الزفير Sapphire، هوتشكيلة من الكورندم المعدني، الذي هوأكسيد الألومنيوم (Al₂O₃)، عندما يتواجد في أي لون غير الأحمر. ويمكن العثور على الزفير في الطبيعة ويمكن كذلك حتى يتم صنعه في بلورات (كريستالات) كبيرة boules. وبسبب صلابته الإشارة، يـُستعمل الزفير في الكثير من التطبيقات، ومنها المكونات البصرية تحت الحمراء، بلورات الساعات، والنوافذ عالية الصمود/المتانة ورقاقات الترسيب لأشباه الموصلات، مثل العصى النانوية من GaN.

حجر الزفير الطبيعي

الزفير هوأحد أحجار الكوروند الكريمة، والتي تضم ثلاثة أنواع، الزفير، الياقوت - الذي يعهد على أنه كوروند مائل للحمرة، والپادپارادشا - وهوحجر برتنطقي قرمزي. بالرغم من حتى الأزرق هوأشهر أنواعه، فقد يحدث الزفير أيضاً بلا لون ويمكن حتىقد يكون بألوان مختلفة مائلة للرمادي والأسود.

الزفير الأزرق

يتحكم في لون الأحجار الكريمة ثلاثة عناصر رئيسية: صبغة اللون، التشبع، والإضاءة. ومن الشائع حتى تعهد صبغة اللون على أنها هي "لون" الحجر الكريم. يشير التشبع إلى حيوية أوإضاءة أو"تلون" اللون، والإضاءة هي التي تحدد إشراق اللون أوظلمته. يتواجد الزفير الأزرق في درجات مختلفة حيثقد يكون اللون الأزرق المكون الرئيسي، وصبغة اللون هي المكون الثانوي، وتختلف مستويات الإضاءة (الدرجات) عند المستويات المتنوعة لتشبع اللون.

الزفير فاخر الألوان

من الشائع أيضاً تواجد الزفير بلونيه الأصفر والأخضر. يتميز الزفير القرنفلي بعمق اللون لزيادة نسبة الكروم فيه. يزيد عمق اللون القرنفي في الزفير من قيمته المادية، كما يزيد إشراق اللون الأحمر من ثمن العقيق. في الولايات المتحدة، يسمى الحجر ذودرجة التشبع اللوني المتوسطة بالعقيق، والأحجار ذات درجات التشبع الأخرى تسمى بالزفير القرنفلي.

الزفير متغير الألوان

پادپارادشا

الپادپارادشا هوكوروند برتنطقي-قرنفلي، بدرجة تشبع متوسطة ولون فاتح، توجد مناجمه في سريلانكا، لكنه يوجد أيضاً في ڤتنام وأجزاء من أفريقيا. زفير الپادپارادشا من الأحجار النادرة؛ الأكثر ندرة من بين جميع الأحجار الطبيقية، ولا يظهر أنه يُعالج صناعياً.

اشتق اسمه من الحدثة السينهاليزية/السنسكريتية "padma raga" (padma = اللوتس; raga = لون)، أي لون زهرة اللوتس.^[]

الزفير النجمي

الزفير متغير الألوان

الزفير متعدد الألوان من أنواع الزفير النادرة، ويظهر بألوان متغيرة حسب اختلاف الاضاءة. يتغير لون في ضوء الشمس الزفير إلى الأزرق، وإلى القرمزي تحت الضوء الصناعي الساطع. بعض الأحجار يتحول لونها بالكامل والأخرى بشكل جزئي، فتبدوبعض الأحجار زرقااء مائلة إلى القرمزي المزرق. يأتي الزفير متغير الألوان من عدة أماكن، وتعتبر تنزانيا هي المصدر الرئيسي له.

