Phương pháp Verneuil, còn gọi là nung chảy bằng ngọn lửa, là cách làm đá tổng hợp bằng cách rắc bột oxit rất mịn qua một ngọn lửa cực nóng; bột chảy thành giọt, rơi xuống một đế quay và đông lại từng lớp thành một khối tinh thể hình quả lê. Đây là phương pháp lâu đời nhất còn chạy ở quy mô công nghiệp, và phần lớn ruby, sapphire, spinel tổng hợp bày bán trên thị trường được làm theo đường này.
Nhà hoá học người Pháp Auguste Verneuil công bố phương pháp vào đầu thế kỷ 20, sau nhiều năm thử nghiệm ở cuối thế kỷ 19. Cái hay của Verneuil là nhanh và rẻ về thiết bị: vài giờ đã có một khối đá đủ mài nhiều viên. Cái giá phải trả là viên đá mang những dấu vết rất riêng của lửa và tốc độ, và người giám định đã quen đọc những dấu vết ấy hơn một thế kỷ nay.
Lò Verneuil trông như thế nào
Hình dung một ống đứng. Ở trên cùng là phễu chứa bột, có một cơ cấu gõ nhẹ theo nhịp để bột rơi xuống đều từng chút. Bột đi xuống theo dòng khí oxy, gặp khí hydro ở đầu đốt và tạo thành ngọn lửa hướng xuống dưới. Nhiệt độ ở vùng lửa vượt quá điểm nóng chảy của oxit nhôm, tức là trên hai nghìn độ C, nên từng hạt bột chảy thành giọt khi rơi qua.
Bên dưới ngọn lửa là một đế bằng vật liệu chịu nhiệt. Ban đầu các giọt rơi xuống tạo thành một nón nhỏ, rồi một hạt tinh thể nổi lên làm mầm. Người vận hành hạ đế xuống thật chậm, đúng với tốc độ khối đá lớn lên, để mặt trên của khối luôn nằm trong vùng nóng chảy. Cứ thế, lớp này chồng lên lớp kia, khối tinh thể dài dần và phình ra thành dáng quả lê mà dân trong nghề gọi là boule.
Toàn bộ chu trình chỉ mất vài giờ. Không có nồi nấu, không có dung dịch, không cần áp suất cao. Đây là lý do Verneuil sớm trở thành phương pháp sản xuất hàng loạt: một xưởng có thể xếp hàng chục lò chạy cùng lúc với chi phí vận hành thấp hơn hẳn các phương pháp ra đời sau.
Bột nguyên liệu và màu của khối đá
Thành phần chính là oxit nhôm tinh khiết. Màu đến từ một lượng rất nhỏ oxit kim loại pha vào bột, giống cách các nguyên tố vết tạo màu trong đá tự nhiên. Bảng dưới là các kết hợp phổ biến theo tài liệu đá quý học phổ thông.
| Sản phẩm | Nền | Chất tạo màu thường dùng | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| Ruby tổng hợp | Oxit nhôm | Oxit crôm | Màu đỏ đều, có thể rất đậm; phát huỳnh quang đỏ mạnh dưới đèn UV |
| Sapphire lam tổng hợp | Oxit nhôm | Sắt và titan | Màu dễ phân bố theo dải cong, nhìn thấy khi soi ngâm |
| Sapphire không màu | Oxit nhôm tinh khiết | Không pha | Từng dùng làm đá mô phỏng kim cương đời đầu, nay chủ yếu dùng trong công nghiệp |
| Corundum đổi màu | Oxit nhôm | Vanadi | Hay bị bán dưới tên “alexandrite”, thực chất không phải chrysoberyl |
| Spinel tổng hợp | Oxit magie và oxit nhôm | Coban, crôm, sắt… | Thường dư nhôm hơn spinel tự nhiên nên chiết suất và tỉ trọng hơi cao hơn |
Theo nhiều tài liệu, spinel tổng hợp ra đời gần như tình cờ trong lúc người ta thử pha magie để tạo sapphire lam. Spinel Verneuil về sau được nhuộm đủ màu để giả aquamarine, zircon xanh, peridot, vì nó rẻ và dễ mọc. Spinel tổng hợp gắn với hàng vùng Lục Yên đã có bài riêng ở trang chuyên về đá Lục Yên, ở đây chỉ nhắc như một sản phẩm của cùng một lò.
