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サファイアは貴重な宝石で、コランダムという鉱物の変種であり、鉄、チタン、コバルト、鉛、クロム、バナジウム、マグネシウム、ホウ素、ケイ素などの微量の元素を含む酸化アルミニウム（α-Al2O3 ）から構成されています。サファイアという名前は、ラテン語のsapphirusに由来し、さらにギリシャ語のsappheiros （ σάπφειρος 、セム語起源）に由来し、ラピスラズリを指していました。[ 2 ]典型的な青色以外の色のサファイアは「ファンシーサファイア」と呼ばれ、黄色、紫色、オレンジ色、緑色などがあります。「パーティサファイア」は2色以上の色を示します。赤いコランダムの石も存在しますが、サファイアではなくルビーと呼ばれます。 [ 3 ]ピンク色のコランダムは、産地によってルビーまたはサファイアに分類されることがあります。一般的に、天然のサファイアはカットされ、宝石に研磨されてジュエリーとして身に着けられます。また、工業用または装飾用として、大きな結晶の塊で研究所で合成されることもあります。ルビー、ジルコン、黒雲母、白雲母、方解石、ドラバイト、石英と共生します。[ 4 ]
サファイアはモース硬度9という驚異的な硬度を持ち、ダイヤモンド（10）とモアッサナイト（9.5）に次いで3番目に硬い鉱物です。装飾以外の用途としては、赤外線光学部品、高耐久性窓、腕時計の風防やムーブメントベアリング、そして集積回路やGaNベースの青色LEDなどの特殊用途固体電子機器の絶縁基板として使用される極薄電子ウェハーなどがあります。
サファイアは、コランダムの2つの宝石変種のうちの1つで、もう1つはルビー（赤みを帯びたコランダムと定義される）です。サファイアの色としては青色が最もよく知られていますが、灰色や黒色など他の色も存在し、無色のものもあります。ピンクがかったオレンジ色のサファイアはパパラチアと呼ばれます。
オーストラリア、アフガニスタン、カンボジア、カメルーン、中国（山東省）、コロンビア、エチオピア、インド（ジャンムー・カシミール州）、ケニア、ラオス、マダガスカル、マラウイ、モザンビーク、ミャンマー（ビルマ）、ナイジェリア、ルワンダ、スリランカ、タンザニア、タイ、アメリカ合衆国（モンタナ州）、ベトナムには、重要なサファイア鉱床が存在する。[ 5 ]： 431-707サファイアとルビーはしばしば同じ地理的環境で発見されるが、一般的に地質学的形成は異なる。例えば、ミャンマーのモゴク石造地帯ではルビーとサファイアの両方が発見されるが、ルビーは大理石中に形成されるのに対し、サファイアは花崗岩質ペグマタイトまたはコランダム閃長岩中に形成される。[ 5 ]： 403-429
どのサファイア鉱山も品質にばらつきがあり、産地が品質を保証するものではありません。サファイアに関しては、ジャンムー・カシミールが最も高いプレミアム価格を得ていますが、ビルマ、スリランカ、マダガスカルも高品質の宝石を大量に産出しています。[ 3 ]
天然サファイアの価格は、色、透明度、サイズ、カット、および全体的な品質によって異なります。完全に未処理のサファイアは、処理済みのサファイアよりもはるかに価値があります。地理的な起源も価格に大きな影響を与えます。1カラット以上のほとんどの宝石については、 GIA、Lotus Gemology、SSEFなどの信頼できる研究所による独立したレポートが、購入前に購入者によって要求されることがよくあります。[ 6 ]
青色以外の色のサファイアは「ファンシー」サファイアと呼ばれます。「パーティサファイア」は、異なる色（色相）のゾーン分けがあるものの、異なる濃淡ではないマルチカラーの石に使用されます。[ 7 ]
ファンシーサファイアは、黄色、オレンジ色、緑色、茶色、紫色、すみれ色、その他ほぼすべての色で見られます。[ 8 ]
宝石の色は、色相、彩度、明度で表現できます。色相は一般的に宝石の「色」として理解されています。彩度は色相の鮮やかさや明るさを指し、明度は色相の明暗を表します。[ 5 ]： 333-401
