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Diamant-Simulation

  Aufgrund seiner geringen Kosten und der großen visuellen Ähnlichkeit mit Diamanten ist Zirkonia seit 1976 die gemologisch und wirtschaftlich wichtigste Diamantsimulanz geblieben. Aufgrund seiner geringen Kosten und der großen visuellen Ähnlichkeit mit Diamanten ist Zirkonia seit 1976 die gemologisch und wirtschaftlich wichtigste Diamantsimulanz geblieben.

Der hohe Preis für Edelsteinqualität Diamanten hat eine große Nachfrage nach Materialien mit ähnlichen gemmologischen Eigenschaften geschaffen, bekannt als Diamantsimulanzien oder Imitationen . Simulanzien unterscheiden sich von synthetischem Diamant, der im Gegensatz zu Simulanzien tatsächlicher Diamant ist und daher dasselbe hat Materialeigenschaften als Naturdiamant. Verbesserte Diamanten sind ebenfalls von dieser Definition ausgenommen. Ein Diamantsimulanz kann künstlich, natürlich oder in einigen Fällen eine Kombination davon sein. Während ihre Materialeigenschaften deutlich von denen des Diamanten abweichen, haben Simulanzien bestimmte erwünschte Eigenschaften – wie Dispersion und Härte – die sich zur Nachahmung eignen. Ausgebildete Gemmologen mit geeigneter Ausrüstung sind in der Lage, natürliche und synthetische Diamanten von allen Diamantimitationen zu unterscheiden, hauptsächlich durch visuelle Inspektion.

Die gebräuchlichsten Diamantsimulanzien sind bleihaltiges Glas (d. h. Strasssteine) und Zirkonia (CZ), beides künstliche Materialien. Seit Mitte der 1950er Jahre wurden eine Reihe anderer künstlicher Materialien wie Strontiumtitanat und synthetischer Rutil entwickelt, die jedoch nicht mehr allgemein verwendet werden. Eingeführt am Ende des 20. Jahrhundert hat das künstliche Produkt Moissanite als angeblich überlegenes Diamantsimulanz an Popularität gewonnen, obwohl es aufgrund seiner viel höheren Kosten und seiner begrenzten Produktion ein relativ unbedeutendes Simulans ist.



Gewünschte und differentielle Eigenschaften

Um als Diamantsimulanz verwendet zu werden, muss ein Material bestimmte diamantähnliche Eigenschaften besitzen. Die fortschrittlichsten künstlichen Simulanzien haben Eigenschaften, die Diamanten sehr nahe kommen, aber alle Simulanzien haben ein oder mehrere Merkmale, die sie klar und (für diejenigen, die mit Diamanten vertraut sind) leicht von Diamanten unterscheiden. Für einen Gemmologen sind die wichtigsten differenziellen Eigenschaften diejenigen, die zerstörungsfreie Prüfungen fördern, und die meisten davon sind visueller Natur. Zerstörungsfreie Tests werden bevorzugt, da die meisten verdächtigen Diamanten bereits zu Edelsteinen geschliffen und in Schmuck eingefasst sind, und wenn ein zerstörender Test (der hauptsächlich auf der relativen Zerbrechlichkeit und Weichheit von Nicht-Diamanten beruht) fehlschlägt, kann er das Simulans beschädigen – das ist es nicht ein akzeptables Ergebnis für die meisten Schmuckbesitzer, denn selbst wenn ein Stein kein Diamant ist, kann er dennoch von Wert sein.

Im Folgenden sind einige der Eigenschaften aufgeführt, anhand derer Diamant und seine Simulanzien verglichen und gegenübergestellt werden können.

Haltbarkeit und Dichte

Das Mohs-Skala der Mineralhärte ist eine nichtlineare Skala der Kratzfestigkeit gängiger Mineralien. Diamant steht an der Spitze dieser Skala (Härtegrad 10), da es das härteste natürlich vorkommende bekannte Material ist (die härteste Substanz, die heute bekannt ist, ist die künstliche Substanz aus aggregierten Diamant-Nanostäbchen). Da es unwahrscheinlich ist, dass Diamanten mit anderen Substanzen als anderen Diamanten in Berührung kommen, die sie zerkratzen können, sind Diamant-Edelsteine ​​normalerweise frei von Kratzern. Die Härte des Diamanten ist auch visuell ersichtlich (unter der Mikroskop oder Lupe) durch seine hochglänzenden Facetten (beschrieben als Adamant ), die vollkommen flach sind, und ihre knackigen, scharfen Facettenkanten. Damit ein Diamantsimulanz wirksam ist, muss es im Vergleich zu den meisten Edelsteinen sehr hart sein. Die meisten Simulanzien erreichen bei weitem nicht die Härte von Diamant, sodass sie durch ihre äußeren Fehler und ihre schlechte Politur von Diamant getrennt werden können.

In der jüngeren Vergangenheit galt der sogenannte 'Fensterscheibentest' als sichere Methode zur Identifizierung von Diamanten. Es handelt sich um einen potenziell destruktiven Test, bei dem ein verdächtiger Diamant-Edelstein gegen eine Glasscheibe gekratzt wird, wobei ein positives Ergebnis ein Kratzer auf dem Glas und kein Kratzer auf dem Edelstein ist. Die Verwendung von Härtepunkten und Kratzplatten aus Korund (Härte 9) werden auch anstelle von Glas verwendet. Härtetests sind aus drei Gründen nicht ratsam: Glas ist ziemlich weich (normalerweise 6 oder darunter) und kann durch eine große Anzahl von Materialien (einschließlich vieler Simulanzien) zerkratzt werden; Diamant hat vier Richtungen perfekter und leichter Spaltbarkeit (Ebenen struktureller Schwächen, entlang derer sich der Diamant spalten könnte), die durch den Testprozess ausgelöst werden könnten; und viele diamantähnliche Edelsteine ​​(einschließlich älterer Simulanzien) sind an sich schon wertvoll.