Những dấu vết Verneuil để lại trong viên đá
Vân cong. Vì khối đá lớn lên từ những lớp nóng chảy có mặt trên hơi vồng, các dải màu và dải sinh trưởng bên trong uốn cong như vết rãnh trên đĩa hát. Đá tự nhiên mọc theo mặt tinh thể phẳng nên dải màu của nó thẳng và gặp nhau thành góc. Thấy vân cong trong một viên corundum gần như đủ kết luận đó là đá Verneuil.
Bọt khí. Khí mắc lại khi giọt chảy đông nhanh tạo thành bọt tròn hoặc hơi dài, đứng riêng hay tụ thành đám. Bọt khí tròn lẻ loi trong corundum là dấu hiệu đáng chú ý, vì đá tự nhiên hầu như không có kiểu bao thể này.
Bột chưa chảy hết. Đôi khi vài hạt bột không kịp chảy, nằm lại thành những chấm nhỏ đục, trông như bụi mịn rắc trong đá.
Rất sạch. Không có kim rutile, không có tinh thể khoáng vật lạ, không có vân tay khe nứt đã liền. Một viên ruby đỏ đậm, to và sạch như nước luôn nên được kiểm kỹ, vì chính độ hoàn hảo ấy là một lời nhắc.
Ứng suất bên trong. Khối lê nguội nhanh nên giữ nhiều ứng suất; người sản xuất thường tách đôi khối theo chiều dọc để giải phóng bớt. Viên đá mài từ đó vẫn có thể hiện vệt ứng suất dưới kính phân cực.
Vì sao vân cong khó thấy và người giám định soi thế nào
Vân cong không phải lúc nào cũng hiện ra dưới kính lúp thông thường. Ở ruby đỏ đậm, dải màu rất mờ, mắt dễ bỏ qua. Phòng giám định thường soi bằng kính hiển vi với ánh sáng tán xạ hoặc ngâm viên đá trong chất lỏng có chiết suất gần với nó, để ánh sáng không phản xạ loạn ở mặt giác và các dải màu nổi lên. Việc ngâm này dùng chất lỏng chuyên dụng của phòng lab, không phải thứ nên tự làm ở nhà.
Hướng nhìn cũng quan trọng. Vì dải cong song song với mặt trên của khối lê, viên đá được mài theo hướng nào thì dải hiện ra theo dáng đó. Người giám định xoay viên đá chậm, đổi góc chiếu, nhìn qua mặt bàn rồi qua sườn đá. Có viên phải xoay vài phút mới thấy một đoạn vân ngắn.
Khi vân cong và bọt khí đều vắng mặt, người ta dựa vào phép đo phổ và phân tích nguyên tố vết. Đá Verneuil thường thiếu những nguyên tố mà đá tự nhiên mang theo từ môi trường địa chất, như gali hay một số kim loại vết khác, và tỷ lệ giữa chúng khác hẳn. Những phép đo này nằm ở danh mục giám định trong phòng lab của trang.
Từ khối lê đến viên đá mài: hướng cắt nói gì
Corundum là đá đa sắc: nhìn theo các hướng khác nhau, màu hơi khác nhau. Ruby nhìn dọc trục quang học thường đỏ thuần nhất, nhìn ngang trục thì ngả cam hoặc tía nhẹ. Người thợ mài ruby tự nhiên vì thế thường cố đặt mặt bàn viên đá vuông góc với trục này, chấp nhận hao hụt để lấy màu đẹp nhất qua mặt bàn.
Với khối lê Verneuil, trục tinh thể thường không trùng với trục dài của khối, và người cắt hay ưu tiên lấy được nhiều viên nhất từ một khối. Theo nhiều tài liệu giám định, hệ quả là ruby Verneuil mài sẵn hay cho thấy đa sắc rõ khi soi qua mặt bàn bằng lưỡng sắc kính, điều ít gặp hơn ở ruby tự nhiên được định hướng cẩn thận. Đây không phải bằng chứng đứng riêng, chỉ là một gợi ý cộng thêm vào các dấu hiệu khác.
Khối lê còn cho biết vì sao đá Verneuil có kích thước lớn rất dễ kiếm. Một khối có thể cho nhiều viên đá vài carat, trong khi ruby tự nhiên sạch cỡ ấy hiếm. Khi bạn thấy một khay toàn ruby to đều, cùng màu, cùng độ sạch, sự đồng đều đó đã là một câu chuyện về nguồn gốc.
Đá Verneuil hôm nay dùng vào đâu
Ngoài trang sức, sản phẩm của lò Verneuil có mặt ở nhiều nơi ít ai để ý:
- Chân kính trong đồng hồ cơ, nơi trục bánh răng tì lên một viên ruby tổng hợp nhỏ cho đỡ mòn.
