Kính Sapphire là loại kính rất phổ biến trên đồng hồ vì khả năng chống xước tuyệt vời và độ trong gần như hoàn hảo của nó. Tuy nhiên kính Sapphire có chống xước tuyệt đối hay không? Độ cứng thực sự của kính sapphire đến đâu?
Trước hết hãy tìm hiểu sapphire là gì?
Sapphire còn gọi là ngọc bích là một từ xuất phát từ tiếng Hy Lạp nghĩa là đá xanh. Sapphire được tìm thấy trong thiên nhiên ở các trầm tích, thuộc nhóm đá quý nhiều loại khoáng chất gọi là corundum với thành phần chính là tinh thể nhôm oxit (α- Al2O3).
Màu sắc của Sapphire được tạo ra bởi các nguyên tố khác như sắt, titan, crom, đồng, hoặc magiê tương ứng màu xanh, vàng, tím, cam, hoặc màu xanh lá cây. Nếu nguyên tố Chromium có tỷ lệ cao thì sẽ màu sẽ càng đỏ, lúc đó đá Sapphire sẽ được gọi là đá Ruby.
Sapphire thô trong tự nhiên
Tại sao kính sapphire lại có độ cứng cao như vậy?
Để giải thích điều này chúng ta cần tìm hiểu về cấu trúc tinh thể của Sapphire.
Tinh thể Alpha (α) – alumina (còn gọi là sapphire) là dạng oxit nhôm tinh thể phổ biến nhất và có cấu trúc corundum. Sapphire là loại cứng nhất trong tất cả các tinh thể oxit, có đặc tính nhiệt tốt, tính chất điện và điện môi tuyệt vời và có khả năng chống lại sự tấn công hóa học. Các nguyên tử Al được phối trí bát diện bởi sáu nguyên tử oxy. Các ion oxy gần như tạo thành một cấu trúc đóng kín hình lục giác với các ion nhôm (Al 3+) ở trung tâm.
Sapphire (α-Al2O3) là một cấu trúc hình lục giác, thuộc nhóm không gian R3c, có thể được biểu thị cả dưới dạng một hình lục giác cũng như một ô đơn vị hình thoi
Sapphire (α-Al2O3) là một cấu trúc hình lục giác, thuộc nhóm không gian R3c, có thể được biểu thị cả dưới dạng một hình lục giác cũng như một ô đơn vị hình thoi. Cấu trúc cơ bản bao gồm các mặt phẳng đóng kín hình lục giác của oxy xen kẽ với các mặt phẳng của các nguyên tử nhôm. Như được hiển thị trong hình dưới đây, các mặt phẳng bằng nhôm có cách sắp xếp đóng kín hình lục giác tương tự nhưng với 1/3 vị trí trống, dẫn đến tỷ lệ Al/O là 2/3. Mỗi nguyên tử Al được phối hợp bởi 6 nguyên tử oxy và mỗi nguyên tử oxy có 4 lân cận Al. Các vị trí tuyển dụng được sắp xếp trên các mặt phẳng được gọi là R, tạo cho sapphire khả năng phân cắt dọc theo các mặt phẳng hình thoi này. Do các tính chất này, ô đơn vị của sapphire được chọn có tính đến vị trí của vị trí trống A1.
Với cấu trúc tinh thể lục giác và bát giác xen kẽ, cho sapphire một độ cứng gần như hoàn hảo chỉ thua kim cương.
Xem thêm dịch vụ thay mặt kính sapphire cho đồng hồ
Thực hư độ cứng của kính Sapphire như thế nào?
Chúng ta vẫn thường thấy các đơn vị kinh doanh đồng hồ cho biết rằng kính sapphire trên đồng hồ có độ cứng là 9 trên thang độ cứng Mohs, có nghĩa là chỉ những vật liệu có độ cứng từ 9 trở lên mới có thể làm xước được mặt kính sapphire trên đồng hồ, nhưng thực tế như thế nào, hãy cùng test với chúng tôi trong video dưới đây.
Chúng tôi có một chiếc đồng hồ Tissot, sử dụng kính Sapphire. Chúng tôi sẽ thử độ cứng của mặt kính sapphire này với các đầu nhọn có độ cứng tăng dần từ 5-8 xem chiếc đồng hồ này có bị xước hay không?
