【宝石講座060】スカル・メルティング法

キュービック・ジルコニアを合成する

現在、外観がダイヤモンドにもっとも似ている石はキュービック・ジルコニア（以下、ＣＺと表示）です。遠くから見ても、近くで見てもダイヤモンドとの識別は難しいです。
外観がダイヤモンドに近似していることから、ＣＺは宝石業界で大量に使用されています。
かなり以前からＣＺを合成する試みはありました。しかし、ＣＺの基本成分であるジルコニア（ＺｒＯ２）の溶融点が極めて高温、２，７５０℃（度）であるため、このジルコニアを溶かすルツボ（筒状の耐火物）が世の中に存在しない、という壁に当たっていました、暗礁に乗り上げていました。
ところが、１９７０年頃、ロシアの科学者達はこの壁を優れたアイデア（着想）で乗り越え、解決しました。そのアイデアは、ジルコニアと同じ組成の粉末でルツボを作るというものでした。さらに、粉末の外周を冷却するという新しい方法でした。

スカル・メルティング法とは

右図に示したように銅管を円周に配列し、その銅管の中に冷却水を流します。その銅管で作られた筒の中にジルコニアの粉末原料を入れます。そして、外部から加熱（高周波誘電加熱）します。約３，０００℃に達します。すると、粉末のジルコニアは溶融し、液体状になります。
その後、ゆっくりと冷却し、ＣＺを結晶化させます。
銅管に接触していた粉末のジルコニアは、溶けないで固化（焼結）したままです。右図の斜線部は溶けないで固化したジルコニアを表しています。結晶化したジルコニアは、右図のＣＺと表示した個所です。
右図に示したように空洞状の中にＣＺが形成されます。
このことから、この方法はスカル・メルティング（頭蓋骨型溶融）法と呼ばれています。銅管を並べた筒の直径は成人の胴部と同じ大きさ程度です。
粉末ジルコニアの中に通常はカルシウム（Ｃａ）やイットリウム（Ｙ）を混ぜます。約１０％程度添加します。ＣＺの結晶を得るには、安定剤としてカルシウムやイットリウムを加える必要があります。

天然石としてモノクリニック（単斜）・ジルコニアは存在します。極めて稀にジルコンのインクルージョンとしてキュービック（等軸）・ジルコニアもあります。
ＣＺを造るとき、安定剤としてカルシウムやイットリウムを添加しないと、モノクリニック・ジルコニアになり、キュービック・ジルコニア（ＣＺ）が得られません。