Das spezifische Gewicht (SG) oder die Dichte eines Edelsteindiamanten ist ziemlich konstant bei 3,52. Die meisten Simulanzien liegen weit über oder leicht unter diesem Wert, wodurch sie leicht zu identifizieren sind, wenn sie nicht eingestellt sind. Zu diesem Zweck können Flüssigkeiten mit hoher Dichte wie Diiodmethan verwendet werden, aber sie sind alle hochgiftig und werden daher normalerweise vermieden. Eine praktischere Methode besteht darin, die erwartete Größe und das erwartete Gewicht eines verdächtigen Diamanten mit seinen gemessenen Parametern zu vergleichen: Beispielsweise wiegt ein Zirkonia (SG 5,6–6) das 1,7-fache des erwarteten Gewichts eines Diamanten gleicher Größe.

Optik und Farbe

Diamanten werden normalerweise zu Brillanten geschliffen, um ihre Wirkung hervorzuheben Brillanz , die zum Betrachter zurückreflektierte Lichtmenge und Feuer , der Grad der gesehenen bunten prismatischen Blitze. Beide Eigenschaften werden stark vom Schliff des Steins beeinflusst, aber sie sind eine Funktion des hohen Brechungsindex (RI; der Grad, in dem einfallendes Licht beim Eintritt in den Stein gebeugt wird) von 2,417 (gemessen mit Natriumlicht, 589,3 nm). und hohe Streuung (das Ausmaß, in dem weißes Licht innerhalb des Steins in seine Spektralfarben aufgeteilt wird) von 0,044, gemessen durch das Natrium-B- und -G-Linienintervall. Wenn also der RI und die Dispersion eines Diamantsimulanten zu niedrig sind, erscheint er vergleichsweise matt oder 'leblos'; wenn der RI und die Streuung zu hoch sind, wird der Effekt als unwirklich oder sogar kitschig betrachtet. Sehr wenige Simulanzien haben annähernd gleiche RI und Streuung, aber selbst die nahen Simulanzien können von einem erfahrenen Beobachter getrennt werden. Direkte Messungen von RI und Dispersion sind unpraktisch (ein gemmologisches Standardrefraktometer hat eine Obergrenze von etwa RI 1,81), aber mehrere Unternehmen haben Reflexionsmessgeräte entwickelt, um den RI eines Materials indirekt zu messen, indem sie messen, wie gut es einen Infrarotstrahl reflektiert.

Vielleicht genauso wichtig ist optischer Charakter . Diamant und andere kubische (und auch amorphe) Materialien sind isotrop , was bedeutet, dass Licht, das in einen Stein eindringt, sich unabhängig von der Richtung gleich verhält. Umgekehrt sind die meisten Mineralien anisotrop die eine Doppelbrechung oder Doppelbrechung von Licht erzeugt, das in alle Richtungen außer einer optischen Achse (eine Richtung der Einfachbrechung in einem doppelbrechenden Material) in das Material eintritt. Bei geringer Vergrößerung ist diese Doppelbrechung normalerweise als visuelle Verdopplung der hinteren Facetten oder inneren Fehler eines geschliffenen Edelsteins erkennbar. Ein wirksames Diamantsimulanz sollte daher isotrop sein.

Unter Langwelle (365 nm) ultraviolett Bei Licht kann ein Diamant blau, gelb, grün, malvenfarben oder rot unterschiedlicher Intensität fluoreszieren. Die häufigste Fluoreszenz ist blau, und solche Steine ​​können auch gelb phosphoreszieren – es wird angenommen, dass dies eine einzigartige Kombination unter Edelsteinen ist. Im Gegensatz zu vielen Diamantsimulanzien gibt es normalerweise wenig oder gar keine Reaktion auf kurzwelliges Ultraviolett. Da die meisten Diamantsimulanzien künstlich sind, haben sie in ähnlicher Weise einheitliche Eigenschaften: In einem Diamantring mit mehreren Steinen würde man erwarten, dass die einzelnen Diamanten unterschiedlich fluoreszieren (in verschiedenen Farben und Intensitäten, wobei einige wahrscheinlich inert sind). Wenn alle Steine ​​auf die gleiche Weise fluoreszieren, ist es unwahrscheinlich, dass es sich um Diamanten handelt.

Die meisten „farblosen“ Diamanten sind tatsächlich bis zu einem gewissen Grad gelb oder braun getönt, während künstliche Simulanzien normalerweise völlig farblos sind – das Äquivalent eines perfekten „D“ in der Terminologie der Diamantfarbe. Dieser „zu gut um wahr zu sein“-Faktor ist wichtig zu berücksichtigen; farbige Diamantsimulanzien, die ausgefallene Diamanten imitieren sollen, sind in dieser Hinsicht schwieriger zu erkennen, aber die Farben der Simulanzien entsprechen selten annähernd. Bei den meisten Diamanten (sogar farblosen) ist ein charakteristisches Absorptionsspektrum zu sehen (über ein Direktsicht-Spektroskop), das aus einer feinen Linie bei 415 nm besteht. Die Dotierstoffe, die verwendet werden, um künstlichen Simulanzien Farbe zu verleihen, können als komplexes Seltenerd-Absorptionsspektrum nachweisbar sein, das bei Diamant nie zu sehen ist.