ブルーサファイアは、その原色（青）と二次色の組み合わせ、色調（濃淡）、彩度（鮮やかさ）など、さまざまなレベルで存在します。
ブルーサファイアは、その青色の純度に基づいて評価されます。紫と緑は、ブルーサファイアによく見られる二次的な色合いです。[ 5 ]： 333-401最も高値で取引されるのは、純粋な青色で彩度が鮮やかな宝石です。彩度が低い、あるいは色が濃すぎたり薄すぎたりする宝石は、価値が低くなります。ただし、色の好みは個人の嗜好です。[ 5 ]： 333-401
ワシントンD.C.にある国立自然史博物館に所蔵されている423カラット（84.6グラム）のローガンサファイアは、現存するファセットカットされた宝石質のブルーサファイアの中で最大級のもののひとつである。
パーティカラーサファイア（またはバイカラーサファイア）とは、1つの石の中に2つ以上の色を示す石のことです。[ 8 ]パーティカラーサファイアやバイカラーサファイアの魅力は、通常、色の分布や位置、色の彩度、色のコントラストに基づいて判断されます。[ 9 ]オーストラリアはパーティカラーサファイアの最大の産地ですが、主流のジュエリーにはあまり使われておらず、比較的知られていません。[ 9 ]
ピンクサファイアは淡いピンクから濃いピンクまで様々な色合いがあり、クロムの含有量が増えるにつれて色が濃くなります。ピンク色が濃いほど、金銭的価値が高くなります。米国では、ルビーと呼ばれるためには最低限の色の飽和度を満たす必要があり、そうでなければピンクサファイアと呼ばれます。[ 10 ]
パパラチアサファイアは繊細なサファイアで、淡色から中色のピンクオレンジからオレンジピンク色のコランダムです。元々はスリランカで発見されましたが、[ 11 ]ベトナムや東アフリカの一部でも産出されています。パパラチアサファイアは希少で、中でも人工的な処理が全く施されていない完全に天然のものは最も希少です。[ 12 ]
その名前はサンスクリット語のパドマ・ランガ（文字通り「蓮の色」 ）に由来し、蓮の花（ Nelumbo nucifera ）に似た色である。[ 13 ]
ファンシーサファイア（青色以外のサファイア）の中で、天然のパパラチアサファイアが最も高値で取引されています。2001年以降、ベリリウムの人工的な格子拡散により、この色のサファイアが市場に多く出回るようになりました。[ 14 ]
スターサファイアは、アステリズムと呼ばれる星のような現象を示すサファイアの一種です。赤い石は「スタールビー」として知られています。スターサファイアには、結晶構造に沿って交差する針状のインクルージョンが含まれており、単一の光源で上から見ると、6本の光線を持つ「星」型のパターンが現れます。インクルージョンは、主に二酸化チタンで構成される鉱物であるルチルであることが多いです。[ 15 ]これらの石はカボションカットされ、通常は星の中心がドームの上部近くに位置します。まれに12本の光線を持つ星が見つかることがありますが、これは通常、同じ石の中に2種類の異なるインクルージョンが存在するためです。例えば、細い針状のルチルと小さな板状のヘマタイトの組み合わせなどです。前者は白っぽい星を、後者は金色の星を生み出します。結晶化の過程で、2種類のインクルージョンは結晶内で異なる方向に優先的に配向し、その結果、互いに重なり合って12本の光線を持つ2つの星が形成されます。[ 16 ]双晶形成の結果として、変形した星や12本の光線を持つ星が形成されることもあります。カボションのガードル面が結晶のc軸に垂直ではなく平行に配向している場合、インクルージョンは猫の目のような効果を生み出すこともあります。猫の目のような効果を得るには、分離したインクルージョンの面が非常に均一で密に詰まっている必要があります。ドームがこれら2つの方向の中間の方向に配向している場合、ドームの最高点からずれた位置に、中心から外れた星が見えるようになります。[ 5 ]： 101