- Một số mặt kính đồng hồ và cửa sổ quang học nhỏ cần độ cứng cao.
- Ổ đỡ trong dụng cụ đo chính xác và kim máy hát đời cũ.
- Đá mài cho trang sức thời trang, đá thay thế trên đồ cũ cần sửa, đá học tập cho học viên giám định.
- Mẫu đối chứng trong phòng lab, để người học tập nhìn vân cong và bọt khí trước khi gặp ca khó.
Khi mua trang sức, điều quan trọng không phải là tránh đá Verneuil, mà là món hàng được gọi đúng tên. Một viên ruby tổng hợp ghi rõ là tổng hợp là một món hàng trung thực; cùng viên ấy được rao là “ruby thiên nhiên” mới là vấn đề.
Giới hạn của phương pháp và điều người mua nên nhớ
Verneuil giỏi tạo khối lớn và màu đều, nhưng không tạo được độ hoàn hảo ở mức nguyên tử như các phương pháp chậm hơn. Ứng suất, bọt khí và vân cong là hệ quả của tốc độ. Vì thế khi thị trường muốn đá tổng hợp “giống tự nhiên” hơn, người ta chuyển sang mọc trong dung dịch nóng chảy hoặc thuỷ nhiệt, mỗi cách để lại kiểu dấu vết khác.
Với người mua, bài học thực tế có ba ý. Một, ruby và sapphire tổng hợp có cùng thành phần, cùng độ cứng, cùng chiết suất với đá tự nhiên, nên các phép thử đơn giản như cào, đo độ cứng hay soi đèn pin không phân biệt được. Hai, một viên đá màu đẹp, lớn và rất sạch cần được giám định trước khi tin vào lời giới thiệu. Ba, hãy xin phiếu giám định ghi rõ “tự nhiên” hay “tổng hợp” khi mua đá có giá trị.
Ví dụ giả định: bạn được mời mua một viên “ruby đỏ huyết” mười carat, không một vết, kèm lời kể là đá cổ để lại. Hồ sơ kiểu này rất thường gặp với đá Verneuil đời đầu, vì loại đá này đã được sản xuất hơn trăm năm và nằm trên không ít món trang sức cũ. Tuổi của món đồ không chứng minh tuổi của viên đá.
Câu hỏi thường gặp
Ruby tổng hợp Verneuil có phải là ruby thật không?
Về thành phần và cấu trúc tinh thể thì có: đó là corundum chứa crôm như ruby tự nhiên. Khác biệt nằm ở nguồn gốc, do người làm ra trong lò chứ không do địa chất. Vì vậy cách gọi đúng là ruby tổng hợp, không phải ruby giả và cũng không phải ruby thiên nhiên.
Mất bao lâu để làm một khối lê Verneuil?
Theo các tài liệu phổ thông, một khối lê thường mọc trong khoảng vài giờ, tuỳ kích thước và loại đá. Đây là tốc độ rất nhanh so với phương pháp flux hay thuỷ nhiệt vốn tính bằng tuần hoặc tháng, và cũng là lý do đá Verneuil có giá thành thấp.
Soi kính lúp 10x có thấy vân cong không?
Đôi khi thấy, nhất là ở sapphire lam hoặc ruby màu nhạt. Nhưng nhiều viên cần kính hiển vi, ánh sáng tán xạ và ngâm trong chất lỏng mới hiện rõ. Không thấy vân cong dưới kính lúp chưa đủ để kết luận viên đá là tự nhiên.
Vì sao khối lê Verneuil hay bị tách đôi?
Khối đá nguội nhanh nên giữ ứng suất lớn bên trong. Người sản xuất thường tách khối theo chiều dọc để giải phóng ứng suất và tránh nứt khi mài. Nửa khối lê vì thế là hình ảnh quen thuộc trong bộ sưu tập mẫu học tập.
Đá Verneuil có phai màu hay kém bền hơn đá tự nhiên không?
Ruby và sapphire Verneuil có độ cứng và độ bền màu tương đương đá tự nhiên cùng loài. Điểm cần lưu ý là ứng suất bên trong có thể làm đá dễ nứt hơn khi bị sốc nhiệt mạnh, ví dụ khi thợ hàn sửa nhẫn không tháo đá ra.
Mua trang sức gắn đá Verneuil có sao không?
Không có gì sai nếu người bán ghi rõ đó là đá tổng hợp. Nhiều người chọn đá tổng hợp vì màu đẹp và bền. Điều cần tránh chỉ là mua đá tổng hợp với giá và lời giới thiệu của đá tự nhiên.
