Saphir (Aussprache [ˈzaːfiɐ̯] oder [zaˈfiːɐ̯]) ist eine Varietät des Minerals Korund. Dem Saphir zugerechnet werden alle farblosen und buntfarbigen Varietäten mit Ausnahme des roten Rubins. Im engeren Sinne bezieht sich der Begriff heute auf die blauen Varianten, die von Himmelblau bis zu einem ins Schwarze gehenden Dunkelblau reichen und je nach Lichteinfall im Farbton variieren können.

Etymologie

Das Wort Saphir (bis ins 13. Jahrhundert Bezeichnung für blaue Schmucksteine, vor allem für Lapislazuli) lässt sich weit zurückverfolgen: spätlateinisch sapphirus (auch saphirus), lateinisch sappirus, altgriechisch σάπφειρος sappheiros, das wahrscheinlich von aramäisch sampîr (aramäisch Saphira = ‚die Schöne‘) oder hebräisch סַפִּיר sappir abstammt und mit arabisch صفير, DMG ṣafīr verwandt ist. Manche Linguisten schlagen als weitergehende Ableitung vor: altiranisch sani-prijam und Sanskrit शनिप्रिय shanipriya – zusammengesetzt aus शनि Shani „Saturn“ und प्रिय priya „geliebt“ – mit der Bedeutung „geliebt/verehrt von Saturn“.

Folgende Handelsbezeichnungen sind irreführend und veraltet: orientalischer Aquamarin (grünlichblauer Saphir), orientalischer Hyazinth (rosa Saphir), orientalischer Smaragd (grüner Saphir) und orientalischer Topas (gelber Saphir).

Eigenschaften

Wie alle Korunde kristallisiert auch der Saphir im trigonalen Kristallsystem mit der chemischen Zusammensetzung Al₂O₃ und entwickelt überwiegend doppelseitig zugespitzte, Tonnen-förmige, sechsseitige pyramidale und prismatische Kristalle. Ebenfalls Korund-typisch ist die chemische Beständigkeit. So ist Saphir unter anderem Säure-unlöslich und schmilzt erst bei einer Temperatur von 2050 °C.

Bei 25 °C betragen die Wärmeleitfähigkeit 41,9 W/(m·K) und die Wärmekapazität 754 J/(kg·K). Diese für Isolierstoffe vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit steigt bei niedrigeren Temperaturen stark an und sinkt bei höheren Temperaturen ab – bei 1200 °C auf ein Zehntel des Wertes bei Raumtemperatur.

Bildung und Fundorte

Zu den Bildungsbedingungen siehe Korund#Bildung und Fundorte.

Die bedeutendsten Produzenten von Saphiren waren bis vor kurzem Sri Lanka und Indien, heute kommen die Schmucksteine auch aus den USA, insbesondere Montana, wo unter anderem im Yogo Gulch Saphire gefunden werden, Australien oder Nigeria. Saphire aus Madagaskar, genauer gesagt Ilakaka, gelten als sehr hochwertig, werden jedoch in der Regel als aus Sri Lanka stammend deklariert, da sie so höhere Preise erzielen. Die Förderung in Australien hat in den letzten Jahren stark abgenommen.

Bis 2016 war der „Stern von Adam“ der bisher größte gefundene Saphir. Er wiegt 1404 Karat und wurde in Sri Lanka entdeckt. Sein Wert wird auf etwa 90 Millionen Euro geschätzt. Im Jahr 2021 wurde der aktuelle Spitzenreiter, der „Saphir der glücklichen Fügung“ (auch: „Queen of Asia“), ebenfalls in Sri Lanka entdeckt. Er wiegt 510 kg oder 2,5 Millionen Karat.

Synthetische Herstellung und chemisch-technische Behandlung

Bereits im Mittelalter gab es Versuche, den „Sapphir-Stein“ künstlich herzustellen bzw. zu imitieren.

Synthetische Saphire können seit 1910 in perfekter Qualität, verschiedenen Farben und in nahezu unbegrenzter Größe hergestellt werden. So bezeichnete beispielsweise der inzwischen veraltete Handelsname „Amaryl“ einen synthetischen, hellgrünen Saphir. Farblose, synthetische Saphire werden dabei teilweise unter der irreführenden Handelsbezeichnung „Diamandit“ bzw. „Diamondit“ in Umlauf gebracht und dienen als Diamant-Imitation.