3536カラットの「ピュアランドの星」は、記録されている中で最大の紫色のスターサファイアで、2025年にサファイア採掘で知られるスリランカのラトナプラ近郊で発見されました。 [ 17 ] 1404.49カラットの「アダムの星」は、同じくラトナプラ産で、知られている中で最大の青色のスターサファイアです。[ 18 ]「クイーンズランドの黒い星」は733カラットです。[ 19 ]スリランカで採掘され、563.4カラットの「インドの星」は現在、ニューヨーク市のアメリカ自然史博物館に展示されています。スリランカで採掘され、ワシントンDCの国立自然史博物館にある182カラットの「ボンベイの星」も、大きな青色のスターサファイアの例です。スターサファイアの価値は、石の重量だけでなく、地色、スターの見え方、そしてスターの強さにも左右されます。石の色は、スターの見え方よりも価値に大きな影響を与えます。透明度の高い石ほど色が優れている傾向があるため、最も高価なスターサファイアは、鮮やかな色を持つ半透明の「ガラス質」の石です。[ 5 ]： 348-350
2021年7月28日、スリランカのラトナプラで、世界最大のスターサファイアのクラスター（重量510kg ）が発掘された。このスターサファイアのクラスターは「セレンディピティ・サファイア」と名付けられた。[ 20 ] [ 21 ]
カラーチェンジサファイアと呼ばれる希少な天然サファイアは、光の当たり方によって色が変わります。カラーチェンジサファイアは、屋外の光では青色、屋内の白熱灯の下では紫色、昼光の下では緑色から灰緑色、白熱灯の下ではピンク色から赤紫色に変化します。カラーチェンジサファイアは、マダガスカル、ミャンマー、スリランカ、タンザニアなど、さまざまな地域で産出されます。2種類存在します。1つ目は、ルビーの赤色を生み出すクロム発色団と、サファイアの青色を生み出す鉄＋チタン発色団が組み合わさったものです。ミャンマーのモゴック地域で産出される希少なタイプは、ヴェルヌイユ合成カラーチェンジサファイアと同じバナジウム発色団を持っています。
「アレキサンドライト効果」（色の変化または「メタメリズム」）を示すほぼすべての宝石は、可視スペクトルで同様の吸収/透過特性を示します。これは、黄色（約590 nm）の吸収帯と、青緑色と赤色の透過の谷です。したがって、見える色は光源のスペクトル構成に依存します。昼光はスペクトルパワー分布（SPD）が比較的バランスが取れており、人間の目は緑色の光に最も敏感であるため、バランスは緑色側に傾いています。しかし、白熱灯（ろうそくの光を含む）はスペクトルの赤色側に大きく傾いているため、バランスは赤色側に傾いています。[ 22 ]
Cr + Fe/Ti発色団によって発色するカラーチェンジサファイアは、一般的に青色または紫青色から紫色または紫色に変化します。V発色団によって発色するものは、より顕著な変化を示し、青緑色から紫色へと変化します。
合成カラーチェンジサファイアの中には、天然宝石アレキサンドライトと同様の色変化を示すものがあり、「アレキサンドリウム」または「合成アレキサンドライト」として販売されることがあります。しかし、後者の用語は誤称です。合成カラーチェンジサファイアは、厳密には合成アレキサンドライトではなく、アレキサンドライト類似物です。これは、本物のアレキサンドライトはクリソベリルの一種であり、サファイアではなく、コランダムとは全く異なる鉱物だからです。[ 23 ]
透明度の低い大きなルビーやサファイアは、その価値を大幅に過大評価した疑わしい鑑定書とよく一緒に使われる。これは「ライフ・アンド・プライド・オブ・アメリカ・スターサファイア」の場合もそうだった。1985年頃、ロイ・ウェトスタインはツーソン宝石ショーで1905カラットの石を10ドルで買ったと主張したが、記者が、カリフォルニア州フォールブルックのLAワードが1カラットあたり1200ドルで鑑定した石が、ウェトスタインが発見したと主張する数年前に全く同じ重さの別の石を鑑定していたことを発見した。[ 24 ]
バンコクを拠点とするLotus Gemologyは、ルビー、サファイア、スピネルの世界オークション記録の最新リストを維持している。2019年11月現在、サファイアがオークションで17,295,796ドルを超えて落札されたことはない。[ 25 ]
