El zafiro es una piedra preciosa , una variedad del mineral corindón , que consiste en óxido de aluminio ( α - Al2O3 ) con trazas de elementos como hierro , titanio , cobalto , plomo , cromo , vanadio , magnesio , boro y silicio . El nombre zafiro se deriva de la palabra latina sapphirus , a su vez de la palabra griega sappheiros ( σάπφειρος ), que se refería al lapislázuli . [2] Por lo general, es azul, pero los zafiros "de lujo" naturales también se presentan en colores amarillo, morado, naranja y verde; los "zafiros parti" muestran dos o más colores. También existen piedras de corindón rojo, pero se llaman rubíes en lugar de zafiros. [3] El corindón de color rosa puede clasificarse como rubí o zafiro según la localidad. [ aclaración necesaria ] Comúnmente, los zafiros naturales se cortan y pulen en piedras preciosas y se usan en joyería . También pueden crearse sintéticamente en laboratorios con fines industriales o decorativos en grandes bolas de cristal . Debido a la notable dureza de los zafiros, 9 en la escala de Mohs (el tercer mineral más duro, después del diamante con 10 y la moissanita con 9,5), los zafiros también se utilizan en algunas aplicaciones no ornamentales, como componentes ópticos infrarrojos , ventanas de alta durabilidad , cristales de relojes de pulsera y cojinetes de movimiento, y obleas electrónicas muy delgadas , que se utilizan como sustratos aislantes de la electrónica de estado sólido de propósito especial , como circuitos integrados y LED azules basados en GaN . El zafiro es la piedra natal de septiembre y la gema del 45 aniversario . Un jubileo de zafiro ocurre después de 65 años. [4]
El zafiro es una de las dos variedades de corindón , la otra es el rubí (definido como corindón de un tono rojo). Aunque el azul es el color de zafiro más conocido, se presenta en otros colores, incluidos el gris y el negro, y también puede ser incoloro. Una variedad de zafiro de color naranja rosado se llama padparadscha.
Se encuentran importantes depósitos de zafiro en Australia , Afganistán , Camboya , Camerún , China ( Shandong ), Colombia , Etiopía , India Jammu y Cachemira ( Padder , Kishtwar ), Kenia , Laos , Madagascar , Malawi , Mozambique , Myanmar ( Birmania ), Nigeria , Ruanda , Sri Lanka , Tanzania , Tailandia , Estados Unidos ( Montana ) y Vietnam . [5] : 431–707 El zafiro y los rubíes se encuentran a menudo en los mismos entornos geográficos, pero generalmente tienen formaciones geológicas diferentes. Por ejemplo, tanto el rubí como el zafiro se encuentran en Mogok Stone Tract de Myanmar, pero los rubíes se forman en mármol, mientras que el zafiro se forma en pegmatitas graníticas o sienitas de corindón. [5] : 403–429
Cada mina de zafiro produce una amplia gama de calidades, y el origen no es una garantía de calidad. En el caso del zafiro, Jammu y Cachemira reciben la prima más alta, aunque Birmania, Sri Lanka y Madagascar también producen grandes cantidades de gemas de excelente calidad. [3]
El costo de los zafiros naturales varía según su color, claridad, tamaño, corte y calidad general. Los zafiros que no han sido tratados en absoluto valen mucho más que los que sí lo han sido. El origen geográfico también tiene un gran impacto en el precio. Para la mayoría de las gemas de un quilate o más, los compradores suelen solicitar un informe independiente de un laboratorio respetado como GIA , Lotus Gemology o SSEF antes de realizar una compra. [6]
Los zafiros de colores distintos del azul se denominan zafiros "de fantasía". El término "zafiro parti" se utiliza para las piedras multicolores con zonas de diferentes colores (matices), pero no de diferentes tonos. [7]
Los zafiros de fantasía se encuentran en amarillo, naranja, verde, marrón, morado, violeta y prácticamente cualquier otro tono. [8]
El color de las piedras preciosas se puede describir en términos de tono , saturación y matiz . El tono se entiende comúnmente como el " color " de la piedra preciosa. La saturación se refiere a la viveza o brillo del tono, y el tono es la claridad u oscuridad del tono. [5] : 333–401 El zafiro azul existe en varias mezclas de sus tonos primarios (azul) y secundarios, varios niveles tonales (matices) y en varios niveles de saturación (viveza).
