الماسهای آزمایشگاهی
الماسهای آزمایشگاهی (که گاهی اوقات بهعنوان الماسهای ساخت بشر یا مصنوعی نیز شناخته میشوند) حدود پنج سال پیش بهصورت تجاری وارد بازار جواهرات شدند. اگرچه از نظر ظاهری با الماسهای طبیعی یکسان هستند، اما تفاوتهای بسیار ظریفی دارند که فقط توسط جواهرشناسان ماهر و تجهیزات پیشرفتهای که برای این منظور طراحی شدهاند، قابل تشخیص است.
قبل از اینکه به شرح ویژگی ها و انواع الماس آزمایشگاهی بپردازیم، بد نیست مروری دوباره و مختصر داشته باشیم بر اینکه الماس طبیعی چیست و چطور بدست میآید:
الماسها از کجا میآیند؟
الماسهای طبیعی
الماسهای طبیعی میلیاردها سال پیش در اعماق زمین تحت فشار و دمای بسیار بالا تشکیل شدهاند؛ فعالیتهای آتشفشانی آنها را به سطح زمین آورده و در نوعی سنگ آتشفشانی به نام لولههای کیمبرلیت قرار داده است. تنها حدود پنج درصد از لولههای کیمبرلیت حاوی مقدار کافی الماس هستند که استخراج آنها را از نظر اقتصادی مقرون بهصرفه میسازد.
الماس – بهعنوان یک ماده، نه بهعنوان جواهر – یک کانی است که از “کربن تقریباً خالص بهصورت کریستالی در سیستم مکعبی ایزومتریک” تشکیل شده است؛ بر طبق تعریف کمیسیون تجارت فدرال ایالات متحده (FTC) که راهنماهای تجاری برای صنعت جواهر و سنگهای قیمتی تدوین میکند.
اگرچه FTC میگوید که الماسها اساساً از کربن خالص تشکیل شدهاند، اما اکثر الماسهای طبیعی مقادیر کمی از مواد دیگر را نیز در خود دارند؛ به ویژه نیتروژن که به آنها رنگ زرد میدهد یا (به ندرت) بور که باعث ایجاد رنگ آبی میشود. علاوه بر این، معمولاً شامل ترکیبات کوچکی از مواد خارجی هستند که میلیونها سال پیش در الماس در حال شکلگیری، به دام افتادهاند.
الماسهای آزمایشگاهی
الماسهای ساخته شده توسط انسان که برای استفاده صنعتی مناسب باشند، برای اولین بار در دهه ۱۹۵۰ در آزمایشگاه تولید شدند. در حالی که الماسهای با کیفیت به عنوان جواهر، برای اولین بار در سال ۱۹۷۱ در آزمایشگاه تولید شدند؛ اواسط دهه ۲۰۱۰ بود که الماسهای بدون رنگ آزمایشگاهی به صورت تجاری وارد بازار جواهرات شدند.
به گفته دکتر جیمز شیگلی محقق برجسته مؤسسه GIA، که بیش از ۳۰ سال است در حال تحقیق درباره الماسهای آزمایشگاهی در این مؤسسه است، امروزه الماسهای آزمایشگاهی به دو روش تولید میشوند.
(High Pressure High Temperature) HPHT_
(Chemical Vapor Deposition) CVD_
هر یک از این روشها فرآیندهای متفاوتی برای ایجاد الماس دارند که ویژگیهای خاصی را نیز به دنبال دارند.
_ روش HPHT فشار و دمای بالا
روش HPHT یکی از اولین روشهای ساخت الماسهای مصنوعی است و شبیه به فرایند طبیعی تشکیل الماس در اعماق زمین است. در این روش از فشار و دمای بسیار بالا برای تبدیل کربن به الماس استفاده میشود.
فرآیند:
– یک تکه کوچک از الماس طبیعی یا مصنوعی به عنوان بذر یا هسته استفاده میشود.
– کربن در محیط فشار و دمای بالای حدود 50,000 اتمسفر و 1500 درجه سانتیگراد قرار میگیرد.
– تحت این شرایط، کربن به آرامی روی بذر کریستالیزه میشود و الماس شکل میگیرد.