Die im Handel als „natürlich“ angebotenen Saphire sind größtenteils hitzebehandelt, wobei die Hitzebehandlung sowohl zur Farbänderung als auch zur Erhöhung der Klarheit eines Saphirs vorgenommen wird. Bei leichter Hitzebehandlung bleiben mikroskopische Strukturen wie Rutilnadeln („Silk“) erhalten; bei starker Erhitzung (ca. 1800 °C) werden diese natürlichen Mikroeinschlüsse aufgelöst und der Saphir wird klar. Wird der Saphir sehr langsam wieder abgekühlt, können sich die Mikroeinschlüsse erneut bilden. Auf diese Weise kann aus einem Ti-reichen, synthetischen Saphir ein Sternsaphir (oder -rubin) hergestellt werden. Oberflächliche Risse oder kleine Unebenheiten werden oft durch Einschmelzen von Borax und Bleikristall-Glas oder durch Ölbehandlung überspielt.

Besonders blaue Saphire können darüber hinaus durch ein Diffusionsverfahren erzielt werden, wobei die blaue Schicht nur sehr dünn und oberflächlich ist. Seit ca. 2000 werden Saphire oft zusammen mit Berylliumpulver auf 1800 °C erhitzt, um blaue Töne zu unterdrücken. So entstehen intensive gelbe bis orange Saphire. Auch namhafte Anbieter verwenden behandelte Saphire, teilweise einschließlich der umstrittenen Diffusionsbehandlung, aber ohne Einzeldeklaration (zum Beispiel Tiffany & Co.).

Synthetische, farblose Saphire

Saphirglas (synonym Saphirfluss) bezeichnet flache, meist farblose Platten aus synthetischen Korunden. Sie werden unter anderem in der Uhrmacherei als Uhrengläser verwendet. Die Bezeichnung ist irreführend, da Saphirglas kein Glas ist. Saphirglas besitzt eine kristalline und keine glasartige (amorphe) Struktur. Saphir ist mit einer Mohshärte von 9 das vierthärteste aller transparenten Materialien nach Moissanit, kubischem Siliciumnitrid und dem Diamanten und ist in dieser Anwendung daher besonders wegen seiner Kratzfestigkeit geschätzt. Saphirglas ist hochreiner, synthetischer Saphir (einkristallin), welcher aus geschmolzenem Aluminiumoxid hergestellt wird. Die chemische Formel lautet Al₂O₃.

Saphirglas ist etwas weniger schlagempfindlich als herkömmliches Quarzglas oder Mineralglas und hat eine sehr hohe Lichtdurchlässigkeit und Lichtbrechung. Dennoch bricht auch Saphirglas unter starkem Druck spitzer, harter Gegenstände. Die landläufige Meinung, dass Saphirgläser absolut unzerkratzbar seien, ist übertrieben: Wenn andere sehr harte Materialien (z. B. Granit) und starker Druck (z. B. Stoß) auf das Saphirglas einwirken, können auch hier feine Kratzer entstehen, was aber sehr selten vorkommt. Öfter kann man die fälschlicherweise als „Kratzer“ bezeichneten Aufriebe von Aluminium beobachten, die beim Anstoßen auf Aluminium-Oberflächen entstehen können. Diese Aufriebe stellen eine haltbare Materialverbindung dar, lassen sich jedoch leicht mit einem Radiergummi entfernen.

Physikalische Eigenschaften von synthetischem Saphirkristall:

• hexagonale Kristallstruktur
• Dichte: ca. 4 g/cm³
• Schmelzpunkt: +2050 °C
• Wärmeleitfähigkeit bei 25 °C: 42 W/(m·K)
• Druckfestigkeit bei 24 °C: 2 GPa
• Zugfestigkeit bei 24 °C: 186,4 MPa
• 100 % Säurebeständigkeit

Mit Hilfe eines elektronischen Diamantprüfgerätes, wie es zur sicheren Bestimmung natürlich geschliffener Diamanten in der Schmuckbranche Anwendung findet, kann man Saphirglas durch seine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit sicher von gewöhnlichem Glas unterscheiden.