ルビーは、主に赤色の地色を持つコランダムです。これは一般的に、コランダム構造中の（Al 3+ ）イオンが微量のクロム（Cr 3+ ）に置換されることによって生じます。色は、鉄とトラップされたホールカラーセンターの両方によって変化する可能性があります。[ 26 ]
クロムやバナジウムの不純物による発色の原因となる局所的な（「原子内」）光吸収とは異なり、サファイアの青色は価電子帯または伝導帯を介してある遷移金属イオンから別の遷移金属イオンへ電子が移動する価間電荷移動によって生じます。鉄は Fe 2+または Fe 3+の形をとり、チタンは一般的に Ti 4+の形をとります。Al 3+の代わりに Fe 2+および Ti 4+イオンが置換されると、局所的な電荷不均衡領域が生成されます。Fe 2+および Ti 4+からの電子移動は、両方の価数状態の変化を引き起こす可能性があります。価数の変化により、電子のエネルギーに特定の変化が生じ、電磁エネルギーが吸収されます。吸収されたエネルギーの波長は黄色光に対応します。この光を入射白色光から差し引くと、補色である青色が得られます。原子間隔が異なる方向で異なる場合、結果として青緑色の二色性が生じることがあります。
紫色のサファイアには微量のクロムと鉄、そしてチタンが含まれており、さまざまな色合いがあります。発色団が極めて少ないコランダムはほぼ無色です。完全に無色のコランダムは一般的に自然界には存在しません。微量の鉄が存在すると、非常に淡い黄色から緑色が見られることがあります。しかし、チタンと鉄の両方の不純物が一緒に存在し、正しい価数状態にある場合、結果として青色になります。[ 27 ]
価間電荷移動は、不純物の含有量が少ない場合でも強い発色を生み出すプロセスである。コランダムでは、深紅色のルビー色を呈するには少なくとも1％のクロムが必要であるが、サファイアブルーはチタンと鉄がわずか0.01％存在するだけで現れる。
自然界では珍しい無色のサファイアは、かつては宝飾品のダイヤモンドの代用品として使われており、現在ではアクセントストーンとして使われている。[ 8 ]
コランダムの色の原因に関する最も包括的な記述は、『ルビーとサファイア：宝石学者の手引き』 第4章（ジョン・エメット、エミリー・デュビンスキー、リチャード・ヒューズ共著）に掲載されている。[ 5 ]： 107-164
サファイアは沖積鉱床または一次地下坑道から採掘されます。サファイアとルビーの商業採掘地には、アフガニスタン、オーストラリア、ミャンマー/ビルマ、カンボジア、中国、コロンビア、インド、ケニア、ラオス、マダガスカル、マラウイ、ネパール、ナイジェリア、パキスタン、スリランカ、タジキスタン、タンザニア、タイ、アメリカ合衆国、ベトナムなどの国々が含まれます（ただし、これらに限定されません）。異なる地理的場所のサファイアは、外観や化学的不純物濃度が異なり、異なる種類の微細な内包物を含む傾向があります。このため、サファイアは、古典的な変成岩、非古典的な変成岩またはマグマ岩、古典的なマグマ岩の3つの大まかなカテゴリーに分類できます。[ 28 ]
特定の産地や特定の種類のサファイアは、他のものよりも商業的に魅力的である可能性がある[ 29 ]。特に、加熱処理を受けていないカシミール、ビルマ、またはスリランカの古典的な変成サファイア[ 30 ] [ 31 ] 。
ローガンサファイア、スターオブインディア、スターオブアダム、スターオブボンベイはスリランカの鉱山産です。マダガスカルはサファイア生産で世界をリードしており（2007年現在）、特にイラカカの町とその周辺の鉱床が有名です。[ 32 ]イラカカ鉱山が開設される前は、オーストラリアがサファイアの最大の生産国でした（1987年など）。[ 33 ] 1991年、マダガスカル南部のアンドラノンダンボで新たなサファイアの鉱床が発見されました。1993年に採掘が開始されましたが、岩盤からサファイアを回収するのが困難だったため、わずか数年後に事実上放棄されました。[ 34 ]
