стоматология вкладки
оценка хода выполнения работ и анализ результатов проекта
таблиця значень кутів

Синтетические корунды

Синтетические корунды

Довернейлевская синтетика в ювелирных украшениях встречается довольно часто, по крайней мере в Англии (рис. 9.1). Можно думать, что период изготовления таких украшений был довольно коротким, что-нибудь между 1885 и 1910 гг. "Ранние" камни по сравнению с современными больше похожи на природные рубины благодаря более густому цвету и наличию многочисленных мелких пузырьков и включений, создающих эффект "шелковистости". Однако исследование с помощью лупы или микроскопа быстро выявляет их истинную природу. Обычно такие камни имеют форму овала или квадрата и весят от 1 до 2 каратов. Под микроскопом в них видны четко выраженные, напоминающие трещины, зачастую не совсем параллельные друг другу изогнутые линии роста, между которыми расположены более тонкие линии. В таком материале обычны также пузырьки, нередко крупные, и твердые включения нерасплавившейся шихты, концентрирующиеся на одной из плоскостей роста. Если в камне присутствуют пузырьки с хвостиками, можно видеть, что они двигались по направлению к выпуклой стороне изогнутых линий. В вернейлевских камнях движение таких пузырьков, особенно в верхней части були, направлено к вогнугой поверхности. Другой особенностью старых камней является, морозный узор ("иней") в глубине камня, напоминающий выделения кальцита в некоторых колумбийских изумрудах.
Изогнутые линии роста, которые обычно заметны только в окрашенном синтетическом корунде, обусловлены периодическим падением капель на верхнюю площадку були и большей по сравнению с окисью алюминия летучестью некоторых окрашивающих окисей. Это и приводит к различиям в окраске и показателе преломления соседних слоев. Газовые пузырьки, встречающиеся в
Гис.таиландского рубина, используемого при синтезе в качестве затравки.
большинстве синтетических корундов, состоят почти всегда из водорода, присутствующего в печи в избыточном количестве; газ захватывается падающими частичками шихты и попадает в булю. В синтетических синих сапфирах изогнутые окрашенные полосы, как правило, достаточно широки, их можно наблюдать невооруженным глазом, особенно когда камни погружены в соответствующую жидкость и наблюдаются на белом фоне. В синтетическом рубине и других окрашенных синтетических корундах линии роста гораздо тоньше. При увеличении они выглядят как линии на граммофонной пластинке. Следует
Рис. 9.2. Изогнутые линии и пузырьки в синтетическом рубине.
Рис. 9.3. Изогнутые разноокрашенные полосы в синтетическом сапфире.
отметить, что и в синем сапфире, в котором обычно видны широкие окрашенные полосы, фактические линии роста такие же тонкие. Автор обнаружил это при исследовании, проведенном по описанной ниже методике. При обычном же осмотре видны лишь широкие контрастные цветные полосы. Линии роста во всех случаях заметны только тогда, когда камень правильно ориентирован, т.е. когда наблюдение ведется в направлении, перпендикулярном оси исходной були. и камень исследуется с помощью лупы при подходящем освещении на фоне белой бумаги. Поэтому понятно, что при исследовании закрепленных в оправе камней эти важные для определения камня особенности можно упустить. Характер линий роста в синтетическом рубине и синтетическом сапфире представлен на рис. 9.2 и 9.3 соответственно.
Эксперименты, выполненные в лаборатории автора, показали, что на "иммерсионных контактных" фотографиях синтетических корундов, изогнутые линии часто хорошо заметны даже тогда, когда их не удается обнаружить при том же самом положении камня с помощью лупы или под микроскопом. Этот факт в некоторых случаях может иметь большую практическую ценность. Общие принципы метода уже были описаны в гл. 2 применительно к определению показателя преломления. Важно, чтобы пучок света, проходящий через образец и попадающий на пленку, был узким и более или менее параллельным.