Auch in den meisten Diamanten vorhanden sind bestimmte interne und externe Fehler oder Einschlüsse , die häufigsten sind Frakturen und feste Fremdkristalle. Künstliche Simulanzien sind normalerweise intern fehlerfrei, und alle vorhandenen Fehler sind charakteristisch für den Herstellungsprozess. Die Einschlüsse, die in natürlichen Simulanzien zu sehen sind, unterscheiden sich oft von denen, die jemals in Diamanten zu sehen waren, insbesondere flüssige 'Feder'-Einschlüsse. Der Diamantschneideprozess lässt oft Teile der ursprünglichen Kristalloberfläche intakt. Diese werden bezeichnet Naturmenschen und sind normalerweise auf dem Gürtel des Steins; Sie haben die Form von dreieckigen, rechteckigen oder quadratischen Gruben ( Ätzspuren ) und sind nur in Diamant zu sehen.

Thermisch und elektrisch

Diamant ist ein äußerst effektiver Wärmeleiter und normalerweise ein elektrisch Isolator. Die erstgenannte Eigenschaft wird in großem Umfang bei der Verwendung einer Elektronik ausgenutzt thermische Sonde Diamanten von ihren Imitationen zu trennen. Diese Sonden bestehen aus einem Paar batteriebetriebener Thermistoren, die in einer feinen montiert sind Kupfer Tipp. Ein Thermistor fungiert als a Heizung Gerät, während das andere die Temperatur der Kupferspitze misst: Wenn es sich bei dem zu testenden Stein um einen Diamanten handelt, leitet er die Wärmeenergie der Spitze schnell genug weiter, um einen messbaren Temperaturabfall zu erzeugen. Da die meisten Simulanzien thermische Isolatoren sind, wird die Wärme des Thermistors nicht geleitet. Dieser Test dauert etwa 2–3 Sekunden. Die einzig mögliche Ausnahme ist Moissanit, das eine ähnliche Wärmeleitfähigkeit wie Diamant hat: Ältere Sonden können durch Moissanit getäuscht werden, aber neuere Tester sind raffiniert genug, um die beiden Materialien zu unterscheiden.

Der elektrische Leitwert eines Diamanten ist nur für blaue oder graublaue Steine ​​relevant, da das Interstitial Bor Verantwortlich für ihre Farbe macht sie auch Halbleiter . Somit kann ein vermuteter blauer Diamant bestätigt werden, wenn er einen Stromkreis erfolgreich schließt.

Künstliche Simulanzien

Diamant wird seit Hunderten von Jahren von künstlichen Materialien imitiert: Technologische Fortschritte haben zur Entwicklung immer besserer Simulanzien geführt, deren Eigenschaften denen von Diamant immer näher kommen. Obwohl die meisten dieser Simulanzien charakteristisch für einen bestimmten Zeitraum waren, sorgten ihre großen Produktionsmengen dafür, dass sie alle weiterhin mit unterschiedlicher Häufigkeit in Schmuckstücken der Gegenwart anzutreffen sind. Fast alle wurden ursprünglich für den beabsichtigten Einsatz in der Hochtechnologie konzipiert, wie Lasermedien, Varistoren und Blasenspeicher. Aufgrund des begrenzten aktuellen Angebots zahlen Sammler möglicherweise einen Aufpreis für die älteren Typen.

Übersichtstabelle

Material Formel Brechend
Index(e)
589,3 nm
Streuung
431 - 687 nm
Härte
( Mohs'
Skala
)
Dichte
(g/cm 3 )
Thermal
Kond.
Zustand von
die Kunst
Diamant C 2.417 0,044 10 3.52 Exzellent 1476 –
Künstliche Simulanzien:
Brille Kieselsäure mit Pb , Zum , &/oder Tl ~1,6 > 0,020 < 6 2.4 – 4.2 Arm 1700 –
Weißer Saphir Zum zwei Ö 3 1762 – 1770 0,018 9 3,97 Arm 1900 – 1947
Spinell MgOAl zwei Ö 3 1.727 0,020 8 ~3.6 Arm 1920 – 1947
Rutil TiO zwei 2,62 – 2,9 0,33 ~6 4.25 Arm 1947 – 1955
Strontiumtitanat SrTiO 3 2.41 0,19 5.5 5.13 Arm 1955 – 1970
YAG Y 3 Zum 5 Ö 12 1,83 0,028 8.25 4,55 – 4,65 Arm 1970 – 1975
GGG Gd 3 Hier 5 Ö 12 1,97 0,045 7 7.02 Arm 1973 – 1975
Zirkonia ZrO zwei (+ Seltene Erden) ~2.2 ~0,06 ~ 8.3 ~5.7 Arm 1976 –
Moissanit SiC 2.648 – 2.691 0,104 9.25 3.2 Hoch 1998 –

Die Spalte 'Brechungsindex(e)' zeigt einen Brechungsindex für einfach brechende Substanzen und einen Bereich für doppelt brechende Substanzen.

Ab 1700

Die Formulierung von Brille verwenden führen , Aluminiumoxid und Thalium RI zu erhöhen und die Streuung begann spät Barock- Zeitraum. Diese Gläser werden zu Brillanten verarbeitet, und wenn sie frisch geschliffen werden, können sie überraschend wirksame Diamantsimulanzien sein. Glassimulanzien, die als Strasssteine, Pasten oder Strass bekannt sind, sind ein gemeinsames Merkmal von antikem Schmuck, und in solchen Fällen können Strasssteine ​​selbst wertvolle historische Artefakte sein. Die große Weichheit (unter Härte 6), die das Blei verleiht, bedeutet, dass die Facettenkanten und -flächen eines Strasssteins schnell abgerundet und zerkratzt werden. Zusammen mit Muschelbrüchen und Luftblasen oder Fließlinien innerhalb des Steins machen diese Merkmale Glasimitationen bei nur mäßiger Vergrößerung leicht zu erkennen. In der zeitgenössischen Produktion ist es üblicher, Glas zu formen, anstatt es in Form zu schneiden: Bei diesen Steinen sind die Facetten konkav und die Facettenkanten abgerundet, und es können auch Formspuren oder Nähte vorhanden sein. Glas wurde auch mit anderen Materialien kombiniert, um es herzustellen Verbundstoffe .

