Как се синтезират скъпоценни камъни

Съвременна историясъздаването на изкуствени скъпоценни камъни започва през 1857 г., когато френският химик Марк Годин, сливайки две соли - стипца (калий и алуминиев сулфат) и калиев хромат, получава рубинени кристали с тегло около 1 карат.

Синтетичните скъпоценни камъни включват изкуствено получени моно- или поликристални и аморфни химични съединения. Съществуват две групи синтетични бижутерски материали. Първият включва камъни, които са структурни и химични аналози на естествените кристали, но се различават по състав и съдържание на следи от примеси. Например, те включват - диамант, рубин, сапфир, смарагд, аметист, александрит. И втората група включва камъни, получени в лабораторни условия, но без аналози в природата, например кубичен цирконий, итриево-алуминиев гранат (YAG), галиев-гадолиниев гранат (GGG).

Методи за синтезиране на скъпоценни камъни

Понастоящем се използват различни методи за синтез на скъпоценни камъни и растеж на бижутерски кристали, основните от които са групите стопилки (Verneuil, Czochralski, зони и методи на топене на черепа) и методи за разтопяване (методи на флюс, хидротерма синтез и синтез на бижута диаманти при високо налягане), както и някои други.

Методът на Верней. През 1896 г. френският учен Огюст Верней проектира специална пещ с водородно-кислородна горелка за синтез на рубини и започва ерата на индустриалното производство на синтетични скъпоценни камъни.

Синтез на скъпоценни камънисе извършва от стопилката, получена чрез топене на заряда (в случай на синтез на рубин, зарядът е смес от алуминиеви и хром оксиди). Пещта е проектирана по такъв начин, че зарядът се разпада на малки порции в поток от кислород, влизайки в горивната камера, където се подава водород и където се намира горелката. Тук зарядът се топи и получената капка пада върху керамичен субстрат, върху който първо се образува конус, който след това се превръща в цилиндър - монокристал. Полученият кристал се нарича бул (виж снимка 1), чийто размер обикновено е 5-10 см дължина с диаметър около 2 см ( съвременни технологииви позволяват да получите топчета с дължина до 60-70 см). Отнема около 4 часа, за да се получи средно голям бал. Получените кристали имат силен вътрешен стрес и често се разделят на няколко части.

Снимка 1. Разноцветни кубични цирконии (суровина) и бул от синтетичен рубин (отдолу) (колекция на Московския държавен университет, снимка на авторите)

Към днешна дата методът Verneuil е успял да отгледа повече от сто различни вида кристали. Това обаче е от най-голямо промишлено значение, като правило, при отглеждането на рубин, сапфир и други цветни сортове корунд, включително звездни камъни и шпинели (виж снимка 2).

Снимка 2. Фасетирани синтетични рубини и сапфири (колекция на Московския държавен университет, снимка на авторите).

Метод на Чокралски. Този метод дава възможност за получаване на кристали с много високо качество. Изходният материал (смес от оксиди от съответния състав) се топи в тигел, направен от огнеупорен метал (например платина или иридий), който се нагрява чрез спирален нагревател, навит директно върху тигела. Кристализацията започва върху семе, докосващо повърхността на стопилката, което постепенно се завърта и повдига (издърпва) от стопилката (със скорост 5-30 mm / h). Получените кристали са пръчки с диаметър 2,5-6 см и дължина 20-25 см. Кристалите, отглеждани по този метод, включват рубини, сапфири, YAG, GGG и други синтетични гранати, както и александрит.

Методът Czochralski дава възможност да се получат кристали, които са отличен бижутериен материал, тъй като те са много по-еднородни от кристалите, отгледани по метода на Verneuil.

Метод на топене на наклон. Методът се състои в топене и кристализиране на вещество в собствената му студена „обвивка“ и се използва за отглеждане на огнеупорни кристали (кубичен цирконий, корунд, YAG и някои други). За топене на веществото се използва високочестотно нагряване. След нагряване стопилката се държи няколко часа (за да се осигури дестилация на примесите и да се установи хомогенна среда), след което бавно се охлажда, в резултат на което колоновидни кристали кристализират (виж снимка 1).