В качестве иммерсионной жидкости очень хорошо подходит чистый иодистый метилен, поскольку его показатель преломления для синего и фиолетового света, к которому чувствительна эмульсия применяемой фотопленки, почти такой же, как у корунда. Успешную съемку объекта можно проводить через; фотоувеличитель (при диафрагме f/22). При этом удается наблюдать изогнутые линии роста даже в бесцветном синтетическом корунде. Вместе с изогнутыми линиями видны прямые линии, образующие с первыми острый угол; причина появления таких линий до сих пор не выяснена. Описываемый метод позволяет выявить изогнутые линии роста только тогда, когда ориентировка образца не очень сильно отличается от оптимальной. Крупные синтетические камни обычно гранят так, чтобы площадка была параллельна длине исходной були. Поэтому линии роста должны наблюдаться в направлении, перпендикулярном площадке, — момент, очень важный в случае использования описанной методики. У желтых синтетических сапфиров таких линий не видно.
Американский геммолог Уильям Дж. Дженкинс, совершенствуя указанную методику выявления линий роста, достиг удивительных результатов, когда стал использовать узкий пучок света от небольшого, но яркого фонарика, расположенного над образцом на расстоянии около метра. Образец при этом укладывали на фотопленку без иммерсионной жидкости.
Кроме того, полезной может оказаться простая и не требующая больших затрат методика, предложенная Р. Хьюэсом. Введение синего фильтра между источником света и ванночкой с иммерсией обеспечивает повышение контрастности, необходимое для выявления окрашенных полос (изогнутых или прямолинейных), что позволяет преодолеть затруднения, возникающие при работе с желтыми или оранжевыми сапфирами — синтетическими или натуральными. Наилучший эффект при этом дают фильтры из темно-синего матового стекла и, в разумных пределах, чем более синего — тем лучше. Вообще, следует использовать фильтр, цвет которого соответствовал бы длинам волн, максимально поглощаемым данным камнем, и для рубинов в сложных случаях можно попробовать желтовато-зеленый фильтр.
Еще одна полезная методика, помогающая различить натуральные и синтетические бездефектные корунды, использует так называемый "эффект Плато". Вначале определяется положение оптической оси камня путем вращения его между скрещенными поляроидами поляризационного микроскопа, полярископа с дополнительной линзой или "коноскопа" (см. гл. 2) до получения интерференционной фигуры (черного креста) — тем самым оптическая ось одноосного корунда оказывается установленной параллельно оси микроскопа или полярископа.
Затем, с сохранением найденной ориентировки, камень погружается в иммерсионную жидкость (иодистый метилен) и изучается в скрещенных поляризаторах. При вращении камня вокруг оптической оси (руками или с помощью столика микроскопа) могут выявиться две (или даже три) группы линий, напоминающих двойниковые и располагающиеся под углами 60 или 120° друг к другу. Этот эффект может наблюдаться в синтетических корундах, однако в природных камнях пока не наблюдался (рис. 9.5).
В отличие от изогнутых линий роста синтетических корундов линии или цветные полосы, видимые в природных рубинах и сапфирах, строго прямолинейны, поскольку они повторяют очертания исходного кристалла, всегда имеющего грани (рис. 9.3. и 9.4). Более того, такие линии или полосы в природных
Рис. 9.4. Зональные разноокрашенные полосы в природном сапфире.
камнях часто пересекаются под углом 120°. так как они параллельны очертаниям гексагонального кристалла.
Однако, методом выращивания из раствора в расплаве также могут быть получены кристаллы с прямолинейными зонами роста, пересекающимися под углами 120°. Таким образом, в синтетических сапфирах и рубинах типа тех, которые изготавливают Чэтем и другие производители, могут наблюдаться пересекающиеся прямые линии или полосы, и ранее установленный критерий: изогнутые полосы — синтетический продукт, прямые полосы — натуральный камень, — более не выдерживается. Отсюда появляется потребность в поиске других отличительных признаков, таких, например, как предательские включения кристаллов или чешуек платины, заимствованной из материала емкости, в которой выращивались камни.
Рис. 9.5. "Эффект Плато ": группы пересекающихся под углами 60/120 "линий, напоминающих осевое двойникование, выявляемые в синтетическом корунде при наблюдении вдоль оптической оси.