Los zafiros azules se evalúan en función de la pureza de su tono azul. El violeta y el verde son los tonos secundarios más comunes que se encuentran en los zafiros azules. [5] : 333–401 Los precios más altos se pagan por gemas que son de un azul puro y de saturación intensa. Las gemas que tienen una saturación menor o que son demasiado oscuras o demasiado claras en tono tienen menos valor. Sin embargo, las preferencias de color son un gusto personal. [5] : 333–401
El zafiro Logan de 423 quilates (84,6 g) del Museo Nacional de Historia Natural , en Washington, DC , es uno de los zafiros azules facetados de calidad gema más grandes que existen.
Los zafiros particolores (o zafiros bicolores) son aquellas piedras que presentan dos o más colores dentro de una misma piedra. [8] La conveniencia de los zafiros particolores o bicolores suele juzgarse en función de la zonificación o ubicación de sus colores, la saturación de los colores y el contraste de sus colores. [9] Australia es la mayor fuente de zafiros particolores; no se utilizan habitualmente en la joyería convencional y siguen siendo relativamente desconocidos. Los zafiros particolores no se pueden crear de forma sintética y solo se producen de forma natural. [9]
Los zafiros rosados se presentan en tonos que van del rosa claro al oscuro, y su color se intensifica a medida que aumenta la cantidad de cromo . Cuanto más intenso sea el color rosado, mayor será su valor monetario . En los Estados Unidos, se debe cumplir con una saturación de color mínima para que se lo llame rubí ; de lo contrario, la piedra se denomina zafiro rosado . [10]
La padparadscha es un corindón delicado, de tono claro a medio, de color rosa anaranjado a rosa anaranjado , que se encontró originalmente en Sri Lanka , [11] pero que también se encuentra en depósitos en Vietnam y partes del este de África . Los zafiros de padparadscha son raros; el más raro de todos es la variedad totalmente natural, sin signos de tratamiento artificial. [12]
El nombre se deriva del sánscrito padma ranga (padma = loto; ranga = color), un color similar al de la flor de loto ( Nelumbo nucifera ). [13]
Entre los zafiros de fantasía (no azules), los de padparadscha natural alcanzan los precios más altos. Desde 2001, han aparecido en el mercado más zafiros de este color como resultado de la difusión artificial en red de berilio. [14]
Un zafiro estrella es un tipo de zafiro que exhibe un fenómeno similar al de una estrella conocido como asterismo ; las piedras rojas se conocen como "rubíes estrella". Los zafiros estrella contienen inclusiones en forma de aguja que se entrecruzan siguiendo la estructura cristalina subyacente que causa la apariencia de un patrón en forma de "estrella" de seis rayos cuando se observa con una sola fuente de luz superior. La inclusión es a menudo el mineral rutilo , un mineral compuesto principalmente de dióxido de titanio . [15] Las piedras se cortan en cabujón , típicamente con el centro de la estrella cerca de la parte superior de la cúpula. Ocasionalmente, se encuentran estrellas de doce rayos, generalmente porque se encuentran dos conjuntos diferentes de inclusiones dentro de la misma piedra, como una combinación de finas agujas de rutilo con pequeñas plaquetas de hematita ; el primero da como resultado una estrella blanquecina y el segundo da como resultado una estrella de color dorado. Durante la cristalización, los dos tipos de inclusiones se orientan preferentemente en diferentes direcciones dentro del cristal, formando así dos estrellas de seis rayos que se superponen entre sí para formar una estrella de doce rayos. [16] Las estrellas deformes o de doce rayos también pueden formarse como resultado del maclado . Las inclusiones pueden producir alternativamente un efecto de ojo de gato si el plano de la cintura del cabujón está orientado paralelo al eje c del cristal en lugar de perpendicular a él. Para obtener un efecto de ojo de gato, los planos de inclusiones exueltas deben ser extremadamente uniformes y estar muy compactados. Si la cúpula está orientada entre estas dos direcciones, será visible una estrella descentrada, desplazada hacia afuera del punto más alto de la cúpula. [5] : 101
