キュービックジルコニア

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背景

宝石または宝石は、個人的な装飾のためにカットおよび研磨された宝石または半貴石として定義できます。米国およびその他の生産国で生産される宝石には、3つのタイプがあります。天然、合成、および模擬。天然宝石は、ベリル、コランダム、クォーツなどの結晶形の鉱物から切り出されています。 （ダイヤモンドは純粋な炭素の結晶です。）琥珀、珊瑚、化石、象牙、真珠の母、天然および養殖淡水真珠、天然塩水真珠などの有機材料も天然宝石と見なされます。

実験室で育てられた合成宝石は、それらが表す天然素材と本質的に同じ外観、光学的、物理的、および化学的特性を持っています。米国で生産される合成宝石には、アレキサンドライト、コーラル、ダイヤモンド、エメラルド、ガーネット、クォーツ、ルビー、サファイア、スピネル、ターコイズが含まれます。天然の対応物がない合成石もあります。

模擬物は、天然宝石材料と同様の外観を持ちながら、光学的、物理的、化学的特性が異なる実験室で栽培された宝石材料です。ダイヤモンドの代替品であるキュービックジルコニア（CZ）はこのカテゴリーに分類され、1976年に宝石用石の製造に最初に使用されました。石の硬度スケールでは、本物のダイヤモンドは8.5〜9の範囲の硬度と比較して10です。 CZ用。 CZの屈折率（光線を赤、オレンジ、緑、黄、紫、青の色に屈折させる能力）は、本物のダイヤモンドの2.42と比較して、2.15-2.18です。

ダイヤモンドの模造品としてのキュービックジルコニアの前身には、チタン酸ストロンチウム（1955年に導入）とイットリウムアルミニウムガーネットが含まれていました。ただし、チタン酸ストロンチウムは特定の種類のジュエリーには柔らかすぎました。キュービックジルコニアは、カットされた宝石としての外観がダイヤモンドに非常に近いため、より人気がありました。

米国で生産されている宝石類似石には、サンゴ、キュービックジルコニア、ラピスラズリ、マラカイト、ターコイズなどがあります。さらに、他の宝石を表すために使用される合成サファイアとスピネルの特定の色は、類似石として分類されます。着色された無色のCZは、生産された主要な種類の類似石であり、30年以上にわたって市場に出回っています。本物のダイヤモンドと同様に、CZは高グレードと低グレードの両方で利用でき、1カラットあたり数十ドルから高グレードの場合は1カラットあたり100ドルの範囲です。

過去10年間で、合成および模擬宝石の使用と消費者の受け入れが拡大しました。この成長の多くは、天然宝石の安価な代替品としてだけでなく、これらの宝石が独自のメリットを認められた直接の結果です。米国の合成および模擬宝石の年間生産量は現在約2,000万ドルと評価されており、天然宝石の生産量はその約2.5倍です。

原材料

キュービックジルコニアは、マグネシウムとカルシウムで安定化された高純度の酸化ジルコニウム粉末の混合物から作られています。各成分の量は慎重に管理されており、本物のダイヤモンドと同様の外観を実現するために特定の添加剤が使用されることもあります。

製造
プロセス

合成および模擬宝石の生産者は、さまざまな製造方法を使用しますが、溶融成長、溶液成長、または超高温高圧成長の3つのタイプのプロセスのいずれかに分類できます。合成宝石を作るための解決技術には、エメラルド、ルビー、サファイア、スピネル、アレキサンドライトのフラックス法が含まれます。もう1つの解決方法は水熱法で、ベリル（エメラルド、アクアマリン、モルガナイト）と石英の成長によく使用されます。この方法では、オートクレーブと呼ばれる大型の圧力容器を使用します。

他の技術には、翡翠とラピスラズリの固体または液体状態の反応と相変態が含まれます。ルビーとサファイアの蒸着;ターコイズ、ラピスラズリ、サンゴ用のセラミック。その他、オパール、ガラスおよびプラスチックの類似石または模倣品。 Vemeuil、Czochralski、および頭蓋骨の溶解プロセスは、宝石材料に最も頻繁に使用される溶解技術です。

フランスの化学者エドモンドフレミーは、1877年に溶融成長法によって最初の市販の合成宝石を製造しました。これらは小さなルビーの結晶であり、酸化アルミニウムを含む混合物を粘土るつぼに溶かして成長させました。このプロセスには約8日かかりました。これらは再構築されたルビーと呼ばれていました。 1885年に、より大きな合成ルビーが火炎融合プロセスとアルミナ粉末を使用して登場しました。その後、サファイア、スピネル、ルチル、およびチタン酸ストロンチウムが、Vemeuil法としても知られるこの技術で成長しました。

