-
Verfahren zur Herstellung und Veredelung von Edelsteinen verschiedener
Art Es ist bekannt, künstliche Edelsteine durch Erhitzung mit Hilfe eines Knallgasgebläses
oder eines Lichtbogens herzustellen. Diese Methoden haben den großen Nachteil, daß
sie Steine liefern, die Bhmen,oder Schlieren enthalten und somit von Naturedelsteinen
zu unterscheiden sind.
-
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, verschiedene Edelsteine,
wie Rubin, Saphir,. Smaragd, Spinell, Korund, aus ihren Ausgangsstoffen synthetisch
so herzustellen, daß sie schlieren- und blasenfrei sind und sich fast nicht von
Natursteinen unterscheiden, wenn die Ausgangsstoffe in geeignetem Hochvakuum durch
konisch -konzentrierte Kathodenstrahlen, gegebenenfalls unter zusätzlicher Widerstandserhitzung,
bis zur Schmelz- oder (richtiger) Kristallisationstemperatur erhitzt werden und
diese Temperatur mehr oder weniger lange aufrechterhalten wird. Es geht hierbei
eine Umschmelzung oder Umkristallisation des Ausgangsstoffes vor sich, und durch
die Länge der Einwirkungsdauer, die Konzentration des Kathodenstrahlenbündels und
insbesondere durch die Höhe der angewandten Hochspannung bei der Erzeugung der Kathodenstrahlen
können die Eigenschaften und das Aussehen der entstehenden Edelsteine in verschiedenen
Richtungen abgestimmt und verändert werden.
-
Das Verfahren erlaubt außer der Synthese von Edelsteinen auch Splitter
oder Staub zusammenzuschmelzen, ohne deren Eigenschaften zu verändern. Dadurch wird
es ermöglicht, Edelsteinabfälle zur Bildung größerer Edelsteine auszunutzen.
-
Weiter können auch minderwertige natürliche oder künstlich hergestellte
Edelsteine durch Umschmelzen und Umkristallisieren mit Kathodenstrahlen im Hochvakuum
in
hochwertige blasen- und schlierenfreie Steine umgewandelt werden.
-
Die Reaktions-. Schmelz- und Kristallisationszeit kann noch erheblich
verkürzt werden, wenn der zu bearbeitende Ausgangsstoff z. -B. nicht allein mit
Kathodenstrahlen ini Vakuum und ini Felde hoher Spannung behandelt, sondern gleichzeitig
auf der Anode durch seitwärts quer zur Anode und zur Kathodenstrahlenrichtung eingeführte
hochschmelzbare Metall- oder Kohleelektroden (Fig. i, Ziffer 27 und 28) mit niedriger
Spannung vor oder während der Bestrahlung auf Weißglut erhitzt wird.
-
Die Schnelligkeit der Kristallisation ist auch bei der Schmelztemperatur
von der zur Erzeugung der Kathodenstrahlen angewendeten Hochspannung abhängig. Die
Kristallisation beginnt merklich erst bei 6o ooo bis 75 000 Volt; sie wirkt
schon normal bei 150 ooo bis 250 ooo Volt. Bei 300 000 Volt lind darüber
hinaus geht die Kristallisation sehr schnell vor sich.
-
Die zur Ausführung des vorliegenden Verfahrens am besten zu verwendende
Vorrichtung wird iin nachfolgenden näher erläutert.
-
In einem kugelförmigen Glaskolben i finit mehreren röhrenartigen Ansätzen
befinde: sich eine Gliihkathodenheizspirale 2 vor einem parabolischen Reflektor
3. Die Heizstromzuleitungen 4 und 5 führen von der Glühkathodenheizspirale 2 über
zwei Ausgleichspiralen 6 und 7 zti der Einschmelzstelle 8 und verlaufen durch das
Tragrohr 9 zu dem Kontakt io des negativen Pols und zu dem Kontakt i i des positiven
Pols der Heiz-batterie. Die beiden Kontakte sind an der Endlappe 12 voneinander
isoliert angebracht. Alle diese Teile sind durch den konischei, Glasschliff 13,
der in den Schliff 14 eingedichtet ist, luftdicht in den Glaskolben i eingefügt.
An der Kontaktklemme io ist der negative Pol der gleichgerichteten Hochspannungszuleitung
eingeklemmt. Iin Brennpunkt der Glühkathode liegt das Ende der positiven Elektrode
16, die durch den Halter 17 getragen wird. Auch dieser Teil ist luftdicht in den
Glaskolben i eingefügt, und zwar durch den Metallschliff 18, der in den Glasschliff
i9 eingepaßt ist. Zur Herstellung des Schliffes wird eine Metallegierung gewählt,
deren Ausdehnungskoeffizient nichtgrößer ist als derjenige des Glases. Der Elektrodenhalter
17 ist innen hohl und wird durch Wasser gekühlt, das durch das vorn erweiterte und
geschlitzte Innenrohr 20 zugeleitet wird. Dieses Rohr wird in dem Elektrodenhalter
durch die Überwurfmutter 2i wasserdicht gehalten und endet in dem Schlauchkonfus
-22. Die Ableitung des Kühlwassers erfolgt durch den Schlauchkonus 23. An dem Ansatzstück
24 ist der Kabelschuh 25 des positiven gleichgerichteten Hochspannungspol-es durch
die Mutter 26 an den gleichgerichteten Hochspannungsgenerator angeschlossen.
