El zafiro es una piedra preciosa , una variedad del mineral corindón , que consiste en óxido de aluminio ( α -Al 2 O 3 ) con trazas de elementos como hierro , titanio , cobalto , plomo , cromo , vanadio , magnesio , boro y silicio. . El nombre zafiro se deriva del latín sapphirus del griego sappheiros ( σάπφειρος ), que se refería al lapislázuli . [2] Normalmente es azul, pero los zafiros naturales "elegantes" también se encuentran en colores amarillo, morado, naranja y verde; Los "partizafiros" muestran dos o más colores. También se encuentran 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 zona. [ se necesita aclaración ] Comúnmente, los zafiros naturales se cortan y pulen para convertirlos 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 componentes electrónicos de estado sólido para fines especiales, como circuitos integrados y LED azules basados en GaN . El zafiro es la piedra de nacimiento de septiembre y la gema del 45 aniversario . El jubileo del zafiro ocurre después de 65 años. [4]
El zafiro es una de las dos variedades de gemas de corindón , la otra es el rubí (definido como corindón en un tono rojo). Aunque el azul es el color de zafiro más conocido, se presentan en otros colores, incluidos el gris y el negro, y también pueden ser incoloros. 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 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 han sido tratados. El origen geográfico también tiene un impacto importante en el precio. Para la mayoría de las gemas de un quilate o más, los compradores suelen exigir 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 "elegantes". El "partizafiro" se utiliza para piedras multicolores con zonificación de diferentes colores (tonos), pero no de diferentes tonos. [7]
Los zafiros elegantes se encuentran en amarillo, naranja, verde, marrón, morado, violeta y prácticamente en cualquier otro tono. [8]
El color de las piedras preciosas se puede describir en términos de matiz , saturación y tono . El tono se entiende comúnmente como el " color " de la piedra preciosa. La saturación se refiere a la viveza o el brillo del tono, y el tono es la diferencia entre la claridad y la oscuridad del tono. [5] : 333–401 El zafiro azul existe en varias mezclas de sus tonos primarios (azul) y secundarios, en varios niveles tonales (tonos) 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 de color azul puro y de saturación vívida. Las gemas que tienen una saturación más baja, o que tienen un tono demasiado oscuro o demasiado claro, tienen menos valor. Sin embargo, las preferencias de color son un gusto personal, como el sabor del helado. [5] : 333–401
El zafiro Logan de 423 quilates (84,6 g) que se encuentra en el Museo Nacional de Historia Natural de Washington, DC , es uno de los zafiros azules facetados con calidad de gema más grandes que existen.
La Sirena de Serendip [9] de 422,66 quilates en el Museo de Ciencias Naturales de Houston es otro impresionante ejemplo de zafiro de Sri Lanka expuesto al público.