同名の科学者によって1917年頃に開発されたチョクラルスキープルグロース法は、ルビー、サファイア、スピネル、イットリウムアルミニウムガメット（YAG）、ガドリニウムガリウムガーネット（GGG）、およびアレキサンドライトに使用されます。チョクラルスキー法では、粉末状の材料をプラチナ、イリジウム、グラファイト、またはセラミックのるつぼで溶かします。回転するロッドの一端に種結晶を取り付け、シードが溶融物に接触するまでロッドをるつぼに降ろし、ロッドをゆっくりと引き抜きます。シードが溶融物から材料を引き抜くと結晶が成長し、材料が冷却されて固化します。しかし、溶融物の表面張力のために、成長する結晶は溶融物と接触したままであり、溶融物が枯渇するまで成長し続ける。

通常、シードは1時間あたり0.0394〜3.94インチ（1〜100 mm）の速度で溶融物から引き出されます。この方法を使用して成長した結晶は、非常に大きく、直径1.97インチ（50 mm）、長さ3.281フィート（1 m）を超え、非常に高純度である可能性があります。この方法を使用する生産者は、毎年数百万カラットの結晶を栽培しています。キュービックジルコニアにはスカルメルト法が使用されており、以下で詳しく説明します。

特定の宝石は、それらを成長させようとすると独特の問題を引き起こします。特定の材料は反応性が非常に高いため、非反応性の白金およびイリジウムるつぼでも溶融できないか、るつぼの材料が耐えられるよりも高い温度で溶融するため、問題が発生します。したがって、頭蓋骨溶解システムと呼ばれる別の溶解システムを使用する必要があります。立方晶ジルコニアは融点が高いため、この方法を使用して成長させる必要があります。

溶ける

• 1「頭蓋骨」は中空壁の銅製のコップです。頭蓋骨の内壁を冷却するために、水が中空の壁を通って循環します。カップは粉末状の材料で満たされ、粉末が溶けるまで高周波誘導によって加熱されます。水が頭蓋骨の壁を冷やすので、壁の隣の粉末状の材料は溶けず、溶けた材料は溶けていない材料の殻の中に含まれています。したがって、反応性または高温の溶融物はそれ自体の中に含まれています。
• 2熱源を取り除き、システムを冷却すると、核形成によって結晶が形成され、溶融物全体が固化するまで成長します。このシステムを使用して成長した結晶は、核形成の数に応じてサイズが異なります。立方晶ジルコニアの成長では、1つの頭蓋骨が1サイクルあたり約2.205ポンド（1 kg）の材料を生成します。

カッティング

自然であろうと模倣であろうと、石の切り込みは石切りの職人の技量に依存します。カッターは宝石の結晶を注意深く評価して、透明度の高い1つまたは複数の石を製造するために結晶をどれだけ切り取る必要があるかを判断する必要があります。カッターはまた、どの石の形が結晶を最大限に活用するかを決定する必要があります。ダイヤモンドは価値が高すぎて無駄にできないため、カッターはクリスタルをできるだけ活用する必要があります。

比率は、ダイヤモンドのカットで重要な役割を果たします。理想的な石は、最大量の光が石を通して反射されるように、数学的な仕様にカットされます。このタイプのカットは、ブリリアントカットとして知られています。これらの設定された比率からの変化は、石の輝きを減らすことができます。ダイヤモンドを使用する場合、カッターは、欠陥や介在物を除去するためにこれらの角度から変化させる方がコスト的に賢明であると感じるかもしれませんが、それでも最大カラット重量を維持します。偽造ダイヤモンドクリスタルはコストがより適度で、透明度がほぼ完璧であるため、より大きな石を適切な比率にカットすることができます。

• 3切断にはいくつかのステップがあります。最初に、石は劈開面を示すためにマークされ、次に劈開されて石に初期形状を与えます。立方晶ジルコニアは八面体の結晶面に平行な方向に容易に分裂するため、ダイヤモンド粉末を含浸させた特殊な工具を使用して劈開することができます。劈開の代わりに鋸引きがあります。これは、端にダイヤモンドを染み込ませたリン青銅の小さなディスクを使用して、欠陥のある領域（模造石にはそれほど多くはありません）を取り除くために使用されます。現在、精密にプログラム可能な機械を使用して、石を所定の測定値に切断し（キャリブレーションと呼ばれます）、すべての石を同じサイズ、形状、および深さで製造できるようになっています。
• 4ブリュッティングまたは切り上げと呼ばれる次のステップは、劈開されたエッジの角を丸めることで構成されます。これは、シャープと呼ばれるダイヤモンド工具を備えた機械を使用して行われます。
• 5しわを寄せたり丸めたりした後、鋳鉄製のカッティングホイールを使用して石をファセットカットします。研磨は二次ファセット加工に続きます。
• 6最後のステップは、酸で沸騰させて、油、汚れ、ダイヤモンドパウダーの痕跡をすべて取り除くことによる徹底的な洗浄です。石は顕微鏡で検査された後、フォームパッケージに梱包されます。

品質管理

本物の石または模造石の品質は、カラット、色、透明度、カットの4つのCによって決まります。最終的な品質を決定するのは、4つすべてのグレードの組み合わせであり、したがって、本物のダイヤモンドと模造ダイヤモンドの両方の価値を決定します。本物のダイヤモンドのカラット重量0.0175オンス（0.5 g）は、カラット重量で表した石の重量です。合成石は、素材が密度が高いため、本物のダイヤモンドよりもカラット重量が常に重いです。

