Verneuil-Verfahren erklärt

Was jahrhundertlange die verschiedensten Alchimisten versucht haben, ist dem Franzosen Auguste Victor Louis Verneuil gelungen. Zugegeben, nicht ganz. So hat er es nicht geschafft Gold herzustellen, dafür aber Edelsteine. Synthetische Edelsteine um genau zu sein. Auf ihr geht auch das sogenante Verneuil-Verfahren zurück, das nachfolgend vorgestellt wird.

Geschichtliches zum Verneuil-Verfahren

Das Verneuil-Verfahren ist dem Franzosen Auguste Victor Louis Verneuil zu verdanken: Der promovierte Chemiker entwickelte die Herstellung synthetischer Edelsteine in der Zeit zwischen 1886 und 1892. Verneuil entschied sich allerdings, seine Forschungsergebnisse erst zehn Jahre später zu veröffentlichen. In der Zwischenzeit vertraute er der Pariser Akademie der Wissenschaften die versiegelten Unterlagen zur Aufbewahrung an.

Obgleich es bereits in den 1830er Jahren möglich war, künstlich Edelsteine herzustellen, galt das Verneuil-Verfahren als bedeutsamer Fortschritt. Denn bis zum Zeitpunkt von Verneuils Veröffentlichung konnten lediglich kleine Edelsteine für wissenschaftliche Zwecke hergestellt werden. Auguste Verneuil und seine Zeitgenossen bedienten sich des speziellen Schmelz-Tropf-Verfahrens, um Rubine synthetisch zu produzieren. Auch heute noch nutzen die Schmuckindustrie und die technische Industrie das Verneuil-Verfahrens. Sie stellen auf diese Weise vor allem Korund und Spinell her.

Voraussetzungen für das Verfahren und die Durchführung

Das Verneuil-Verfahren setzt insbesondere sauberes, gleichförmiges Aluminiumoxid (Al2O3) als Ausgangsmaterial voraus. Noch vor der eigentlichen Schmelze ist Chromdioxid beizufügen, um die gewünschte Farbe des Steins zu bewirken. Je dunkler der synthetische Edelstein sein soll, umso größer muss der Anteil des Chromdioxids an dem Gemisch sein. Die Schmelze des pulverförmigen Materials erfolgt mithilfe einer Knallgasflamme, die Temperaturen von bis zu 2.200 Grad Celsius erreicht. Ein Brenngas wie beispielsweise ein Sauerstoff-Wasserstoff-Gemisch muss während des Prozesses zugeführt werden. Eine hitzebeständige Stange fungiert als Kristallträger. Damit das Schmelz-Tropf-Verfahren ungestört ablaufen kann, befinden sich Brenner, Flamme und Kristallträger innerhalb eines Verbrennungsofens, der beste Wärmedämmung zusichert.

Vereinfachtes Prozess-Schema des Verneuil-Verfahrens, das Kristallwachstum findet an der rot gezeichneten "Zuchtbirne" statt / Urheber: Aram Dulyan

Das tiegellose Verfahren von Verneuil sieht vor, dass das Pulvergemisch kontinuierlich durch ein feines Sieb in die Flamme gerüttelt wird. Das nunmehr geschmolzene Material tropft anschließend auf den Kristallträger (seinerzeit war es ein Stäbchen aus Schamotte), der sich unmittelbar unter der Flamme befindet. Nach und nach kommt es auf diese Weise zur Bildung einer kleinen Zuchtbirne. Es ist erforderlich, den Träger mit dem beständig wachsenden Kristall fortwährend abzusenken. Denn der optimale Abstand zur Flamme muss gewahrt bleiben. Der Keimkristall bildet immer wieder eine Schmelzhaut, auf der die herabfallenden Tröpfchen kristallisieren können. Die Größe der mit dem Verneuil-Verfahren gewonnenen synthetischen Kristalle liegt heute zwischen 20 und 80 Millimeter. Bis der Kristall die gewünschte Größe erreicht hat, vergehen mehrere Stunden.

Echte und künstlich produzierte Edelsteine

Für Edelsteine gilt, was für Gold gilt: Schon vor langer Zeit und immer wieder haben Menschen versucht, künstliche Herstellungsverfahren zu entwickeln. Aber das Besondere an einem natürlichen Edelstein ist seine Seltenheit und Einzigartigkeit. Ein synthetischer Edelstein ist letztlich nur ein Produkt, dessen Aussehen und Beschaffenheit dem Original stark ähneln.

Edelsteine mit dem Verneuil-Verfahren oder einem anderen Verfahren künstlich herzustellen und mit diesen zu handeln, ist bei korrekter Kennzeichnung zulässig. Wer nicht gerade Juwelier oder Mineraloge ist, kann üblicherweise keinen echten Edelstein von einem synthetisch hergestellten unterscheiden. Gerade in der Kategorie bezahlbare Schmucksteine haben synthetische Produkte allemal ihre Daseinsberechtigung. Grundsätzlich empfiehlt es sich aber, Schmuck nur dort zu kaufen, wo Expertisen für echte Edelsteine erhältlich sind und künstlich hergestellte Steine als solche klar gekennzeichnet sind.

Alternative Praktiken der Fertigung von synthetischen Edelsteinen

Welche Verfahren für die Herstellung künstlicher Edelsteine sind außerdem bekannt? Abgesehen vom Verneuil-Verfahren gibt es ungefähr ein Dutzend weiterer Syntheseverfahren. Als bekannteste Arten sind das seit Mitte des 20. Jahrhunderts angewandte "High Pressure, High Temperature" (HPHT) das neuere "Chemical Vapor Deposition" (CVD) und das Czochralski-Verfahren zu nennen. Nicht zuletzt aufgrund der vergleichsweise niedrigen Kosten ist das HPHT-Verfahren nach wie vor recht verbreitet. Die Nachahmung der natürlichen Entstehung von Diamanten basiert auf einem Druck von 5 Gigapascal und 1.500 Grad Celsius. Das CVD-Verfahren setzt einen mit Methan und Wasserstoff gefüllten Vakuumraum voraus. Kohlenstoffatome können sich darin stark laden und ein allmähliches Wachsen eines Diamantsplitters bedingen. Nach etwa acht Wochen ist ein neuer Diamant herangewachsen. Das Czochralski-Verfahren ermöglicht die Produktion von Silizium-Einkristallen. Bei einer Temperatur von 1.412 Grad Celsius wird ein Impfkristall rotierend in eine Siliziumschmelze getaucht. Eine geringe Absenkung der Temperatur und das langsame Ziehen nach oben bewirken die Kristallisation zu zylindrischen Einkristallen.

Gerade in der Halbleiterindustrie sind möglichst fehler- und spannungsfreie Einkristalle gefragt. Die im Verneuil-Verfahren gewonnen Kristalle eignen sich aufgrund vorhandener Baufehler und Spannungen einerseits als Schmuck und andererseits als Hartmaterial: Synthetisch hergestellte Korunde, Spinelle, Wolframate und Titanate sind unter anderem als Schleifmaterialien, als Tonabnehmerkristalle und als Lagersteine in Uhrwerken zu verwenden.

Artikel wurde am 29.03.2020 veröffentlicht.