Con 1404,49 quilates, la Estrella de Adán es el zafiro estrella azul más grande conocido. La gema se extrajo en la ciudad de Ratnapura, al sur de Sri Lanka. [17] La Estrella Negra de Queensland , el segundo zafiro estrella más grande del mundo, pesa 733 quilates . [18] Se cree que la Estrella de la India, extraída en Sri Lanka y con un peso de 563,4 quilates, es el tercer zafiro estrella más grande y actualmente se exhibe en el Museo Americano de Historia Natural en la ciudad de Nueva York . La Estrella de Bombay, de 182 quilates , extraída en Sri Lanka y ubicada en el Museo Nacional de Historia Natural en Washington, DC , es otro ejemplo de un gran zafiro estrella azul. El valor de un zafiro estrella depende no solo del peso de la piedra, sino también del color del cuerpo, la visibilidad y la intensidad del asterismo. El color de la piedra tiene más impacto en el valor que la visibilidad de la estrella. Dado que las piedras más transparentes tienden a tener mejores colores, las piedras estrella más caras son piedras semitransparentes con "cuerpo de vidrio" y colores vivos. [5] : 348–350
El 28 de julio de 2021 se descubrió en Ratnapura (Sri Lanka) el cúmulo de zafiros estelares más grande del mundo, con un peso de 510 kg (1120 lb). Este cúmulo de zafiros estelares se denominó " Zafiro Serendipity ". [19] [20]
Una variedad rara de zafiro natural, conocida como zafiro de cambio de color, exhibe diferentes colores con diferente luz. Los zafiros de cambio de color son azules en la luz exterior y violetas bajo la luz incandescente interior, o verdes a verde grisáceos en la luz del día y rosas a violetas rojizos en la luz incandescente. [ aclaración necesaria ] Los zafiros de cambio de color provienen de una variedad de lugares, incluidos Madagascar , Myanmar , Sri Lanka y Tanzania . Existen dos tipos. El primero presenta el cromóforo de cromo que crea el color rojo del rubí, combinado con el cromóforo de hierro + titanio que produce el color azul en el zafiro. Un tipo más raro, que proviene del área de Mogok en Myanmar, presenta un cromóforo de vanadio , el mismo que está presente en el zafiro sintético de cambio de color Verneuil.
Prácticamente todas las piedras preciosas que muestran el "efecto alejandrita" (cambio de color o " metamerismo ") muestran características de absorción/transmisión similares en el espectro visible. Se trata de una banda de absorción en el amarillo (~590 nm), junto con valles de transmisión en el azul-verde y el rojo. Por lo tanto, el color que se ve depende de la composición espectral de la fuente de luz. La luz del día está relativamente equilibrada en su distribución de potencia espectral (SPD) y, dado que el ojo humano es más sensible a la luz verde, la balanza se inclina hacia el lado verde. Sin embargo, la luz incandescente (incluida la luz de las velas) está muy inclinada hacia el extremo rojo del espectro, inclinando así la balanza hacia el rojo. [21]
Los zafiros que cambian de color y que están coloreados por los cromóforos Cr + Fe/Ti generalmente cambian de azul o azul violáceo a violeta o púrpura. Los que están coloreados por el cromóforo V pueden mostrar un cambio más pronunciado, pasando de azul verdoso a púrpura.