Метод на топене в зони. Същността на метода е следната: първоначалният заряд, който представлява смес от предварително калцинирани оксиди на основните първоначални компоненти с примеси, и семената се поставят в лодка от молибден, която след това бавно се изтегля по нагревателя. Докато лодката се движи, в заряда се появява доста тясна разтопена зона, която при по-нататъшно движение на лодката се втвърдява с образуването на един кристал. Ширината на получения кристал е 8 см, височината е 2 см, дължината е 18 см, времето за растеж е 4 дни. Сред вътрешните дефекти на отглежданите кристали се наблюдават блокада и разрушаване.

Този метод за синтезиране на скъпоценни камъни е технически прост, позволява да се отглеждат монокристали под формата на плочи и се използва успешно за получаване на големи монокристали от корунд с различни цветове, YAG и други синтетични гранати.

Метод за синтез от разтвор в стопилка и хидротермален синтез. При отглеждането на синтетични скъпоценни камъни се използват широко методи за кристализация от разтвор в стопилка (метод на потока) и от хидротермални разтвори.

Растежът на кристали по метода на потока се използва главно за получаване на огнеупорни вещества, чиято кристализация от стопилката при бързо охлаждане е невъзможна. Като разтворители (флюс) се използват стопилки на ниско топящи се оксиди (олово, молибден, бор и др.) Или соли (KF, PbF2, CaCl2 и др.). Процесът на синтез протича в тигели от платина, иридий или графит, поставени в специални пещи. Кристализацията възниква или в резултат на постепенно охлаждане на стопилката, или при условия на изпаряване на стопилката, или чрез метода на температурната разлика. Този метод ви позволява да получите кристали от смарагд, корунд, александрит с размер няколко сантиметра (вижте снимка 3).

Снимка 3. Изумруди, отгледани по хидротермален и разтопен метод: суровини и отрязани камъни (колекция на Московския държавен университет, снимка на авторите).

Методът на хидротермален синтез е особено обещаващ за отглеждане на бижутерски кристали. Растежът на кристалите се извършва в запечатани съдове с високо налягане (автоклави), което позволява процесът на синтез да се извършва при температури от 250-600 ° C и налягания от десетки и първи стотици мегапаскали. Като разтворител в този метод се използва вода, чиято разтваряща сила рязко се увеличава при високи температури и налягания, осигурени в автоклав. Растежът на кристалите се извършва върху семената в резултат на температурна разлика.

Методът на хидротермален синтез се използва широко за отглеждане на кварц с различни цветове (виж снимка 4) и изумруди. Хидротермалните кварцови кристали тежат няколко килограма, а изумрудите са с размер до 10 см. Напоследък методът започва да се използва за синтезиране на рубини.

Снимка 4. Кварцови кристали с различни цветове, отгледани по хидротермален метод (колекция на Московския държавен университет, снимка на авторите).

Метод за синтез на скъпоценни камъни диаманти при високо налягане.

През февруари 1955 г. има доклад за първия успешен опит за синтезиране на диамант, извършен в изследователската лаборатория на американската компания General Electric. И в началото на 1970 г. в същата лаборатория са получени кристали с диамант с различни цветове с тегло до 1 карат. В момента синтетичните диаманти се произвеждат не само в САЩ, но и в Швеция, Южна Африка, Япония и Русия.

Основният индустриален метод за синтез на диаманти е синтез на разтворим метал-въглерод при високи налягания (температура 1400-1600˚C, налягане 5000-6000 МРа). Като начален заряд обикновено се използват графит (въпреки че са възможни и други съдържащи въглерод вещества) и метали или сплави от желязо, никел, кобалт, платина и паладий. За създаване на необходимите термобарични параметри се използват мощни хидравлични преси, оборудвани с камери с високо налягане.

В момента са постигнати големи крачки в областта на синтеза на диаманти. Размерът на отглежданите кристали с качество на скъпоценни камъни достига 9-10 карата, те имат различни цветове и висококачествени характеристики (вижте снимки 5, 6).