1900–1947

Der Erste kristallin Künstliche Diamantsimulanzien waren synthetischer weißer Saphir ( Zum zwei Ö 3 , rein Korund ) und Spinell (MgO·Al zwei Ö 3 , rein Magnesium Aluminium Oxid). Beide wurden seit dem ersten Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts in großen Mengen synthetisiert 20. Jahrhundert über das Verneuil- oder Flammenschmelzverfahren, obwohl Spinell bis in die 1920er Jahre nicht weit verbreitet war. Das Verneuil-Verfahren beinhaltet ein umgekehrtes Knallgas-Blasrohr, mit dem gereinigtes Beschickungspulver vermischt wird Sauerstoff das vorsichtig durch das Blasrohr geführt wird. Das Beschickungspulver fällt durch die Knallgasflamme, schmilzt und landet unten auf einem sich drehenden und langsam absinkenden Sockel. Die Höhe des Sockels wird ständig angepasst, um seine Oberseite in der optimalen Position unter der Flamme zu halten, und über mehrere Stunden kühlt das geschmolzene Pulver ab und kristallisiert, um eine einzelne gestielte Birne oder zu bilden brennen Kristall. Das Verfahren ist wirtschaftlich, da Kristalle mit einem Durchmesser von bis zu 9 Zentimetern (3,5 Zoll) gezüchtet werden. Nach dem modernen Czochralski-Verfahren gewachsene Boules können mehrere Kilogramm wiegen.

Synthetischer Saphir und Spinell sind langlebige Materialien (Härte 9 und 8), die gut poliert werden können, aber aufgrund ihres viel niedrigeren RI im Vergleich zu Diamant (1,762–1,770 für Saphir, 1,727 für Spinell) beim Schneiden 'leblos' sind. (Synthetischer Saphir ist auch anisotrop, wodurch er noch leichter zu erkennen ist.) Ihre niedrigen RIs bedeuten auch eine viel geringere Streuung (0,018 und 0,020), so dass ihnen selbst dann, wenn sie in Brillanten geschliffen werden, die fehlt Feuer von Diamant. Dennoch waren synthetischer Spinell und Saphir beliebte Diamantsimulanzien von den 1920er bis in die späten 1940er Jahre, als neuere und bessere Simulanzien auftauchten. Beide wurden auch mit anderen Materialien kombiniert, um sie zu kreieren Verbundstoffe . Zu den Handelsnamen, die einst für synthetischen Saphir verwendet wurden, gehören Diamantette , Diamantit , Jourado-Diamant , und Spannend . Namen für synthetischen Spinell enthalten Korundolith , Glanzgem , Magalux , und Strahlend .

1947–1970

Der erste der optisch „verbesserten“ Simulanten war synthetisches Rutil (TiO zwei , rein Titan Oxid). Synthetisches Rutil wurde 1947–48 eingeführt und besitzt beim Schneiden viel Leben – vielleicht zu viel Leben für ein Diamantsimulanz. Der RI und die Dispersion von synthetischem Rutil (2,8 und 0,33) sind so viel höher als bei Diamant, dass die resultierenden Brillanten in ihrer Anzeige prismatischer Farben fast opalartig aussehen. Synthetischer Rutil ist auch doppelt brechend: Obwohl einige Steine ​​mit dem Tisch senkrecht zur optischen Achse geschnitten werden, um diese Eigenschaft zu verbergen, werden durch einfaches Kippen des Steins die doppelten hinteren Facetten sichtbar.

Der anhaltende Erfolg von synthetischem Rutil wurde auch durch den unvermeidlichen Gelbstich des Materials behindert, den die Hersteller nie beheben konnten. Unter Verwendung verschiedener Metalloxid-Dotierungsmittel wurde jedoch synthetisches Rutil in einer Reihe unterschiedlicher Farben, einschließlich Blau und Rot, hergestellt. Diese und die fast weißen Steine ​​waren äußerst beliebt, wenn auch unwirkliche Steine. Synthetischer Rutil ist auch ziemlich weich (Härte ~6) und spröde und verschleißt daher schlecht. Es wird über eine Modifikation des Verneuil-Prozesses synthetisiert, bei dem eine dritte Sauerstoffleitung verwendet wird, um a zu erzeugen Dreikegelbrenner – dies ist aufgrund der viel höheren Sauerstoffverluste bei der Oxidation von Titan notwendig, um einen Einkristall herzustellen. Die Technik wurde von Charles H. Moore, Jr. bei der in South Amboy, New Jersey, ansässigen National Lead Company (später N. L. Industries) erfunden. National Lead und Union Carbide waren die Hauptproduzenten von synthetischem Rutil, und die jährliche Spitzenproduktion erreichte 750.000 Karat (150 kg). Einige der vielen Handelsnamen für synthetischen Rutil sind: Astryl , Diamothyst , Wann oder Java-Juwel , Meredith , Miridis , Regenbogen-Diamant , Regenbogen-Magie-Diamant , Rutanien , Titangem , Titania , und Ultamit .

