HISTORY The various historical aspects of quartz crystals are here stated,, the synthesis and the experiments conducted by Prof. GIORGIO SPEZIA in 1905. Considerable historical and archaeological interest is attached to the minerals of the quartz family, particularly to hyaline colorless rock crystal and colored varieties: smoky, amethyst rose, blue, citrine, ametryne.
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INDICE Pag. 3 -- STORIA

Quarzo è nome specifico del minerale ed ha origini antiche. Sembra derivi dalla corruzione di "querklufterz, querertz poi quartz", nome che i minatori medioevali centro-europei davano alla ganga dei filoni metalliferi in cui facilmente si trovavano cristalli di quarzo.
Cristallo di rocca è denominazione antichissima e risalente agli antichi Greci.

Le due denominazioni sono state usate per definire sostanze ritenute a lungo diverse in funzione della trasparenza e opacità; solo in tempi relativamente moderni ne è stata riconosciuta la loro identità. Tali nomi si sono conservati fino ai nostri giorni , ma molte altre denominazioni di uso scientifico e popolare sono state usate nei tempi passati e poi abbandonate. Si trovano espressioni come: hyalus rhomboedrus , cristallus montanus, aconteca, bergcrystal, crystallus madagascum e molti altri ancora.

In Oriente e in Occidente si sono ricavate dai cristalli più grandi e limpidi gemme , manufatti preziosi ed oggetti di culto. In epoca romana il quarzo era utilizzato per la lavorazione di vasi, boccali, spesso arricchiti con fregi in oro. In Europa il culmine di massimo splendore nella lavorazione di cristalli, probabilmente anche di provenienza alpina, va dal Rinascimento alla fine del 1700.

In conseguenza delle alterne vicende storiche, variò anche la fama dei centri di lavorazione: Firenze, Milano, Torino, Praga, Vienna si contesero nel tempo il primato della lavorazione del quarzo, ma lasciarono opere che oggi arricchiscono i musei di tutto il mondo.

 

 Teiera ornamentale con coperchio .
Arte Cinese . mm.88 (Coll. C. Acquati )

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quartz  work pig of art  of China

 Maialino di buon augurio per "l'anno del maiale". Arte cinese in quarzo, mm 45.

 
quartz very finest work of Chinese art

 Statuetta di fattura orientale realizzata in quarzo ialino .
Arte Cinese?. mm 180.
(coll. C. Acquati )

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Il quarzo però non venne utilizzato solo per opere d'arte, ma anche per un artigianato minore ed in questo fu sostituito ampiamente dal vetro al piombo, chiamato per questo "cristallo", anche se di cristallino non ha nulla. In epoca recente è stato impiegato per usi tecnici in radiofonia e durante l'ultimo conflitto mondiale ('39-'45) è diventato anche materiale strategico; infatti sono le peculiari proprietà fisiche legate al suo stato cristallino che lo rendono prezioso in campo tecnico .

Per la sua trasparenza ai raggi ultravioletti è utilizzato in apparecchiature scientifiche; inoltre sono le caratteristiche elettriche, magnetiche ed elastiche che lo rendono indispensabile per la realizzazione di apparecchiature ed oggetti di grande diffusione come : generatori di onde ultrasonore, orologi, accendini, filtri radiofonici ecc.

quartz piezoelectric cutting

Schema di taglio di una lamina . A sinistra taglio BT , a destra taglio AT . Esistono parecchi tipi di taglio,orientati in modo diverso rispetto agli assi cristallografici e di diverso spessore al fine di ottenere una frequenza di vibrazione specifica necessaria per un determinato utilizzo.

La lamina utilizzata viene ridotta alle dimensioni alla forma
ed allo spessore richiesto, e sulle superfici parallele è deposto un film d'oro metallico per evaporazione al fine di renderla conduttrice, poi è collegata elettricamente nel circuito oscillante che ne è stabilizzato.
Bisogna ancora ricordare che i gloriosi giradischi degli anni '50 e '60 migliorarono la qualità del suono per merito delle caratteristiche del quarzo, infatti la testina di lettura trasformava la pressione della puntina in impulso elettrico attraverso una lamina piezoelettrica che dopo elaborazione veniva inviato agli altoparlanti.

Per queste ampie applicazioni si rese necessario sganciarsi dalle risorse naturali , spingendo gli scienziati alla ricerca del modo per ottenere quarzo sintetico.

quartz piezoelectric cutting

Lamine piezoelettriche viste al polarizzatore.Al variare dello spessore e dell'angolo dei filtri ,cambiano colore.

