Phương pháp flux là cách làm đá tổng hợp bằng cách hoà tan nguyên liệu của viên đá vào một chất trợ chảy đang nóng chảy, rồi hạ nhiệt cực chậm trong nhiều tuần hoặc nhiều tháng để tinh thể tự mọc ra trong dung dịch, giống như đường kết tinh khi nước đường nguội dần. Đá flux có dáng tinh thể tự nhiên, ít ứng suất và mang những bao thể trông khá giống bao thể trong đá mỏ, nên là nhóm đá tổng hợp khó nhận biết hơn hẳn đá Verneuil.
Chất trợ chảy, tiếng Anh gọi là flux, là một hỗn hợp muối hoặc oxit có điểm nóng chảy thấp hơn nhiều so với viên đá cần mọc. Nó đóng vai dung môi: ở nhiệt độ cao, nó hoà tan oxit nhôm, oxit beryli hay các thành phần khác; khi nguội dần, dung dịch quá bão hoà và thành phần của viên đá kết tinh ra. Ruby, emerald, alexandrite, spinel đều đã được làm bằng con đường này.
Một mẻ flux diễn ra thế nào
Mỗi nhà sản xuất có công thức riêng và thường giữ kín, nhưng khung chung trong tài liệu đá quý học gồm các bước sau:
- Trộn nguyên liệu của viên đá, ví dụ oxit nhôm với một chút oxit crôm cho ruby, cùng chất trợ chảy trong một nồi bạch kim. Bạch kim được chọn vì chịu nhiệt và ít phản ứng với chất nóng chảy.
- Nung lò lên nhiệt độ đủ để chất trợ chảy hoá lỏng và hoà tan hết nguyên liệu, thường ở khoảng một nghìn đến một nghìn ba trăm độ C, thấp hơn nhiều so với điểm nóng chảy của chính viên đá.
- Giữ nhiệt một thời gian cho dung dịch đồng đều, có khi đặt sẵn mầm tinh thể hoặc tấm mầm để định hướng nơi đá mọc.
- Hạ nhiệt cực chậm, chỉ vài độ mỗi giờ hoặc chậm hơn, kéo dài nhiều tuần tới nhiều tháng. Đây là pha tinh thể mọc.
- Khi xong, rót bỏ phần chất trợ chảy còn lỏng hoặc hoà tan nó bằng hoá chất để lấy tinh thể ra. Việc này thuộc về nhà máy và phòng lab, dùng hoá chất nguy hiểm.
- Phân loại tinh thể, chọn phần sạch để mài. Tinh thể flux thường có mặt tinh thể đẹp như đá mỏ, đôi khi được bán nguyên dạng làm mẫu.
Thời gian dài và nồi bạch kim là lý do đá flux đắt hơn đá Verneuil nhiều lần về chi phí sản xuất, dù vẫn rẻ hơn đá tự nhiên cùng chất lượng.
Lịch sử ngắn: từ hạt ruby li ti đến emerald thương mại
Ý tưởng mọc đá trong dung dịch nóng chảy có từ thế kỷ 19. Theo các tài liệu lịch sử đá quý học, nhà hoá học Pháp Edmond Frémy và cộng sự đã thu được những tinh thể ruby rất nhỏ bằng con đường này vào cuối thập niên 1870. Các tinh thể ấy chỉ đủ để chứng minh rằng ruby có thể mọc trong phòng thí nghiệm, chưa đủ để làm trang sức.
Bước ngoặt thương mại đến với emerald. Beryl không nóng chảy gọn như corundum nên không làm được bằng Verneuil hay kéo tinh thể; người ta phải mọc nó trong dung dịch. Vào thập niên 1930, emerald tổng hợp bằng flux đã được làm ở cả châu Âu lẫn Mỹ, và từ giữa thế kỷ 20 xuất hiện trên thị trường với số lượng đáng kể. Về sau ruby flux, alexandrite flux, spinel flux tiếp nối.
Giữa hai mốc ấy là cả một quá trình dò dẫm công thức. Người làm phải chọn chất trợ chảy vừa hoà tan được nguyên liệu, vừa không ăn mòn nồi, vừa không để lại quá nhiều tạp chất trong tinh thể. Mỗi lựa chọn để lại dấu vết riêng trong đá, và về sau chính những dấu vết đó giúp phòng lab nhận ra không chỉ đá tổng hợp mà đôi khi cả nhóm nhà sản xuất.
Ngày nay flux là phương pháp của nhóm đá tổng hợp “cao cấp” vì cho tinh thể có hình dạng và bao thể gần với tự nhiên. Chính điểm này khiến người giám định đặc biệt chú ý: đá flux sinh ra để trông giống đá mỏ, nên phải được đọc rất kỹ.