Es existieren verschiedene Herstellungsverfahren aus der Schmelze (neben anderen, technisch nicht bedeutenden Verfahren aus dem Flux (Metallsalzschmelze) oder Hydrothermal):

• das tiegelfreie Verneuil-Verfahren (nach der Erfindung des französischen Chemikers Auguste Verneuil 1902)
• die EFG-Methode (von engl. Edge-defined Film-fed Growth), eigentlich das Stepanov-Verfahren zur Herstellung von Saphirprofilen (Platten, Rohre, Stäbe etc.) mit konstantem Querschnitt.
• das Czochralski-Verfahren, erfunden vom polnischen Wissenschaftler Jan Czochralski im Jahr 1916
• das Nacken-Kyropoulos-Verfahren, benannt nach Richard Nacken und Spyro Kyropoulos (Physikalisches Institut Göttingen, 1926).

Beim Verneuil-Verfahren wird auf ein kleines Stück Saphir in einer Kammer bei Temperaturen oberhalb von 2050 °C mittels Knallgasflamme Aluminiumoxid-Pulver aufgeschmolzen, sodass es zu einer Kristallbirne von 3 bis 4 cm Durchmesser und 11 bis 14 cm Länge aufwächst. Dieser Saphirkristall wird mittels Diamant-Trennscheiben in Scheiben geschnitten, die anschließend geschliffen und poliert werden, bis transparente Saphirkristallscheiben mit glänzender Oberfläche entstehen. Die Scheiben erhalten je nach Kundenvorgaben noch eine polierte Fase. Das Wissen um die rationelle Herstellung hochqualitativer Saphirgläser und insbesondere die Herstellung der dafür benötigten Maschinen und Gerätschaften war lange ein streng gehütetes Betriebsgeheimnis.

Da Saphirglas durch seine hohe Härte extrem kratzfest ist, wird es oft bei hochwertigen Uhren verwendet, wobei aber auch bereits Uhren unter 60 Euro mit Saphirgläsern am Markt zu finden sind. Bei wenigen besonders hochwertigen Uhrenmarken aus Schweizer Herstellung wird das gesamte Uhrgehäuse aus Saphir hergestellt. Weiterhin existieren sogar in Serie gefertigte mechanische Uhrwerke, deren gesamte Platinen aus Saphirkristall gefertigt werden, um Einsicht ins Innere der Mechanik zu geben. Eine sehr geringe Anzahl von Herstellern und Verarbeitern von synthetischem Saphirglas beherrschen den weltweiten Markt, insbesondere durch dessen aufwendige Verarbeitung in besonders komplexen Formen. Hersteller sind in Frankreich, der Schweiz, Polen und China/Hongkong, Mauritius sowie Japan ansässig.

Gängig sind bei hochwertigen Saphiruhrgläsern spezielle Beschichtungen wie z. B. zur Entspiegelung, um die Lichtreflexion zu reduzieren. Hierbei war früher bei manchen Herstellern ein bläulicher Schimmer zu erkennen. Vor dem Jahr 2000 hergestellt, sind diese Antireflexschichten meist nicht ausreichend kratzfest. In jüngerer Zeit sind diese Beschichtungen jedoch meist nicht mehr ablösbar oder abreibbar, auch die Erkennbarkeit einer solchen Beschichtung ist meist nur durch den Effekt gegeben, dass der Betrachter gar keinen Kristall mehr erkennen kann. Besonders bei doppelseitig entspiegelten Saphirgläsern ist dieses Merkmal sehr ausgeprägt; der Betrachter glaubt, eine Uhr ohne Glas vor sich zu haben. Mit einem einfachen Test kann Saphirglas von anderen Uhrgläsern unterschieden werden. Dank der kristallinen Struktur perlt ein Wassertropfen nur sehr langsam und ohne Schlieren zu ziehen von der Oberfläche ab, wenn das Saphirglas schräg gehalten wird. Im direkten Vergleich läuft der Tropfen bei Mineralglas oder Kunststoffglas sichtbar schneller herab und hinterlässt eine dünne Schliere.