ویژگیها:
– الماسهای تولید شده با روش HPHT معمولاً دارای رنگ زرد یا آبی خفیفی هستند که به دلیل وجود نیتروژن یا بور در ساختار کریستالی الماس است.
– معمولاً در این روش الماسهایی با کیفیت صنعتی و جواهرسازی تولید میشود.
_ روش CVD رسوب بخار شیمیایی
روش CVD از یک محفظه خلا و گازهایی مانند هیدروژن و متان استفاده میکند تا الماس را در دما و فشار پایینتری نسبت به HPHT تولید کند.
فرآیند:
– یک لایه نازک از الماس به عنوان بذر در محفظه خلا قرار میگیرد.
– گازهای هیدروژن و متان در دمای حدود 800 تا 1200 درجه سانتیگراد به حالت پلاسما تبدیل میشوند.
– اتمهای کربن آزاد شده از گاز متان روی بذر الماس ته نشین شده و کریستالهای الماس را تشکیل میدهند.
ویژگیها:
– الماسهای CVD معمولاً بیرنگ یا نزدیک به بیرنگ هستند.
– این الماسها به خاطر توانایی کنترل دقیق شرایط رشد، معمولاً کیفیت بالاتری دارند و به راحتی میتوان اندازه و خلوص آنها را مدیریت کرد.
مقایسه HPHT و CVD
– کیفیت رنگ: الماسهای CVD اغلب بیرنگتر از الماسهای HPHT هستند.
– ساختار و خلوص: الماسهای CVD معمولاً خلوص بهتری دارند زیرا کنترل بر شرایط تولید آنها دقیقتر است.
– کاربردها: هر دو روش هم برای تولید الماسهای جواهر و هم برای الماسهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند.
شکل گیری الماسها با هر کدام از این روشها معمولاً برای بیشتر اندازهها کمتر از یک ماه زمان میبرد. بیشتر الماسهای CVD نیاز به پروسه های دیگری مانند حرارت یا تابش دارند تا رنگ آنها پس از فرآیند تولید بهبود یا تغییر یابد.
به طور معمول الماسهای آزمایشگاهی کمتر از یک قیراط وزن دارند اما با پیشرفت فناوری و تکنیکها، سنگهای بزرگتری نیز در بازار ظاهر شدهاند.
همانند الماسهای طبیعی، الماسهای آزمایشگاهی نیز با استفاده از همان فرآیند دقیق تراشیده و ساخته میشوند. از آنجایی که الماسهای آزمایشگاهی میتوانند در آزمایشگاه به شکلهای یکنواختتری تولید شوند، تراشکاران الماس اغلب میتوانند سنگهای بهتری تراش دهند؛ به این معنی که نقصهای کمتری دارند و در مقایسه با الماس طبیعی، تراش کلی بهتری خواهند داشت. الماسهای آزمایشگاهی معمولاً تراشهای مشابه با الماسهای طبیعی دارند. از آنجا که الماسهای آزمایشگاهی از نظر ترکیب شیمیایی و ساختار کریستالی با الماسهای طبیعی یکسان هستند، همان تکنیکهای تراشکاری که برای الماس طبیعی استفاده میشود، برای الماسهای آزمایشگاهی نیز قابل استفاده است. تراش الماس چه طبیعی باشد چه آزمایشگاهی، بهگونهای انجام میشود که حداکثر درخشش و براقیت را به نمایش بگذارد. تراشهای معروف مانند برلیان، پرنسس، مارکیز و غیره برای هر دو نوع الماس آزمایشگاهی قابل استفاده هستند.
lap-diamond-HPHT-Pear Cut
lap-diamond-CVD-Round Cut
چگونه میتوان الماسهای طبیعی و آزمایشگاهی را از یکدیگر تشخیص داد؟
تشخیص الماسهای آزمایشگاهی ضروری است زیرا مصرفکنندگان باید بدانند چه چیزی خریداری میکنند و همچنین به دلیل اختلاف قیمت قابلتوجهی که اغلب بین این الماسها و سنگهای طبیعی وجود دارد.
