Wie stelle ich Rubine künstlich her...?....
... durch das Verneuil-Verfahren, lautet die Antwort auf die Frage!
Der Durchbruch der synthetischen Herstellung schöner Edelsteine gelang 1891 dem französischen Chemiker Auguste Verneuil im Schmelztropf-Verfahren, auch 'Verneuil-Synthese' genannt:
Er gab Tonerde Al2O3 (Aluminium-Trioxid - aus dem übrigens auch der natürliche Korund mit der Mohs-Härte 9 besteht!) in Pulverform zusammen mit Chromfarbstoff in eine 2100 Grad heiße Flamme eines nach unten brennenden Knallgasgebläses und erhielt nach dem Tropfen der Substanz durch ein Sieb einen birnengroßen RUBIN! 
Hallo,
wenn ich die Arbeit von Verneuil:
M.A. Verneuil, "Memoire sur la reproductions artificielle du rubis par fusion", ann. chem. et phys. 3, 20-48, 1904, hat er Ammonium-Aluminium-Alaun als Ausgangsmaterial genommen. Das ist durch Umkristallisation leichter zu reinigen. Ob er allerdings villeicht den Alaun durch Erhitzen zu Al2O3 calciniert weiss ich jetzt nicht. Der Unterschied in der Zeitangabe ist auch eine schöne Geschichte:
Die Steine stellten eine Grundlage der Uhrenindustrie als Lagersteine dar. Die Steine wurden aber knapp. Deshalb hinterlegte Verneuil die Grundlagen seines Verfahrens und veröffentlichte Sie erst später.
Auch die Gechichte mit dem Sieb ist etwas komplizierter. Er brauchte eine nicht verklumpende Substanz und einen über Wochen konstanten Materialfluss. Das erreichte er durch ein Doppelsieb mit spezieller Klopftechnik. Das erste Sieb fördert in das Reservoir des zweite nsiebs. Störungen können so schneller beseitigt werden (das erste Sieb verklumpt) und vor dem zweiten Sieb liegt immer Material.
zur Qualität dieser Steine:
Meistens sind es Mehrlinge gewesen, gestört von Blasen und Einschlüssen. Das ist auch leicht zu verstehen. Es regnet ein möglicherwesie leicht unterkühlter Regen aus feinsten Tröpfchen auf den Kristall nieder. In einer hauchdünnen Schicht (der "Mittelwert" verschiedener Autoren liegt irgendwo im Bereich von einigen 10µm) geschieht die eigentliche Kristallisation.
Der grosse Vorteil dieser Steine ist die homogene Dotierbarkeit. Dadurch, dass die flüssige Phase auf dem Kristall so dünn ist, treten kaum mengenmässig grosse Anreicherungen auf. Der Kristall ist schnell im Gleichgewicht mit der Nährphase.
Aber für die Uhrenindustrie relativ egal
Für die Entwicklung des Rubin-Lasers von Maiman 1960 dürften diese Kristalle nicht gereicht haben. Auch ist die Herstellung von Galliumnitrid (GaN) für blaue, gruene und weisse LEDs an Saphir (in der Minderheit an SiC) gebunden. Neben optischen Komponenten ist dies einer der Haiptbereiche für synth. Korund.
Diese hochwertigen Kristalle werden heute nach dem Czochtralski-Verfahren hergestellt.
J. Czochralski, "Ein neues Verfahren zur Messung der Kristallisationsgeschwindigkeit der Metalle" Zeitschrift der physikalischen Chemie 92, 219-221, 1 August 1918.
Dabei wird induktiv mittels Hochfrequenz-Strom ein Wolframtiegel mit Al2O3 im Vakuum erhitzt und ein gekühlter Keimkristall in Kontakt mit der Schmelzoberfläche gebracht. Anschliessend wird der Kristall unter Rotation langsam nach oben gezogen. Wolfram hat den Vorteil, dass es einen hohen Schmelzpunkt hat und die sich bildenden Oxide bei 2050 °C im Vakuum verpuffen. Iridium (das nächste beliebte Material für Tiegel) färbt hingegen den Kristall.
zur Größenordnung heute:
Auf einer Kristallzüchtertagung ging mal ein "misslungener" kornblumenblauer Saphir rum. Mehr als 7cm Durchmesser und 30cm Länge. Auf einer Halbleitertagung wurde ein reiner Saphir gezeigt. ca 80cm lang und 30cm x 20cm dick
Also wenn ich den Auftrag bekommen würde, synth. Rubine zu züchten, die kaum von natürlichen zu unterscheiden sind, würde ich natürliche, minderwertige Rubine als Ausgangsmaterial nehmen. Damit stimmt schon einmal die Chemie. Ansonsten nimmt man hochreine Chemikalien - die Spurenelemente kann man ja zumischen
. Anschliessend würde ich eine Lösungszüpchtung machen. Nur sind in solchen Fällen die Lösungsmittel meist Salze oder tiefschmelzende Oxide. Dann bilden sich gute Flächen aus, und bei "geschickter" Prozeßführung kommen Phantome, Einschlüsse usw. in den Kristall.
Damit dieser Beitrag nicht ganz so trocken bleibt, mache ich mal bei Gelegenheit einige Bilder. Aber ich bin gerade erst wieder aus dem Urlaub zurück.
mfg
Frank
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