National Lead war auch der Ort, an dem die Forschung zur Synthese einer anderen Titanverbindung, Strontiumtitanat ( Sr TiO 3 , reines Tausonit), durchgeführt. Die Forschung wurde in den späten 1940er und frühen 1950er Jahren von Leon Merker und Langtry E. Lynd durchgeführt, die auch eine Tricone-Modifikation des Verneuil-Prozesses verwendeten. Bei seiner kommerziellen Einführung im Jahr 1955 ersetzte Strontiumtitanat schnell synthetisches Rutil als beliebtestes Diamantsimulanz. Dies lag nicht nur an der Neuartigkeit von Strontiumtitanat, sondern auch an seiner überlegenen Optik: Sein RI (2,41) kommt dem von Diamant sehr nahe, während seine Dispersion (0,19), obwohl ebenfalls sehr hoch, eine signifikante Verbesserung gegenüber der psychedelischen Darstellung von synthetischem Rutil darstellt . Am wichtigsten war vielleicht das völlige Fehlen der gelben Färbung, die synthetisches Rutil so plagte. Dotierungsmittel wurden auch verwendet, um synthetischem Titanat eine Vielzahl von Farben zu verleihen, einschließlich Gelb, Orange bis Rot, Blau und Schwarz. Das Material ist außerdem isotrop wie Diamant, was bedeutet, dass es keine störenden Facettendoppelungen wie bei synthetischem Rutil gibt.

Der einzige große Nachteil von Strontiumtitanat (wenn man übermäßiges Feuer ausschließt) ist die Zerbrechlichkeit. Es ist sowohl weicher (Härte 5,5) als auch spröder als synthetisches Rutil – daher wurde Strontiumtitanat auch mit haltbareren Materialien kombiniert Verbundstoffe . Ansonsten war es zu dieser Zeit das beste Simulans, und zu seiner Höchstzeit betrug die Jahresproduktion 1,5 Millionen Karat (300 kg). Aufgrund der Patentabdeckung alle UNS Die Produktion erfolgte durch National Lead, während große Mengen in Übersee von der Nakazumi Company of produziert wurden Japan . Handelsnamen für Strontiumtitanat enthalten Brillant , Verkleidet , Diamantina , Machen Sie eine Geschichte , und Marvelit .

1970–1976

Ab etwa 1970 wurde Strontiumtitanat durch eine neue Klasse von Diamantimitationen ersetzt: die 'synthetischen Granate'. Dies sind keine echten Granate im üblichen Sinne, da sie eher Oxide als Silikate sind, aber sie teilen die Kristallstruktur des natürlichen Granats (beide sind kubisch und daher isotrop) und die allgemeine Formel A 3 B zwei C 3 Ö 12 . Während in natürlichen Granaten C immer ist Silizium und A und B können eine von mehreren Gemeinsamkeiten sein Elemente , bestehen die meisten synthetischen Granate aus seltenen Seltenerdelementen. Sie sind die einzigen Diamantsimulanzien (abgesehen von Strasssteinen) ohne bekannte natürliche Gegenstücke: gemmologisch werden sie am besten bezeichnet künstlich statt Synthetik , denn letzterer Begriff ist menschengemachten Materialien vorbehalten, die auch in der Natur vorkommen.

Obwohl eine Reihe von künstlichen Granaten erfolgreich gezüchtet wurden, wurden nur zwei als Diamantsimulanzien wichtig. Der erste war Yttrium-Aluminium-Granat (YAG; Y 3 Zum 5 Ö 12 ) in den späten 1960er Jahren. Es wurde (und wird immer noch) über das Czochralski- oder Kristallziehverfahren hergestellt, bei dem aus der Schmelze gezüchtet wird. Ein Iridium von einer inerten Atmosphäre umgebener Tiegel verwendet wird, wobei Yttrium Oxid und Aluminium Oxid werden geschmolzen und bei einer sorgfältig kontrollierten Temperatur von ca. 1980°C. Ein kleiner Impfkristall wird an einem Stab befestigt, der über den Tiegel abgesenkt wird, bis der Kristall die Oberfläche der geschmolzenen Mischung berührt. Der Impfkristall wirkt als Keimbildungsstelle; die Temperatur wird konstant an einem Punkt gehalten, an dem die Oberfläche der Mischung knapp unter dem Schmelzpunkt liegt. Der Stab wird langsam und kontinuierlich gedreht und zurückgezogen, und die gezogene Mischung kristallisiert beim Verlassen des Tiegels und bildet einen Einkristall in Form einer zylindrischen Kugel. Die Reinheit des Kristalls ist extrem hoch, und er misst typischerweise 5 cm (2 Zoll) im Durchmesser und 20 cm (8 Zoll) lang und wiegt 9.000 Karat (1,75 kg).

Die Härte (8,25) und die fehlende Sprödigkeit von YAG waren große Verbesserungen gegenüber Strontiumtitanat, und obwohl sein RI (1,83) und seine Streuung (0,028) ziemlich niedrig waren, reichten sie aus, um YAGs mit Brillantschliff wahrnehmbares Feuer und gute Brillanz zu verleihen (wenn auch immer noch viel niedriger als Diamant). Durch die Zugabe von Dotierstoffen wurden auch eine Reihe verschiedener Farben hergestellt, darunter Gelb, Rot und ein leuchtendes Grün, das verwendet wurde, um Smaragd zu imitieren. Zu den wichtigsten Herstellern gehörten ICT, INC. aus Michigan, Litton Systems, Allied Chemical, Raytheon und Union Carbide; Die weltweite Jahresproduktion erreichte 1972 mit 40 Millionen Karat (8.000 kg) ihren Höhepunkt, ging danach jedoch stark zurück. Handelsnamen für YAG enthalten Diamonair , Diamonisch , Gemonair , Replik , und Dritte Welt .