تباع بعض أنواع "الزفير" الصناعي متغير الألوان باسم "لاب" أوالألكسندرايت "الصناعي"، وتسمى بطريق أكثر دقة الألكسندرايت المُنشط (تسمى أيضاً ألكسندريوم)، الذي يحتوي على نوع من حجر الكريسوبريل - وكثيراً ما يطلق عليه اسم الزفير. وهذه الأحجار لا تعتبر من أنواع الزفير.

مصدر اللون

العقيق تعبير عن كوروند يحتوي على شوائب كروم متشبعة باللون الأصفر المخضر الفاتح وتؤدي زيادة هذا المحتوى إلى زيادة عمق حمرة العقيق. يحتوي الزفير القرمزي على كميات ضئيلة من الڤانديوم وتتراوح درجاته اللونية. الكوروند الذي يحتوي على ~0.01% من التيتانيومقد يكون بلا لون. لوكانت كميات الحديد ضئيلة،قد يكون اللون أصفر شاحب جداً مائل للأخضر. لواحتوى الحجر على شوائب من الحديد والتيتانيوم معاً،قد يكون لون الحجر أزرق داكن متميز.

على عكس التشبع ("الذري-الداخلي") للضوء الذي يعطي اللون لشئواب الكروم والڤانديوم، فاللون الأزرق في الزفيرقد يكون بسبب نقل التكافؤ الداخلي، الذي يقوم بنقل الإلكترون من أحد أيون الفلز الانتنطقي إلى الآخر عن طريق نطاق التوصيل أوالتكافؤ. قد يأخذ الحديد صيغة Fe²⁺ أوFe³⁺، بينما تكون صيغة التياتيوم Ti⁴⁺. عند استبدال أيونات الحديد Fe²⁺ والتيتانيوم Ti⁴⁺ بأيونات Al³⁺، تنشأ منطقة التمركز المسئولة. نقل إلكترون من Fe²⁺ وTi⁴⁺ يؤدي إلى تغير حالة التكافؤ في المادتين. وتؤدي تغير حالة التكافؤ إلى تغير معين في طاقة الإلكترون، وإلى إمتصاص الطاقة الإلكترومغناطيسية. يتوافق الطول الموجي للطاقة مع الأصفر الفاتح. عند تعرض الحجر للضوء الأبيض، ينسحب الضوء، فيظهر الحجر باللون الأزرق. في بعض الأحيان عندما يختلف الفضاء الذري في الاتجاهات المتنوعة يصبح الحجر ذولون أزرق-أخضر مزدوج.

نقل التكافؤ هي عملية ينتج عنها مظهر لوني قوي عند وجود نسبة الشوائب منخفضة. بينما يجب تواجد 1% على الأقل من الكروم في الكورنود ليمكن رؤية حمرة لون العقيق عميقة، ويظهر الزفير باللون الأزرق عند وجود 0.01% فقط من التيتانيوم والحديد.

المعالجات

قد يعالج الزفير بطرق مختلفة لتعزيز وتحسين نقاؤه ولونه. ومن الشائع تعريض الزفير الطبيعي للحرارة لتحسين وتعزيز لونه. يتم ذلك بتسخين الزفير في أفران تتراوح درجات حرارتها بين 500 و1800 °س لعدة ساعات، أوبالتسخين في فرن قليل النيتروجين لسبعة أيام أوأكثر. عند التسخين، تصبح الأحجار أكثر زرقة، لكنها تفقد بعض مشتملات الروتيل (اللمعان). عند التسخين في درجات حرارة عالية، يفقد الحجر جميع ما يحتويه من مشتملات الحرير ويصبح نقي تحت التكبير. يمكن رؤية تلك الألياف بسهولة باستخدام عدسة الجواهرجي. توجد دلائل على حتى عمليات تسخين الزفير والأحجار الكريمة الأخرى تعود إلى العصور الرومانية على أقل تقدير. الأحجار الكريمة الغير معالجة بالحرارة هي نادرة جداً وعادة من تباع مرفقة بشهادة ضمان من معمل أحجار كريمة مستقل تثبت أنه "لا يوجد مرشد على معالجتها بالحرارة".

