نگین زیرکونیا چیست و چه کاربرد هایی دارد؟

نگین زیرکونیا، که نام علمی آن “زیرکونیا مکعبی” یا “دی اکسید زیرکونیوم” (Cubic Zirconia) است، یک ماده ی مصنوعی شبیه به الماس است و به دلیل درخشش و شباهت زیادش به الماس، در دنیای جواهرسازی بسیار محبوب شده است. دی اکسید زیرکونیوم یک ترکیب شیمیایی با فرمول شیمیایی Zr O2ZrO_2ZrO2​  است و در طبیعت به صورت کریستال های کانی زیرکون نیز یافت می شود. زیرکونیا، که در صنایع با نام کوتاه “CZ” نیز شناخته می شود، به دلیل شفافیت بالا و قابلیت انعکاس نور، یک گزینه ی جایگزین ارزان قیمت و به صرفه برای الماس محسوب می شود.

در مطالب گذشته به بررسی تفاوت بین سواروسکی و زیرکونیا پرداختیم در این بخش نیز به بررسی ویژگی های نگین زیرکونیا و کاربرد های آن می پردازیم.

ویژگی های نگین و سنگ زیرکونیا

زیرکونیا دارای ویژگی های جذابی است که آن را برای استفاده در جواهرسازی و سایر صنایع بسیار مناسب می سازد. درخشش بالا، شکست نور بالا، و سختی نزدیک به الماس، از ویژگی های برجسته ی زیرکونیا هستند. سختی زیرکونیا در مقیاس موس حدود ۸.۵ است، که در مقایسه با الماس با سختی ۱۰، نشان دهنده ی مقاومت خوبی در برابر خراش و سایش است.

شفافیت بالای زیرکونیا و قابلیت تراش پذیری آن، به آن امکان می دهد تا نور را با زاویه های مختلف منعکس کرده و درخشش خاصی به خود بگیرد. این خصوصیات باعث شده اند که زیرکونیا به یکی از بهترین گزینه ها برای تقلید الماس و سنگ های قیمتی دیگر تبدیل شود.

تاریخچه تولید زیرکونیای مصنوعی به اواسط قرن بیستم بازمی گردد، زمانی که دانشمندان برای اولین بار این ماده را به شکل صنعتی تولید کردند. تولید زیرکونیا در ابتدا با هدف کاربردهای صنعتی و پزشکی آغاز شد؛ اما به زودی به خاطر درخشش و ویژگی های خاصی که داشت، توجه صنعت جواهرسازی را نیز به خود جلب کرد. اولین فرآیند تولید زیرکونیای مکعبی به شکل مصنوعی در دهه ۱۹۷۰ میلادی توسعه یافت و امروزه نیز روش های مختلفی برای تولید این ماده به کار می رود.

کاربردهای زیرکونیا در صنعت

زیرکونیا به دلیل ویژگی های فیزیکی و شیمیایی خاص خود، نه تنها در جواهرسازی، بلکه در صنایع مختلف دیگری نیز کاربرد دارد. در ادامه به برخی از این کاربردها اشاره می کنیم:

1. جواهرسازی و زیورآلات: زیرکونیا بیشترین استفاده خود را در صنعت جواهرسازی پیدا کرده است. با توجه به شباهت زیاد زیرکونیا به الماس و هزینه پایین تر آن، از آن به عنوان جایگزینی اقتصادی و باکیفیت برای الماس استفاده می شود. این سنگ در ساخت انگشتر، گوشواره زنانه نقره، گردنبند و سایر زیورآلات به کار می رود و به دلیل درخشش و شفافیت بالا، ظاهری لوکس و جذاب به این زیورآلات می بخشد.
2. صنعت پزشکی: زیرکونیا در تولید ایمپلنت های دندانی و پروتزهای دندانی نیز استفاده می شود. زیرکونیای مورد استفاده در پزشکی، باید دارای خلوص بالا و مقاومت فیزیکی مناسبی باشد. این ماده به دلیل عدم واکنش با بدن انسان و سازگاری زیستی بالا، در جراحی های دندانی و ساخت انواع ابزارهای پزشکی به کار می رود.
3. صنایع سرامیک و مقاوم به حرارت: زیرکونیا به عنوان یک ماده ی نسوز و مقاوم به حرارت در ساخت سرامیک های صنعتی و دیرگدازها استفاده می شود. این ماده به دلیل توانایی تحمل دماهای بسیار بالا و عدم واکنش با سایر مواد در دماهای بالا، در صنایع فولاد و شیشه سازی کاربرد دارد.
4. صنایع الکترونیک: زیرکونیا در ساخت اجزای سرامیکی پیشرفته مورد استفاده در صنایع الکترونیک به کار می رود. زیرکونیا به عنوان یک عایق حرارتی و الکتریکی عمل می کند و در ساخت اجزای الکترونیکی با کارایی بالا مورد استفاده قرار می گیرد.
5. صنایع فضایی و هوافضا: به دلیل مقاومت زیرکونیا در برابر دماهای بسیار بالا و ویژگی های مقاومتی، در پوشش های حرارتی و سیستم های حفاظت حرارتی فضاپیماها نیز از آن استفاده می شود.

