вкладки виды
защитный лак для зубов фторлак
ваги для зважування діамантів

Методы производства синтетических камней и имитаций

Методы производства синтетических камней и имитаций

Прежде чем перейти к детальному описанию важнейших синтетических камней, приведем краткий исторический обзор методов их производства. Читателю, желающему получить дополнительную информацию, предлагается обратиться к отлично написанной подробной книге Курта Нассау "Камни, созданные человеком".
Первым драгоценным синтетическим камнем, который стали получать в начале XX в. на промышленной основе в больших масштабах благодаря появлению замечательного метода — метода Вернейля, был рубин. В настоящее время годовой объем производства синтетических рубинов достигает миллиарда каратов. Большая часть синтетического рубина используется для технических целей — в подпятниках часов, в измерительных и авиационных приборах. Однако значительное количество попадает и на рынки (особенно на Востоке) в качестве ювелирного материала. Спустя несколько лет после начала производства рубинов возникло производство сапфиров, причем не только сапфиров традиционно синего цвета, но также бесцветных, желтых, зеленых, оранжевых и розовых камней. В 20-х годах методом Вернейля были получены шпинели — главным образом бесцветные или бледно окрашенные, — которые предназначались в основном для имитаций аквамарина и алмаза. Их состав отличается повышенным содержанием окиси алюминия. После второй мировой войны в ФРГ и США начали производить звездчатые рубины и сапфиры. Через несколько лет появились рутил и титанат стронция, выращенные с помощью модифицированного метода Вернейля, обеспечивающего избыточное содержание кислорода в среде.
Синтетические изумруды, по размеру пригодные для огранки, были впервые созданы в ФРГ фирмой "И.Г. Фарбениндустри" незадолго до второй мировой войны, но их промышленное производство было организовано К. Чэтемом в США несколько лет спустя. Много позднее изумруды стала производить фирма "Линде" в США и более успешно фирма Пьера Жильсона во Франции.
Столетняя история упорных попыток ряда ученых синтезировать алмаз завершилась успехом шведского концерна в 1953 г. Однако первой опубликовала отчет о синтезе алмаза фирма "Дженерал электрик" в США (в феврале 1955 г.). В мае 1970 г. специалисты той же компании объявили о выращивании алмаза высокого ювелирного качества размером до одного карата. Теперь производство мелких кристаллов алмазов для промышленного использования налажено в больших масштабах во многих странах, причем стоимость полученного материала соизмерима со стоимостью дробленого борта. В то же время стоимость выращенных ювелирных кристаллов значительно выше стоимости природных алмазов. Однако ювелирного качества желтые синтетические алмазы выращиваются в промышленных масштабах японской фирмой "Сумитомо". Алмазы используются в промышленных целях, а некоторые из них были подвергнуты изумрудной огранке. Концерн "Де Бирс" (De Beers) получил ювелирного качества синтетический алмаз довольно крупного размера (10 каратов) за несколько лет, основываясь на экспериментальных разработках.
Кварц — один из самых распространенных в природе минералов, но его прозрачные кристаллы, лишенные двойников, встречаются сравнительно редко, тогда как для радиоэлектроники требуется именно такой материал. Поэтому во время второй мировой войны воюющие страны интенсивно занимались производством синтетического кварца, обладающего указанными свойствами. Для геммологов эта работа не представляла интереса, пока в последующие годы в России (и, возможно, в некоторых других странах) не были синтезированы разновидности кварца синего, зеленого, коричневого, и вслед за развитием методики облучения, фиолетовые разновидности синтетического кварца, которые, появившись на рынке в ограненном виде, поставили геммологов перед необходимостью их "узнавания". Из других синтетических ювелирных камней, созданных сравнительно недавно, можно назвать флюорит, шеелит, александрит (включая кошачий глаз), бирюзу и, что наиболее удивительно, опал. Кроме того, появился ряд прозрачных твердых кристаллов с высокими показателями преломления, не известных в природе и первоначально не предназначавшихся для ювелирных целей. Примером могут служить двойные окислы редких земель со структурой граната, которые и были по этой причине названы их создателями-физиками "гранатами". Минералоги, однако, считают данное название некорректным, поскольку гранаты с минералогической точки зрения представляют собой силикаты. Из синтетических гранатов наибольшей известностью пользуется алюминат иттрия, или иттрий-алюминиевый гранат (ИАГ), широко применявшийся в середине 70-х годов для имитации алмаза.
Новейшим материалом, используемым сейчас для этой цели, является кубическая модификация окиси циркония
. При комнатной температуре она неустойчива, но может быть "стабилизирована" за счет введения в нее кальция или некоторых других окислов. Природная окись циркония встречается в виде моноклинного минерала бадцелеита.
Из многих синтезированных к настоящему времени камней, достаточно твердых и прозрачных, чтобы представлять собой ювелирную ценность, мы подробно рассмотрим только те, которые находят широкое применение. Названия же и свойства камней, имеющих меньшее практическое значение, приведены в таблицах, чтобы геммолог мог определить их, если они ему встретятся.
В России она получила название "фианит". — Прим. ред.
Прежде чем приступить к детальному описанию отдельных синтетических.
камней и способов их определения, мы приведем краткий обзор основных.
методов, используемых сейчас для выращивания ювелирных кристаллов.
Выращивание кристаллов из расплава.
1.
