Comparison of flux and natural sapphire after heat-treatment

Various fabrication methods have been used to synthesize sapphire which has qualities of jewelry well beyond the industrial class. Among them, the flux sapphire of Chatham Company which has as high value as jewelry was selected in order to compare natural and synthetic sapphire. First, the WD-XRF (Wavelength dispersive x-ray fluorescence spectrometer) was used to analyze the chemical composition of natural and synthetic sapphire. Although natural sapphire had very diverse chemical compositions, flux sapphire had small quantities of Mo, Pt and Pb elements in addition to the similar chemical ingredients to natural one. Pt is decisive proof of flux sapphire. Next, by investigating spectroscopic characteristics using UV-VIS Spectrophotometer after heat treatment at high temperatures of $1300^{\circ}C$ and $1500^{\circ}C$, the variation of 690 nm absorbance related to $Cr^{3+}$ was detected in the natural sapphire while those of the 690 nm absorbance (related to $Cr^{3+}$) as well as absorbance of 376 nm and 388 nm ($Fe^{3+}$) were seen in the flux sapphire. It was found that the difference in the absorbance variation of flux sapphire is greater than that of natural sapphire after heat treatment. The chemical composition and spectrum analysis were utilized to compare the natural sapphire and the flux synthetic sapphire.

열처리 후 플럭스 사파이어와 천연 사파이어의 비교 분석

산업용 뿐만 아니라 보석용으로 가치가 있는 사파이어는 매우 다양한 방법으로 합성 사파이어를 만들어 왔다. 그 중 천연 사파이어와 매우 유사하며 보석용으로 가치가 높은 Chatham사의 플럭스 사파이어를 사용하여 천연 사파이어와 비교하였다. 먼저 WD-XRF(Wavelength dispersive x-ray fluorescence spectrometer)를 사용하여 천연과 합성의 화학 조성을 비교하였다. 천연 사파이어는 화학 조성이 매우 다양하였으나 플럭스 사파이어는 천연과 유사한 화학 성분과 특히 Mo, Pt, Pb 미량원소가 검출되었다. Pt는 플럭스 사파이어라는 결정적인 증거가 된다. 다음으로 $1300^{\circ}C$와 $1500^{\circ}C$의 고온에서 열처리를 한 후 자외선-가시광선 분광광도계(UV-VIS Spectrophotometer)를 사용하여 분광학적 특성을 조사함으로써 천연 사파이어는 $Cr^{3+}$와 관련된 약 690nm의 형광과 관련된 흡수 피크의 변화를 관찰할 수 있었고 플럭스 사파이어는 $Cr^{3+}$와 관련된 약 690nm의 피크와 376nm, 388nm의 $Fe^{3+}$의 흡수 피크가 변화함을 볼 수 있었다. 고온 열처리에 의해 플럭스 사파이어의 흡수 피크의 변화가 천연 사파이어의 흡수 피크의 변화보다 더 큰 것을 알 수 있었다 화학조성 및 분광분석 실험을 통하여 천연 사파이어와 flux 합성 사파이어의 특성을 비교 분석하였다.