Während die Marktsättigung ein Grund für den Rückgang der YAG-Produktion war, war ein anderer die kürzliche Einführung des anderen künstlichen Granats, der als Diamantsimulanz wichtig ist, Gadolinium-Gallium-Granat (GGG; Gd 3 Hier 5 Ö 12 ). GGG wurde auf die gleiche Weise wie YAG hergestellt (jedoch mit einem niedrigeren Schmelzpunkt von 1750°C) und hatte einen RI (1,97) in der Nähe von und eine Dispersion (0,045), die nahezu identisch mit Diamant war. GGG war auch hart genug (Härte 7) und zäh genug, um ein effektiver Edelstein zu sein, aber seine Inhaltsstoffe waren auch viel teurer als die von YAG. Ebenso hinderlich war die Tendenz von GGG, sich bei Exposition dunkelbraun zu verfärben Sonnenlicht oder andere ultraviolett Quelle: Dies lag daran, dass die meisten GGG-Edelsteine ​​aus unreinem Material hergestellt wurden, das für die technologische Verwendung abgelehnt wurde. Die SG von GGG (7,02) ist auch die höchste aller Diamantsimulanzien und gehört zu den höchsten aller Edelsteine, wodurch lose GGG-Edelsteine ​​leicht zu erkennen sind, indem ihre Abmessungen mit ihrem erwarteten und tatsächlichen Gewicht verglichen werden. Im Vergleich zu seinen Vorgängern wurde GGG nie in nennenswerten Mengen hergestellt; Ende der 1970er Jahre wurde es mehr oder weniger unbekannt. Handelsnamen für GGG enthalten Diamonique II und Galant .

1976 bis heute

Zirkonia oder CZ (ZrO zwei ; Zirkonium Oxid – nicht zu verwechseln mit Zirkon, einem Zirkoniumsilikat) dominierte nach seiner Einführung im Jahr 1976 schnell den Markt für Diamantsimulanzien und bleibt das gemologisch und wirtschaftlich wichtigste Simulans. CZ wurde seit 1930 synthetisiert, jedoch nur in keramischer Form: Das Wachstum von Einkristall-CZ würde aufgrund des extrem hohen Schmelzpunkts von Zirkonium (2750 ° C), der von keinem Tiegel aufrechterhalten werden kann, einen radikal anderen Ansatz erfordern als für frühere Simulanzien. Die gefundene Lösung umfasste ein Netzwerk aus wassergefüllten Kupferrohren und Hochfrequenz-Induktionsspulen; letzteres zum Erhitzen des zugeführten Zirkoniumpulvers und ersteres zum Kühlen des Äußeren und Aufrechterhalten einer haltenden 'Haut' von weniger als 1 mm Dicke. CZ wurde also in einem Schmelztiegel von selbst gezüchtet, eine Technik, die genannt wird kalter Tiegel (bezogen auf die Kühlrohre) bzw Schädeltiegel (entweder in Bezug auf die Form des Tiegels oder der gezüchteten Kristalle).

Bei Normaldruck würde Zirkoniumoxid normalerweise eher im monoklinen als im kubischen Kristallsystem kristallisieren: Damit kubische Kristalle wachsen können, muss ein Stabilisator verwendet werden. Dies ist normalerweise Yttrium oder Kalzium . Die Schädeltiegeltechnik wurde erstmals in den 1960er Jahren entwickelt Frankreich , aber es wurde in den frühen 1970er Jahren von sowjetischen Wissenschaftlern unter V. V. Osiko am Lebedev Physical Institute in perfektioniert Moskau . Bis 1980 hatte die weltweite Jahresproduktion 50 Millionen Karat (10.000 kg) erreicht.

Die Härte (8–8,5), der RI (2,15–2,18, isotrop), die Dispersion (0,058–0,066) und die geringen Materialkosten machen CZ zum besten und beliebtesten Simulans von Diamant. Seine optischen und physikalischen Konstanten sind jedoch aufgrund der unterschiedlichen Stabilisatoren, die von verschiedenen Herstellern verwendet werden, variabel. Während die visuelle Ähnlichkeit von CZ dem Diamanten nahe genug ist, um die meisten zu täuschen, die nicht regelmäßig mit Diamanten hantieren, gibt CZ normalerweise bestimmte Hinweise. Zum Beispiel: Es ist etwas spröde und weich genug, um nach normaler Verwendung in Schmuck Kratzer zu haben; es ist normalerweise innen makellos und völlig farblos (während die meisten Diamanten einige innere Unvollkommenheiten und einen gelben Farbton haben); sein SG (5,6–6) ist hoch; und seine Reaktion unter ultraviolett light ist ein markantes beige. Die meisten Juweliere verwenden eine Wärmesonde, um alle vermuteten CZs zu testen, ein Test, der auf der hervorragenden Wärmeleitfähigkeit von Diamanten beruht (CZ ist, wie fast alle anderen Diamantsimulanzien, ein Wärmeisolator). CZ wird in einer Reihe verschiedener Farben hergestellt, die ausgefallene Diamanten imitieren sollen (z. B. gelb bis goldbraun, orange, rot bis rosa, grün und undurchsichtiges Schwarz), aber die meisten davon entsprechen nicht der Realität. Einige CZs wurden mit einer Beschichtung aus diamantähnlichem Kohlenstoff versehen, um ihre Haltbarkeit zu verbessern, aber dies kann eine thermische Sonde nicht täuschen.

CZ hatte bis zur Einführung von synthetischem Moissanit (SiC; Siliziumkarbid) im Jahr 1998 praktisch keine Konkurrenz. Synthetischer Moissanit ist Zirkonia in zweierlei Hinsicht überlegen: seine große Härte (9,25) und sein niedriger SG (3,2). Die erstere Eigenschaft führt zu Facetten, die manchmal so knackig wie die eines Diamanten sind, während die letztere Eigenschaft Moissanit etwas schwerer zu erkennen macht, wenn er nicht gefasst ist (obwohl er immer noch unterschiedlich genug ist, um erkannt zu werden). Synthetischer Moissanit ist auch hitzebeständiger als jeder andere Edelstein: so sehr, dass er sicher direkt in die Schmelze gesetzt werden kann Gold . Seine Streuung (0,104) ist jedoch mehr als doppelt so hoch wie die von Diamant; es ist auch anisotrop mit einem RI von 2,648–2,691 und einer hohen Doppelbrechung von 0,043. Dies manifestiert sich als derselbe Effekt des 'betrunkenen Sehens', der bei synthetischem Rutil beobachtet wird, wenn auch in geringerem Maße. Alle synthetischen Moissanite werden mit dem Tisch senkrecht zur optischen Achse geschnitten, um diese Eigenschaft von oben zu verbergen, aber wenn sie unter Vergrößerung mit nur einer leichten Neigung betrachtet werden, ist die Verdoppelung der Facetten (und etwaiger Einschlüsse) leicht erkennbar.