Ciertos zafiros sintéticos que cambian de color tienen un cambio de color similar al de la piedra preciosa natural alejandrita y a veces se comercializan como "alejandrio" o "alejandrita sintética". Sin embargo, este último término es un nombre inapropiado: los zafiros sintéticos que cambian de color no son, técnicamente, alejandritas sintéticas sino más bien imitaciones de alejandrita . Esto se debe a que la alejandrita genuina es una variedad de crisoberilo : no zafiro, sino un mineral completamente diferente del corindón. [22]
Los rubíes y zafiros de gran tamaño y poca transparencia se utilizan con frecuencia con valoraciones sospechosas que exageran enormemente su valor. Este fue el caso del zafiro estrella "Life and Pride of America". Hacia 1985, Roy Whetstine afirmó haber comprado la piedra de 1905 quilates por 10 dólares en la feria de gemas de Tucson, pero un periodista descubrió que LA Ward de Fallbrook, California, que la había tasado al precio de 1200 dólares el quilate, había tasado otra piedra del mismo peso exacto varios años antes de que Whetstine afirmara haberla encontrado. [23]
Lotus Gemology , con sede en Bangkok, mantiene una lista actualizada de los récords mundiales de subastas de rubíes, zafiros y espinelas . A noviembre de 2019, ningún zafiro se había vendido en una subasta por más de 17 295 796 dólares. [24]
Los rubíes son corindones con un color rojo predominante en el cuerpo. Esto generalmente se debe a trazas de cromo (Cr 3+ ) que sustituyen al ion (Al 3+ ) en la estructura del corindón. El color puede modificarse tanto por el hierro como por los centros de color de los agujeros atrapados. [25]
A diferencia de la absorción localizada ("intraatómica") de luz, que causa el color de las impurezas de cromo y vanadio, el color azul en los zafiros proviene de la transferencia de carga intervalar, que es la transferencia de un electrón de un ion de metal de transición a otro a través de la banda de conducción o valencia . El hierro puede tomar la forma Fe 2+ o Fe 3+ , mientras que el titanio generalmente toma la forma Ti 4+ . Si los iones Fe 2+ y Ti 4+ se sustituyen por Al 3+ , se crean áreas localizadas de desequilibrio de carga. Una transferencia de electrones de Fe 2+ y Ti 4+ puede causar un cambio en el estado de valencia de ambos. Debido al cambio de valencia, hay un cambio específico en la energía del electrón y se absorbe energía electromagnética . La longitud de onda de la energía absorbida corresponde a la luz amarilla. Cuando esta luz se resta de la luz blanca incidente, resulta el color complementario azul. A veces, cuando el espaciamiento atómico es diferente en diferentes direcciones, se produce un dicroísmo azul-verde resultante .
Los zafiros morados contienen trazas de cromo y hierro , además de titanio , y se presentan en una variedad de tonos. El corindón que contiene niveles extremadamente bajos de cromóforos es casi incoloro. El corindón completamente incoloro generalmente no existe en la naturaleza. Si hay trazas de hierro presentes, se puede observar un color entre amarillo pálido y verde. Sin embargo, si las impurezas de titanio y hierro están presentes juntas y en los estados de valencia correctos , el resultado es un color azul. [26]
La transferencia de carga por intervalos es un proceso que produce una apariencia de color intenso con un bajo porcentaje de impurezas. Si bien debe haber al menos un 1 % de cromo en el corindón para que se observe el color rojo rubí intenso, el azul zafiro es evidente con la presencia de solo un 0,01 % de titanio y hierro.
Los zafiros incoloros, que son poco comunes en la naturaleza, alguna vez se usaron como sustitutos de diamantes en joyería y actualmente se usan como piedras decorativas. [8]
La descripción más completa de las causas del color en el corindón que existe se puede encontrar en el Capítulo 4 de Ruby & Sapphire: A Gemologist's Guide (capítulo escrito por John Emmett, Emily Dubinsky y Richard Hughes). [5] : 107–164
Los zafiros se extraen de depósitos aluviales o de explotaciones subterráneas primarias. Las ubicaciones de minería comercial de zafiro y rubí incluyen (pero no se limitan a) los siguientes países: Afganistán , Australia , Myanmar / Birmania , Camboya , China , Colombia , India , Kenia , Laos , Madagascar , Malawi , Nepal , Nigeria , Pakistán , Sri Lanka , Tayikistán , Tanzania , Tailandia , Estados Unidos y Vietnam . Los zafiros de diferentes ubicaciones geográficas pueden tener diferentes apariencias o concentraciones de impurezas químicas, y tienden a contener diferentes tipos de inclusiones microscópicas. Debido a esto, los zafiros se pueden dividir en tres amplias categorías: metamórficos clásicos, metamórficos o magmáticos no clásicos y magmáticos clásicos. [27]
