El principio de fabricación y la aplicación de piedras preciosas vítreas de imitación de ojo de gato.
Hu Bailiu Yin Baozhong
Acerca del primer autor: Hu Bailiu, tercer consultor senior del Comité Profesional de Piedras Preciosas Artificiales de la Asociación de Tesoros de China y ex investigador del Instituto de Shanghai de Cerámica, Academia de Ciencias de China.
1. Introducción
Las piedras preciosas con líneas de destello claras y brillantes de alta calidad o efectos ópticos similares a estrellas son extremadamente raras en los minerales naturales. El procesamiento de este tipo de piedra preciosa requiere un corte direccional preciso y luego un pulido para darle una forma determinada. En condiciones ópticas adecuadas, puede presentar un efecto óptico mejorado en forma de estrella o de ojo de gato.
El efecto de luz de estrella o destello es causado por la disposición regular o la agregación direccional de trazas de impurezas en las piedras preciosas, o el reflejo de la luz desde la estructura cristalina ordenada en forma de celosía. El fenómeno óptico del ojo de gato se refiere al movimiento correspondiente de las bandas de luz en la superficie de la piedra preciosa cuando se gira bajo la luz, también conocido como "flash". Funciona mejor en esferas pulidas, minerales similares a los granos de café.
Las piedras preciosas de ojo de gato a menudo se consideran análogas al crisoberilo. Otros minerales, como el cuarzo, la turmalina y la escabalita, también pueden mostrar destellos. El valor de una piedra preciosa de ojo de gato crisoberilo de color miel, rara y de alta calidad, de tamaño medio, es comparable al de un diamante o una jadeíta impecable del mismo tamaño y peso. Además, los zafiros, rubíes, granates y otras piedras preciosas que exhiben efectos ópticos similares a los de las estrellas o la luz de las estrellas también son extremadamente valiosos.
Debido a la escasez de piedras preciosas naturales flash o estrella, muchos gemólogos han hecho grandes esfuerzos para desarrollar piedras preciosas sintéticas. Se descubrió que las líneas estelares de las piedras preciosas estrella de corindón se deben a la existencia de soluciones sólidas de titanio y aluminio en forma de aguja a 60° entre sí en el plano basal de la piedra preciosa (Hu Bailiu et al., 1989).
Este artículo pretende utilizar materiales ópticos amorfos o vidrio para producir piedras preciosas en forma de ojo de gato con efectos de destello o luz de estrella de una o varias líneas, que pueden compararse con las piedras preciosas naturales en términos de densidad, color, dureza, resistencia al desgaste y otras propiedades físicas y químicas. Según el mismo principio, las piedras preciosas naturales o artificiales ordinarias sin brillo ni efecto de luz de estrella también se pueden combinar para formar piedras preciosas brillantes.
2. Principio y proceso
Como todos sabemos, cuando la luz entra en un medio compuesto por dos o más materiales ópticos transparentes con diferentes índices de refracción, durante el proceso de transmisión, la luz pasa. entre dos La interfaz formada por materiales con diferentes índices de refracción se refracta o refleja constantemente, y siempre se transmite y viaja en el medio con mayor índice de refracción hasta que se emite desde la cara del extremo en el otro extremo. Este es el principio básico de la fabricación de fibras ópticas (Figura 1).
Figura 1 Diagrama esquemático de la transmisión de luz en fibras ópticas
El desarrollo de piedras preciosas vítreas de ojo de gato amplía los principios básicos de fabricación de fibras ópticas.
1. Varilla de vidrio óptico de alto índice de refracción
Según el índice de refracción del material, las propiedades físicas y químicas y las consideraciones de costos de producción, se pueden utilizar elementos de tierras raras como el óxido de lantano o el óxido de plomo. seleccionado como componente principal, mezclado uniformemente con óxidos como silicio, aluminio, boro y metales alcalinotérreos o metales alcalinos según una determinada composición, fundido a alta temperatura y estirado en una varilla de vidrio incolora, transparente y ópticamente uniforme con un diámetro de unos 18 mm.
En los últimos años, para reducir aún más los costes, algunas unidades de fabricación han reducido aún más el contenido de componentes de óxido que pueden aumentar el índice de refracción de los materiales pero que son más caros.