فرآیند تراش و شکل دهی نگین زیرکونیا برای جواهرسازی

برای استفاده از زیرکونیا در جواهرسازی، این ماده باید به شکل و اندازه ی مورد نظر تراش داده شود. فرآیند تراش زیرکونیا بسیار مشابه تراش الماس است و مراحل خاصی را شامل می شود. در این مراحل، سنگ زیرکونیا با استفاده از ابزارهای تراش الماس و تحت نظارت دقیق جواهرسازان حرفه ای، به شکل های مختلف مانند برش گرد، مارکیز، مربعی و اشک  تراش داده می شود.

هر چه تراش زیرکونیا دقیق تر و با زاویه های مناسب تری انجام شود، این سنگ بهتر می تواند نور را منعکس کند و درخشش بیشتری داشته باشد. به همین دلیل، تراش و پرداخت صحیح زیرکونیا اهمیت زیادی در جواهرسازی دارد.

نگهداری و مراقبت از نگین زیرکونیا

یکی از مزایای زیرکونیا، نگهداری و مراقبت آسان آن است. با این حال، برای حفظ درخشش و شفافیت زیرکونیا در طول زمان، لازم است که به برخی از نکات توجه شود:

• پرهیز از مواد شیمیایی: زیرکونیا ممکن است در برابر برخی مواد شیمیایی مانند کلر و مواد شوینده قوی حساس باشد، بنابراین بهتر است هنگام شستشو یا تماس با مواد شیمیایی از جواهرات حاوی زیرکونیا استفاده نشود.
• تمیز کردن منظم: برای تمیز کردن زیرکونیا می توان از یک پارچه نرم و محلول آب و صابون ملایم استفاده کرد. به طور منظم تمیز کردن این سنگ به حفظ درخشش آن کمک می کند.
• جلوگیری از ضربه: اگرچه زیرکونیا نسبتاً مقاوم است، اما همچنان در برابر ضربات شدید ممکن است دچار خراش یا شکستگی شود، بنابراین بهتر است در هنگام انجام فعالیت های فیزیکی سنگین از زیورآلات زیرکونیا استفاده نشود.

تفاوت بین نگین زیرکونیا و سنگ زیرکن

زیرکونیا (Cubic Zirconia) و زیرکن (Zircon) دو ماده متفاوت با ویژگی ها و ساختارهای شیمیایی متمایز هستند. زیرکونیا یک ماده ی مصنوعی است که از دی اکسید زیرکونیوم (ZrO₂) ساخته می شود و به دلیل شفافیت و درخشش بالا، به عنوان جایگزینی برای الماس در جواهرسازی استفاده می شود. زیرکونیا به شکل کریستالی مکعبی تولید می شود و به دلیل روش تولید صنعتی، قیمت پایینی دارد. از آنجا که زیرکونیا به صورت مصنوعی ساخته می شود، امکان کنترل کیفیت، رنگ و شفافیت آن بسیار بیشتر از سنگ های طبیعی است. سختی زیرکونیا در مقیاس موس حدود ۸.۵ است و این ویژگی آن را در برابر خراش مقاوم می کند.