Los zafiros de ciertas ubicaciones o de ciertas categorías pueden ser más atractivos comercialmente que otros, [28] en particular los zafiros metamórficos clásicos de Cachemira, Birmania o Sri Lanka que no han sido sometidos a tratamiento térmico. [29] [30]
El zafiro Logan , la Estrella de la India , la Estrella de Adán y la Estrella de Bombay tienen su origen en minas de Sri Lanka. Madagascar es el líder mundial en producción de zafiro (a fecha de 2007), concretamente sus yacimientos en la ciudad de Ilakaka y sus alrededores . [31] Antes de la apertura de las minas de Ilakaka, Australia era el mayor productor de zafiros (como en 1987). [32] En 1991 se descubrió una nueva fuente de zafiros en Andranondambo, al sur de Madagascar. La explotación comenzó en 1993, pero fue prácticamente abandonada tan solo unos años después debido a las dificultades para recuperar los zafiros en su lecho de roca. [33]
En América del Norte , los zafiros se han extraído principalmente de depósitos en Montana : facies a lo largo del río Misuri cerca de Helena, Montana , Dry Cottonwood Creek cerca de Deer Lodge, Montana , y Rock Creek cerca de Philipsburg, Montana . Se encuentran zafiros azules finos de Yogo en Yogo Gulch al oeste de Lewistown, Montana . [34] También se han encontrado algunos zafiros y rubíes de calidad gema en el área de Franklin, Carolina del Norte . [35]
Los depósitos de zafiro de Cachemira son bien conocidos en la industria de las gemas, aunque su máxima producción tuvo lugar en un período relativamente corto a finales del siglo XIX y principios del XX. [5] : 463–482 Estos depósitos se encuentran en el valle de Paddar de la región de Jammu de Jammu y Cachemira en la India. [36] Tienen un tono azul intenso superior, junto con una calidad misteriosa y casi somnolienta, descrita por algunos entusiastas de las gemas como "terciopelo azul". El origen de Cachemira contribuye significativamente al valor de un zafiro, y la mayoría del corindón de origen de Cachemira se puede identificar fácilmente por su aspecto sedoso característico y su tono excepcional. [37] [36] El azul único parece brillante bajo cualquier tipo de luz, a diferencia de los zafiros que no son de Cachemira, que pueden parecer violáceos o grisáceos en comparación. [38] Sotheby's ha estado a la vanguardia supervisando ventas récord de zafiros de Cachemira en todo el mundo. En octubre de 2014, Sotheby's Hong Kong logró récords consecutivos de precio por quilate para zafiros de Cachemira: primero con el anillo de zafiro Cartier de 12,00 quilates a 193.975 dólares estadounidenses por quilate, luego con un zafiro de 17,16 quilates a 236.404 dólares estadounidenses, y nuevamente en junio de 2015 cuando el récord de subasta por quilate se estableció en 240.205 dólares estadounidenses. [39] En la actualidad, el precio récord mundial por quilate de zafiro en subasta lo tiene un zafiro de Cachemira en un anillo, que se vendió en octubre de 2015 por aproximadamente 242.000 dólares estadounidenses por quilate ( 52.280.000 dólares de Hong Kong en total, incluida la prima del comprador, o más de 6,74 millones de dólares estadounidenses). [39]
Los zafiros pueden tratarse mediante varios métodos para realzar y mejorar su claridad y color. [5] : 197–247 Es una práctica común calentar zafiros naturales para mejorar o realzar su apariencia. Esto se hace calentando los zafiros en hornos a temperaturas entre 800 y 1800 °C (1470 y 3270 °F) durante varias horas, o incluso semanas seguidas. Se pueden utilizar diferentes atmósferas. Al calentar, la piedra se vuelve más azul, pero pierde algunas de las inclusiones de rutilo (seda). Cuando se utilizan altas temperaturas (1400 °C+), la seda de rutilo exuelta se disuelve y se vuelve transparente bajo aumento. El titanio del rutilo entra en solución sólida y crea así con el hierro el color azul. [40] Las inclusiones en piedras naturales se ven fácilmente con una lupa de joyero . La evidencia de que el zafiro y otras piedras preciosas se someten a calentamiento se remonta al menos a la época romana. [41] Las piedras naturales sin calentar son algo raras y a menudo se venden acompañadas de un certificado de un laboratorio gemológico independiente que certifica que "no hay evidencia de tratamiento térmico".