2. Materiales de fibra óptica
La varilla de vidrio óptico de alto índice de refracción mencionada anteriormente está cubierta con un tubo de vidrio de bajo índice de refracción, que previamente se extrajo de vidrio de color transparente ópticamente uniforme. Se convirtió en un tubo hueco de paredes delgadas que coincidía con el diámetro de la varilla de vidrio, y luego se mejoró hasta convertirse en un tubo hueco de paredes delgadas, incoloro y transparente, estirado mecánicamente mediante estirado automático de tubos. Los coeficientes de dilatación térmica lineal del tubo hueco y de la varilla de vidrio deben coincidir. Luego, el conjunto de la varilla y el tubo de vidrio se convierte en una fibra óptica según el método de fibra óptica (Yin Baozhong, 1977). El diámetro de la fibra central es de 5 a 80 μm y el espesor de la sección transversal de la piel. La capa es aproximadamente 20 veces el tamaño de la fibra central según los dos. La diferencia en el índice de refracción entre los dos materiales controla el diámetro y la relación de tamaño de la fibra de vidrio. Por lo general, el índice de refracción de la capa de piel es menor y el índice de refracción del material del núcleo es mayor, y se espera que la diferencia sea grande. Dependiendo de la proporción del índice de refracción, se pueden seleccionar muchos tipos de materiales amorfos para preparar piedras preciosas de ojo de gato. Un ejemplo más común es el uso de vidrio de borosilicato recubierto con un núcleo de vidrio sílex para formar una fibra óptica. Durante el trabajo, las fibras finalmente se estiran hasta obtener fibras con un diámetro de aproximadamente 0,5 µm.
Se extrae un juego de tubos de varillas de vidrio a la vez, o se juntan varios juegos de tubos de varillas de vidrio al mismo tiempo.
3. Coloración de materiales
Para simular el color de las piedras preciosas naturales, el sustrato amorfo primero se transforma en varios colores requeridos. Utilizamos colorantes de iones de metales de transición, colorantes coloidales de oro, plata, cobre, platino y otros elementos, colorantes semiconductores de selenio, selenio-cadmio, sulfuros y colorantes de elementos de tierras raras para fabricar materiales transparentes de colores ópticamente uniformes y convertirlos en tubos de vidrio. o fibra de vidrio, simplemente mézclelo con el material de fibra óptica incoloro.
4. Conformado por prensa en caliente
Después de disponer las fibras ópticas de un cierto tamaño y forma, se colocan cuidadosamente en el molde de estampado y se controla la velocidad de calentamiento para elevar el horno. Temperatura a la temperatura de reblandecimiento del material cercano, aplicar presión y mantenerla durante un cierto período de tiempo para formar una frita de la forma deseada. La Figura 2 muestra el bloque de dosificación después del prensado en caliente de fibra de vidrio.
Figura 2 Pieza en bruto de vidrio moldeado mediante prensado en caliente de fibra de vidrio
5. Corte y rectificado para darle forma
La frita se corta, se le da forma, se muele y se pule. Con efecto ojo de gato se puede realizar en varios colores. El extremo tiene anchas franjas de luz paralelas que se mueven de un extremo al otro a medida que la luz se mueve. Este tipo de juego de colores es una especie de reflejo concentrado de la luz. Efectos ópticos.
Los tipos de productos actuales ya no se limitan a superficies de anillos y bolas, sino que incluyen sellos, cuentas, colgantes, colgantes, botones y otras artesanías, y todavía se están expandiendo a varios artículos (ver Figura 3).
Figura 3 Productos ojo de gato (sellos, calabazas, colgantes, caras de anillos) después de moler bloques de fibra de vidrio
3. Resultados y aplicaciones
1.
Las piedras preciosas artificiales con efecto ojo de gato se fabrican en varios colores. El brillo y la claridad de las líneas de destello del extremo se pueden ajustar mediante la selección de materiales y los parámetros del proceso utilizados. Debido a que las gemas están hechas de materiales de fibra óptica, el efecto ojo de gato se debe al material de la corteza de bajo índice de refracción que actúa como una barrera después de que la luz ingresa a la cara final de la fibra, lo que permite que la luz incidente sufra múltiples reflejos o refracciones en el alto índice de refracción. material del núcleo a la otra superficie del extremo (Figura 1), mostrando así un destello lineal en la superficie semiesférica. Si desea que entre más luz en la fibra, elija un material de fibra óptica con una gran apertura numérica (diferencia de índice de refracción entre el núcleo y la piel). Si desea reducir el costo de producción, puede cambiar a un material de fibra óptica. con un precio bajo y una apertura numérica más pequeña El brillo de las líneas del flash se reduce en consecuencia.
