Процесс "Черепа" для выращивания кубического циркония
Skull crucible
Выращивание кубического циркония: технология "черепа" из Института Лебедева. Производство ZrO₂ без платиновых тиглей, нагрев и контролируемое охлаждение.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Процесс кремализации черепа был разработан в Физическом институте имени Лебедева в Москве для производства кубического циркония. Он был изобретен для решения проблемы слишком высокой температуры плавления кубического циркония, даже для платиновых тиглей. По сути, нагревая только центр объема кубического циркония, материал формирует собственный "тигель" из своих более холодных внешних слоев. Термин "череп" относится к этим внешним слоям, образующим оболочку, окружающую расплавленный объем. Порошок оксида циркония нагревается, а затем постепенно охлаждается. Нагрев осуществляется посредством радиочастотной индукции с использованием катушки, обернутой вокруг аппарата. Внешняя часть устройства охлаждается водой, чтобы предотвратить плавление радиочастотной катушки, а также охладить внешнюю часть оксида циркония и тем самым сохранить форму порошка. Поскольку оксид циркония в твердом состоянии не проводит электричество, внутрь заготовки помещается кусок циркониевого металла. По мере плавления цирконий окисляется и смешивается с расплавленным оксидом циркония, который является проводником, и нагревается радиочастотной индукцией. Когда оксид циркония плавится внутри (но не полностью, так как снаружи необходимо оставаться твердым), амплитуда радиочастотной индукционной катушки постепенно уменьшается, и при охлаждении материала образуются кристаллы. Обычно это приводит к формированию моноклинной кристаллической системы оксида циркония. Для поддержания кубической кристаллической системы добавляется стабилизатор – оксид магния, оксид кальция или оксид иттрия, а также любые материалы для придания кристаллу цвета. После охлаждения смеси внешняя оболочка удаляется, а внутренняя часть заготовки используется для изготовления драгоценных камней.
The skull crucible process was developed at the Lebedev Physical Institute in Moscow to manufacture cubic zirconia. It was invented to solve the problem of cubic zirconia's melting point being too high for even platinum crucibles. In essence, by heating only the center of a volume of cubic zirconia, the material forms its own "crucible" from its cooler outer layers. The term "skull" refers to these outer layers forming a shell enclosing the molten volume. Zirconium oxide powder is heated then gradually allowed to cool. Heating is accomplished by radio frequency induction using a coil wrapped around the apparatus. The outside of the device is water cooled in order to keep the radio frequency coil from melting and also to cool the outside of the zirconium oxide and thus maintain the shape of the zirconium powder. Since zirconium oxide in its solid state does not conduct electricity, a piece of zirconium metal is placed inside the gob of zirconium oxide. As the zirconium melts it oxidizes and blends with the now molten zirconium oxide, a conductor, and is heated by radio frequency induction. When the zirconium oxide is melted on the inside (but not completely, since the outside needs to remain solid) the amplitude of the RF induction coil is gradually reduced and crystals form as the material cools. Normally this would form a monoclinic crystal system of zirconium oxide. In order to maintain a cubic crystal system a stabilizer is added, magnesium oxide, calcium oxide or yttrium oxide as well as any material to color the crystal. After the mixture cools the outer shell is broken off and the interior of the gob is then used to manufacture gemstones.