Die Einschlüsse in synthetischem Moissanit sind ebenfalls charakteristisch: Die meisten haben feine, weiße, subparallele Wachstumsröhren oder Nadeln, die senkrecht zum Steintisch ausgerichtet sind. Es ist denkbar, dass diese Wachstumsröhren mit Laserbohrlöchern verwechselt werden, die manchmal in Diamant zu sehen sind (siehe Diamantverstärkung), aber die Röhren werden in Moissanit aufgrund seiner Doppelbrechung merklich verdoppelt. Wie synthetischer Rutil wird auch die derzeitige Moissanit-Produktion von einer bisher unvermeidlichen Färbung geplagt, die normalerweise ein bräunliches Grün ist. Es wurde auch eine begrenzte Auswahl an ausgefallenen Farben hergestellt, wobei die beiden häufigsten Blau und Grün sind. Synthetischer Moissanit in Edelsteinqualität wird nur von einem Unternehmen, Charles & Colvard, hergestellt. Aufgrund seiner begrenzten Verfügbarkeit ist Moissanit etwa 120-mal teurer als Zirkonia.

Als synthetischer Moissanite zum ersten Mal eingeführt wurde, sorgte dies für Aufsehen: Geschichten über weit verbreiteten Betrug wurden von der Presse verbreitet, mit Behauptungen, dass synthetischer Moissanite selbst von Experten nicht von Diamanten zu unterscheiden sei. Die oben genannten Eigenschaften zeigen eindeutig, dass dies falsch ist: Die einzigen Menschen, die sich von synthetischem Moissanit täuschen ließen, waren diejenigen, die sich zu stark auf thermische Sonden verließen. Dies liegt daran, dass Moissanit wie Diamant eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat; Sonden, die vor der Einführung von synthetischem Moissanit hergestellt wurden, registrierten daher synthetischen Moissanit als Diamant. Anspruchsvollere thermische Sonden sind jetzt in der Lage, Moissanit von Diamant zu unterscheiden, und Charles & Colvard stellen auch ihr eigenes proprietäres Gerät her, das auf der größeren Opazität von Moissanit gegenüber ultraviolettem Licht beruht.

Natürliche Simulanzien

Natürlich Mineralien die (im Schliff) optisch weißen Diamanten ähneln, sind selten, da die Spuren von Verunreinigungen, die normalerweise in natürlichen Mineralien vorhanden sind, dazu neigen, Farbe zu verleihen. Die frühesten Simulationen von Diamanten waren farblos Quarz , Topas und Beryll (Goshenit); es sind alles gängige Mineralien mit überdurchschnittlicher Härte (7–8), aber alle haben niedrige RIs und entsprechend geringe Dispersionen. Gut geformte Quarzkristalle werden manchmal als 'Diamanten' angeboten, ein beliebtes Beispiel sind die sogenannten 'Herkimer-Diamanten', die in Herkimer County, New York, abgebaut werden. Das SG des Topas (3,50–3,57) fällt ebenfalls in den Bereich des Diamanten.

Aus historischer Sicht ist Zirkon das bemerkenswerteste natürliche Simulans von Diamant. Es ist auch ziemlich hart (7,5), aber was noch wichtiger ist, zeigt aufgrund seiner hohen Streuung von 0,039 ein wahrnehmbares Feuer, wenn es geschnitten wird. Farbloser Zirkon wurde abgebaut Sri Lanka seit über 2.000 Jahren; Vor dem Aufkommen der modernen Mineralogie galt farbloser Zirkon als eine minderwertige Form des Diamanten. Er wurde nach seinem Ursprungsort „Matara-Diamant“ genannt. Es ist immer noch als Diamantsimulanz anzutreffen, aber die Unterscheidung ist aufgrund der Anisotropie und der starken Doppelbrechung von Zirkon (0,059) einfach. Es ist auch notorisch spröde und zeigt oft Verschleiß an der Rundiste und den Facettenrändern.

Viel seltener als farbloser Zirkon ist farbloser Scheelit. Seine Dispersion (0,026) ist ebenfalls hoch genug, um Diamant nachzuahmen, aber obwohl es hochglänzend ist, ist seine Härte viel zu gering (4,5–5,5), um eine gute Politur aufrechtzuerhalten. Es ist auch anisotrop und ziemlich dicht (SG 5,9–6,1). Synthetischer Scheelit, der nach dem Czochralski-Verfahren hergestellt wird, ist erhältlich, wurde jedoch nie weithin als Diamantsimulanz verwendet. Aufgrund der Knappheit von natürlichem Scheelit in Edelsteinqualität simuliert synthetischer Scheelit ihn viel eher als Diamant. Ein ähnlicher Fall ist der orthorhombische Karbonat-Cerussit, der so zerbrechlich (sehr spröde mit vier Richtungen guter Spaltbarkeit) und weich (Härte 3,5) ist, dass er nie in Schmuck eingefasst und nur gelegentlich in Edelsteinsammlungen zu sehen ist, weil es so schwierig ist schneiden. Cerussit-Edelsteine ​​haben einen diamantenen Glanz, einen hohen RI (1,804–2,078) und eine hohe Dispersion (0,051), was sie zu attraktiven und geschätzten Sammlerstücken macht. Abgesehen von ihrer Weichheit zeichnen sie sich durch die hohe Dichte von Cerussit (SG 6,51) und Anisotropie mit extremer Doppelbrechung (0,271) aus.