برای حفاظت و آگاهیرسانی به عموم خریداران سنگهای قیمتی، مؤسسه GIA برنامههای آموزشی از جمله مدرک جواهرشناس فارغالتحصیل GIA و سمینارهایی ارائه میدهد که تکنیکهای درجهبندی الماس و جدیدترین روشهای تشخیص الماسهای طبیعی از الماسهای آزمایشگاهی و شبیهسازی شده را آموزش میدهد.
از آنجا که الماسهای آزمایشگاهی از نظر شیمیایی و نوری اساساً مشابه همتایان طبیعی خود هستند، مشاهدههای سنتی جواهرشناسی و دستگاههای قدیمی “تشخیص الماس” نمیتوانند، آنها را از هم تشخیص دهند. شناسایی الماس تنها در آزمایشگاههای حرفهای جواهرشناسی یا با استفاده از دستگاههای پیشرفتهای که توسط GIA و سایر سازمانها توسعه یافتهاند، روشی قابلاعتماد برای تفکیک آنها از الماسهای طبیعی است.
آیا GIA درجه بندی برای الماسهای آزمایشگاهی ارائه میدهد؟
GIA هر الماسی را که به آزمایشگاههای درجهبندی و شناسایی سنگهای قیمتی خود در سراسر جهان ارسال میشود، آزمایش میکند تا مشخص کند که آیا طبیعی است یا آزمایشگاهی.
GIA بیش از ۱۰ سال است که گزارشهایی برای الماسهای آزمایشگاهی صادر میکند. در مارس ۲۰۱۹ مطابق با دستورالعملهای FTC، این مؤسسه اعلام کرد که از جولای ۲۰۱۹ نام این گزارشها را به «گزارشهای الماسهای آزمایشگاهی «GIA تغییر خواهد داد. برای کاهش احتمالات سردرگمی، گزارشهای درجهبندی GIA برای الماسهای آزمایشگاهی از نظر ظاهر به طور قابلتوجهی با گزارشهای الماسهای طبیعی متفاوت است. علاوه بر این اصطلاحاتی که برای گزارش درجههای رنگ و شفافیت الماسهای آزمایشگاهی استفاده میشوند، با الماسهای طبیعی تفاوت دارند. به جای درجه بندی رنگ از D تا Z، از اصطلاحات کلیتری مانند بیرنگ، نزدیک به بیرنگ، کمرنگ، بسیار کمرنگ و روشن استفاده میشود. درجههای شفافیت که در گزارشهای الماسهای طبیعی به صورت اختصاری ارائه میشوند (مانند VVS1& SI2)، در گزارشهای الماسهای آزمایشگاهی با اصطلاحات توصیفی گستردهتری مانند (بسیار بسیار کمدرجه، کمدرجه) درج میشوند.
چه اتفاقی برای الماسهایی که برای درجهبندی به آزمایشگاههای جواهرشناسی ارسال نمیشوند، میافتد؟
برای شناسایی الماسهای آزمایشگاهی،GIA دستگاه غربالگری GIA iD100 را توسعه داده است. این دستگاه فناوری پیشرفته طیف سنجی را با ۶۰ سال تحقیقات GIA در زمینه شناسایی الماس و سنگهای قیمتی ترکیب میکند تا الماسهای طبیعی را از الماسهای آزمایشگاهی HPHT و CVD و شبیهسازیهای الماس تشخیص دهد. GIA همچنین سرویس تحلیل GIA Melee را ارائه میدهد که بهسرعت و با دقت بستههای حاوی الماسهای بسیار کوچک که در بازار بسیار رایج هستند، را غربالگری میکند.
پس اگر الماسهای آزمایشگاهی الماسهای واقعی هستند، چرا قیمت کمتری دارند؟
پاسخ در پروسه تولید آنها نهفته است. در واقع زمان و هزینه تولید یک الماس آزمایشگاهی بسیار کمتر از یافتن و استخراج یک الماس طبیعی است. الماسهای طبیعی ، سالها طول میکشند تا شکل بگیرند و به مقدار زیادی زمین و زیرساختهای گسترده و نیروی کار نیاز دارند تا استخراج شوند؛ در مقابل یک آزمایشگاه با نیروی کار کوچک (اما بسیار متخصص) میتواند در چند هفته یک الماس آزمایشگاهی تولید کند. پس از یک سرمایهگذاری اولیه سنگین در فناوریهای مورد نیاز، این آزمایشگاه میتواند، به تولید الماسهای آزمایشگاهی ادامه دهد، در حالی که معدن الماس طبیعی سرانجام از الماس خالی خواهد شد و معدن کار باید زمینهای بیشتری را برای اکتشاف به دست آورد.