北米では、サファイアは主にモンタナ州の鉱床から採掘されてきました。モンタナ州ヘレナ近郊のミズーリ川沿いの相、モンタナ州ディアロッジ近郊のドライコットンウッドクリーク、モンタナ州フィリップスバーグ近郊のロッククリークなどです。モンタナ州ルイスタウンの西にあるヨーゴガルチでは、美しい青色のヨーゴサファイアが見つかっています。[ 35 ]また、ノースカロライナ州フランクリン周辺でも、宝石級のサファイアやルビーがいくつか見つかっています。[ 36 ]
カシミールのサファイア鉱床は宝石業界ではよく知られているが、その生産のピークは19世紀末から20世紀初頭にかけての比較的短い期間に集中していた。[ 5 ]： 463-482これらの鉱床は、インドのジャンムー・カシミール州のジャンムー地方のパダー渓谷に位置している。 [ 37 ]鮮やかな青色に、神秘的でどこか眠気を誘うような独特の色合いが加わり、宝石愛好家の中には「ブルーベルベット」と表現する人もいます。カシミール産であることはサファイアの価値に大きく貢献し、カシミール産のコランダムのほとんどは、その特徴的な絹のような外観と卓越した色合いで容易に識別できます。[ 38 ] [ 37 ]独特の青色は、どんな光の下でも光沢を放ち、比較すると紫色や灰色に見えることもあるカシミール産以外のサファイアとは異なります。[ 39 ]サザビーズは、世界中でカシミール産サファイアの記録的な販売を監督する最前線に立ってきました。2014年10月、サザビーズ香港は、カシミール産サファイアの1カラットあたりの価格記録を連続して達成しました。最初は12.00カラットのカルティエのサファイアリングが1カラットあたり193,975米ドルで、次に17.16カラットのサファイアが236,404米ドルで落札され、2015年6月には1カラット当たりのオークション記録が240,205米ドルに更新されました。[ 40 ]現在、オークションにおけるサファイアの1カラット当たりの世界記録は、2015年10月に1カラット当たり約242,000米ドル（購入者手数料を含めて総額52,280,000香港ドル、つまり674万米ドル以上）で落札されたカシミール産のサファイアの指輪です。[ 40 ]
サファイアは、透明度と色を向上させるためにいくつかの方法で処理することができます。[ 5 ]： 197-247天然サファイアの外観を改善または向上させるために加熱することは一般的な方法です。これは、サファイアを炉で800～1,800 ℃（1,470～3,270 °F）の温度で数時間、あるいは数週間加熱することによって行われます。さまざまな雰囲気が使用される場合があります。加熱すると、石の色は青くなりますが、ルチル内包物（シルク）の一部が失われます。高温（1,400 ℃以上）を使用すると、析出したルチルシルクが溶解し、拡大すると透明になります。ルチルからのチタンが固溶体に入り、鉄とともに青色を作り出します。[ 41 ]天然石の内包物は、宝石商のルーペで簡単に見ることができます。サファイアやその他の宝石が加熱処理された証拠は、少なくともローマ時代にまで遡ります。[ 42 ]加熱処理されていない天然石はやや希少で、多くの場合、「加熱処理の痕跡がない」ことを証明する独立した宝石学研究所の証明書が添えられて販売されます。
ヨーゴサファイアは、コーンフラワーブルーの色が地中から出ている状態でも魅力的であるため、加熱処理は必要ありません。一般的に内包物がなく、均一な透明度が高いです。[ 43 ]インタージェム・リミテッドが1980年代に世界で唯一の未処理サファイアとしてヨーゴの販売を開始したとき、加熱処理は一般的に開示されていませんでした。1980年代後半には、加熱処理が大きな問題となりました。[ 35 ]当時、世界のサファイアの大部分は、自然な色を強調するために加熱されていました。[ 44 ]インタージェムが未処理ヨーゴを保証して販売したことで、宝石業界の多くの人々と対立することになりました。この問題は、1984年8月29日のウォール・ストリート・ジャーナルのビル・リチャーズによる記事「カラットと技巧：サファイア販売業者が宝石業界を動揺させる」で一面記事になりました。[ 44 ]しかし、ヨゴ鉱山が直面した最大の問題は、加熱処理されたサファイアとの競争ではなく、ヨゴ産のサファイアはファセット加工後も1カラットを超える量を生産できないという事実だった。その結果、ヨゴ産サファイアはニッチな製品のままであり、市場は主に米国に存在する。[ 5 ]： 676-695