في بعض الأحيان لا يحتاج زفير يوگوإلى المعالجة بالحرارة لأن لونه المشابه لزرقة القنطريون،قد يكون متجانس وعميق، ويكون بصفة عامة خالي من أي مشتملات مميزة، ويتميز بصفاء وتجانس اللون. عندماا بدأت إنترگم المحدودة في ترويج زفير اليوگوفي الثمانينيات كانت الوحيدة في العالم التي تعطي شهادات ضمان السفير الغير معالج، ولم تكن المعالجة بالحرارة من الموضوعات المعروفة؛ في عام 1982 أصبحت المعالجة بالحرارة قضية رئيسية. في ذلك الوقت، كان 95% من الزفير الموجود في العالم يتعرض للمعالجة الحرارية لتعزيز لونه الطبيعي. وضع ترويج الزفير اليوگوالغير معالج، إنترگم المحدودة في منافسة الكثيرين في سوق الأحجار الكريمة. ظهرت هذه القضية في السيرة المنشورة على الصفحة الرئيسية في وال ستريت جورنال عدد 29 أغسطس 1984 في منطق لبيل ريتشاردز، بعنوان Carats and Schticks: Sapphire Marketer Upsets The Gem Industry.

تستخدم المعالجات لإضافة الشوائب إلى الزفير لتعزيز لونه. يضاف البريليوم إلى الزفير تحت درجات حرارة عالية، أقل بقليل من درجة انصهاار الزفير. ح. عام 2000 ابتكر الزفير الأصفر، والآن وقد تطورت هذه العملية وعادة ما تعالج الزفير المختلف الألوان بإضافة البريليوم. يمكن إزالة طبقة اللون عند إنكسار الأحجار أوعند إعادة طلاؤها أوإعادة صقلها، حسب عمق طبقة الشوائب. يعالج زفير الپادپارادشا بطرق صعبة للغاية، والكثير من الأحجار تحمل شهادات ضمان من معامل الأحجار الكريمة (مثل، گولين، إس إس إي إف، وإيه جي تي إيه.

حسب إرشادات مفوضية التجارة الفدرالية الأمريكية، يحتاج الكشف عن أي كيفية تحسين قد يحدث لها تأثير واضح على قيمة الحجر الكريم.

المناجم

يعدن الزفير من الودائع الغرينية أوتلك الموجودة تحت الأرض. تضم مواقع التعدين التجاري للزفير والعقيق (وليست قاصرة على تلك المواقع)، البلدان التالية: أفغانستان، أستراليا، ميانمار، كمبوديا، الصين، كولومبيا، الهند، كنيا، لاوس، مدغشقر، مالاوي، نيپال، نيجريا، پاكستان، سريلانكا، طاجكستان، تنزانيا، تايلاند، الولايات المتحدة، وڤيتنام.زفير لوجان، نجمة الهند ونجمة بومباي، منشأهم الأصلي مناجم سريلانكا. مدغشقر هي الأولى في العالم في إنتاج الزفير (في 2007) وخاصة ودائعها في وحول بلدة إلاكاكا. قبل إفتتاح مناجم إلاكاكا، كانت أستراليا أكبر منتج للزفير في العالم (عام 1987). عام 1991، اكتشف مصدر حديث للزفير في أندرانوندامبو، جنوب مدغشقر. بدأ التنقيب عن الزفير في تلك المنطقة عام 1993، ولكن توقفت أعمال التنقيب بعد أعوام قليلة - لصعوبات استخراج الزفير من الصخور.