Газовые пузыри, характерные для синтетических корундов, никогда не встречаются в природных камнях, однако крупные и/или многочисленные газовые пузырьки наблюдались и в природных сапфирах, особенно после их термической обработки, что могло бы несколько сбить с толку, если бы наблюдения не были продолжены. В то же время в природных корундах с помощью лупы или микроскопа можно обнаружить небольшие кристаллические включения минералов, сосуществующих в природе с корундом, — циркона, рутила, шпинели, слюды — или даже кристаллы самого корунда. Для природных камней характерны также небольшие плоские полости, содержащие жидкость. Обычно они группируются в одной плоскости, часто слегка изогнутой, образуя так называемые "перья". Рубины и сапфиры из различных месторождений имеют свои специфические включения. Например, только в бирманских рубинах (рис. 9.6) встречаются участки с бесчисленными тонкими короткими рутиловыми иглами, пересекающимися под углом 120°; такие участки называются "шелком" благодаря их внешнему виду в отраженном свете. Лишь в корундах с острова Шри Ланка можно увидеть кристаллы циркона, окруженные гало, похожими на трещины. Эти и другие признаки природных рубинов и сапфиров более подробно будут описаны в соответствующих главах. Однако имеются некоторые дополнительные отличительные признаки, характерные для синтетических корундов, которые следовало бы рассмотреть здесь.
Рис. 9.6. Включения в бирманском рубине.
У ребер ограненных синтетических корундов часто наблюдаются небольшие, более или менее параллельные, похожие на трещины штрихи (рис. 9.7). Огранщики называют их "огневыми метками" из-за того, что они образуются как результат местного перегрева при полировке. Они характерны только для синтетических камней, огранка которых всегда ведется менее тщательно, чем огранка природных корундов. Другой особенностью синтетических корундов, которая помогает при их идентификации, является сильный дихроизм, заметный при наблюдении ограненного рубина через дихроскоп в направлении, перпендикулярном площадке камня. При огранке природных рубинов камень обычно ориентируют таким образом, чтобы площадка располагалась перпендикулярно оптической оси кристалла, что улучшает цвет камня. В этом случае при исследовании камня с помощью дихроскопа через площадку дихроизм не наблюдается. Наличие сильного дихроизма в этом направлении заставляет настораживаться, поскольку такой дихроизм характерен лишь для синтетического рубина, при огранке которого определенной ориентировки не придерживаются.
При наличии специального лабораторного оборудования можно провести дополнительные испытания для выяснения происхождения рубина. Прежде всего, как это было установлено автором и другими специалистами, синтетические рубины значительно прозрачнее для коротковолнового ультрафиолетового излучения, чем природные. Основным фактором, обусловливающим это различие, является,
Рис. 9.7. Пузырьки и поверхностные трещины в синтетическом рубине.
по-видимому, присутствие следов железа в последних. Прозрачность камней легко определяется без использования сложного оборудования методом иммерсионной контактной фотографии, впервые предложенным Норманом Деем.
Камни кладут площадкой вниз на лист фотобумаги, которую опускают на дно плоской ванночки. Затем в нее наливают воду так, чтобы полностью закрыть камни. Вся процедура, конечно, должна выполняться либо в темноте, либо при красном свете. Затем камни освещают в течение нескольких секунд светом ультрафиолетовой лампы (длина волны 253,7 нм), закрепленной на расстоянии около 45 см от ванночки. Если экспозиция выбрана правильно, то после проявления изображения природных рубинов будут иметь вид белых пятен (что свидетельствует об их непрозрачности для ультрафиолетовых лучей). Изображения синтетических камней выглядят темными, за исключением светлого ободка по периметру. Результат такого испытания показан на рис. 9.8.
Бумага "велоке" фирмы "Кодак" дает лучшие результаты, чем более чувст-
Рис. 9.8. Иммерсионная контактная фотография границ одного синтетического и шести природных рубинов, погруженных в воду. Видна хорошая прозрачность синтетического рубина для коротковолнового ультрафиолетового света.
