موضوع مقاله: روش ورنویل | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # روش ورنویل | مقدمه: روش ورنویل (یا فرایند ورنویل یا تکنیک ورنویل) که به آن شعله همجوشی نیز گفته می‌شود، اولین روش تجاری موفق در ساخت سنگ قیمتی مصنوعی بود که در اواخر سال ۱۸۸۳ توسط شیمی‌دان فرانسوی آگوست ورنویل ایجاد و ارائه شد. | ## بخش 1: روش ورنویل | این روش در درجه اول برای تولید یاقوت، یاقوت کبود و انواع پادپارادچا (پادپارادشا)های از جنس کرندوم و همچنین شبیه‌سازهای الماس روتیل و تیتانات استرانسیم استفاده می‌شود. اصول فرایند شامل ذوب شدن یک ماده پودر کاملاً ریز شده با استفاده از شعله اکسی هیدروژن (مخلوط گاز اکسیژن و هیدروژن) و تبلور قطرات ذوب شده به یک بول (یک تکه استوانه ای از مواد برای سنگهای قیمتی، ساخته شده توسط فرایند ورنویل) است. این فرایند به عنوان اولین گام بنیانگذاری فن آوری مدرن رشد کریستال صنعتی در نظر گرفته می‌شود و تا امروز در استفاده گسترده باقی مانده‌است. از زمان آغاز مطالعه کیمیاگری، تلاش‌هایی برای تولید سنگهای قیمتی مصنوعی انجام شده‌است و یاقوت، که یکی از گوهرهای مهم کاردینال (اشرافی) است، مدتهاست که یک گزینه اصلی برای انتخاب بین گوهرها است. در قرن نوزدهم، پیشرفت‌های چشمگیری حاصل شد، با ایجاد اولین یاقوت مصنوعی در اثر ذوب شدن دو یاقوت کوچکتر در سال ۱۸۱۷ و اولین بلورهای میکروسکوپی ایجاد شده از آلومینا (اکسید آلومینیوم) در آزمایشگاه در سال ۱۸۳۷. تا سال ۱۸۷۷، شیمیدان ادموند فرمی با استفاده از حمامهای مذاب آلومینا، روشی مؤثر برای تولید یاقوت تجاری ابداع کرد و اولین سنگهای مصنوعی با کیفیت سنگهای قیمتی را بدست آورد. آگوست ورنویل، شیمیدان پاریسی، در توسعه این روش با فریمی همکاری کرد، اما خیلی زود به‌طور مستقل فرایند همجوشی شعله را توسعه داد که در نهایت منجر شد به این که نام او بر روی این روش قرار گیرد. این «یاقوتهای ژنو» در آن زمان به عنوان مصنوعی (غیر اصل) کنار گذاشته شدند، اما اکنون اعتقاد بر این است که اولین یاقوتهای تولید شده توسط همجوشی شعله هستند و قبل از ۲۰ سال کار ورنویل در این زمینه این فرایند را پیش‌بینی کردند. ورنویل پس از بررسی «یاقوت ژنو» به این نتیجه رسید که می‌توان اکسید آلومینیوم ریز خرد شده را دوباره به یک سنگ قیمتی بزرگ تبلور داد. این مهم، همراه با در دسترس بودن مشعل اکسی هیدروژن که تازه توسعه یافته و ایجاد شده بود اما تقاضای روزافزون برای یاقوت مصنوعی، وی را به سمت طراحی کوره ورنویل سوق داد، جایی که آلومینای خالص و اکسید کروم که به خوبی ریز خرد شده‌اند توسط شعله ای با دمای حداقل ۲۰۰۰ درجه سلسیوس (۳۶۳۰ درجه فارنهایت) ذوب می‌شوند، و دوباره بر روی تکیه گاه زیر شعله متبلور شده و یک کریستال بزرگ ایجاد می‌کند. وی کار خود را در سال ۱۹۰۲ به‌طور عمومی اعلام کرد و جزئیاتی را در مورد روند کار در سال ۱۹۰۴ منتشر کرد. تا سال ۱۹۱۰، آزمایشگاه ورنویل به یک مرکز تولید ۳۰ کوره گسترش یافته بود سنگهای قیمتی تولید شده توسط فرایند ورنویل در سال ۱۹۰۷ سالانه به ۱۰۰۰ کیلوگرم (۲۲۰۰ پوند) می‌رسید. در سال ۱۹۱۲، تولید به ۳۲۰۰ کیلوگرم (۷۱۰۰ پوند) رسید و در سال ۱۹۸۰ به ۲۰۰۰۰۰ کیلوگرم(۴۴۰۰۰۰ پوند) و در سال ۲۰۰۰ به ۲۵۰۰۰۰ کیلوگرم (۵۵۰۰۰۰ پوند) رسید البته به رهبری کارخانه هراند جواهردجیان(Hrand Djevahirdjian)در مونته، سوئیس که در سال ۱۹۱۴ تأسیس شده بود. | ## بخش 2: روش ورنویل | Popov) انجام شد، که به ایجاد توانایی تولید یاقوت کبود با کیفیت بالا در اتحاد جماهیر شوروی تا ۲۰ سال آینده کمک کرد. این فرایند در درجه اول برای سنتز یاقوت که به اولین سنگ قیمتی که در مقیاس صنعتی تولید می‌شود تبدیل شد، طراحی شده‌است. با این حال، فرایند ورنویل همچنین می‌تواند برای تولید سنگهای دیگر، از جمله یاقوت کبود آبی مورد استفاده قرار گیرد، که به اکسیدهای آهن و تیتانیوم نیاز دارد تا به جای اکسید کروم استفاده شود، و همچنین اکسیدهای دقیق تر