الزفير الاصطناعي

In 1902 the French chemist Auguste Verneuil developed a process for producing synthetic sapphire crystals. In the Verneuil process, named for him, fine alumina powder is added to an oxyhydrogen flame, and this is directed downward against a mantle. The alumina in the flame is slowly deposited, creating a teardrop shaped "boule" of sapphire material. Chemical dopants can be added to create artificial versions of the ruby, and all the other natural colors of sapphire, and in addition, other colors never seen in geological samples. Artificial sapphire material is identical to natural sapphire, except it can be made without the flaws that are found in natural stones. The disadvantage of Verneuil process is that the grown crystals have high internal strains. Many methods of manufacturing sapphire today are variations of the Czochralski process, which was invented in 1916. In this process a tiny sapphire seed crystal is dipped into a crucible made of the precious metal rhodium, containing molten alumina, and then slowly withdrawn upward at a rate of one to 100 mm per hour. The alumina crystallizes on the end, creating long carrot-shaped boules of large size, up to 400 mm in diameter and weighing almost 500 kg.

Synthetic sapphire is industrially produced from agglomerated aluminium oxide, sintered and fused in an inert atmosphere (hot isostatic pressing for example), yielding a transparent polycrystalline product, slightly porous, or with more traditional methods such as Verneuil, Czochralski, flux method, etc., yielding a single crystal sapphire material which is non-porous and should be relieved of its internal stress.

In 2003 the world's production of synthetic sapphire was 250 tons (1.25 × 10⁹ carats), mostly by the United States and Russia. The availability of cheap synthetic sapphire unlocked many industrial uses for this unique material:

The first laser was made with a rod of synthetic ruby. Titanium-sapphire lasers are popular due to their relatively rare capacity to be tuned to various wavelengths in the red and near-infrared region of the electromagnetic spectrum. They can also be easily mode-locked. In these lasers a synthetically produced sapphire crystal with chromium or titanium impurities is irradiated with intense light from a special lamp, or another laser, to create stimulated emission.

شفاف وصلد

One application of synthetic sapphire is sapphire glass. Here glass is a layman term which refers not to the amorphous state, but to the transparency. Sapphire is not only highly transparent to wavelengths of light between 150 nm (UV) and 5500 nm (IR) (the human eye can discern wavelengths from about 380 nm to 750 nm), but is also extraordinarily scratch-resistant (compare sapphire's scratch hardness of 400 versus 50 for window glass and 100 for quartz.)

الاستخدامات الشائعة

Along with zirconia and aluminium oxynitride, synthetic sapphire is used for shatter resistant windows in armored vehicles and various military body armor suits, in association with composites.

A common use of synthetic sapphire is in sapphire optical windows. The key benefits of sapphire windows are:

• Very wide optical transmission band from UV to near-infrared, (0.15-5.5 µm)
• Significantly stronger than other optical materials or standard glass windows
• The hardest natural substance next to diamond
• Highly resistant to scratching and abrasion (9 Mohs scale)
• Extremely high melt temperature (2030°C)
• Totally unaffected by all chemicals except some very hot caustics

Sapphire glass windows (although being crystalline) are made from pure sapphire boules that have been grown in an application specific crystal orientation, typically along the optical axis, the c-axis, for standard optical windows for minimum birefringence. The boules are sliced up into the desired window thickness and finally polished to the desired surface finish. Sapphire optical windows can be polished to a wide range surface finishes due to its crystal structure and it hardness. The surface finishes of Optical Windows are normally called out by the Scratch-Dig specifications in accordance with the globally adopted MIL-O-13830 specification.

Sapphire glass windows are used in high pressure chambers for spectroscopy, crystals in various watches, and windows in grocery store barcode scanners since the material's exceptional hardness and toughness makes it very resistant to scratching.

One type of xenon arc lamp (originally called the "Cermax" its first brand name), which is now known generically as the "ceramic body xenon lamp", uses sapphire crystal output windows that tolerate higher thermal loads – and thus higher output powers when compared with conventional Xe lamps with pure silica window.