Uno de los autores de este artículo ha aplicado el principio correspondiente para crear piedras preciosas de estrellas artificiales de cristal (Hu Bailiu et al., 1989). El proceso consiste en agregar una pequeña cantidad de óxido de titanio con un alto índice de refracción como agente esterificante a la gema de corindón y luego realizar un tratamiento de esterificación a una temperatura determinada para desolubilizar la infiltración en la gema y precipitar una solución sólida de óxido que contiene titanio y aluminio, en forma de cristales en forma de aguja, depositados sobre los seis cilindros del cristal gema, en un ángulo de 60° entre sí. En este momento, la piedra preciosa se corta a lo largo del eje C y se pule hasta obtener una superficie curva y convexa. Dado que los cristales en forma de aguja tienen un índice de refracción más alto que los cristales base y están dispuestos en un ángulo de 60°, se forman seis hermosas líneas estelares. Aparecen, que parecen aparecer desde el centro de la piedra preciosa, muy deslumbrantes.
2. Control del proceso
La claridad del perfil de la línea flash está determinada por los parámetros del proceso. En primer lugar, la temperatura de formación de la fibra no puede ser demasiado alta, si la fibra óptica es. Extraído directamente del vidrio fundido, no es fácil obtener líneas brillantes claras con el método de la fibra porque es difícil controlar la relación de tamaño de la funda y el núcleo, la geometría y la uniformidad del material. Incluso si se utiliza el método de tubo y varilla, el diámetro y el espesor de la pared de la varilla y el tubo deben controlarse estrictamente, así como la coincidencia de la forma y el coeficiente de expansión térmica lineal; de lo contrario, fácilmente causará diferencias de color en el producto.
Las fibras ópticas deben disponerse cuidadosamente durante el prensado en caliente (Yin Baozhong et al., 1992), de modo que las partes microscópicas del producto queden muy juntas y las líneas de destello del producto sean delgadas y brillante.
3. Modulación del patrón geométrico de las líneas de brillo
La disposición de las fibras y el proceso de corte de frita mencionados anteriormente hacen que las líneas de brillo en la esfera de la piedra preciosa sean paralelas al eje largo y se muevan hacia atrás. y hacia adelante a medida que cambia la irradiación de la luz. Asimismo, los haces de fibras se pueden empalmar en líneas brillantes que se mueven paralelas al eje corto.
También se puede procesar mediante empalmes, cortes y pulido más complicados para hacer que la superficie de la piedra preciosa tenga líneas de destello en forma de cruz perpendiculares entre sí, o 6 líneas espaciadas en ángulos iguales o desiguales como la gema estrella (en realidad, 3 líneas largas que pasan a través del centro). Líneas brillantes y parpadeantes que se mueven en la dirección opuesta a la fuente de luz. Los productos de imitación de ojo de gato correspondientes se pueden hacer en una variedad de formas (Figura 3).
4. Desarrollo del efecto ojo de gato de las piedras preciosas naturales.
Al combinar las piedras preciosas naturales con una frita de material de alto índice de refracción óptica de cierta forma, la cara final de la piedra preciosa natural se verá mejorada. Parecen moverse con la luz. Las líneas brillantes hacen que las gemas sean más coloridas.
Introdujimos este producto en el mercado en los años 80 y lo promocionamos en varias fábricas de zonas cercanas. Pronto se descubrió que se habían establecido muchas plantas de fabricación en Shanghai, Jiangsu, Zhejiang, Shenzhen, Guangdong, Fujian y otras provincias y ciudades de mi país. En los últimos veinte años se ha formado una cierta escala en el mercado de la artesanía. Se han introducido muchas innovaciones en el proceso de fabricación de los productos y las variedades se están ampliando constantemente.
IV.Conclusión
1) Hacer que la superficie de la piedra de imitación vítrea muestre una o varias líneas de líneas brillantes parpadeantes, que se mueven con la luz en la dirección opuesta a la luz incidente. fuente. Se puede fabricar en varios colores y sus propiedades físicas y químicas, como dureza, densidad e índice de refracción, se pueden ajustar para que se acerquen a las piedras preciosas naturales.
2) El brillo y la claridad de las líneas de destello se pueden ajustar mediante cambios en la disposición, compacidad, regularidad, relación de diámetro y otras condiciones de los materiales de fibra óptica.
3) Al combinar esta frita de fibra óptica de cierta forma con piedras preciosas naturales para formar un material compuesto, la superficie de la piedra preciosa natural puede mostrar un efecto de destello o un patrón en forma de estrella.
Referencias
Hu Bailiu, Tang Yuanfen, He Xuemei, Zhang Daobiao 1989. La relación entre las líneas estelares y los precipitados en piedras preciosas estelares, Journal of Artificial Crystallography, 18 (4): 318.
Referencias
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Yin Baozhong 1977. Investigación sobre fibras de vidrio para comunicaciones ópticas, 4(1): 25.
Yin Baozhong, Hu Bailiu 1992. Efecto ojo de gato artificial de piedras preciosas. Vidrio y esmalte, 20(4): 47.