Los zafiros Yogo no necesitan tratamiento térmico porque su color azul aciano es atractivo desde el suelo; generalmente están libres de inclusiones y tienen una claridad uniforme y alta. [42] Cuando Intergem Limited comenzó a comercializar el Yogo en la década de 1980 como el único zafiro no tratado garantizado del mundo, el tratamiento térmico no se divulgaba comúnmente; a fines de la década de 1980, el tratamiento térmico se convirtió en un problema importante. [34] En ese momento, gran parte de todos los zafiros del mundo se calentaban para mejorar su color natural. [43] La comercialización de Yogos garantizados sin tratamiento por parte de Intergem los enfrentó a muchos en la industria de las gemas. Este problema apareció como una historia de primera plana en The Wall Street Journal el 29 de agosto de 1984 en un artículo de Bill Richards, Carats and Schticks: Sapphire Marketer Upsets The Gem Industry . [43] Sin embargo, el mayor problema al que se enfrentó la mina de Yogo no fue la competencia de los zafiros calentados, sino el hecho de que las piedras de Yogo nunca podían producir cantidades de zafiro superiores a un quilate después del tallado. Como resultado, ha seguido siendo un producto de nicho, con un mercado que existe en gran medida en los EE. UU. [5] : 676–695
Los tratamientos de difusión en red ('a granel') se utilizan para añadir impurezas al zafiro y mejorar su color. Este proceso fue desarrollado y patentado originalmente por la división Linde Air de Union Carbide e implicaba la difusión de titanio en zafiro sintético para igualar el color azul. [44] Más tarde se aplicó al zafiro natural. Hoy en día, la difusión de titanio suele utilizar una base de zafiro sintético incoloro. La capa de color creada por la difusión de titanio es extremadamente fina (menos de 0,5 mm). Por lo tanto, el repulido puede producir y produce una pérdida de color leve a significativa. Se ha intentado la difusión de cromo, pero se abandonó debido a las lentas tasas de difusión del cromo en el corindón.
En el año 2000, los zafiros de color "padparadscha" difundidos con berilio entraron en el mercado. Normalmente, el berilio se difunde en un zafiro a temperaturas muy altas, justo por debajo del punto de fusión del zafiro. Inicialmente ( c. 2000 ) se crearon zafiros naranjas, aunque ahora el proceso ha avanzado y muchos colores de zafiro a menudo se tratan con berilio. Debido al pequeño tamaño del ion de berilio, la penetración del color es mucho mayor que con la difusión de titanio. En algunos casos, puede penetrar toda la piedra. Los zafiros naranjas difundidos con berilio pueden ser difíciles de detectar, lo que requiere un análisis químico avanzado por parte de laboratorios gemológicos ( por ejemplo , Gübelin, SSEF , GIA , American Gemological Laboratories (AGL), Lotus Gemology ). [6]
Según las directrices de la Comisión Federal de Comercio de los Estados Unidos , se requiere la divulgación de cualquier modo de mejora que tenga un efecto significativo en el valor de la gema. [45]
Existen varias formas de tratar el zafiro. El tratamiento térmico en una atmósfera reductora u oxidante (pero sin el uso de otras impurezas añadidas) se utiliza habitualmente para mejorar el color de los zafiros, y este proceso a veces se conoce como "sólo calentamiento" en el comercio de gemas. Sin embargo, por el contrario, el tratamiento térmico combinado con la adición deliberada de ciertas impurezas específicas (por ejemplo, berilio, titanio, hierro, cromo o níquel, que se absorben en la estructura cristalina del zafiro) también se realiza habitualmente, y este proceso puede conocerse como "difusión" en el comercio de gemas. Sin embargo, a pesar de lo que los términos "sólo calentamiento" y "difusión" puedan sugerir, ambas categorías de tratamiento en realidad implican procesos de difusión. [46]
La descripción más completa de los tratamientos con corindón que existen se puede encontrar en el Capítulo 6 de Ruby & Sapphire: A Gemologist's Guide (capítulo escrito por John Emmett, Richard Hughes y Troy R. Douthit). [5] : 197–247
En 1902, el químico francés Auguste Verneuil anunció un proceso para producir cristales de rubí sintético . [47] En la fusión a la llama ( proceso Verneuil ), se añade polvo fino de alúmina a una llama de oxihidrógeno , y esta se dirige hacia abajo contra un pedestal de cerámica. [48] Después de la exitosa síntesis del rubí, Verneuil centró sus esfuerzos en el zafiro. La síntesis del zafiro azul llegó en 1909, después de que los análisis químicos del zafiro sugirieran a Verneuil que el hierro y el titanio eran la causa del color azul. Verneuil patentó el proceso de producción de zafiro azul sintético en 1911. [49] [5] : 254–255
La clave del proceso es que el polvo de alúmina no se derrite al caer a través de la llama, sino que forma un cono de sinterización en el pedestal. Cuando la punta de ese cono alcanza la parte más caliente de la llama, se derrite. De este modo, el crecimiento del cristal se inicia desde un punto diminuto, lo que garantiza una tensión mínima.