در مقابل، زیرکن یک سنگ طبیعی است که از سیلیکات زیرکونیوم (ZrSiO₄) تشکیل شده و به طور طبیعی در زمین یافت می شود. زیرکن از نظر ترکیب شیمیایی و ساختار کریستالی با زیرکونیا تفاوت دارد و دارای درجه سختی کمتری (حدود ۶.۵ تا ۷.۵ در مقیاس موس) است که آن را نسبت به زیرکونیا و الماس کمتر مقاوم می سازد. زیرکن به دلیل رنگ های طبیعی متنوع مانند قهوه ای، آبی، سبز و قرمز مورد توجه قرار دارد و از آن به عنوان یک سنگ قیمتی طبیعی در جواهرات استفاده می شود. به طور کلی، زیرکن به دلیل طبیعی بودن ارزش بیشتری نسبت به زیرکونیا دارد، در حالی که زیرکونیا به دلیل درخشش بالا و قیمت پایین، گزینه ی محبوب تری برای جایگزینی الماس است.

از سنگ زیرکن در بخش بدلیجات نیز استفاده می شود و برند های معروف ژوپینگ بر روی محصولات خود از جمله دستبند ژوپینگ از این سنگ استفاده می کنند.

روش های تشخیص تفاوت بین نگین زیرکونیا، زیرکن و الماس

برای تشخیص زیرکونیا از الماس و زیرکن، روش های مختلفی وجود دارد که برخی از آنها با ابزارهای ساده و برخی دیگر نیازمند ابزارهای تخصصی تر و دانش جواهرشناسی هستند. در ادامه به چند روش مهم برای تشخیص این سنگ ها از یکدیگر اشاره می کنیم:

ضریب شکست نور و درخشش

• الماس ضریب شکست بالاتری نسبت به زیرکونیا و زیرکن دارد (حدود ۲.۴۲ برای الماس در مقابل ۲.۱۷ برای زیرکونیا). به همین دلیل، الماس درخششی بیشتر و با الگوی خاصی از پخش نور دارد که به آن “آتش” یا “بازی نور” گفته می شود.
• زیرکونیا نیز درخشش بالایی دارد اما درخشش آن با دقت کمتری انجام می شود و نور را به صورت پخش شده تر و نرم تری نسبت به الماس منعکس می کند. این می تواند با چشم غیرمسلح هم کمی قابل مشاهده باشد.
• زیرکن نیز درخشش و ضریب شکست بالایی دارد اما نه به اندازه الماس؛ همچنین به دلیل ویژگی دوشکستی، بازتاب نور در آن ممکن است به صورت دوگانه دیده شود که این حالت در الماس و زیرکونیا مشاهده نمی شود.

2. سختی و مقاومت در برابر خراش

• الماس با سختی ۱۰ در مقیاس موس، مقاوم ترین ماده ی طبیعی شناخته می شود و تقریباً هیچ ماده ای نمی تواند آن را خراش دهد.
• زیرکونیا سختی کمتری (حدود ۸.۵ در مقیاس موس) دارد و ممکن است با تماس با مواد سخت تر (مانند الماس) خراشیده شود.
• زیرکن نیز سختی کمتری نسبت به الماس و زیرکونیا دارد (بین ۶.۵ تا ۷.۵) و نسبت به این دو سنگ مقاومت کمتری در برابر خراش دارد. این ویژگی با یک آزمایش خراش ساده توسط متخصصین قابل تشخیص است.

3. وزن مخصوص

• زیرکونیا نسبت به الماس و زیرکن وزن مخصوص بیشتری دارد. این یعنی یک قطعه زیرکونیا با اندازه مشابه الماس و زیرکن، وزن بیشتری خواهد داشت. مقایسه وزن این سنگ ها می تواند به تشخیص آن ها کمک کند، به ویژه با استفاده از یک ترازوی دقیق.

4. رنگ و شفافیت

• الماس طبیعی اغلب دارای کمی رنگ یا شفافیت خاص است، و بسیاری از الماس ها به طور کامل بی رنگ نیستند. همچنین، الماس طبیعی اغلب شامل ناخالصی های میکروسکوپی است که در زیر بزرگنمایی قابل مشاهده اند.
• زیرکونیا به دلیل مصنوعی بودن، کاملاً بی رنگ و شفاف ساخته می شود و فاقد ناخالصی است، مگر اینکه رنگ خاصی به آن اضافه شده باشد.
• زیرکن در طبیعت با رنگ های متنوع مانند قهوه ای، آبی، سبز و قرمز یافت می شود و همین ویژگی رنگی می تواند به شناسایی آن کمک کند. همچنین، زیرکن طبیعی نیز ممکن است شامل ناخالصی های قابل مشاهده باشد.