格子拡散（「バルク」）処理は、サファイアに不純物を加えて色を濃くするために用いられます。このプロセスは元々ユニオン・カーバイドのリンデ・エア部門によって開発され特許を取得しており、合成サファイアにチタンを拡散させて青色を均一化するものでした。[ 45 ]その後、天然サファイアにも適用されました。現在では、チタン拡散には無色の合成サファイアをベースとして使用することがよくあります。チタン拡散によって形成される色の層は非常に薄い（0.5 mm未満 ）ため、再研磨によってわずかな色落ちから著しい色落ちまで発生する可能性があります。クロム拡散も試みられましたが、コランダム中のクロムの拡散速度が遅いため断念されました。
2000年に、ベリリウム拡散処理を施した「パパラチア」色のサファイアが市場に登場しました。通常、ベリリウムはサファイアの融点のすぐ下の非常に高い温度でサファイアに拡散されます。当初（2000年頃）はオレンジ色のサファイアが作られましたが、現在ではこのプロセスが進歩し、多くの色のサファイアがベリリウム処理されるようになりました。ベリリウムイオンのサイズが小さいため、色の浸透はチタン拡散の場合よりもはるかに大きくなります。場合によっては、石全体に浸透することもあります。ベリリウム拡散処理を施したオレンジ色のサファイアは検出が難しく、宝石学研究所（例：Gübelin、SSEF、GIA、American Gemological Laboratories（AGL）、Lotus Gemology [ 6 ]）による高度な化学分析が必要となる場合があります。
米国連邦取引委員会のガイドラインによれば、宝石の価値に重大な影響を与えるあらゆる強化方法について開示が義務付けられている。[ 46 ]
サファイアの処理方法にはいくつかあります。還元雰囲気または酸化雰囲気での熱処理（ただし、他の不純物は添加しない）は、サファイアの色を改善するためによく用いられ、このプロセスは宝石業界では「加熱のみ」と呼ばれることもあります。しかし、これとは対照的に、特定の不純物（例えば、ベリリウム、チタン、鉄、クロム、ニッケルなど、サファイアの結晶構造に吸収されるもの）を意図的に添加する熱処理も一般的に行われており、このプロセスは宝石業界では「拡散」と呼ばれることがあります。ただし、「加熱のみ」と「拡散」という用語が示唆する内容とは異なり、これらの処理方法はどちらも実際に拡散プロセスを伴います。[ 47 ]
コランダム処理に関する現存する最も包括的な記述は、『ルビーとサファイア：宝石学者の手引き』（ジョン・エメット、リチャード・ヒューズ、トロイ・R・ドゥーシット共著）の第6章に記載されている。[ 5 ]： 197～247
1902年、フランスの化学者オーギュスト・ヴェルヌイユは合成ルビー結晶の製造方法を発表した。[ 48 ]火炎溶融法（ヴェルヌイユ法）では、微細なアルミナ粉末を水素酸素炎に加え、セラミック製の台座に下向きに当てる。[ 49 ]ルビーの合成に成功した後、ヴェルヌイユはサファイアの研究に注力した。サファイアの化学分析から、鉄とチタンが青色の原因であるとヴェルヌイユが示唆した後、1909年に青色サファイアの合成に成功した。ヴェルヌイユは1911年に合成青色サファイアの製造方法の特許を取得した。[ 50 ] [ 5 ] : 254–255
このプロセスの鍵は、アルミナ粉末が炎の中を落下する際に溶けないことです。代わりに、粉末は台座の上に焼結円錐を形成します。その円錐の先端が炎の最も高温の部分に達すると、先端が溶けます。こうして結晶成長は微小な点から始まり、歪みを最小限に抑えることができます。
次に、炎に酸素をさらに加えることで、炎の温度をわずかに上昇させます。これにより、成長中の結晶が横方向に膨張します。同時に、結晶が垂直方向に成長する速度と同じ速度で台座が下げられます。炎の中のアルミナがゆっくりと堆積し、涙滴型のサファイアの「ブール」が形成されます。この工程は、所望のサイズに達するまで続けられ、その後、炎が消され、結晶が冷却されます。細長く伸びた結晶には、炎と周囲の空気との間の高い温度勾配のために、大きな歪みが生じています。この歪みを解放するために、指のような形になった結晶をノミで軽く叩いて2つに分割します。[ 5 ]： 249-309