Kết quả sẽ như thế nào? Mời các bạn theo dõi video với chúng tôi.
[embed]https://www.youtube.com/watch?v=g9MbG3DB7nk[/embed]
Sapphire nhân tạo được chế tạo như thế nào?
Kính sapphire mới chỉ phổ biến trong thời gian gần đây trong lịch sử chế tạo đồng hồ. Vào khoảng 1930, hãng jaeger lecoultre được cho là những người đầu tiên áp dụng loại kính này, sau đó là Omega – mãi tới 30 năm sau. Vào thời điểm đó, việc gia công sapphire là rất khó, cũng như chi phí cao. Mãi cho đến khi hãng Rolex bắt đầu sử dụng tinh thể sapphire trên hầu hết các đồng hồ của mình vào giữa những năm 1980 thì các tài liệu về tinh thể mới bắt đầu phổ biến rộng rãi.
Có thể nhiều người sẽ biết ít nhiều tới sapphire tự nhiên, tuy nhiên, loại dùng trong đồng hồ là loại tinh thể sapphire tổng hợp. Được phát triển thông qua nhiêt độ nóng chảy, hoá hơi, hoà tan, đông cứng hay áp lực. Chúng ta sẽ tập trung vào phương pháp nóng chảy, vì nó là loại phương pháp phổ biến nhất trong ngành công nghiệp.
Ý tưởng về phát triển sapphire là đặt một tinh thể sapphire. “hạt giống” vào trong một hỗn hợp ôxit nhôm nóng chảy (AL2 O3) một người sẽ làm cho chúng tan và tách biệt ra trong suốt quá trình, đem lại một không gian trống giữa các hạt phân tử, thường thì họ dùng loại hộp đựng hình trụ đứng để tạo không gian giãn nở. Sau đó họ làm nguội, tạo môi trường cho các hạt tinh thể phát triển, tinh chỉnh các mức nhiệt độ để kiểm soát kích thước và hình dạng của tinh thể, đây cũng là thời điểm để áp dụng các phương pháp khác nhau trong việc khai thác sapphire.
Đầu tiên phải nói đến quá trình Czkhralski, được tạo ra lần dầu tiên vào năm 1918 và áp dụng cho vật liệu sapphire vào năm 1960, phương pháp này theo nghĩa đen là lấy sapphire ra khỏi nồi nấu, những gì bạn nhận được là hợp chất sapphire trên một cây gậy. Tất nhiên là nó vừa tốt mà lại vừa có nhược điểm. Một trong những lợi ích của phương pháp này là sự tăng trưởng nảy nở kích thước, trong qua trình này các kĩ thuật viên sẽ biến một hạt giống thành các hình dạng kích cỡ được kiểm soát một cách chính xác. Quá trình này được sử dụng rộng rãi ở ngày nay.
Tới năm 1964, một phương pháp khai thác sapphire khác được đưa ra, đó là kĩ thuật đóng băng gradient, thay vì lấy kính ra khỏi nồi tan chảy, thì ở đây nó được làm mát theo chiều ngang ngay bên trong nồi nấu. Hiệu quả của chúng cũng rất tuyệt vời.
Chế tạo sapphire ngày nay thường gắn liền với ứng dụng công nghệ cao như đèn led, cửa sổ tàu vũ trụ, nó khởi nguồn từ cuối thế kỉ 19, khi AVL verneuli phát triển ra một quá trình phản ứng tổng hợp thông qua lửa để sản xuất ruby và sapphire công nghiệp. trong nhiều thập kỉ tiếp theo, các phương pháp khác nhau đã được tổng hợp, độc quyền sử dụng bởi các nhà sản xuất khác nhau trên toàn thế giới. Để sản xuất ra một viên sapphire hình cầu, người ta sử dụng nhôm ô xít thương mại có sẵn (AL2O3) để làm nguyên liệu, nấu chảy trong lò với nhiệt độ 4000 độ F. Kích thước sản phẩn sapphire phụ thuộc vào phương pháp điều chế và mục đích sử dụng. Sau đây tôi xin liệt kê các công nghệ làm ra sapphire đã được công nhận và áp dụng:
1. VERNEUIL
Người đầu tiên phát triển ra cách sản xuất pha lê công nghiệp tại thủ đô Paris, Pháp. Bằng cách sử dụng ngọn lửa phản ứng tổng hợp. Ngày nay nó vẫn thường được sử dụng vì nó là cách tổng hợp sapphire và đá quý khác một cách ít tốn kém và phù hợp để áp dụng cho nhiều thứ. Chất lượng quang học của chúng rất kém.