Bei hochpreisigen Mobiltelefonen einiger Hersteller besteht das Deckglas aus Saphirglas. Normalerweise besteht das Deckglas des Displays aus speziellem Abdeckglas für Displays (bspw. Gorilla Glass) aber auch Saphirglas kann als kratzfestes Display in Smartphones verbaut werden.

Verwendung als Schmuckstein

Saphire werden überwiegend zu Schmucksteinen verarbeitet. Durchsichtige Steine von hoher Qualität (möglichst wenig Einschlüsse) erhalten dabei einen Facettenschliff, undurchsichtige und vor allem diejenigen mit Asterismus, werden dagegen zu Cabochons verarbeitet, um den Sterneneffekt hervorzuheben.

Der größte jemals geschliffene Saphir ist der „Stern von Indien“ mit einem Gewicht von 563,35 Karat (112,67 Gramm). Der in Sri Lanka gefundene, etwa 2 Milliarden Jahre alte Stein wurde 1901 durch John Pierpont Morgan an das American Museum of Natural History übereignet und kann dort besichtigt werden.

• Saphir, Padparadscha, Antikschliff, 2,28 ct
• Blauer Saphir, Kissenschliff, 2,08 ct
• Blauer Saphir, Radiant-Schliff, 1,15 ct
• Saphir mit Farbwechsel 1,40 ct
• Gelbgrüner Saphir, unbehandelt, 0,67 ct
• Violetter Saphir, 2,48 ct
• Violetter Saphir, Tropfenschliff, 3,20 ct
• Rosa Saphir, Achteck, 1,17ct
• Gelber Saphir, Navette bzw. Marquise, 6,87 ct

Andere Verwendungen

Neben seiner Verwendung als Schmuckstein wurde Saphir in Plattenspielern der 1950er und 1960er Jahre als Material für die Tonabnehmer-Abtastnadel eingesetzt und führte zur umgangssprachlichen Bezeichnung Saphir für diese Nadel.

Wegen seiner hohen Härte und Abriebfestigkeit wird Saphir auch als Führung u. a. für Drahterodier- und Textilmaschinen verwendet. Gegenüber dem festeren Diamant bietet er, trotz kürzerer Lebensdauer, erhebliche Kostenvorteile.

Synthetische einkristalline Saphirscheiben sind das wichtigste Substratmaterial für das künstliche Aufwachsen (Heteroepitaxie) von einkristallinem Galliumnitrid, dem Material für blaue, weiße und grüne Leuchtdioden sowie blaue Laserdioden.

Mit Titan als aktivem Laser-Ion dotiert, dient synthetischer Saphir als Wirtskristall für den Titan:Saphir-Laser – einem im Wellenlängenbereich von 700 bis etwa 1000 Nanometern arbeitenden Laser.

Für die extremen Belastungen ausgesetzten Fenster von Aufklärungsflugzeugen, Flugabwehrraketen oder Weltraumflugkörpern werden synthetische Saphire von bis zu 75 Zentimeter Durchmesser eingesetzt.

In besonderen Fällen findet Saphir auch in wissenschaftlichen Instrumenten bei der Raumfahrt Verwendung, zum Beispiel bei der Genesis-Mission.

Wegen seiner im Vergleich zu anderen isolierenden Materialien hohen Wärmeleitfähigkeit von 40 W/(m · K) bei einer Temperatur von 25 °C greift man in wissenschaftlichen Experimenten zu Scheiben aus diesem Material, wenn etwa eine effektive Kühlung oder eine genaue Temperaturregelung durch ein zum Zwecke der Beobachtung durchsichtiges Medium hindurch erfolgen muss. Bei steigender Temperatur nimmt die Wärmeleitfähigkeit allerdings ab und beträgt bei 400 °C noch 12 W/(m · K) und bei 1200 °C nur noch 4 W/(m · K). Eine Temperatursenkung sorgt dagegen für einen starken Anstieg der Wärmeleitfähigkeit, die bei einer Temperatur von −200 °C einen Wert von 10.000 W/(m · K) erreicht, wodurch der Saphir für Tieftemperaturexperimente sehr gut geeignet ist.