مانند یاقوت کبود ستاره، که در آن تیتانیا (دی‌اکسید تیتانیوم) اضافه می‌شود و بول مدت بیشتری در گرما نگه داشته می‌شود که اجازه می‌دهد روتیل‌های سوزنی درون آن متبلور شوند. علیرغم برخی پیشرفتها در این روش، فرایند ورنویل تا به امروز تقریباً بدون تغییر باقی مانده‌است، در حالیکه در تولید سنگ‌های کرندوم و سنگ‌های قیمتی(گوهر) از موقعیت برجسته ای برخوردار است و پرچمدار محسوب می‌شود. گزینه‌های دیگر این فرایند در سال ۱۹۵۷، زمانی که آزمایشگاه‌های بل فرایند هیدروترمال را ارائه داد و در سال ۱۹۵۸، هنگامی که کارول چاتام روش شار را ارائه داد، ظهور کرد. همچنین در سال ۱۹۸۹ لری پی کلی از کمپانی آی سی تی (اسم انگلیسی) گونه ای متفاوت از فرایند چکرالسکی را ایجاد کرد که در آن از یاقوت طبیعی به عنوان ماده «خوراکی» استفاده می‌شود. در مورد ساخت یاقوت، یاقوت کبود یا پادپارادچا (پادپارادشا)، این ماده آلومینا است. بعد از تهیه آلومینا خالص بسته به رنگ دلخواه کریستال، مقدار کمی اکسید مختلف به آن اضافه می‌شود، مانند اکسید کروم برای یاقوت سرخ، یا اکسید فریک و تیتانیا برای یاقوت کبود آبی. سایر مواد اولیه شامل تیتانیا برای تولید روتیل، یا تیتانیل اگزالات مضاعف برای تولید تیتانات استرانسیم است. همچنین، می‌توان از کریستال‌های کوچک و بی‌ارزش محصول مورد نظر استفاده کرد و به آلومینا اضافه کرد. این ماده اولیه کاملاً پودر شده و در ظرفی درون کوره ورنویل قرار می‌گیرد، در قسمت زیرین دهانه ای دارد که هنگام لرزش ظرف، پودر می‌تواند از آن خارج شود. هنگامی که پودر آزاد می‌شود که وارد کوره شود، اکسیژن به کوره وارد می‌شود و با پودر در یک لوله باریک حرکت می‌کند. در نقطه ای که محتویات لوله باریک به لوله بزرگتر وارد می‌شوند، احتراق رخ می‌دهد که دما شعله آن حداقل ۲۰۰۰ درجه سلسیوس (۳۶۳۰ درجه فارنهایت) در هسته آن است. | ## بخش 3: روش ورنویل | وقتی پودر از شعله عبور می‌کند، به صورت قطرات کوچکی در می‌آید و روی میله ساپورت خاکی که در زیر لوله است قرار می‌گیرد. قطرات به تدریج مخروطی را بر روی میله خاکی تشکیل می‌دهند که قسمت بالایی آن به اندازه کافی به هسته نزدیک است تا در حالت مایع باقی بماند. وقتی قطرات بیشتری روی قسمت بالایی آن می‌ریزند، یک کریستال(تک بلور) منفرد به نام بول شروع به تشکیل می‌کند و تکیه گاه به آرامی به سمت پایین حرکت می‌کند و اجازه می‌دهد تا پایه بول متبلور شود، در حالی که کلاهک آن همیشه مایع است. بول به شکل یک استوانه مخروطی درمی آید، قطر آن از پایه باز شده و در نهایت کم و بیش ثابت می‌ماند. با تأمین مداوم پودر و برداشتن تکیه گاه، بول‌های استوانه ای بسیار طولانی ای می‌توان بدست آورد. بول پس از خارج شدن از کوره و خنک شدن، در امتداد محور عمودی خود تقسیم می‌شود تا فشار داخلی را از بین ببرد، در غیر این صورت هنگام شکستن پایه توسط صفحه متقاطع عمودی (جدا شدن از پایه)، کریستال (بلور) متمایل به شکستگی خواهد شد. هنگام تشریح مراحل اولیه، ورنویل تعدادی از شرایط لازم برای نتایج خوب را تعیین کرد. اینها عبارتند از: دمای شعله بالاتر از حد لازم برای هم جوشی نباشد، همیشه محصول ذوب شده را در همان قسمت شعله اکسی هیدروژن نگه دارید و نقطه تماس بین محصول ذوب شده و پایه تا آنجا که ممکن است سطح کوچکی داشته باشد. متوسط ابعاد بول تولیدی تجاری با استفاده از این فرایند ۱۳ میلی‌متر (۰٫۵۱ اینچ) قطر و ۲۵ تا ۵۰ میلی‌متر (۰٫۹۸ تا ۱٫۹۷ اینچ) طول است و وزن آن حدود ۱۲۵ قیراط (۲۵٫۰ گرم) است. این فرایند را می‌توان با بذر بلور سفارشی گرا نیز انجام داد تا جهت‌گیری کریستالی خاصی که مورد نظر است حاصل شود. یکی از خصوصیات گویای کریستال ورنویل، خطوط رشد منحنی (نوار باریک خمیده) است که با رشد بول استوانه ای به سمت بالا در محیطی با شیب حرارتی بالا تشکیل می‌شود. | ## جمع‌بندی | یکی دیگر از وجه‌های تمایز وجود حباب‌های میکروسکوپی گاز است که به دلیل وجود بیش از حد اکسیژن در کوره تشکیل شده‌است.