Способ "плавления в пламени", известный как способ Вернейля, был впервые предложен французским химиком О. Вернейлем в конце прошлого века. Рубин, а в дальнейшем сапфир и другие камни из группы корунда, в том числе звездчатые формы, шпинели различных цветов, рутил и титанат стронция, были получены именно этим хорошо зарекомендовавшим себя методом.
2.
Способ Чохральского заключается в "вытягивании" кристалла из расплава. Он успешно используется для получения крупных кристаллов шеелита, флюорита, редкоземельных гранатов и т.д. Пригоден также для производства сверхчистых рубиновых стержней для лазеров.
3.
Способ Бриджмена — Стогкбергера, при котором исходную шихту, расплавленную в тигле, заставляют кристаллизоваться, очень медленно опуская тигель в более холодную зону печи, используется для выращивания кристаллов флюорита и шеелита.
4.
Метод зонной плавки. Используется для облагораживания и выращивания кристаллов. Расплавная подвижная зона, создаваемая радиочастотным нагревателем, перемещается вдоль аггломератового стержня или расплава, и примеси в кристалле или шихте перемещаются впереди этой расплавной зоны. Таким способом выращиваются корунд, шеелит, флюорит и александрит.
5.
Так называемый метод "гарнисажной" плавки, впервые предложенный советскими специалистами в 1973 г. для получения тугоплавких соединений, успешно используется для выращивания кристаллов кубической окиси циркония. Шихта плавится в высокочастотной печи с последующим медленным охлаждением.
Выращивание кристаллов из растворов.
1.
Выращиванием кристаллов из раствора в расплавленном растворителе успешно синтезируются прекрасно образованные кристаллы изумруда, рубина, шпинели, александрита и специальных "гранатов".
2.
Гидротермальный рост кристаллов из щелочных водных растворов при умеренно высоких температурах и давлениях является, пожалуй, процессом, наиболее близким к природному. Так получают кварц, рубин и изумруд.
3.
Кристаллизация в условиях высоких давлений необходима для производства технических алмазов. Скорость реакции повышают, увеличивая температуру.
Другие методы.
1.
Осаждение и прессование искусственно полученных сферических глобуль Si0
. Применяется для производства синтетического опала.
2.
Процессы типа керамического производства, заключающиеся в осаждении, измельчении, прессовании и, возможно, нагревании химических веществ • особой чистоты. К этой категории относится бирюза, полученная Жильсоном.
Цель приведенного краткого обзора — ознакомить геммологов с большим разнообразием способов получения синтетических камней. Поскольку последние характеризуются в основном такими же свойствами, как и их природные аналоги, большое значение для распознавания как тех, так и других камней имеет способность геммолога замечать небольшие различия, которые обычно выявляются при внимательном исследовании материала с помощью лупы или микроскопа. Эти особенности природных и синтетических камней обусловлены специфическими условиями их кристаллизации. В природе кристаллы растут медленно под давлением из горячих водных растворов или из расплавленной магмы (в первом приближении эти условия подобны условиям гидротермального метода и метода выращивания из раствора в расплаве). Обязательным является также присутствие многих химических соединений, образуя ряд различных минералов. Поэтому при осмотре природного кристалла (или камня, ограненного из такого кристалла), как правило, можно наблюдать в нем мелкие включения других минералов, образовавшихся одновременно с ним, или следы окружающей жидкости, в которой он формировался. Действительно, в природных кристаллах во включениях часто видны все три фазы (или состояния вещества) — твердая, жидкая и газообразная. Твердые включения достаточно разнообразны и могут служить хорошим признаком, позволяющим определить природу и происхождение основного минерала. Жидкие включения почти всегда состоят из воды с примесью хлористого натрия. Газообразные включения представлены, как правило, двуокисью углерода. В общеизвестных трехфазных включениях, характерных для колумбийских изумрудов, плоские полости с остроугольным контуром заполнены водным раствором хлористого натрия, в котором плавает пузырек двуокиси углерода и небольшой кубик соли. В момент захвата кристаллом капля жидкости несомненно была гомогенной. Когда же температура понизилась, растворимость упала и раствор распался на существующие сейчас три фазы.
Синтетические камни выращивают в химически более "чистых" условиях, поэтому единственными посторонними кристаллическими включениями могут быть только соединения, сходные по составу с основным кристаллом. Так, в синтетическом изумруде, представляющем собой силикат бериллия и алюминия, во включениях обычно встречается фенакит (силикат бериллия), и кристаллы платины являются типичными включениями в синтетических сапфирах и рубинах, полученных Чэтемом в тиглях, футерованных платиной.
Исключения из этого правила составляют те случаи, когда кристаллы выращиваются на "затравке" из природного минерала с характерными для него включениями. Кэрролл Чэтем, например, при выращивании рубинов пользуется затравкой из бирманского рубина, а Лехляйтнер применяет в качестве затравки ограненный аквамарин или другой минерал из группы берилла и наращивает на него тонкий слой синтетического изумруда. Понятно, что остроумные идеи такого рода облегчают жизнь ювелирам и геммологам, которые пытаются защитить ювелиров и с их помощью покупателей от обмана.
Ниже описываются методы получения всех главных разновидностей синтетических драгоценных камней, присутствурщих в настоящее время на рынке. Признаки, позволяющие отличать синтетические камни от их природных аналогов, для удобства и во избежание чрезмерно раздутых по объему глав приводятся в главе 9.