Aufgrund ihrer Seltenheit werden auch ausgefallene Diamanten nachgeahmt, und auch Zirkon kann diesen Zweck erfüllen. Durch die Wärmebehandlung von braunem Zirkon können mehrere leuchtende Farben erzeugt werden: Dies sind am häufigsten himmelblau, goldgelb und rot. Blauer Zirkon ist sehr beliebt, aber er ist nicht unbedingt farbstabil; Eine längere Exposition gegenüber ultraviolettem Licht (einschließlich der UV-Komponente im Sonnenlicht) neigt dazu, den Stein zu bleichen. Die Wärmebehandlung verleiht Zirkon und charakteristischen Einschlüssen auch eine größere Sprödigkeit.

Ein weiteres zerbrechliches Kandidatenmineral ist Sphalerit (Zinkblende). Material in Edelsteinqualität ist normalerweise kräftig gelb bis honigbraun, orange, rot oder grün; Sein sehr hoher RI (2,37) und seine Streuung (0,156) sorgen für einen extrem glänzenden und feurigen Edelstein, außerdem ist er isotrop. Aber auch hier schließen seine geringe Härte (2,5–4) und die perfekte dodekaedrische Spaltung eine breite Verwendung von Sphalerit in Schmuck aus. Zwei kalziumreiche Mitglieder der Granatgruppe schneiden viel besser ab: Dies sind Grossular (normalerweise bräunlich-orange, selten farblos, gelb, grün oder rosa) und Andradit. Letzterer ist der seltenste und teuerste der Granate, wobei drei seiner Varianten – Topazolit (gelb), Melanit (schwarz) und Demantoid (grün) – manchmal in Schmuck zu sehen sind. Besonders der Demantoid (wörtlich „diamantartig“) wird seit seiner Entdeckung im Uralgebirge im Jahr 1868 als Edelstein geschätzt; Es ist ein bekanntes Merkmal der Antike Russisch und Jugendstilschmuck. Titanit oder Sphen ist auch in antikem Schmuck zu sehen; Es hat typischerweise einen Chartreuse-Ton und einen Glanz, einen RI (1,885–2,050) und eine Dispersion (0,051), die hoch genug sind, um mit Diamant verwechselt zu werden, aber es ist anisotrop (eine hohe Doppelbrechung von 0,105–0,135) und weich (Härte 5,5). ).

Die in den 1960er Jahren entdeckte, sattgrüne Tsavorit-Varietät von Grossular ist ebenfalls sehr beliebt. Sowohl Grossular als auch Andradit sind isotrop und haben relativ hohe RIs (ca. 1,74 bzw. 1,89) und hohe Dispersionen (0,027 und 0,057), wobei Demantoid Diamant übertrifft. Beide haben jedoch eine geringe Härte (6,5–7,5) und besitzen ausnahmslos Einschlüsse, die für Diamanten untypisch sind – die Byssolit-„Schachtelhalme“, die in Demantoid zu sehen sind, sind ein markantes Beispiel. Darüber hinaus sind die meisten sehr klein, typischerweise unter 0,5 Karat (100 mg) im Gewicht. Ihr Glanz reicht von glasig über subadamantin bis fast metallisch in dem normalerweise undurchsichtigen Melanit, der zur Simulation von schwarzen Diamanten verwendet wurde. Einige natürliche Spinelle sind ebenfalls tiefschwarz und könnten denselben Zweck erfüllen.

Komposite

Da Strontiumtitanat und Glas zu weich sind, um die Verwendung als Ringstein zu überstehen, wurden sie bei der Konstruktion von Verbundwerkstoffen oder verwendet Wams Diamantsimulanzien. Die beiden Materialien werden für den unteren Teil (Pavillon) des Steins verwendet, und im Fall von Strontiumtitanat wird ein viel härteres Material – normalerweise farbloser synthetischer Spinell oder Saphir – für die obere Hälfte (Krone) verwendet. Bei Glasdubletten besteht der obere Teil aus Almandin-Granat; es ist normalerweise eine sehr dünne Scheibe, die die gesamte Körperfarbe des Steins nicht verändert. Es gibt sogar Berichte über Diamant-auf-Diamant-Dubletten, bei denen ein kreativer Unternehmer zwei kleine Rohlinge verwendet hat, um einen größeren Stein herzustellen.

Bei Dubletten auf Strontiumtitanat- und Diamantbasis wird ein Epoxid verwendet, um die beiden Hälften zusammenzukleben. Das Epoxid kann unter UV-Licht fluoreszieren und auf der Außenseite des Steins können Rückstände zurückbleiben. Die Granatoberseite eines Glasdubletts ist physisch mit seiner Basis verschmolzen, aber in ihm und den anderen Dubletttypen sind normalerweise abgeflachte Luftblasen an der Verbindungsstelle der beiden Hälften zu sehen. Gut sichtbar ist auch eine Verbindungslinie, deren Position variabel ist; Es kann über oder unter dem Gürtel liegen, manchmal in einem Winkel, aber selten entlang des Gürtels selbst.

Das neueste zusammengesetzte Simulans beinhaltet die Kombination eines CZ-Kerns mit einer äußeren Beschichtung aus im Labor hergestelltem amorphem Diamant. Das Konzept imitiert effektiv die Struktur einer Zuchtperle (die eine Kernperle mit einer äußeren Schicht aus Perlenbeschichtung kombiniert), die nur für den Diamantenmarkt entwickelt wurde. Das fertige Simulanz, das unter dem Markennamen „Asha“ auf den Markt gebracht wird, sieht aufgrund der Verwendung von amorphem Diamant glänzender und diamantähnlicher aus als reines CZ.