-
Seitlich der Anode 16 ist in g;riiigein Abstand rechts und links je
eine weitere aus hochschnielzbarein Metall oder Kohle oder Graphit bestehende Elektrode
27 bzw. 28 allgeordnet, die in den metallischen Halter 29 ')zlv. 30 eingeklemmt
ist. Die beiden Halter sind in gleicher Weise wie der beschriebene positive Elektrodenhalter
17 gebaut und mit den Metallschliffen 31 bzw. 32 in die Glaskonen 33 bzw. 34 eingeschliffen.
Die Lösung des inneren Zuleitungsrohres für das Ki'thl-,vasser erfolgt bei dem einen
Elektrodenhalter durch die LTber«#urfmutter 35, das Zuleitungsrohr endet in dem
Schlauchkonus 36, der dem Zuleitungsrohr 2o bis -22 am positiven Pol entspricht.
Die Ableitung des Kühlwassers erfolgt durch den Schlauchkonus 37. Bei dehi gegenüberliegenden
Elektrodenhalter 28 bis 30 ist das innere Kühlwasserrohr durch die Cberwurfmutter
38 befestigt, die Kühlwasserzuleitung erfolgt durch den Schlauchkonus 39 und die
Kühlwasserableitung durch den Schlauchkonus 4o. An den Ansatzstücken 41 bzw. 42
sind die Starkstrompolschuhe 43 bzw. 44 befestigt.
-
Durch einen weiteren Glasschliff finit dein inneren Konus 45 und dein
äußeren Konus 46 führt ein Glasrohr 47, das durch einen eingeschliffenen Glashahn
48 abschließbar ist, in das Innere des Glaskolbens und endet kurz oberhalb der Hochspannungselektrode.
Das Glasrohr trägt an seinem äußeren Ende das Vorratsgefäß 49. Dieses wird durch
einen eingeschliffenen Glasstöpsel 5; von der Außenluft abgeschlossen. Das Vorratsgefäß
49 dient zur Zuführung pulvriger oder kristalliierter Massen und ist bei Apparaturen,
die nur zur Veredelung von Edelsteinen oder zum Zusammenschine-lzen einzelner Splitter
verwendet werden sollen, entbehrlich.
-
Das Evakuieren erfolgt durch das finit dem eingeschliffenen Glashahn
5o versehene Rohrstück 51, durch welches der Anschluß an die Vakuumpampe hergestellt
wird.
-
Fig. = zeigt das Kühlwassergefäß 32. Voll
den äußeren Schlauchkonen
33 und 54 führen Gunirnischläuelie zu den Schlauchkonen an den Elektrodenhaltern,
also von 53 711 22 bzw. 36 bzw. 39 und von 54 zu 23 bzw. 37 bzw. 40.
-
Auf dem inneren Ansatz des Schlauchkonus 53 ist ein am oberen Ende
geschlossenes Metallrohr 55, das mit Schlitzen 56 versehen ist, aufgesteckt. Für
jede Elektrode ist ein besonderes Kühlwassergefäß vorhanden, (las -elektrisch isoliert
- in einiger Entfernung von dem Apparat aufmontiert ist.
-
Wenn Edelsteine mit Katliodenstrahlenheizung
hergestellt
werden; so wird auf die Anodenvertiefunig eine genügend dicke Quarzplatte (oder
eine Platte aus demselben Material, .aus dem der Edelstein besteht) gelegt und auf
diese die zu bearbeitenden Substanzen, die am besten vorher bei ioo bis zooo Atm.
zu einer Perle (oder feinem Grieß) gepreßt ist. Nachdem die Schliffe eingesetzt
sind, wird die Apparatur an eine Hochvakuumpumpenanlage (bestehend aus Vorpumpe
und mehrsfufigtr Ouecksilberdiffus.ionsluftpumpe oder nur aus einer guten mechanischen
Röntgenvakuumpumpe) angeschlossen und unter möglichst hohes Vakuum gesetzt, bei
dem die Entstehung von Kathodenstrahlen möglich ist.
-
Hierauf wird -die Glühkathode zum Glühen gebracht und die Strahlen
durch Konzentration in Kegelform auf den zu bearbeitenden Edelsteinbil.dner oder
den zu veredelnden Edelstein unter beständigem weiterem Leerpumpen des Rohres einwirken
gelassen- Die Konzentration ,der Strahlen erzielt man durch einen geeigneten Spiegel
oder auch durch Elektromagnete, die .auf dem Kathodenstrahlenrohr angaabracht werden.
Schließt span nun die Anode .und Kathode des Apparates an eine Hochspannungsleitung
gleichgerichteter Natur an, so wirken die aus der Glühkathode kommenden negativen
Kathodenstrahlen kon-7entriert auf den zu bearbeitenden Edelsteinbildner und werden
außerdem durch das ange-@vend;ete Hochspannungsfeld beschleunigt. Es kann also die
Wirkung der Kathodenstrahlen durch Anwendung einer mehr oder weniger hoben Spannung
reguliert werden.