Los zafiros particolores (o zafiros bicolores) son aquellas piedras que exhiben dos o más colores dentro de una sola piedra. [8] La conveniencia de los zafiros de varios colores o bicolores generalmente se juzga en función de la zonificación o ubicación de sus colores, la saturación de los colores y el contraste de sus colores. [10] Australia es la mayor fuente de zafiros multicolores; No se utilizan habitualmente en la joyería convencional y siguen siendo relativamente desconocidos. Los zafiros de varios colores no se pueden crear sintéticamente y sólo se producen de forma natural. [10]
Los zafiros rosados se presentan en tonos que van del rosa claro al rosa oscuro y su color se intensifica a medida que aumenta la cantidad de cromo . Cuanto más intenso sea el color rosa, mayor será su valor monetario . En Estados Unidos se debe cumplir una saturación de color mínima para ser llamado rubí , de lo contrario la piedra se conoce como zafiro rosa . [11]
Padparadscha es un corindón delicado, de tono claro a medio, de color rosa anaranjado a rosa anaranjado , que se encuentra originalmente en Sri Lanka , [12] pero que también se encuentra en depósitos en Vietnam y partes de África Oriental . Los zafiros Padparadscha son raros; la más rara de todas es la variedad totalmente natural, sin signos de tratamiento artificial. [13]
El nombre se deriva del sánscrito padma ranga (padma = loto; ranga = color), un color similar a la flor de loto ( Nelumbo nucifera ). [14]
Entre los zafiros elegantes (no azules), los padparadscha naturales alcanzan los precios más altos. Desde 2001, han aparecido en el mercado más zafiros de este color como resultado de la difusión reticular artificial del berilio. [15]
Un zafiro estrella es un tipo de zafiro que exhibe un fenómeno similar a una estrella conocido como asterismo ; Las piedras rojas se conocen como "rubíes estrella". Los zafiros estrella contienen inclusiones en forma de agujas que se cruzan siguiendo la estructura cristalina subyacente que provoca la aparición de un patrón en forma de "estrella" de seis rayos cuando se observa con una única fuente de luz superior. La inclusión suele ser el mineral rutilo , un mineral compuesto principalmente de dióxido de titanio . [16] Las piedras están cortadas en cabujón , normalmente con el centro de la estrella cerca de la parte superior de la cúpula. Ocasionalmente se encuentran estrellas de doce rayos, típicamente 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. [17] También se pueden formar estrellas deformes o estrellas de 12 rayos como resultado del hermanamiento . Alternativamente, las inclusiones pueden producir un efecto de ojo de gato si el plano del cinturón del cabujón está orientado paralelo al eje C del cristal en lugar de perpendicular a él. Para obtener un ojo de gato, los planos de las inclusiones exsueltas deben ser extremadamente uniformes y estar muy apretados. Si la cúpula está orientada entre estas dos direcciones, será visible una estrella descentrada, alejada 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 fue extraída en la ciudad de Ratnapura, en el sur de Sri Lanka. [18] La Estrella Negra de Queensland , la segunda estrella de zafiro más grande del mundo, pesa 733 quilates . [19] Se cree que la Estrella de la India , extraída en Sri Lanka y que pesa 563,4 quilates, es la tercera estrella de zafiro más grande y actualmente se exhibe en el Museo Americano de Historia Natural de 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 de Washington, DC , es otro ejemplo de zafiro estrella azul de gran tamaño. El valor de un zafiro estrella depende no sólo del peso de la piedra, sino también del color del cuerpo, la visibilidad y la intensidad del asterismo. El color de la piedra influye más 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, el grupo de zafiros estelares más grande del mundo, con un peso de 510 kg (1120 libras), fue desenterrado en Ratnapura, Sri Lanka. Este cúmulo de estrellas de zafiro recibió el nombre de " Serendipity Sapphire ". [20] [21]
Una rara variedad de zafiro natural, conocida como zafiro que cambia de color, exhibe diferentes colores con diferente luz. Los zafiros que cambian de color son azules con luz exterior y morados con luz interior incandescente , o de verde a gris verdoso con luz diurna y de rosa a violeta rojizo con luz incandescente. Los zafiros que cambian 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 del zafiro. Un tipo más raro, que proviene del área de Mogok en Myanmar, presenta un cromóforo de vanadio , el mismo que se usa en el zafiro sintético que cambia 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. Esta es una banda de absorción en amarillo (~590 nm), junto con valles de transmisión en azul-verde y rojo. Por tanto, el color que uno 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. [22]
Los zafiros que cambian de color coloreados por los cromóforos Cr + Fe/Ti generalmente cambian de azul o azul violeta a violeta o violeta. Aquellos coloreados por el cromóforo V pueden mostrar un cambio más pronunciado, pasando del azul verdoso al violeta.