Bei der so genannten Silicon-on-Sapphire-Technologie werden mittels heteroepitaktisch auf Saphir erzeugten Siliciumschichten integrierte Schaltkreise erzeugt.

Esoterik und Klostermedizin

Die himmelblaue Variante wird gewöhnlich mit Eigenschaften wie Ruhe, Reinheit und Frieden in Verbindung gebracht. Wissenschaftliche Belege für die angeblichen physischen und psychischen Wirkungen gibt es nicht. Auch in Werken der mittelalterlichen Heilkunde fand der Saphir Erwähnung.

Siehe auch

• Liste der Minerale
• Liste mineralischer Schmuck- und Edelsteine

Literatur

• D. Schwarz, S. Greiff, R. Schlüssel, K. Schmetzer, A. Peretti, H.-J. Bernhardt, P. Rustenmeyer, R. E. Kane, A. Weerth, C. P. Smith, G. Bosshart, Ch. Bank, J. Kanis, B. J. Neville, F. v. Gnielinski, R. Hochleitner, H. H. Hänni: Rubin, Saphir, Korund. Schön, hart, selten, kostbar (= Christian Weise [Hrsg.]: extraLapis. Band 15). Weise, München 1998, ISBN 3-921656-45-1. 
• Matthias Bodenhöfer: Ilakaka – Hauptstadt des Saphirs. Eine politisch-ökologische Untersuchung des Saphirbergbaus in Madagaskar. Albert-Ludwigs-Universität, Freiburg i. Br. 2004 (freidok.uni-freiburg.de [abgerufen am 3. Oktober 2020] Wissenschaftliche Arbeit). 
• Petr Korbel, Milan Novák: Mineralien-Enzyklopädie (= Dörfler Natur). Edition Dörfler im Nebel-Verlag, Eggolsheim 2002, ISBN 978-3-89555-076-8, S. 82. 
• Walter Schumann: Edelsteine und Schmucksteine. Alle Arten und Varietäten. 1900 Einzelstücke. 16., überarbeitete Auflage. BLV Verlag, München 2014, ISBN 978-3-8354-1171-5, S. 102–105. 

Weblinks

• Saphir. In: Mineralienatlas Lexikon. Geolitho Stiftung, abgerufen am 3. Oktober 2020. 