結晶の垂直方向の層状成長と湾曲した上部成長面（滴から始まる）のため、結晶はインゴットの上面に沿って湾曲した成長線を示す。これは、一点から広がり平面結晶面に沿って伸びる角張った成長線を特徴とする天然コランダム結晶とは対照的である。[ 51 ]
化学ドーパントを添加することで、ルビーやサファイアの他のすべての天然色、さらに地質標本では見たことのない他の色の人工バージョンを作成できます。人工サファイア材料は天然サファイアと同一ですが、天然石に見られる欠陥なしで作成できます。ヴェルヌイユ法の欠点は、成長した結晶に高い内部歪みがあることです。今日のサファイアの製造方法の多くは、1916年にポーランドの化学者ヤン・チョクラルスキーによって発明されたチョクラルスキー法のバリエーションです。[ 52 ]このプロセスでは、小さなサファイアの種結晶を、溶融アルミナを含む貴金属イリジウムまたはモリブデンで作られたるつぼに浸し、その後、 1時間あたり1～100 mmの速度でゆっくりと上方に引き上げます。 [ 53 ]アルミナは端で結晶化し、質量が最大 200 kg にもなる長いニンジン状の大きなインゴットを形成します。[ 54 ]チョクラルスキー法の一般的な変種の一つにキロプロス法があり、この方法は酸化アルミニウムなどの原料をすべて使用してサファイアを製造でき、るつぼを交換する必要がないという利点があります。これは合成サファイアの主要な製造方法の一つです。ただし、オリジナルのチョクラルスキー法も使用できます。[ 55 ] [ 56 ]
合成サファイアは、工業的には凝集した酸化アルミニウムを不活性雰囲気中で焼結および溶融（例えば、熱間等方圧プレス法）して製造され、透明だがわずかに多孔質の多結晶製品が得られる。[ 57 ]もう一つの一般的な方法は、熱交換器法（HEM）で、酸化アルミニウムをモリブデンるつぼに入れ、2200℃で溶融するまで加熱する。これにより、幅30cmを超える非常に大きな結晶を製造できる。このプロセスは真空中で行われる。サファイアの種結晶はるつぼの底に置かれ、真空から遮蔽されたヘリウムガスまたは液体ヘリウムとの熱交換（冷却）によって溶融しないように保たれる。炉は融点よりわずかに高い温度に保たれるが、熱交換器は融点よりわずかに低い温度に保たれる。次に、熱交換器の温度を下げて結晶化を開始し、その後、酸化アルミニウムを少なくとも 72 時間から 17 日間かけて冷却してサファイアに結晶化させます。るつぼは使い捨てで、このプロセスは結晶成長のためのブリッジマン法やシュトバー法に似ており、[ 58 ] [ 59 ] iPhone の画面に使用されました。[ 60 ] [ 61 ] [ 62 ] [ 63 ]結晶はるつぼの底から上向きに成長します。[ 64 ]別の方法として、エッジ定義フィルム供給成長 (EFG) 法があり、チョクラルスキー法と非常によく似ていますが、材料は冷却前にダイを通過して結晶の形状を形成します[ 65 ]。結晶は回転しません。[ 66 ]サファイア結晶の成長には、化学気相成長 (CVD)、勾配炉[ 67 ]または垂直ブリッジマン法を使用できます。[ 68 ]
2003年、世界の合成サファイアの生産量は250トン（12億5000万カラット）で、そのほとんどは米国とロシアによるものでした。[ 69 ] [ 70 ]安価な合成サファイアが入手可能になったことで、このユニークな素材の多くの産業用途が開かれました。
合成サファイア（サファイアガラスとも呼ばれる）は、150 nm（紫外線）から 5500 nm（赤外線）までの波長の光に対して非常に透明であり（可視スペクトルは約 380 nm から 750 nmまで広がっている[ 71 ]）、非常に傷がつきにくいことから、小さな窓によく使用されます。[ 72 ] [ 73 ]
サファイア窓の主な利点は以下のとおりです。