در اصل استخراج الماس به هیچ وجه به اندازه تولید الماس آزمایشگاهی از نظر هزینه کارآمد نیست. با این حال، مهم است که به یاد داشته باشیم که معادن الماس با استانداردهای اخلاقی میتوانند، معیشت بسیاری از جوامع وابسته به استخراج را تأمین کنند. هزینه یک الماس طبیعی، وقتی در نظر بگیرید که نادری از طبیعت است که پیدا کردن آن نیاز به سرمایهگذاری، زمان و تلاش زیادی داشته، کاملاً ارزشمند است. بنابراین الماسهای آزمایشگاهی ارزش الماسهای طبیعی را کاهش نمیدهند، چرا که الماسهای طبیعی به عنوان یک موجودیت کاملاً متفاوت قیمتگذاری میشوند.
شبه الماس ها (سنگهای اتمی و موزانایت)
سنگهای اتمی اصطلاحی است که بهطور دقیق علمی تعریف نشده و در منابع مختلف میتواند به معانی متفاوتی اشاره داشته باشد. این اصطلاح بیشتر در بازار جواهرات و تبلیغات برای توصیف سنگهای مصنوعی یا سنتتیک استفاده میشود که جایگزینهایی برای سنگهای طبیعی مثل الماس هستند.
در بازار جواهرات، گاهی از اصطلاحات مختلفی مانند “سنگهای اتمی” و “موزانایت” استفاده میشود که به سنگهای جایگزین الماس اشاره دارند. این سنگها از نظر ساختاری و ویژگیها با الماسهای طبیعی و آزمایشگاهی متفاوت هستند.
_ سنگهای اتمی:
اصطلاح “سنگ اتمی” معمولاً به سنگهای مصنوعی یا ترکیبات شیمیایی خاصی اطلاق میشود که به صورت سنتتیک یا آزمایشگاهی ساخته میشوند و از نظر ظاهری به الماس شباهت دارند. یکی از مثالهای معروف سنگهای اتمی زیرکونیا مکعبی (Cubic Zirconia) است.
_ زیرکونیا مکعبی (Cubic Zirconia)
بسیار شبیه به الماس است اما از نظر ترکیب شیمیایی، سختی و ویژگیهای نوری تفاوتهای قابل توجهی دارد. زیرکونیا از اکسید زیرکونیوم تشکیل شده و درخشندگی و شفافیت بالایی دارد، اما سختی آن کمتر از الماس است (حدود 8.5 در مقیاس موس). زیرکونیای مکعبی یک فرم بلوری مصنوعی از دیاکسید زیرکونیم است که از دهه ۱۹۷۰ به عنوان جایگزین الماس مورد استفاده قرار گرفته است. اگرچه از نظر خواص نوری شباهتهایی با الماس دارد، اما در مقایسه با موزانایت دوام کمتری دارد. با این حال زیرکونیای مکعبی با قیمت مناسب و تنوع رنگی گستردهای که ارائه میدهد، این کمبود را جبران میکند و گزینهای محبوب برای خریداران با بودجه محدود و افرادی که به دنبال جواهرات رنگارنگ و زنده هستند، به شمار میرود. این نوع سنگها به اندازه الماس سخت و بادوام نیستند و در نتیجه بیشتر در معرض شکستگی، خش و کدر شدن قرار میگیرند. شاخص شکست و پراکندگی نور آن نیز کمتر از الماس است که بر میزان درخشش آن تأثیر میگذارد. زیرکونیای مکعبی معمولاً بیرنگ است و به دلیل عدم وجود ناخالصیها ممکن است، حتی درخشانتر از الماس به نظر برسد و برق آن بیشتر سفید یا بیرنگ به نظر میرسد. سنگهای اتمی مانند زیرکونیا مکعبی نیز قابلیت تراشکاری به همان سبکهای تراش الماس را دارند. از آنجا که یک جایگزین اقتصادی برای الماس است، بهطور گسترده در تراشهایی مانند برلیان گرد، پرنسس، امرالد و سایر تراشهای کلاسیک استفاده میشود؛ با این حال، ممکن است درخشش و دوام تراش در زیرکونیا مکعبی به مرور زمان کاهش یابد، زیرا این سنگ سختی کمتری نسبت به الماس دارد و بیشتر مستعد خراشیدگی باشد. قیمت این سنگ بسیار ارزانتر از الماس و حتی الماسهای آزمایشگاهی است و بیشتر در جواهرات مقرون به صرفه به کار میرود. همچنین به دلیل قیمت مناسب و ظاهرش همچنان گزینهای محبوب در جواهرات است و با ظاهری شبیه به الماس و قیمت مناسب جایگزینی اقتصادی است.