ダイヤモンドの色はその価値に影響を与える可能性があります。色が完全にないことはスケールの上限を表し、淡い、不均一に着色された石が下端を構成します。異常に高い色のダイヤモンドはファンシーと呼ばれ、色の均一性、希少性、色調によって等級分けされます。本物のジルコニアダイヤモンドとキュービックジルコニアダイヤモンドはどちらも、最も薄い黄色から鮮やかな赤まで、さまざまな色でご利用いただけます。

透明度は、石の透明度または透明度です。本物のダイヤモンドでは、透明度は自然、微細な鉱物の痕跡、石を曇らせる可能性のある欠陥の小さな結晶によって決まります。石が透明であればあるほど、その価値は高くなります。偽造ダイヤモンドの透明度は、ラボで制御できます。ただし、メルトが悪いと、介在物が少ない石が生成される可能性があります。金属酸化物の混合物の変化は、石の色を変える可能性があります。偽造ダイヤモンドでは、本物のダイヤモンドと同じように不均一な着色は望ましくありません。

4つのCの中で、カットはダイヤモンドの輝きを決定する上で最も重要です。 1919年、アントワープ生まれの第3世代のダイヤモンドカッターで機械工学の学生であるマルセルトルコフスキーは、最大の火と輝きを得るためにダイヤモンドをカットする適切な比率を決定しました。ブリリアントカットとして知られるこの理想は、客観的な測定可能な基準です。各ブリリアントカットダイヤモンドには58個のファセットがあり、数学的に決定された正確な角度でカットされ、最大光線を反射および屈折させます。これにより、ダイヤモンドが単に最大カラット重量を維持するのではなく、最適な美しさのために可能な限り最高の比率にカットされていることが保証されます。実際、ダイヤモンドの比率と仕上げのグレードは、この基準からの逸脱の程度によって定義されています。 キュービックジルコニアを成長させるスカルメルト法では、中空壁の銅製カップに粉末状の材料を入れて加熱します粉末が溶けるまで高周波誘導によって。中空の壁の中で循環する水は頭蓋骨の内壁を冷やします。水が頭蓋骨の壁を冷やすので、壁の隣の粉末状の材料は溶けず、溶けた材料は溶けていない材料の殻の中に含まれています。したがって、反応性または高温の溶融物はそれ自体の中に含まれています。熱源を取り除き、システムを冷却すると、核形成によって結晶が形成され、溶融物全体が固化するまで成長します。 1つの頭蓋骨は、1サイクルあたり約2.205ポンド（1 kg）の立方晶ジルコニアを生成します。この規格は、キュービックジルコニアから作られた模造ダイヤモンドにも適用されます。

58ファセットのブリリアントカットは、切削業界の品質の標準的な測定値として知られていますが、偏差が必要な特別な場合があります。小さな領域での光の屈折が多すぎると、透明度が低下するため、非常に小さな石をより少ないファセットでカットすることができます。反対の理由で、大きな石はより多くのファセットでカットされる場合があります。石のサイズによってファセットの幅が大きくなり、輝きが失われる場合があります。この方法で1カラット以上のダイヤモンドを見つけることは珍しいことではありません。ラディアント、プリンセス、トリリオンなどの新しいカットの導入により、多面的な石の需要が高まっています。

カットできる形はいろいろあります。ラウンドは最大の輝き、分散、火を提供し、すべての本物および模造ダイヤモンド形状の中で最も人気があります。楕円形は長方形で、やや細長い形をしています。石の上部の周りのファセットは、丸い石のファセットの配置と非常によく似ています。このため、よくカットされた楕円形のダイヤモンドは、あらゆる方向からの光を捕らえて反射し、きらめく外観を放ちます。楕円形を切るのにかかる時間（1カラットで8〜10時間）は、一次成形に時間がかかるため、丸い石を切るのにかかる時間の約2倍です。

他の試験方法は、光学的および物理的特性を測定するために使用されます。双眼顕微鏡は、介在物などの欠陥を探すために使用されます。屈折率は屈折計を使用して測定されます。石の比重は、既知の比重の液体の中で沈むか、浮くか、静止したままになるかを確認することによって決定されます。

未来

業界の専門家によると、キュービックジルコニアジュエリーの市場は、マスマーケットの小売業者が顧客に提供し続け、価格が下落し続けているため、安定した地位を維持することが期待されています。キュービックジルコニアは、スタッドピアスの本物のダイヤモンド、ダイヤモンドソリティア、テニスブレスレットの代替品としても収益性が高まっています。言い換えれば、特に明るさと反射の改善により、それはもはや単なる安価な模倣とは見なされていません。したがって、市場全体で約10％の成長率が予測されます。最近、合成モアッサナイト（結晶化炭化ケイ素）と呼ばれる新しいダイヤモンド類似石が導入されましたが、この材料の価格が高く、プロセスが難しいため、キュービックジルコニアとの競合が制限されます。