-
Die an.gaawen.dete Spannung und damit auch die G.esch.windigkeit der
Kathodenstrahlen kann je nach der Edelsteinart zwischen io ooo bis 3oo ooo km/s
liegen und durch die Veränderung der Spannung kann die Wirkung der Kathodenstrahlen
reguliert werden, da bekanntlich die Fl.uggeschivi,n(digkeit direkt oder in gewissen
Fällen nahezu direkt proportional der angewendeten Spannung ist. Die mit sehr hoher
Geschwindigkeit fliegenden Kathodenstrahlen wirken außer als Temperaturbildner gleichzeitig
als mit sehr hohem Druck bombardierendeKorpuskeln, die den hohen Druck, der bei
der Edelsteinerzeugung notwendig ist, hervorbringen.
-
Durch ,die nachfolgenden Beispiele wird das Verfahren näher erläutert:
Beispiel 1 Chemisch reines To@nerde-Chromoxyd-Pulver mit etwa 2,6"/, Chromoxyd (hergestellt
durch Fällung von Chromalaun und Alum:i@n!ium-Al:a.un) wird unter hohem Druck zu
einer Perle gepreßt und im Brennpunkt des Kathodenstrahlenstromes auf der Anode
i6 auf einer Aluminiumoxydünterlage im Hochvakuum und im Felde hoher Spannung von
6o bis i2o kV oder mehr zum Schmelzen gebracht. Es bildet sich eine Rubinperle ohne
Blasen und Schlieren von höchster Qualität, deren Größe abhängig ist von der Größe
der Ausgangsmenge, von ,der Größe der Apparatur, der Glühkathodenfläche, der angewendeten
Spannung, Milliamperezahl sowie der Einwirlzung s Bauer.
-
Eine weitere Ausführungsart .besteht darin, daß aus -: dem von der
Luft abgeschlossenen Gefäß 49 ,durch ,das Rohr 47--das fertige Ausgangspulver durchVakuum
herausgesaugtund auf die Anode 16 geschleudert wird. Die kleinen Teilchen werden
sofort geschmolzen, und man kann auf diese Weise den Edelstein wachsen lassen.
-
In gleicher Weise können durch geeignete Auswahl der Mischungen andere
Edelsteine und Halbedelsteine hergestellt werden. Beispiel Auf die Anode 16 werden
Korundsplitter aufgebracht und- gemäß Beispiel i erhitzt. Nach i bis z Stunden währender
Erhitzung bis zur Sinte:rungstemperat:ur fließen die einzelnen Splitter bei genügend
hohem Kathodenstrahlenstrom zusammen, und es bildet sich ei einheitlicher Edelstein.
-
An Stelle von Korundsplittern können auch Rubin, Saphir- oder Smaragd-
oder andere Edelsteinsplitter in gleicherWeise zusammengeschmolzen und/oder durch
Sinterung in größere ,Steine umgewandelt werden. Beispiel 3 Ein fehlerhafter - svnthetischer
Edelstein (blasig oder trübe), z. B. Rubin, Saphir, Smaragd oder andere Korunde
sowie zur Spinell-. gruppe gehörige Edelsteine, wird gemäß Beispiel -2 1 bis 3 Stunden
bei 75 ooo bis 150 000 V ,erhitzt und behandelt.
-
Durch die Einwirkung der Kathodenstrahlen wird der Stein nahe bei
der Schmelztemperatur oder bei der Schmelztemperatur durch Umkristallisation oder
Polvmerisation. fehlerfrei und weist Fluoreszenzerschoinungen im ultravioletten
Licht ähnlich ,denen der Naturedelsteine auf.
-
Es war nicht bekannt und nicht vorauszusehen, daß und wie man in einem
Kathodenstrahlvalzuumofen hochwertige Edelsteine aus ihren Grundstoffen gewinnen
kann. Erst nach der Erfindung wurde festgestellt, daß die Kathodenstrahlen außer
der hohen Schmelztemperatur auch ein Kristallisieren der Edelsteine hervorrufen
können, und,daß nicht al.lei:n die bekannte Heizwirkung, sondern noch eine spezifische
Kathodenstrahlenwirkung (Kristallisation
und/oder Polymerisatiom)
als Hauptursache der Umwandlung anzusehen ist. Außerdem beginnt die Edelsiteinbildung
sowie -veredelung bei gleicher Kathodenstrahlenkonzentration erst bei einer gewissen
Spannungshöhe, und mit steigender Spannung steigt auch die Geschwindigkeit der Umbildung.
Auch die Möglichkeit der Gewinnung blasen- und schlierenfreier Edelsteine durch
Anwendung von Kathodenstrahlen gegenüber der bekannten Anwendung von Knallgasgebläse
o. dgl. kennzeichnet,die Neuheit und technische Bedeutung vorliegender Gleichzeitig
kann die Dichte und Härte der künstlichen Edelsteine durch die Strahlengeschwindigkeit
reguliert werden.