2. CZOCHRALSKI METHOD ( CZ)
Phương pháp tăng trưởng tinh thể CZ được phát hiện vào năm 1916 bởi Jan Czchralski, là kết quả từ một tai nạn nhỏ đem đến sự may mắn, nhờ tài quan sát. Trong một tối, ông đang nung thiếc nóng chảy và cầm bút ghi chú, nhưng thay vì nhúng bút vào lọ mực, ông lại nhúng nó vào thiếc nóng. Ông nhanh chóng kéo nó ra và nhìn thấy các sợi mỏng bằng kim loại kết tinh ở đầu bút, và từ đó ông đã phát triển ra phương pháp này.
Phương pháp này ngày nay cơ bản vẫn được giữ nguyên, quá trình có thể phải mất đến 8 tuần, đòi hòi sự cẩn thận và tiếp năng lượng liên tục kèm theo sự giám sát. Sản phẩm sapphire có chất lượng quang học tốt, sử dụng rộng rãi trong lazer, hồng ngoại, tia cực tím…vv
3. KYROPOULOUS
Phát triển vào năm 1926, quy trình kết tinh này giảm nhiệt độ độ của các viên tinh thể trong khi vẫn đang còn trang quá trình nung, sử dụng bột nhôm tinh khiết đưa đến nhiệt độ nóng chảy, các tinh thể sapphire sẽ được hình thành sâu dưới bề mặt nhôm nóng chảy. Với điều kiện được kiểm soát nhiệt độ chặt chẽ gradient, sản phẩm làm ra có đường kính lớn, chất lượng quang học cực tốt, độ tinh khiết rất cao, sản phẩm tạo ra phù hợp với các loại ứng dụng quang học.
4. HEAT EXCHANGER METHOD ( HEM)
Thường được gọi là Kyropoulos ngược – Kyropoulos chỉnh sửa. Phát minh bởi Fred Schmid và Dennis Viechnicki tại viện nghiên cứu quân đội Watertown, hoa kì vào năm 1967. Sử dụng nhôm tinh khiết, làm mát bằng heli, quá trình làm mát chậm cho ra loại tinh thể sapphire có tố chất rất đặc biệt, tuy nhiên, việc sản xuất kích cỡ lớn lại thường thất bại vì chúng thương bị nứt do quá trình làm mát.
5. EDGE – DEFINE FILM – FED GROWTH ( EFG)
Bắt đầu phát triển vào năm 1965 bởi kĩ thuật viên Harold Labelle, của Waltham, kết quả của quá trình là một dạng áp dụng kĩ thuật CZ nhưng đi lèm lợi ích kiểm soát được hình dạng tinh thể. Phương pháp của anh áp dụng thành công vào năm 1967. EFG cung cấp khả năng chế tạo ra các hình dạng khác nhau mà gần như không thể áp dụng được với các loại công nghệ khác. Hạn chế chính là thời gian và chi phí liên quan để sản xuất các khuôn tạo ra các hình dạng tinh thể.
Loại sản phẩm cho ra đời có nhược điểm là có độ tinh khiết trung bình, dẫn đến chất lượng quang học cũng bình thường. Nó thường dùng trong các ứng dụng quang cơ khí, công nghiệp.
Kính sapphire vốn rất giòn và cứng như quỷ, chúng chỉ có thể được đánh bóng bằng sapphire hoặc kim cương, chúng có thể được đánh bóng bằng máy, nhưng đối với các loại hình dạng đặc biệt thì bắt buộc phải có sự trợ giúp của con người. Đối với đồng hồ cao cấp, người ta thường chuộng kính sapphire vòm, vì nó giúp chống chịu lực rất tốt, hơn hẳn so với loại sapphire phẳng.
Xem thêm các dịch vụ sửa chữa đồng hồ tại bệnh viện đồng hồ và dây da đồng hồ , hộp xoay đồng hồ