вительные бромосеребряные бумаги или фотопленки. Хорошие результаты при использовании этого метода дает фотобумага "Ильфоспид". Здесь, однако, следует оговориться, что данный тест на способность к пропусканию коротковолнового ультрафиолетового излучения хорош лишь для достаточно прозрачных камней. В случае если камень, природный или синтетический, содержит многочисленные включения, образующие разветвленные системы типа перьев, ультрафиолетовый свет может отражаться от последних, создавая ложное впечатление, что камень поглощает волны таких диапазонов. В настоящее время разработаны основанные на этом методе тесты, которые включают измерение диапазонов пропускаемых ультрафиолетовых волн для каждого рубина с использованием спектрофотометра для ультрафиолетового и видимого света; однако для такого тестирования необходима мощная лабораторная база, и эти вопросы выходят за рамки настоящей книги. При освещении коротковолновым ультрафиолетовым светом, например с помощью лампы "Минералайт", синтетические рубины обычно флюоресцируют в красных тонах значительно ярче, чем природные камни. Это позволяет быстро отобрать сомнительные камни из большой партии корундов для микроскопических исследований. Синтетика с повышенным содержанием хрома флюоресцирует слабее, поэтому на такое испытание не стоит полагаться слишком сильно.
Коротковолновое ультрафиолетовое излучение может оказать большую помощь в распознавании синтетических и природных сапфиров. Синтетические сапфиры дают в таких случаях голубовато-белое или зеленоватое свечение, что может быть обусловлено титаном. Многие термически обработанные и некоторые необработанные природные сапфиры из Шри Ланки при этих же условиях обнаруживают сходное свечение, однако, в этих случаях может быть проведено более тщательное испытание путем изучения флюоресцирующего камня подлупой или микроскопом. При этом в ультрафиолетовом излучении, как правило, более четко, чем при обычных условиях освещения, в синтетических камнях будут видны изогнутые линии, типичные для вернейлевских сапфиров, а в природных камнях — угловатая зональность. Более того, в длинноволновом ультрафиолетовом излучении многие синие сапфиры из Шри Ланки, в которых содержится примесь хрома, будут давать оранжевую или красную флюоресценцию.
Если микроскоп не дает точных результатов, для проверки можно использовать рентгеновскую установку. Как синтетические, так и природные рубины в рентгеновских лучах дают ярко-красную флюоресценцию, однако после прекращения облучения заметную фосфоресценцию можно наблюдать только у синтетических камней; у природных рубинов она, как правило, отсутствует. Этот эффект лучше заметен в темной комнате, когда глаза привыкнут к темноте и станут более чувствительными к восприятию довольно слабой фосфоресценции. Отметим, что короткая, но отчетливая фосфоресценция наблюдалась и у некоторых природных рубинов, а поскольку выпускаемые в настоящее время рядом производителей синтетические рубины весьма разнообразны по окраске и качеству, характер их флюоресценции и фосфоресценции в рентгеновских лучах также будет сильно варьировать от камня к камню. В качестве примера можно привести синтетические рубины фирмы Рамаура, среди которых некоторые камни флюоресцируют, а другие по существу инертны, некоторые обнаруживают послесвечение, а другие — нет. Следует отметить, что у таиландских рубинов, а также у восточно-африканских рубинов, содержащих относительно много железа, флюоресценция в рентгеновских лучах практически полностью подавлена. Эти сведения полезны для геммолога, поскольку таиландские рубины иногда лишены включений, что затрудняет их определение. Информация может также заинтересовать тех, кто из коммерческих соображений любит классифицировать рубины по названию месторождения вместо того, чтобы установить их стоимость в зависимости от цвета, качества и размера. Лучшие сорта рубинов, недавно найденных в Кении, по цвету близки к бирманским и характеризуются таким же неравномерным распределением окраски и ярко-красной флюоресценцией в ультрафиолетовых лучах. Спектроскоп может оказать большую помощь в распознавании природных и синтетических камней и в случае корундов других цветов. Природные зеленые сапфиры, например, дают в синей области