_ موزانایت (Moissanite)
یک سنگ مصنوعی است که از ترکیب شیمیایی سیلیکون کاربید (SiC) تشکیل شده است. موزانایت به دلیل درخشش بالاتر (به نسبت زیرکونیای مکعبی) و شباهت زیاد به الماس، به عنوان یکی از جایگزینهای اصلی الماس در جواهرات مورد استفاده قرار میگیرد. موزانایت از نظر سختی نزدیک به الماس است (حدود 9.25 در مقیاس موس) و همچنین دارای پراکندگی نوری بیشتری نسبت به الماس است، که باعث میشود رنگینکمانیتر از الماس به نظر برسد. این سنگ به طور مصنوعی در آزمایشگاه تولید میشود و بسیار کمیابتر از الماسهای طبیعی است. برای اولین بار در سال ۱۸۹۳ در یک دهانه شهاب سنگ کشف شد که باعث شد، علاقهمندیهایی به منشأ فرازمینی آن شکل گیرد. امروزه موزانایت در آزمایشگاهها سنتز میشود و به دلیل درخشش و تلالو فوقالعادهاش، گزینهای بسیار زیبا برای جواهرات محسوب میشود و چون دوام آن به الماس بسیار نزدیک بوده و از بسیاری دیگر از سنگهای قیمتی پیشی میگیرد. از نظر رنگ معمولاً از بیرنگ تا کمی زرد یا خاکستری یافت میشود. سنگهای موزانایت با کیفیت بالا تقریباً کاملاً بیرنگ به نظر میرسند، در حالی که سنگهای با کیفیت پایینتر ممکن است رنگهای زرد یا خاکستری مشهودتری داشته باشند. جنبه دیگری که باید مورد توجه قرار گیرد، شفافیت است. موزانایت اغلب با شفافیت بسیار بالا یافت میشود و گاهی به نظر میرسد بهطور کامل بدون نقص است. این به دلیل ساخت آزمایشگاهی موزانایت است که امکان کنترل عالی در فرایند تولید را فراهم میکند. موزانایت به دلیل سختی و ساختار مشابه با الماس، قابلیت تراش به سبکهای مشابه الماس را نیز دارد. برلیان گرد (round brilliant) رایجترین تراش موزانایت است، زیرا این تراش باعث میشود درخشش و شکست نور به حداکثر برسد. به دلیل ویژگیهای نوری منحصر به فرد موزانایت (پراکندگی نور بیشتر)، تراشهای الماسی به این سنگ جلوهای پرزرق و برق و درخشان میبخشند. سایر تراشهای رایج موزانایت شامل پرنسس، اشک و اوال است، که مانند الماسها به هدف افزایش درخشش سنگ تراش داده میشوند. قیمت آن نیز ارزانتر از الماس است، اما معمولاً گرانتر از زیرکونیا مکعبی میباشد
در ادامه به توضیح این دو نوع سنگ و تفاوت آنها با الماس آزمایشگاهی میپردازیم:
الماسهای آزمایشگاهی در برابر زیرکنیا مکعبی
زیرکنیا مکعبی یا “CZ”در آزمایشگاه تولید میشود اما با الماس آزمایشگاهی یکسان نیست. CZ ماده اولیه متفاوت و خاص خود با ویژگیهای بسیار متفاوتی نسبت به الماسها دارد. CZ سنگی بسیار ارزان است، اغلب بیرنگ و بدون نقص اما خیلی راحتتر خراشیده میشود و درخششی نسبتاً کم نور تولید میکند. درخشش CZ در مقایسه با الماس آزمایشگاهی بسیار کمتر است و بازتابهای رنگینکمانی مصنوعیتری دارد. حتی اگر در هنگام تولید بیرنگ باشد؛ CZ میتواند با گذشت زمان زرد شود.