 

 

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 quartz piezoelectric lamina

 Montaggio di una lamina in uno stabilizzatore di frequenza.

 

quartz, synthetic crystals , quartz piezoelectric grade

 Lamine di diverso diametro (ne esistono anche di quadrate, le due al centro sono a profilo lenticolare ) e di differente spessore atte ad ottenere diversi cicli di oscillazione. La prima a sinistra è frutto di un taglio 3 AT, ha un diametro di 23 mm, uno spessore di 1,4 mm e vibra a 1340 KHz. L'ultima a destra è un taglio AT non specificato, un diametro di 8 mm ed uno spessore di 0,13 mm vibra a 20.945 Hz.


Si è giunti così ai giorni nostri con la fabbricazione su grande scala di perfetti cristalli artificiali, necessari a soddisfare l'enorme richiesta dovuta allo sviluppo tecnologico moderno. Lo scopritore del metodo fu lo studioso torinese Giorgio Spezia, che agli inizi del secolo scorso, affrontò il problema per risolvere gli interrogativi legati alla cristallogenesi del quarzo, giungendo a risultati molto interessanti .

Egli utilizzò per i suoi esperimenti una apparecchiatura di suo progetto, atta ad ottenere sotto pressione le alte temperature necessarie per solubilizzare in acqua il quarzo come polisilicato di sodio e farlo cristallizzare per raffreddamento su "semi"costituiti da sezioni di cristallo naturale, orientate opportunamente. Trovò così che il quarzo, in quelle condizioni, si scioglie a 330° C e si rideposita a 180° C.

Nelle sintesi odierne il sistema Spezia è stato modificato per accelerare la crescita cristallina. Per evitare geminazioni si introducono sezioni monocristalline rigorosamente controllate anche di notevoli dimensioni, con superfici fino a 150 centimetri quadri, da cui si ottengono cristalli fino a 2 chilogrammi di peso. Per un approfondimento andare a: La silice / La sintesi.

 
 
 first synthethic growth of Spezia

Brillante risultato ottenuto dallo Spezia con il suo metodo.Si può notare il geminato del Giappone ricostruito , le cui punte sintetiche sono limpidissime.

 Oggi molti gioielli di basso prezzo utilizzano quarzo sintetico colorato di fabbricazione russa. Si opera a 1500 atmosfere (1470 bar) con differenza di temperatura interna all'autoclave di circa 50° C e mantenendo la temperatura di lavoro intorno ai 400-500° C .

Per ottenere la migliore qualità si limita la crescita a circa 1 mm .al giorno, ma si potrebbe arrivare a velocità di deposizione di circa 1 cm. al giorno lungo l'asse di maggior crescita (asse ottico)
Superfluo ricordare che per tempi lunghissimi si è utilizzato anche il prodotto del disfacimento dei cristalli di quarzo sotto forma di sabbia come abrasivo e per la fabbricazione del vetro ( silicato ).

Negli ultimi decenni si è riusciti ad ottenere anche il vetro di quarzo, usato per apparecchiature scientifiche e nell'industria per l'eccezionale resistenza agli sbalzi di temperatura ed al calore, si usa nelle resistenze elettriche, lampadine, apparecchi di distillazione per l'acqua ad uso farmaceutico, ecc..

quartz glasses fibres

 Fibre ottiche ,campione del 1975 . Cavo centrale portante in acciaio ramato ,con 8 guaine plastiche contenenti la sottile monofibra di vetro di quarzo.

Per ultimo, ma non meno importante, bisogna ricordare l'utilizzo del vetro di quarzo per la fabbricazione dei conduttori per la tecnologia delle fibre ottiche, infatti i primi esperimenti e le prime applicazioni furono realizzate sfruttando le caratteristiche del vetro di quarzo anidro trasparentissimo (fuso sotto alto vuoto).

 

syntetic quartz crystals

 Cristalli sintetici di forma rettangolare ,colorati per incorporazione di atomi spuri nel reticolo. Russia mm 55.

 
 
syntetic quartz crystals

 Cristallo sintetico ottenuto con una lamina seme di forma esagonale .
Visto in pianta lungo l'asse "C"mostra molto bene la simmetria trigonale con diverso sviluppo dei romboedri ,è simile ai naturali.
Russia. diam. mm 38.

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