Il relativo processo di fabbricazione è il seguente; la coltivazione della bacchetta di cristallo è la più critica nel processo di fabbricazione del substrato di zaffiro.
applicazioni
1.finestra
Sintetico zaffiro—a volte indicato come vetro zaffiro—è comunemente usato come materiale per finestre, perché è entrambi altamente trasparenti alle lunghezze d'onda della luce intermedie 150 nm (UV) e 5500 nm (E) (lo spettro visibile si estende 380 nm a 750 nm), e straordinariamente resistente ai graffi.
I principali vantaggi di zaffiro le finestre sono:
1.Banda di trasmissione ottica molto ampia dall'UV al vicino infrarosso, (0.15–5,5 µm)
2.Significativamente più forte di altri materiali ottici o finestre di vetro standard
3.Altamente resistente ai graffi e all'abrasione (9 sulla scala di Mohs della scala di durezza minerale, la terza sostanza naturale più dura dopo moissanite e diamanti)
4.Temperatura di fusione estremamente elevata (2030 °C)
Separare zaffiro di cristallo boule coltivate con il metodo Kyropoulos. Circa 200 millimetri (8 In) di diametro, del peso di circa 30 kg (66 libbre).
Alcune finestre in vetro zaffiro sono realizzate con bocce di puro zaffiro che sono state coltivate in uno specifico orientamento del cristallo, tipicamente lungo l'asse ottico, l'asse c, per la minima birifrangenza per l'applicazione.
Le bocce vengono tagliate fino allo spessore desiderato della finestra e infine lucidate fino alla finitura superficiale desiderata. Le finestre ottiche in zaffiro possono essere lucidate con un'ampia gamma di finiture superficiali grazie alla sua struttura cristallina e alla sua durezza. Le finiture superficiali delle finestre ottiche sono normalmente indicate dalle specifiche antigraffio in conformità con la specifica MIL-O-13830 adottata a livello globale.
Il zaffiro le finestre sono utilizzate sia nelle camere ad alta pressione che in quelle a vuoto per la spettroscopia, cristalli in vari orologi, e finestre negli scanner di codici a barre dei negozi di alimentari poiché l'eccezionale durezza e tenacità del materiale lo rende molto resistente ai graffi.
In 2014 Mela consumata “un quarto della fornitura mondiale di zaffiro per coprire l'obiettivo della fotocamera e il lettore di impronte digitali dell'iPhone.”
Sono stati fatti diversi tentativi per rendere praticabili gli schermi in zaffiro per smartphone. Apple ha stipulato un contratto con GT Advanced Technologies, Inc. per produrre schermi in zaffiro per iPhone, l'impresa fallì provocando il fallimento di GAT. Il Kyocera Brigadier è stato il primo smartphone di produzione dotato di uno schermo zaffiro.
Viene utilizzato per le finestre terminali su alcuni tubi laser ad alta potenza poiché la sua trasparenza a banda larga e la conduttività termica gli consentono di gestire densità di potenza molto elevate nello spettro infrarosso o UV senza degradarsi a causa del riscaldamento.
Insieme a zirconia e ossinitruro di alluminio, lo zaffiro sintetico viene utilizzato per i finestrini infrangibili nei veicoli blindati e varie tute antiproiettile militari, in associazione con compositi.
Un tipo di lampada ad arco allo xeno, originariamente chiamata “Cermax” e ora conosciuto genericamente come il “lampada allo xeno con corpo in ceramica” – utilizza finestre di output in vetro zaffiro. Questo prodotto tollera carichi termici più elevati e quindi potenze di uscita più elevate rispetto alle lampade Xe convenzionali con finestra in pura silice
2. Come substrato per semiconduttore circuiti
I sottili wafer di zaffiro sono stati il primo utilizzo di successo di un substrato isolante su cui depositare silicio per rendere i circuiti integrati noti come silicio su zaffiro o “sos”; ora possono essere utilizzati anche altri substrati per la classe di circuiti noti più in generale come silicio su isolante. Oltre alle sue eccellenti proprietà di isolamento elettrico, lo zaffiro ha un'elevata conduttività termica. I chip CMOS su zaffiro sono particolarmente utili per le radiofrequenze ad alta potenza (RF) applicazioni come quelle che si trovano nei telefoni cellulari, radio a banda di pubblica sicurezza, e sistemi di comunicazione satellitare. “sos” consente inoltre l'integrazione monolitica di circuiti digitali e analogici su un unico chip IC, e la costruzione di circuiti a bassissima potenza.
In un processo, dopo che le bocce di zaffiro a cristallo singolo sono cresciute, sono perforati in barre cilindriche, e i wafer vengono quindi affettati da questi nuclei.
I wafer di zaffiro monocristallino sono utilizzati anche nell'industria dei semiconduttori come substrati per la crescita di dispositivi a base di nitruro di gallio (GaN). L'uso dello zaffiro riduce notevolmente i costi, perché ha circa un settimo del costo del germanio. Il nitruro di gallio su zaffiro è comunemente usato nei diodi emettitori di luce blu (LED).
3. Nei laser
Il primo laser è stato realizzato 1960 di Theodore Maiman con una bacchetta di rubino sintetico. I laser allo zaffiro al titanio sono popolari grazie alla loro capacità relativamente rara di essere sintonizzati su varie lunghezze d'onda nella regione del rosso e del vicino infrarosso dello spettro elettromagnetico. Possono anche essere facilmente bloccati in modalità. In questi laser un vetro zaffiro prodotto sinteticamente con impurità di cromo o titanio viene irradiato con luce intensa da una lampada speciale, o un altro laser, per creare emissioni stimolate.
4. Nelle endoprotesi
Lo zaffiro monocristallino è abbastanza biocompatibile e l'usura eccezionalmente bassa delle coppie zaffiro-metallo ha portato all'introduzione (in Ucraina) di monocristalli di zaffiro per endoprotesi dell'articolazione dell'anca