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 inapropiado: los zafiros sintéticos que cambian de color son, técnicamente, no alejandritas sintéticas sino simulantes de alejandrita . Esto se debe a que la auténtica alejandrita es una variedad del crisoberilo : no el zafiro, sino un mineral completamente diferente del corindón. [23]
Los grandes rubíes y zafiros de escasa transparencia se utilizan con frecuencia con valoraciones sospechosas que exageran enormemente su valor. Este fue el caso del “Life and Pride of America Star Sapphire”. Alrededor de 1985, Roy Whetstine afirmó haber comprado la piedra de 1905 quilates por $10 en la exposición de gemas de Tucson, pero un periodista descubrió que LA Ward de Fallbrook, California, que la tasaba al precio de $1200/ct, había tasado otra piedra de exactamente el mismo peso varios años antes de que Whetstine afirmara haberlo encontrado. [24]
Lotus Gemology , con sede en Bangkok, mantiene una lista actualizada de los récords mundiales de subastas de rubí, zafiro y espinela . Hasta noviembre de 2019, ningún zafiro se había vendido en una subasta por más de 17.295.796 dólares. [25]
Los rubíes son corindón con un color de cuerpo rojo dominante. Esto generalmente es causado por trazas de cromo (Cr 3+ ) que sustituyen al ion (Al 3+ ) en la estructura del corindón. El color se puede modificar tanto mediante centros de color de hierro como de orificios atrapados. [26]
A diferencia de la absorción de luz localizada ("intraatómica"), que provoca el color de las impurezas de cromo y vanadio, el color azul en los zafiros proviene de la transferencia de carga de intervalo, que es la transferencia de un electrón de un ion de metal de transición a otro a través de la conducción. o banda de valencia . El hierro puede tomar la forma Fe 2+ o Fe 3+ , mientras que el titanio generalmente toma la forma Ti 4+ . Si se sustituyen los iones Fe 2+ y Ti 4+ por Al 3+ , se crean áreas localizadas de desequilibrio de carga. Una transferencia de electrones desde Fe 2+ y Ti 4+ puede provocar 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, se obtiene el color complementario azul. A veces, cuando el espaciamiento atómico es diferente en diferentes direcciones, se produce un dicroísmo azul-verde .
Los zafiros morados contienen trazas de cromo y hierro además de titanio y vienen 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 , se puede observar un color de amarillo muy pálido a 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. [27]
La transferencia de carga de intervalo es un proceso que produce una apariencia de color fuerte con un bajo porcentaje de impureza. Mientras que al menos un 1% de cromo debe estar presente en el corindón antes de que se vea el color rojo rubí intenso, el azul zafiro es evidente con la presencia de sólo un 0,01% de titanio y hierro.
Los zafiros incoloros, que son poco comunes en la naturaleza, alguna vez se usaron como sustitutos del diamante en joyería y actualmente se usan como piedras decorativas. [8]
La descripción más completa de las causas del color en el corindón existente 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 mineras comerciales 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 categorías amplias: metamórficos clásicos, metamórficos o magmáticos no clásicos y magmáticos clásicos. [28]
Los zafiros de ciertos lugares, o de ciertas categorías, pueden ser más atractivos comercialmente que otros, [29] particularmente los zafiros metamórficos clásicos de Cachemira, Birmania o Sri Lanka que no han sido sometidos a tratamiento térmico. [30] [31]
El zafiro Logan , la Estrella de la India , la Estrella de Adán y la Estrella de Bombay tienen su origen en las minas de Sri Lanka. Madagascar es el líder mundial en producción de zafiros (a partir de 2007), específicamente sus depósitos en la ciudad de Ilakaka y sus alrededores . [32] Antes de la apertura de las minas de Ilakaka, Australia era el mayor productor de zafiros (como en 1987). [33] En 1991 se descubrió una nueva fuente de zafiros en Andranondambo, en el sur de Madagascar. Esa zona ha sido explotada por sus zafiros desde 1993, pero fue prácticamente abandonada pocos años después, debido a las dificultades para recuperar zafiros en su lecho de roca. [34]