A continuación, se añade más oxígeno a la llama, lo que hace que arda un poco más caliente. Esto expande el cristal en crecimiento lateralmente. Al mismo tiempo, el pedestal se baja al mismo ritmo que el cristal crece verticalmente. La alúmina en la llama se deposita lentamente, creando una " bola " en forma de lágrima de material de zafiro. Este paso se continúa hasta que se alcanza el tamaño deseado, se apaga la llama y el cristal se enfría. El cristal ahora alargado contiene mucha tensión debido al alto gradiente térmico entre la llama y el aire circundante. Para liberar esta tensión, el cristal ahora en forma de dedo se golpeará con un cincel para dividirlo en dos mitades. [5] : 249–309
Debido al crecimiento en capas verticales del cristal y a la superficie de crecimiento superior curvada (que comienza a partir de una gota), los cristales mostrarán líneas de crecimiento curvas que seguirán la superficie superior de la bola. Esto contrasta con los cristales de corindón natural, que presentan líneas de crecimiento angulares que se expanden desde un único punto y siguen las caras planas del cristal. [50]
Se pueden añadir dopantes químicos para crear versiones artificiales del rubí y de todos los demás colores naturales del zafiro, además de otros colores nunca vistos en muestras geológicas . El material de zafiro artificial es idéntico al zafiro natural, excepto que se puede fabricar sin los defectos que se encuentran en las piedras naturales. La desventaja del proceso Verneuil es que los cristales cultivados tienen altas tensiones internas. Muchos métodos de fabricación de zafiro en la actualidad son variaciones del proceso Czochralski , que fue inventado en 1916 por el químico polaco Jan Czochralski . [51] En este proceso, un pequeño cristal semilla de zafiro se sumerge en un crisol hecho del metal precioso iridio o molibdeno , [52] que contiene alúmina fundida, y luego se retira lentamente hacia arriba a una velocidad de 1 a 100 mm por hora. La alúmina cristaliza en el extremo, creando bolas largas con forma de zanahoria de gran tamaño de hasta 200 kg de masa. [53]
El zafiro sintético también se produce industrialmente a partir de óxido de aluminio aglomerado, sinterizado y fundido (por ejemplo, mediante prensado isostático en caliente ) en una atmósfera inerte, produciendo un producto policristalino transparente pero ligeramente poroso . [54]
En 2003, la producción mundial de zafiro sintético fue de 250 toneladas (1,25 × 10 9 quilates), principalmente en Estados Unidos y Rusia. [55] [56] La disponibilidad de zafiro sintético barato abrió muchas posibilidades de uso industrial para este material único.
El zafiro sintético, también conocido como vidrio de zafiro , se utiliza comúnmente para ventanas pequeñas, porque es altamente transparente a las longitudes de onda de luz entre 150 nm ( UV ) y 5500 nm ( IR ) (el espectro visible se extiende aproximadamente de 380 nm a 750 nm [57] ), y extraordinariamente resistente a los rayones. [58] [59]
Las principales ventajas de las ventanas de zafiro son:
Algunas ventanas de cristal de zafiro están hechas de bolas de zafiro puro que se han cultivado en una orientación de cristal específica, normalmente a lo largo del eje óptico, el eje c , para lograr una birrefringencia mínima para la aplicación. [60] [61]
Las bolas se cortan en rodajas del grosor de ventana deseado y, finalmente, se pulen hasta obtener el acabado superficial deseado. Las ventanas ópticas de zafiro se pueden pulir hasta obtener una amplia gama de acabados superficiales gracias a su estructura cristalina y su dureza. Los acabados superficiales de las ventanas ópticas normalmente se indican en las especificaciones de raspado y excavación de acuerdo con la especificación MIL-O-13830 adoptada a nivel mundial. [ Aclaración necesaria ]
Las ventanas de zafiro se utilizan tanto en cámaras de alta presión como de vacío para espectroscopia , cristales para relojes y ventanas en lectores de códigos de barras de supermercados , ya que la excepcional dureza y resistencia del material lo hace muy resistente a los arañazos. [55]
En 2014, Apple consumió "una cuarta parte del suministro mundial de zafiro para cubrir la lente de la cámara del iPhone y el lector de huellas dactilares". [62]
Se han hecho varios intentos para hacer viables las pantallas de zafiro para los teléfonos inteligentes. Apple contrató a GT Advanced Technologies, Inc. para fabricar pantallas de zafiro para iPhones, pero la empresa fracasó, lo que provocó la quiebra de GTAT. [63] El Kyocera Brigadier fue el primer teléfono inteligente de producción con una pantalla de zafiro. [64]
El zafiro se utiliza para las ventanas finales de algunos tubos láser de alta potencia, ya que su transparencia de banda ancha y su conductividad térmica le permiten manejar densidades de potencia muy altas en el espectro infrarrojo y UV sin degradarse debido al calentamiento.