الاستخدام كطبقة دفينة لدوائر أشباه الموصلات

Thin sapphire wafers also are used as an insulating substrate in high-power, high-frequency CMOS integrated circuits. This type of IC is called a silicon on sapphire or "SOS" chip. These are especially useful for high-power radio-frequency (RF) applications such as those found in cellular telephones, police car and fire truck radios, and satellite communication systems. "SOS" allows for the monolithic integration of both digital and analog circuitry all on one IC chip.

The reason for choosing wafers of artificial sapphire, rather than some other substance, for these substrates is that sapphire has a quite low conductivity for electricity, but a much-higher conductivity for heat. Thus, sapphire provides good electrical insulation, while at the same time doing a good job at helping to conduct away the significant heat that is generated in all operating integrated circuits.

Once the single crystal sapphire boules are grown they are cored-sliced into cylindrical pieces. Wafers are then sliced from these cylindrical cores. These wafers of single-crystal sapphire material are also used in the semiconductor industry as a non-conducting substrate for the growth of devices based on gallium nitride (GaN). The use of the sapphire material significantly reduces the cost, because this has about one-seventh the cost of germanium. Gallium nitride on sapphire is commonly used in blue light-emitting diodes (LEDs).

الزفير في التاريخ والثقافة

• حسب ربنوبحيا, والكثير من ترجمات الإنجيل إلى الإنجليزية, حدثة سـَپيـر Sapir في إصحاح سفر الخروج 28:18 تعني زفير sapphire وكان هوالحجر الكريم على on the Ephod representing the tribe of Issachar. However, this is extremely disputed as though it is true that the English word sapphire derives from the Hebrew sapir (via Greek sapphiros), sapphires were actually not really known about before the Roman Empire (and were initially considered to be forms of jacinth, rather than deserving of a word to themselves), and prior to that time sapphiros referred to blue gems in general. It is thought by scholars that the sapphire of the Bible was actually lapis lazuli - which was frequently sent as a gift between middle-eastern nations in Biblical times (Texas Natural Science Center, 2006). There is a wide range of views among traditional sources about which tribe the stone refers to.
• Blue sapphire is associated with Saturn (Wojtilla, 1973), الزفير الأصفر مع جوپيتر في فهم التنجيم الڤـِدي. ومن المفهوم حتى حدثة زفير Sappire يظهر أنها تحريف لحدثة سانيپريـَّـا Sanipriya(سنسكريتية:- ساني = زحل, پريـَّـا = محبوب). الرهبان البوذيون الذين سافروا إلى الشرق الأوسط قدموا الحجر باسم ساني پيريا التي تحورت إلى ساپير وزفير sapphire.

• الزفير هوحجر الميلاد المقترن بشهر سبتمبر.
• عيد زواج رقم 45 يعهد باسم اليوبيل (الذكرى ) الزفيرية.

سرقة حجر الزفير المسمى "Blue Water" كان في قلب حبكة رواية Beau Geste بقلم P. C. Wren وقد صورت الرواية كعدة أفلام.

المصادر

وصلات

• Scheel, Hans J. and Tsuguo Fukuda, Eds, 2003, Crystal Growth Technology, John Wiley & Sons ISBN 0-471-49059-8 (Available as PDF
• Wojtilla, G. Indian precious stones in the ancient East and West, Acta Orientakia (Budapest) 27, 2, 211-224.
• Sofianides, Anna S. and George E. Harlow, 1997, Gems & Crystals, Parkgate Books, pp. 44-55 ISBN 1-85585-391-4
• Texas Natural Science Center, Mineral Lore and Mythology, 2006
• Wedmineral Corundum Page Webmineral with extensive crystallographic and mineralogical information on Corundum
• Medium Sapphire References Resource on Sapphires, rubies, famous gems, layman perspective
• Farlang Sapphire References Historical resources on Sapphires, mining, famous gems etc.
• Mindat Sapphire page Mindat with extensive locality information
• ICA's Sapphire page International Colored Stone Sapphire page