En América del Norte , los zafiros se han extraído principalmente de depósitos en Montana : facies a lo largo del río Missouri cerca de Helena, Montana , Dry Cottonwood Creek cerca de Deer Lodge, Montana , y Rock Creek cerca de Philipsburg, Montana . Los finos zafiros azules de Yogo se encuentran en Yogo Gulch, al oeste de Lewistown, Montana . [35] También se han encontrado algunos zafiros y rubíes de calidad gema en el área de Franklin, Carolina del Norte . [36]
Los depósitos de zafiros de Cachemira son muy conocidos en la industria de las gemas, aunque su pico de producción tuvo lugar en un período relativamente corto, a finales del siglo XIX y principios del XX. [5] : 463–482 Estos depósitos están ubicados en el valle de Paddar de la región de Jammu de Jammu y Cachemira en la India. [37] Tienen un tono azul intenso superior, junto con una cualidad 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 mayor parte del corindón de origen de Cachemira puede identificarse fácilmente por su aspecto sedoso característico y su tono excepcional. [38] [37] El azul único aparece brillante bajo cualquier tipo de luz, a diferencia de los zafiros que no son de Cachemira, que pueden parecer violáceos o grisáceos en comparación. [39] 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 alcanzó récords consecutivos de precios por quilate para los zafiros de Cachemira: primero con el anillo de zafiro Cartier de 12,00 quilates a 193.975 dólares por quilate, luego con un zafiro de 17,16 quilates a 236.404 dólares, y nuevamente en junio de 2015, cuando el precio por quilate El récord de subasta de quilates se estableció en 240.205 dólares. [40] En la actualidad, el precio récord mundial por quilate de zafiro en subasta lo ostenta 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, incluido el precio del comprador). prima, o más de US$ 6,74 millones). [40]
Los zafiros se pueden tratar 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 calentarla, la piedra adquiere un color más azul, pero pierde algunas de las inclusiones de rutilo (seda). Cuando se utilizan altas temperaturas (más de 1400 °C), la seda de rutilo exsolveda se disuelve y se vuelve transparente con un aumento. El titanio del rutilo entra en solución sólida y crea así con el hierro el color azul. [41] Las inclusiones en piedras naturales se ven fácilmente con una lupa de joyero . La evidencia de que el zafiro y otras piedras preciosas fueron sometidas a calentamiento se remonta al menos a la época romana. [42] Las piedras naturales sin calentar son algo raras y a menudo se venden acompañadas de un certificado de un laboratorio gemológico independiente que acredite 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 alta. [43] Cuando Intergem Limited comenzó a comercializar el Yogo en la década de 1980 como el único zafiro sin tratar garantizado del mundo, el tratamiento térmico no era comúnmente divulgado; A finales de la década de 1980, el tratamiento térmico se convirtió en un problema importante. [35] En ese momento, gran parte de los zafiros del mundo se estaban calentando para realzar su color natural. [44] La comercialización de Yogos garantizados y no tratados por parte de Intergem los enfrentó a muchos en la industria de las gemas. Este número apareció como artículo 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 . [44] Sin embargo, el mayor problema que enfrentó la mina Yogo no fue la competencia de los zafiros calentados, sino el hecho de que las piedras Yogo nunca podrían producir cantidades de zafiro superiores a un quilate después del facetado. Como resultado, sigue siendo un producto de nicho, con un mercado que existe principalmente en Estados Unidos. [5] : 676–695
Los tratamientos de difusión de celosía ("a granel") se utilizan para agregar impurezas al zafiro para realzar el color. Este proceso fue desarrollado y patentado originalmente por la división Linde Air de Union Carbide e implicó difundir titanio en zafiro sintético para igualar el color azul. [45] Posteriormente 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 delgada (menos de 0,5 mm). Por lo tanto, el repulido puede producir, y de hecho produce, una pérdida de color de leve a significativa. Se intentó la difusión de cromo, pero se abandonó debido a las lentas velocidades de difusión del cromo en el corindón.