спектра группу из трех переходящих одна в другую полос поглощения, что на первый взгляд создает впечатление одной широкой полосы. В спектре синтетического зеленого корунда ни одной подобной полосы не наблюдается. Гораздо важнее для практики тот факт, что у большинства природных синих сапфиров почти всегда может наблюдаться наиболее интенсивная линия из трех упомянутых полос (длина волны 450 нм). В синтетических сапфирах она отсутствует, за исключением, возможно, выпускаемых фирмой Чэтема, и это дает критерий для выявления природных камней. Сказанное справедливо и для желтых сапфиров из Таиланда, Австралии и США (шт. Монтана). Желтые сапфиры из Шри Ланки могут содержать так мало железа, что не дают характерных полос в спектре, однако они всегда дадут отчетливую зеленовато-желтую флюоресценцию в длинноволновых ультрафиолетовых лучах. Желтые сапфиры, которые в спектре не имеют полос и не флюоресцируют, почти наверняка являются синтетическими или термически обработанными. Синтетические сапфиры теплого желтого или оранжевого оттенка характеризуются красной флюоресценцией в рентгеновских лучах и отчетливым послесвечением. Такая фосфоресценция дает четкий критерий для отличия от природных желтых камней. И наконец, в синтетических корундах, окрашенных ванадием и имитирующих александрит, можно наблюдать очень четкую узкую линию в синей области спектра при 475 нм, тогда как природный александрит (хризоберилл) имеет совсем другой спектр (см. гл. 10).
Реже встречаются синтетические "фантазийные" сапфиры, имитирующие аметист; такие камни довольно трудно определяются, поскольку обычно в них не видно ни изогнутых линий роста, ни пузырей. Роберт Вебстер нашел, что в этом случае полезно использовать длинноволновое и коротковолновое ультрафиолетовое излучения, поскольку первое дает красную, а второе — голубоватобелую флюоресценцию. Двойной эффект уникален и довольно надежен.
Несколько слов следует сказать о газовых пузырях, о которых ранее было просто упомянуто в связи с обсуждением типичных особенностей камней, полученных методом Вернейля (главным образом корундов). Такие пузыри в синтетических камнях и стекле стоит изучать, поскольку их форма сильно зависит от материала (рис. 9.9). Кроме того, важно научиться отличать небольшие округлые кристаллические частицы, встречающиеся во многих природных кам-
Рис. 9.9. Типичные формы пузырьков в стекле (а), дублетах (Ь), синтетическом корунде (с), синтетической шпинели (й) (по Д. Левелю).
нях, от довольно похожих на них пузырей синтетических камней. Для синтетических корундов обычны мелкие сферические изолированные пузырьки, образующие небольшие скопления, или "облака" (рис. 9.10). Некоторые из них искажены. Иногда скопления имеют удивительно "природный" вид. Пузырьки могут быть сильно вытянутыми, что нередко приводит в смущение новичков. Более крупные пузыри, характерные только для основания були, часто имеют форму бутылки или бомбы, причем линия "падения" этих бомб располагается под прямым углом к изогнутым линия роста. Это объясняется тем, что пузырьки захватываются материалом на пути их движения к поверхности. В синтетических корундах пузырьки иногда заключены в плоские треугольные пустоты, которые могут выглядеть как природные образования.
Рис. 9.10. Характерное для синтетического рубина "облако " из мелких газовых пузырьков.
Квалифицированный геммолог умеет находить признаки, которые предупреждают его о том, что камень является вернейлевской синтетикой. Цвет синтетических камней кажется как бы "застывшим", потому что, кроме основного хромофора, в них нет примесей других окрашивающих элементов. Форма огранки диктуется требованиями массового производства камней с тенденцией применять довольно необычные типы огранки, которые никогда не используются при обработке ценных природных камней. Рундисту них, как правило, весьма широкий, а диаметр (для круглых камней) или ширина и длина (для камней ступенчатой огранки) изготовлены с точностью до миллиметра; на основании этих размеров камень оценивается при оптовой продаже. В ограненных синтетических корундах, как уже было отмечено, часто наблюдаются "огневые метки". Окраска синтетических шпинелей, как будет описано ниже, не соответствует цветам, наблюдаемым у природных шпинелей.