サファイアガラス窓の中には、用途に応じた複屈折を最小限に抑えるため、通常は光軸、 c軸に沿って特定の結晶方位で成長させた純粋なサファイアインゴットから作られているものがある。[ 76 ] [ 77 ]
スラグは所望の窓厚にスライスされ、最終的に所望の表面仕上げに研磨されます。サファイア光学窓は、その結晶構造と硬度により、幅広い表面仕上げに研磨することが可能です。光学窓の表面仕上げは、通常、世界的に採用されているMIL-O-13830規格に準拠したスクラッチ・ディグ仕様によって規定されます。
サファイアの窓は、分光法用の高圧チャンバーと真空チャンバーの両方、時計の水晶、食料品店のバーコードスキャナーの窓などに使用されています。これは、サファイアの並外れた硬度と靭性により、傷がつきにくいためです。[ 69 ]
2014年、アップルは「 iPhoneのカメラレンズと指紋リーダーを覆うために、世界のサファイア供給量の4分の1を消費した」。 [ 78 ]
スマートフォン用のサファイアスクリーンを実用化するための試みが何度か行われてきた。AppleはiPhone用のサファイアスクリーンの製造をGT Advanced Technologies, Inc.に委託したが、この事業は失敗に終わり、GTATは倒産した。[ 79 ]京セラのBrigadierは、サファイアスクリーンを搭載した最初の量産型スマートフォンだった。[ 80 ]
サファイアは、その広帯域の透明性と熱伝導性により、赤外線および紫外線スペクトルにおいて非常に高い出力密度を加熱による劣化なく処理できるため、一部の高出力レーザー管の端窓に使用されています。
キセノンアークランプの一種（元々は「Cermax」と呼ばれ、現在では一般的に「セラミックボディキセノンランプ」として知られている）は、サファイア結晶の出力窓を使用しており、より高い熱負荷に耐えることができ、その結果、純粋なシリカ窓を備えた従来のXeランプよりも高い出力電力を提供できます。[ 81 ] [ 82 ]
サファイアは強度が高いため、F-35 ライトニング 2 の電気光学照準システムの窓に使用されました。 [ 83 ]
合成サファイアは、ジルコニアや窒化アルミニウムとともに、複合材料と組み合わせて、装甲車両の飛散防止窓や各種軍用防弾チョッキなどに使用されている。
薄いサファイアウェハは、シリコンを堆積させてシリコン・オン・サファイア（SOS）と呼ばれる集積回路を作るための絶縁基板として初めて成功した例です。現在では、シリコン・オン・インシュレーター（SOI）と呼ばれる回路群には、他の基板も使用できます。サファイアは優れた電気絶縁特性に加え、高い熱伝導率も備えています。サファイア上のCMOSチップは、携帯電話、公共安全無線、衛星通信システムなどの高出力無線周波数（RF）アプリケーションに特に有用です。「SOS」は、デジタル回路とアナログ回路の両方を1つのICチップ上にモノリシックに集積し、極めて低消費電力の回路を構築することも可能にします。
半導体産業では、窒化ガリウム（GaN）をベースとしたデバイスの成長用基板として、単結晶サファイアのウェハも使用されています。サファイアはゲルマニウムの約7分の1のコストであるため、サファイアを使用することでコストを大幅に削減できます。サファイア上の窒化ガリウムは、青色発光ダイオード（LED）によく使用されています。[ 84 ]
最初のレーザーは、1960 年にセオドア・マイマンが合成ルビーの棒を使って作りました。チタンサファイアレーザーは、電磁スペクトルの赤色および近赤外線領域のさまざまな波長に調整できる比較的珍しい能力があるため人気があります。また、簡単にモード同期することもできます。これらのレーザーでは、クロムまたはチタンの不純物を含む合成サファイア結晶に、特殊なランプまたは別のレーザーからの強い光を照射して誘導放出を生成します。
単結晶サファイアは生体適合性が高く、サファイアと金属の組み合わせの摩耗が非常に少ないことから、（ウクライナでは）股関節人工関節にサファイア単結晶が導入されている。[ 85 ]
『ルビーとサファイア：宝石学者の手引き』第10章には、100種類以上の重要かつ有名なルビーとサファイアを一覧にした詳細な表が掲載されている。[ 5 ]： 380～395