En el año 2000, entraron en el mercado los zafiros de color "padparadscha" con difusión de berilio. 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 de color naranja, aunque ahora el proceso ha avanzado y muchos colores de zafiro a menudo se tratan con berilio. Debido al pequeño tamaño del ion berilio, la penetración del color es mucho mayor que con la difusión de titanio. En algunos casos, puede penetrar todo el cálculo. Los zafiros naranjas con difusión de berilio pueden ser difíciles de detectar, lo que requiere análisis químicos avanzados realizados por laboratorios gemológicos ( p. ej. , 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 divulgación de cualquier modo de mejora que tenga un efecto significativo en el valor de la gema. [46]
Hay varias formas de tratar el zafiro. El tratamiento térmico en una atmósfera reductora u oxidante (pero sin el uso de otras impurezas añadidas) se usa comúnmente para mejorar el color de los zafiros, y este proceso a veces se conoce como "solo calentamiento" en el comercio de gemas. Sin embargo, por el contrario, también se realiza habitualmente un tratamiento térmico combinado con la adición intencionada de determinadas impurezas específicas (p. ej., berilio, titanio, hierro, cromo o níquel, que se absorben en la estructura cristalina del zafiro), y este proceso puede conocerse como "difusión" en el comercio de gemas. Sin embargo, a pesar de lo que puedan sugerir los términos "sólo calentamiento" y "difusión", ambas categorías de tratamiento en realidad implican procesos de difusión. [47]
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 sintéticos . [48] En la fusión por llama ( proceso Verneuil ), se añade polvo fino de alúmina a una llama de oxihidrógeno , y ésta se dirige hacia abajo contra un pedestal de cerámica. [49] Tras la exitosa síntesis del rubí, Verneuil centró sus esfuerzos en el zafiro. La síntesis del zafiro azul se produjo 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. [50] [5] : 254–255
La clave del proceso es que el polvo de alúmina no se derrite al caer a través de la llama. En lugar de ello, forma un cono de sinterización sobre el pedestal. Cuando la punta de ese cono llega a la parte más caliente de la llama, la punta se derrite. De este modo, el crecimiento del cristal comienza desde un punto diminuto, asegurando una tensión mínima.
Luego, se agrega más oxígeno a la llama, lo que hace que arda un poco más. Esto expande el cristal en crecimiento lateralmente. Al mismo tiempo, el pedestal desciende al mismo ritmo que el cristal crece verticalmente. La alúmina en la llama se deposita lentamente, creando una " bola " de material de zafiro en forma de lágrima. Este paso continúa hasta alcanzar 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, que ahora tiene 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 la superficie de crecimiento superior curva (que comienza desde una gota), los cristales mostrarán líneas de crecimiento curvas siguiendo la superficie superior de la bola. Esto contrasta con los cristales de corindón naturales, que presentan líneas de crecimiento angulares que se expanden desde un solo punto y siguen las caras planas del cristal. [51]
Chemical dopants can be added to create artificial versions of the ruby, and all the other natural colors of sapphire, and in addition, other colors never seen in geological samples. Artificial sapphire material is identical to natural sapphire, except it can be made without the flaws that are found in natural stones. The disadvantage of the Verneuil process is that the grown crystals have high internal strains. Many methods of manufacturing sapphire today are variations of the Czochralski process, which was invented in 1916 by Polish chemist Jan Czochralski.[52] In this process, a tiny sapphire seed crystal is dipped into a crucible made of the precious metal iridium or molybdenum,[53] containing molten alumina, and then slowly withdrawn upward at a rate of 1 to 100 mm per hour. The alumina crystallizes on the end, creating long carrot-shaped boules of large size up to 200 kg in mass.[54]
Synthetic sapphire is also produced industrially from agglomerated aluminum oxide, sintered and fused (such as by hot isostatic pressing) in an inert atmosphere, yielding a transparent but slightly porous polycrystalline product.[55]
In 2003, the world's production of synthetic sapphire was 250 tons (1.25 × 109 carats), mostly by the United States and Russia.[56][57] The availability of cheap synthetic sapphire unlocked many industrial uses for this unique material.