5. آزمایش مه یا بخار

• به دلیل هدایت حرارتی بسیار بالای الماس، اگر روی آن نفس بکشید، مه ناشی از تنفس شما به سرعت از روی سطح آن پاک می شود.
• زیرکونیا و زیرکن هدایت حرارتی کمتری دارند و مه ناشی از تنفس تا چند ثانیه روی آنها باقی می ماند. این آزمایش مه به راحتی در خانه قابل انجام است و به تشخیص الماس از زیرکونیا و زیرکن کمک می کند.

6. دوشکستی یا شکست دوگانه در زیرکن

• یکی از ویژگی های خاص زیرکن، دوشکستی آن است. در زیرکن، نوری که از سنگ عبور می کند به دو قسمت تقسیم می شود و این باعث می شود که در زیر بزرگنمایی، برخی از خطوط و لبه های سنگ به صورت دوگانه دیده شوند. این ویژگی تنها در زیرکن دیده می شود و در الماس و زیرکونیا وجود ندارد.

7. استفاده از دستگاه های تخصصی جواهرشناسی

• پروب الکتریکی: دستگاه هایی که بر اساس هدایت حرارتی عمل می کنند می توانند به سرعت زیرکونیا را از الماس تشخیص دهند.
• رفرکتومتر: این دستگاه ضریب شکست نور سنگ را اندازه می گیرد و می تواند کمک کند تا زیرکونیا، زیرکن و الماس از یکدیگر تشخیص داده شوند.
• لوپ جواهرشناسی: با استفاده از یک لوپ با بزرگنمایی بالا می توان ناخالصی ها، ویژگی های شکست دوگانه در زیرکن و برخی از تفاوت های جزئی سطحی بین الماس و زیرکونیا را مشاهده کرد.

با ترکیب این روش ها و بررسی دقیق تر، می توان تفاوت بین زیرکونیا، زیرکن، و الماس را شناسایی کرد. اگرچه برخی از این روش ها برای افراد غیرحرفه ای قابل انجام است، اما تشخیص قطعی و دقیق معمولاً به وسیله ی جواهرشناسان و با استفاده از دستگاه های خاص انجام می شود.

خلاصه

الماس، نگین زیرکونیا و زیرکن از لحاظ ویژگی  های فیزیکی و نوری تفاوت  های مشخصی دارند که امکان شناسایی آن  ها را فراهم می  کند. الماس به  دلیل ضریب شکست بالا، درخشش خاصی دارد که به آن “آتش” می  گویند، و نیز با سختی ۱۰ در مقیاس موس، مقاوم  ترین سنگ طبیعی است. در مقابل، زیرکونیا که یک سنگ مصنوعی است، ضریب شکست و درخششی نزدیک به الماس دارد اما کمی پخش  تر به نظر می  رسد و سختی کمتری (حدود ۸.۵) دارد. همچنین وزن مخصوص زیرکونیا بیشتر از الماس است، بنابراین وزن آن برای حجم مشابه بالاتر است. زیرکن نیز سنگی طبیعی است که در رنگ  های متنوع وجود دارد و ضریب شکست و سختی کمتری نسبت به الماس و زیرکونیا دارد.

تشخیص این سنگ  ها از یکدیگر با روش  های مختلفی انجام می  شود. آزمایش مه یا بخار می  تواند کمک  کننده باشد؛ به طوری که مه ناشی از تنفس بر روی الماس سریع  تر محو می  شود، اما روی زیرکونیا و زیرکن چند ثانیه باقی می  ماند. همچنین، زیرکن ویژگی شکست دوگانه دارد که باعث دیده شدن لبه  های دوگانه زیر بزرگنمایی می  شود، در حالی که این خاصیت در الماس و زیرکونیا دیده نمی  شود. برای تشخیص دقیق  تر، ابزارهای تخصصی مانند پروب الکتریکی، رفرکتومتر و لوپ جواهرشناسی استفاده می  شوند که جواهرشناسان با آن  ها می  توانند تفاوت  های دقیق این سنگ  ها را بررسی کنند.