Bao thể đặc trưng của đá flux
Vân tay flux. Chất trợ chảy bị nhốt lại trong khe nứt nhỏ khi tinh thể mọc, tạo thành những mảng như vân tay, như mạng lưới hoặc như tấm voan cuộn, đôi khi có màu trắng đục, vàng nhạt hoặc nâu. Nhìn thoáng qua, chúng giống vân tay khe nứt đã liền trong đá tự nhiên, nhưng dưới kính hiển vi thấy rõ chúng được lấp bằng chất rắn đục chứ không phải giọt chất lỏng có bọt khí.
Mảnh bạch kim. Những mảnh kim loại nhỏ hình tam giác, lục giác hoặc kim mảnh, ánh bạc dưới ánh sáng phản xạ, tách ra từ thành nồi. Thấy mảnh bạch kim là dấu hiệu rất mạnh của đá tổng hợp.
Mảnh chất trợ chảy lớn. Đôi khi một khối flux còn nguyên bị bao bên trong, trông như giọt đục, có thể nứt hoặc có bọt co ngót.
Mầm tinh thể. Nếu nhà sản xuất dùng mầm, có thể thấy ranh giới giữa mầm và phần mọc thêm, hoặc chính mầm là một mảnh đá khác.
Dải sinh trưởng thẳng và góc cạnh. Khác với vân cong của Verneuil, đá flux mọc theo mặt tinh thể nên dải màu thẳng, gặp nhau thành góc, giống đá tự nhiên. Đây là lý do không thể chỉ dựa vào “không có vân cong” để kết luận.
Đá flux, đá Verneuil và đá tự nhiên đặt cạnh nhau
Bảng so sánh dưới giúp bạn hình dung vì sao đá flux khó hơn. Các mô tả là xu hướng thường gặp, không phải quy tắc tuyệt đối.
| Đặc điểm | Đá Verneuil | Đá flux | Đá tự nhiên |
|---|---|---|---|
| Dải sinh trưởng | Cong | Thẳng, góc cạnh | Thẳng, góc cạnh |
| Bọt khí | Thường có, tròn | Hiếm | Hầu như không có dạng bọt tròn lẻ |
| Vân tay | Hầu như không có | Có, lấp chất trợ chảy rắn | Có, chứa chất lỏng và khí |
| Mảnh kim loại | Không | Có thể có mảnh bạch kim | Không |
| Tinh thể khoáng vật lạ | Không | Hiếm | Thường có, như rutile, canxit, mica |
| Huỳnh quang dưới UV (ruby) | Rất mạnh | Thường mạnh | Thay đổi theo vùng mỏ, có thể yếu nếu nhiều sắt |
Nhìn bảng sẽ thấy hàng “vân tay” là chỗ dễ nhầm nhất. Người giám định không dừng ở việc thấy vân tay, mà soi tới từng ống nhỏ trong đó để xem bên trong là chất lỏng có bọt khí hay khối rắn đục. Phép soi này cần kính hiển vi và kinh nghiệm, không làm được bằng kính lúp tay một cách chắc chắn.
Vì sao phòng lab vẫn cần đo hoá học với đá flux
Với đá flux tốt, bao thể có thể ít và mơ hồ. Khi đó phòng lab chuyển sang phân tích nguyên tố vết. Chất trợ chảy thường chứa những nguyên tố như chì, bo, molypden, lithi hay vonfram tuỳ công thức. Một lượng rất nhỏ các nguyên tố này lọt vào tinh thể và trở thành dấu vân tay hoá học. Ngược lại, đá tự nhiên mang theo những nguyên tố của môi trường địa chất mà dung dịch nhân tạo không có.
Phổ hồng ngoại cũng giúp, nhất là với emerald. Emerald tự nhiên và emerald thuỷ nhiệt chứa nước trong cấu trúc, còn emerald flux gần như khô. Sự vắng mặt của các vạch nước đặc trưng trong phổ là một manh mối quan trọng.
Những phép đo này đều là việc của phòng lab có thiết bị. Điều người mua nên biết là: với emerald, ruby hay alexandrite có giá trị, một phiếu giám định đáng tin phải dựa trên các phép đo như vậy chứ không chỉ dựa vào chiết suất và tỉ trọng, vì hai chỉ số này của đá flux nằm sát hoặc trùng với đá tự nhiên.
Chữ “flux” còn xuất hiện ở ruby tự nhiên đã nung
Một nguồn nhầm lẫn thường gặp: chữ flux không chỉ gắn với đá tổng hợp. Khi nung ruby tự nhiên để cải thiện màu và độ trong, người ta có thể phủ chất trợ chảy như borax lên đá. Ở nhiệt độ cao, chất này chảy vào các khe nứt mở ra bề mặt, hoà tan một phần thành khe và đông lại thành một lớp thuỷ tinh mỏng, làm khe nứt “liền” lại. Kết quả là một viên ruby tự nhiên mang những vân tay có chất rắn dạng thuỷ tinh bên trong.