الماسهای آزمایشگاهی در برابر موزانایت
موزانایت سنگ کمیابی بوده که زمانی در طبیعت یافت میشده اما اکنون به صورت مصنوعی تولید میشود و با اینکه در آزمایشگاه پرورش یافته است، به طور واضحی با الماسهای آزمایشگاهی متفاوت است. موزانایت سنگی بسیار سخت است و میتواند با شفافیت بالایی تولید شود اما رنگ آن معمولاً به خاکستری، قهوهای، زرد یا سبز متمایل است. درخشش موزانایت با الماس آزمایشگاهی کاملاً متفاوت است – درخشش آن پر تلالو است و رنگهای رنگینکمانی زیادی ساطع میکند که میتواند نشان دهنده مصنوعی بودن آن باشد. یکی از بزرگترین معایب موزانایت تمایل آن به ایجاد حالت مبهم یا تار بوده که به دلیل خاصیت دو شکستی آن ایجاد میشود. هرچه موزانایت بزرگتر باشد، این اثر بیشتر خواهد بود.ترکیب شیمیایی:
_ سنگهای اتمی مانند زیرکونیا از اکسید زیرکونیوم تشکیل شدهاند.
_ موزانایت از سیلیکون کاربید ساخته شده است.
_ الماس آزمایشگاهی از کربن خالص تشکیل شده و ساختار آن با الماس طبیعی یکسان است.
سختی:
_ زیرکونیا مکعبی سختی 8.5
_ موزانایت سختی 9.25
_ الماس آزمایشگاهی سختی 10
درخشش و شکست نور:
زیرکونیا مکعبی درخشندگی مشابه الماس آزمایشگاهی دارد، اما با مرور زمان ممکن است شفافیت آن کاهش یابد.
موزانایت درخشندگی بیشتری نسبت به الماس آزمایشگاهی دارد و به همین دلیل ممکن است از نظر برخی افراد براقتر به نظر برسد.
قیمت:
زیرکونیا مکعبی ارزانترین گزینه است، پس از آن موزانایت و سپس الماسهای آزمایشگاهی و طبیعی.
نتیجهگیری:
سنگهای اتمی (مانند زیرکونیا مکعبی) و موزانایت دو جایگزین اصلی برای الماسهای طبیعی و آزمایشگاهی هستند. موزانایت از نظر ظاهری و دوام به الماس نزدیکتر است و بهعنوان جایگزینی با کیفیت بالاتر نسبت به زیرکونیا مکعبی در نظر گرفته میشود، اما هیچکدام از این سنگها به لحاظ ترکیب و خواص دقیقاً مشابه الماس آزمایشگاهی نیستند.
الماس های آزمایشگاهی شبه الماس نیستند. آنها اساساً جواهراتی هستند که برای تقلید از الماس طراحی شدهاند، بدون اینکه در واقع الماس باشند؛ در حالی که الماس آزمایشگاهی یک الماس معتبر است. شبه الماسها شامل سنگ هایی مانند موزانیت و زیرکونیای مکعبی است. آنها ترکیب شیمیایی کاملاً متفاوتی با الماس دارند؛ در حالی که الماس های آزمایشگاهی و الماس های طبیعی دقیقاً ترکیب شیمیایی مشابهی دارند، زیرا هر دو به طور واقعی الماس هستند. آن ها به شفافیت، میزان سختی، بیرنگی و براق بودن الماس آزمایشگاهی و طبیعی نخواهد بود.
تهیه شده توسط گروه جواهری سعیدنیا
نویسنده:
عاطفه مولایی