Un tipo de lámpara de arco de xenón , originalmente llamada "Cermax" y ahora conocida genéricamente como "lámpara de xenón con cuerpo cerámico", utiliza ventanas de salida de cristal de zafiro que toleran cargas térmicas más altas y, en consecuencia, pueden proporcionar mayores potencias de salida que las lámparas Xe convencionales con ventanas de sílice pura . [65] [66]
Se utilizó una ventana de zafiro para la ventana del sistema de orientación electroóptica del F-35 Lightning 2 , debido a su alta resistencia. [67]
Junto con la zirconia y el oxinitruro de aluminio , el zafiro sintético se utiliza para ventanas resistentes a roturas en vehículos blindados y diversos trajes de protección corporal militares , en asociación con materiales compuestos.
Las obleas delgadas de zafiro fueron el primer uso exitoso de un sustrato aislante sobre el cual depositar silicio para hacer los circuitos integrados conocidos como silicio sobre zafiro o "SOS"; ahora también se pueden usar otros sustratos para la clase de circuitos conocidos de manera más general como silicio sobre aislante . Además de sus excelentes propiedades de aislamiento eléctrico, el zafiro tiene una alta conductividad térmica . Los chips CMOS sobre zafiro son especialmente útiles para aplicaciones de radiofrecuencia (RF) de alta potencia, como las que se encuentran en teléfonos celulares , radios de banda de seguridad pública y sistemas de comunicación por satélite . "SOS" también permite la integración monolítica de circuitos digitales y analógicos , todo en un chip IC, y la construcción de circuitos de potencia extremadamente baja.
En un proceso, después de que se cultivan bolas de zafiro monocristalino, se perforan núcleos para formar barras cilíndricas y luego se cortan obleas a partir de estos núcleos. [ cita requerida ]
Las obleas de zafiro monocristalino también se utilizan en la industria de semiconductores como sustratos para el crecimiento de dispositivos basados en nitruro de galio (GaN). El uso de zafiro reduce significativamente el costo, porque tiene aproximadamente una séptima parte del costo del germanio . El nitruro de galio sobre zafiro se usa comúnmente en diodos emisores de luz azul (LED). [68]
El primer láser fue fabricado en 1960 por Theodore Maiman con una varilla de rubí sintético . Los láseres de titanio y zafiro son populares debido a su capacidad relativamente rara de sintonizarse con varias longitudes de onda en la región roja e infrarroja cercana del espectro electromagnético . También se pueden bloquear fácilmente en modo . En estos láseres, un cristal de zafiro producido sintéticamente con impurezas de cromo o titanio se irradia con luz intensa de una lámpara especial u otro láser para crear una emisión estimulada .
El zafiro monocristalino es bastante biocompatible y el desgaste excepcionalmente bajo de los pares zafiro-metal ha llevado a la introducción (en Ucrania) de monocristales de zafiro para endoprótesis de articulaciones de cadera . [69]
Se pueden encontrar tablas extensas que enumeran más de cien rubíes y zafiros importantes y famosos en el Capítulo 10 de Ruby & Sapphire: A Gemologist's Guide . [5] : 380–395