Dưới kính hiển vi, những vân tay này có thể trông khá giống vân tay flux trong ruby tổng hợp. Người giám định phân biệt bằng bối cảnh: viên ruby nung vẫn có bao thể tự nhiên khác như kim rutile bị nung tan một phần, tinh thể khoáng vật có quầng nứt quanh, dải màu thẳng; còn ruby flux tổng hợp thường có mảnh bạch kim, không có khoáng vật lạ và có thành phần nguyên tố vết khác.
Trên phiếu giám định, hai trường hợp được ghi rất khác nhau. Một bên là đá tổng hợp. Một bên là đá tự nhiên đã nung, có thể kèm ghi chú về lượng chất rắn còn lại trong khe. Danh mục dấu hiệu xử lý của trang có bài riêng về dấu nung; ở đây chỉ nhắc để bạn không coi mọi chữ “flux” trên phiếu là đồng nghĩa với tổng hợp.
Người mua và người sưu tầm nên nhìn đá flux thế nào
Đá flux không phải là đá kém. Nhiều viên có màu rất đẹp, độ bền ngang đá tự nhiên, và được bán trung thực dưới tên đá tổng hợp hoặc đá tạo trong phòng thí nghiệm. Với người muốn một viên emerald màu đẹp mà không đòi hỏi nguồn gốc mỏ, đó là lựa chọn hợp lý, miễn là giấy tờ ghi rõ.
Rủi ro nằm ở chỗ đá flux bị đưa vào lô đá thô hoặc lô đá mài tự nhiên. Ví dụ giả định: một túi “emerald thô” mua ở chợ đá có vài tinh thể lục giác đẹp bất thường, cạnh sắc, mặt bóng, màu đều. Đó có thể là tinh thể flux được làm xước nhẹ cho giống đá mỏ. Đá thô cũng cần giám định như đá mài, nhất là khi trông quá đẹp.
Với người sưu tầm, một tinh thể flux nguyên dạng là mẫu học rất đáng giữ, đặt cạnh tinh thể tự nhiên cùng loài để so mặt tinh thể, độ bóng, cách bao thể phân bố. Khi ghi nhãn mẫu, hãy viết rõ “tổng hợp, phương pháp flux” để người sau không nhầm.
Câu hỏi thường gặp
Chất trợ chảy là gì?
Là hỗn hợp muối hoặc oxit có điểm nóng chảy tương đối thấp, dùng làm dung môi để hoà tan nguyên liệu của viên đá ở nhiệt độ cao. Khi nguội chậm, thành phần viên đá kết tinh ra khỏi dung dịch. Công thức cụ thể thay đổi theo nhà sản xuất và theo loại đá.
Vì sao emerald tổng hợp thường làm bằng flux hoặc thuỷ nhiệt?
Beryl, khoáng vật của emerald, không nóng chảy gọn để kết tinh lại từ chính chất lỏng của nó như corundum. Vì vậy các phương pháp nung chảy như Verneuil hay kéo tinh thể không dùng được, và emerald phải mọc trong dung dịch, hoặc dung dịch nóng chảy, hoặc dung dịch nước ở áp suất cao.
Mảnh bạch kim trong đá trông như thế nào?
Thường là những mảnh rất mỏng, hình tam giác, lục giác hoặc que, có ánh kim màu bạc khi chiếu sáng từ trên xuống. Chúng nhỏ, cần kính hiển vi hoặc kính lúp tốt mới thấy, và là một trong những dấu hiệu chắc chắn nhất của đá tổng hợp mọc trong nồi kim loại.
Đá flux có phát huỳnh quang không?
Ruby flux thường phát huỳnh quang đỏ mạnh dưới đèn UV vì ít sắt. Tuy nhiên ruby tự nhiên ở một số vùng mỏ cũng phát huỳnh quang mạnh, nên huỳnh quang chỉ là thông tin phụ, không đủ để kết luận nguồn gốc.
Mất bao lâu để mọc một mẻ đá flux?
Theo tài liệu phổ thông, một mẻ thường kéo dài nhiều tuần tới vài tháng, tuỳ loại đá và kích thước tinh thể mong muốn. Thời gian dài là một phần lý do khiến đá flux có chi phí sản xuất cao hơn đá Verneuil.
Đá flux có được ghi rõ phương pháp trên phiếu giám định không?
Tuỳ phòng lab và tuỳ mức chắc chắn. Nhiều phiếu chỉ ghi tổng hợp; một số ghi thêm phương pháp khi có đủ bằng chứng. Với người mua, chữ tổng hợp hay tự nhiên là thông tin quan trọng nhất.
