Наиболее важное условие этого процесса — чистота шихты, а также кислорода и водорода, используемых в горелке. Окись алюминия, основную составляющую корунда, получают из алюмоаммиачных квасцов. Они представляют собой октаэдрические кристаллы двойного сульфата аммония и алюминия, содержащего кристаллизационную воду. Их подвергают перекристаллизации для повышения чистоты, а затем прокаливают в большом тигле при температуре 1100°С. Квасцы разлагаются с образованием аммиака, двуокиси серы и паров воды, которые улетучиваются. Остается осадок — чистая окись алюминия в виде неустойчивой гамма-модификации очень мелкого порошка. Если хотят получить рубин, то в квасцы перед прокаливанием вводят до 8% окиси хрома, вследствие чего прокаленный продукт приобретает бледно-зеленый цвет. Для получения синего сапфира в квасцы добавляют окислы железа или титана. Цвет желтого сапфира создается окисью никеля, александритоподобного корунда — окисью ванадия и т.д. Готовую шихту в виде порошка загружают в бункер, расположенный в верхней части печи. Дно бункера представляет собой сито. Горелка находится в кольцевой камере. Шихта под действием периодического постукивания механическим молоточком по бункеру начинает падать вниз, проходя через пламя; здесь порошок плавится. Расплавленная капля, пройдя через круглую камеру плавления, попадает на керамическую подложку, где сначала образуется большое количество мелких кристалликов корунда, слагающих конус. Затем пламя в печи регулируют таким образом, чтобы в центре конуса начал расти небольшой стерженек, переходящий кверху в монокристалл. По мере подачи шихты он расширяется, образуя булю обычной формы — сужающийся книзу цилиндр диаметром около 19 мм. Вследствие больших внутренних напряжений буля корунда легко расщепляется по длине на две половинки, которые затем пускают в обработку для использования в ювелирном деле или в технике.
Этим же способом можно выращивать аналоги природной шпинели, используя в качестве шихты окислы алюминия и магния. Полученные кристаллы окрашивают окисью кобальта в синий цвет, окислами марганца — в бледнозеленый и окислами железа — в бледно-розовый цвет. При соотношении окислов алюминия и магния 1:1, как в природной шпинели, буля растет плохо. Самое благоприятное с технологической точки зрения соотношение: 3,5 части
 | Рис. 7.1. Схема печи Вернейля. |
окиси алюминия на 1 часть окиси магния. В результате получается материал, представляющий собой смесь кристаллов шпинели и гамма-модификации окиси алюминия, с которой она изоморфна. Тенденция кубической гамма-А1
О
к переходу в устойчивую тригональную альфа-А1
0
(корунд) приводит к возникновению внутренних напряжений в булях, поэтому були синтетической шпинели всегда имеют аномальное двупреломление, хорошо видное при исследовании их между скрещенными поляроидами.
Типичные образцы були корунда и шпинели приведены на рис. 7.2. Були корунда обычно не обладают кристаллической формой, шпинелевые були характеризуются несколько уплощенными гранями кубического кристалла. Верхняя площадка как тех, так и других булей имеет матовую поверхность, сложенную мелкими кристаллами, образующимися в результате ее быстрого охлаждения при выключении горелки. Структуры этой поверхности у булей двух типов легко различаются под лупой. Поверхность корундовой були состоит из мелких перекрывающихся ромбоэдрических чешуек,
 |
Рис. 7.2. Були корунда (а) и шпинели (Ь). |
напоминающих черепицу на крыше, тогда как у шпинелевой були видны цепочки соединенных октаэдров, пересекающихся под углом 90°.
Сш1тетический звездчатый корунд.
В 1947 году появилась серия звездчатых сапфиров и рубинов, изготовленных в виде буль, содержащих, кроме обычно используемых окрашивающих реагентов, примесь титана. Отжиг материалов проводили в интервале температур от 1100 до 1500°С в течение периода времени от 2 до 72 часов. В процессе такой обработки окись титана кристаллизуется в виде коротких мелких кристаллов рутила, ориентированных под углами 120° согласно кристаллохимическим направлениям в решетке корунда.
В кабошонах, обработанных таким образом, чтобы их ось совпадала с оптической осью корунда, видна сверкающая звезда из шести лучей, создаваемая игрой отраженного света. Таким образом метод Вернейля вторгся в область, где природу, казалось бы, невозможно изменить.