Einzelnachweise

1. ↑ Wilhelm Ganzenmüller: Beiträge zur Geschichte der Technologie und der Alchemie. Verlag Chemie, Weinheim an der Bergstraße 1956, S. 169–176, doi:10.1002/jpln.19560750107 (online verfügbar bei publikationsserver.tu-braunschweig.de [abgerufen am 3. Oktober 2020]). 
2. ↑ Otto Zekert, Österreichischer Apothekerverein, Gesellschaft für Geschichte der Pharmazie (Hrsg.): Dispensatorium pro pharmacopoeis Viennensibus in Austria 1570. Deutscher Apotheker-Verlag Hans Hösel, Berlin 1938, S. 154 (Latein, Saphirus: Saphir-Edelstein). 
3. ↑ Saphir. In: duden.de. Duden online, abgerufen am 3. Oktober 2020. 
4. ↑ Karl Lokotsch: Etymologisches Wörterbuch der europäischen (germanischen, romanischen und slavischen) Wörter orientalischen Ursprungs (= Indogermanische Bibliothek. Band 2). 2., unveränderte Auflage. Carl Winters Universitätsbuchhandlung, Heidelberg 1927, S. 145, 1830. Sskr. saniprija (online verfügbar bei archive.org – Internet Archive). 
5. ↑ Saphir. In: Kluge: Etymologisches Wörterbuch der deutschen Sprache.
6. ↑ Eintrag zu Aluminiumoxide/Korund. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 21. Mai 2016.
7. ↑ Materialeigenschaften des synthetischen Saphirs bei oskar-moser.de (Memento vom 4. März 2016 im Internet Archive)
8. ↑ Carl Arnold: Repetitorium der Chemie, mit besonderer Berücksichtigung der für die Medizin wichtigen Verbindungen sowie des „Arzneibuches für das Deutsche Reich“ und anderer Pharmakopöen. 7. Auflage. Leopold Voss, Hamburg und Leipzig 1896, S. 213 (Erstausgabe: 1884). 
9. ↑ Daniel Lingenhöhl: Minerale: Bislang weltgrößter Saphir ausgegraben. Spektrum.de, 8. Januar 2016, abgerufen am 3. Oktober 2020. 
10. ↑ Sri Lanka: World's largest star sapphire cluster found in backyard. In: BBC News. 27. Juli 2021 (bbc.com [abgerufen am 30. August 2023]). 
11. ↑ Sri Lanka: Größter Saphir der Welt in Hinterhof gefunden - WELT. 30. August 2023, abgerufen am 30. August 2023. 
12. ↑ 祁文丽: Fotoreportage: Blauer Saphir "Queen of Asia" in Sri Lanka ausgestellt - Xinhua | English.news.cn. Abgerufen am 1. September 2023. 
13. ↑ Anton Trutmann: Arzneibuch. (Hs. XI. 61 der Burgerbibliothek Bern). Edition von Rainer Sutterer: Anton Trutmanns 'Arzneibuch', Teil I: Text. Medizinische Dissertation Bonn 1976, Blatt 56 („Nim urinam […] darin solvier alun und leig christallum purum darin 7 tag lang, Darnoch […] süds in lasûr, so wirt ein saphirr“).
14. ↑ Das grosse Kunstlexikon von P. W. Hartmann – Amaryl. In: beyars.com. Abgerufen am 3. Oktober 2020. 
15. ↑ Edelsteine – Synthesen, Imitationen und falsche Handelsnamen. In: carat-online.at. 18. März 2020, abgerufen am 3. Oktober 2020. 
16. ↑ John L. Emmett, Kenneth Scarratt, Shane F. McClure, Thomas Moses, Troy R. Douthit, Richard Hughes, Steven Novak, James E. Shigley, Wuyi Wang, Owen Bordelon, Robert E. Kane: Beryllium Diffusion of Ruby and Sapphire. In: Gems & Gemology. Band 39, Nr. 2, 2003, S. 84–135 (englisch, gia.edu [PDF; 3,9 MB; abgerufen am 3. Oktober 2020]). 
17. ↑ Johann Georg Krünitz, Friedrich Jakob Floerken, Heinrich Gustav Flörke, Johann Wilhelm David Korth: Oekonomische Encyklopädie. Band 136, 1824, S. 431 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche [abgerufen am 3. Oktober 2020]). 
18. ↑ DESY News: Superharte Fenster aus transparenter Keramik. 17. März 2017, abgerufen am 3. September 2020. 
19. ↑ Künstliche Kristalle. In: Mineralienatlas Lexikon. Geolitho Stiftung, abgerufen am 3. Oktober 2020. 
20. ↑ Aluminumoxid für Saphir bei finepowder.de (Memento vom 28. August 2013 im Internet Archive)
21. ↑ Das Besondere an Saphirglas – Check: woran erkenne ich Saphirglas? Vild, 24. September 2018, abgerufen am 3. Oktober 2020. 
22. ↑ Andreas Müller: Smartphones: Saphirglas im Labortes. In: notebookcheck.com. 11. Juli 2014, abgerufen am 3. Oktober 2020. 
23. ↑ Star of India. In: amnh.org. American Museum of Natural History, abgerufen am 3. Oktober 2020 (englisch). 
24. ↑ Technisches Datenblatt von monokristallinem Saphir. (PDF 82 KB) In: sappro.de. GWI Sapphire, 2. Mai 2019, abgerufen am 3. Oktober 2020. 
25. ↑ Raimund Struck: Hildegardis De lapidibus ex libro simplicis medicinae: Kritische Edition unter Vergleich anderer Lapidarien. Universität Heidelberg, Marburg 1985, S. 24–29, 100 (Medizinische Dissertation). 
26. ↑ Marie-Louise Portmann: Hildegard von Bingen – Heilkraft der Natur „Physica“. Pattloch Verlag, Augsburg 1991, ISBN 3-629-00567-5, S. 306–309.