Synthetic sapphire – sometimes referred to as sapphire glass – is commonly used as a window material, because it is both highly transparent to wavelengths of light between 150 nm (UV) and 5500 nm (IR) (the visible spectrum extends about 380 nm to 750 nm[58]), and extraordinarily scratch-resistant.[59][60]
The key benefits of sapphire windows are:
Algunas ventanas de cristal de zafiro están hechas de bolas de zafiro puro que se han cultivado en una orientación de cristal específica, generalmente a lo largo del eje óptico, el eje c , para lograr una birrefringencia mínima para la aplicación. [61] [62]
Las bolas se cortan hasta obtener el 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 debido a su estructura cristalina y su dureza. Los acabados superficiales de las ventanas ópticas normalmente se especifican según las especificaciones de raspado y excavación de acuerdo con la especificación MIL-O-13830 adoptada a nivel mundial. [ se necesita aclaración ]
Las ventanas de zafiro se utilizan tanto en cámaras de alta presión como de vacío para espectroscopia , cristales en varios relojes y ventanas en lectores de códigos de barras de tiendas de comestibles , ya que la dureza y tenacidad excepcionales del material lo hacen muy resistente al rayado. [56]
En 2014, Apple consumió "una cuarta parte del suministro mundial de zafiro para cubrir la lente de la cámara y el lector de huellas dactilares del iPhone ". [63]
Se han realizado varios intentos para hacer viables las pantallas de zafiro para teléfonos inteligentes. Apple contrató a GT Advanced Technologies, Inc. para fabricar pantallas de zafiro para iPhones, pero la empresa fracasó y provocó la quiebra de GTAT. [64] El Kyocera Brigadier fue el primer teléfono inteligente de producción que presentó una pantalla de zafiro. [sesenta y cinco]
Se utiliza para ventanas finales en 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.
Junto con la circona y el oxinitruro de aluminio , el zafiro sintético se utiliza para ventanas resistentes a roturas en vehículos blindados y diversos trajes blindados militares , en asociación con compuestos.
Un tipo de lámpara de arco de xenón , originalmente llamada "Cermax" y ahora conocida genéricamente como "lámpara de xenón con cuerpo de cerámica", utiliza ventanas de salida de cristal de zafiro. Este producto tolera cargas térmicas más altas y, por lo tanto, potencias de salida más altas en comparación con las lámparas Xe convencionales con ventanas de sílice pura . [66] [67]
Las finas obleas de zafiro fueron el primer uso exitoso de un sustrato aislante sobre el cual depositar silicio para fabricar los circuitos integrados conocidos como silicio sobre zafiro o "SOS"; ahora también se pueden utilizar otros sustratos para la clase de circuitos conocidos más generalmente 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 de un solo cristal, se les perfora un núcleo para formar varillas cilíndricas y luego se cortan obleas de estos núcleos. [ cita necesaria ]
Las obleas de zafiro monocristalino también se utilizan en la industria de los 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 (LED) azules. [68]
El primer láser fue fabricado en 1960 por Theodore Maiman con una varilla de rubí sintético . Los láseres de titanio-zafiro son populares debido a su capacidad relativamente rara de sintonizarse a varias longitudes de onda en la región roja y del infrarrojo cercano del espectro electromagnético . También se pueden bloquear fácilmente el modo . En estos láseres, un cristal de zafiro producido sintéticamente con impurezas de cromo o titanio se irradia con una 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 articulación de cadera . [69]
En el Capítulo 10 de Rubí y zafiro: una guía para gemólogos se pueden encontrar tablas extensas que enumeran más de cien rubíes y zafiros importantes y famosos . [5] : 380–395