В допълнение към описаните методи за синтез на получаване на монокристали на бижутерски камъни, съществуват методи за отглеждане на поликристални инертни материали - тюркоаз, малахит, а също и методи за отглеждане на благороден опал. В повечето случаи техниката синтез на скъпоценни камънитези и някои други бижутерски материали е търговска тайна на техния производител.

По този начин в момента на пазара често можете да намерите бижута, в които като вложки се използват синтетични камъни. Тъй като технологиите за получаване на синтетични материали непрекъснато се усъвършенстват, може да се очаква, че броят им ще се увеличи в бъдеще, както и качеството и сходството им с естествените камъни ще се подобрят.

Вече публикувах три от своите идеи на този сайт (Витражи от цветно стъкло, Изработване на мозаечни панели и маси, Отглеждане на мозаечни пана в инкубатор). Нова идея, която нарекох „Отглеждане на рубинени кристали у дома“, се роди подобно на идея 1404 в процеса на психологическо консултиране, използвайки техниките, които използвах за развитие на творческото мислене. Благодарение на тези техники това нова идея... Няма да описвам подробно с какви проблеми се обърна млад мъж на име Александър (сега няма значение), но резултатът от нашата работим заеднобеше раждането на тази идея за домашен бизнес.

В началото попаднах на информация, че, оказва се, почти всички скъпоценни камъни, които се продават в композицията бижутав нашите типични бижутерийни магазини са с изкуствен произход! Това изобщо не означава, че ни заблуждават.

Синтетични скъпоценни камъни в техния химичен състав и физични свойствапочти напълно неразличима от естествени камъни... Целият проблем. Оказва се, че сред естествените скъпоценни камъни не всички имат достатъчна чистота и други бижутерски качества, за да бъдат удостоени да бъдат представени в бижутерски магазини, а в лабораторно или фабрично производство технологичният процес може да бъде прецизиран, така че всички кристали, отглеждани в лабораторията ще имат почти същите характеристики на бижута.

А в производството те са много по-евтини от техните „колеги“ със същото качество, добивани в дълбоки и животозастрашаващи мини. В допълнение, отлаганията на някои минерали не са разпръснати в изобилие равномерно навсякъде Глобусът, но са концентрирани, като правило, на няколко места.

Тогава мисълта се лееше по аналогия с витражи и мозайки. Ако в интернет попаднах на оферти за тези услуги от големи реномирани фирми със солидни производствени площи и паричен поток, тогава си зададох въпрос - защо е невъзможно да се направят малки витражи (вложки в интериорни врати, стенни лампи и т.н.) буквално на бюрото ви?

Изучава технологията, чуди се как може да бъде опростена домашна употреба, проведоха определен брой експерименти - и получиха резултата!

По същия начин, Александър и аз започнахме да преработваме творчески идеята за отглеждане на кристали от скъпоценни камъни у дома. Изучаван (на уводно ниво) различни начини, и се спря на метода на френския учен Огюст Верней, който създаде преди повече от 100 години оригинална техника и оборудване, което направи възможно отглеждането на рубинени кристали с тегло 20-30 карата за 2-3 часа. Това беше изключително постижение на науката и технологиите не само защото даде възможност за изкуствено производство на такъв ценен материал в необходимите количества, но и защото отвори перспективи за синтеза и растежа на кристали от други скъпоценни камъни.

Успехът на О. Верней е предшестван от почти половин век изследвания върху синтеза на рубин.

Простотата и надеждността на метода Verneuil доведоха до бързата организация на индустриалното производство на тези кристали, първо във Франция, а по-късно и на практика във всички високо развити страни по света.

Първата фигура показва самия принцип на действие на метода Verneuil (нали - всичко изглежда доста просто!), А втората фигура показва апарата Verneuil.

Апарат Verneuil за отглеждане на рубинени кристали у дома

Изглежда доста трудно, дори в началото ме кара да се чувствам малко уплашен - казват, че никога не бих направил това! Но това са фалшиви страхове. В крайна сметка трябва да се помни още веднъж, че изобретателят е създал своята технология преди повече от 100 години!

Естествено, той не разполагаше с онези електрически и механични „трикове“, които са достъпни за всеки домашен майстор в момента!

Започнахме да работим по този проблем - как да опростим апарата Verneuil чрез използването на съвременни електрически компоненти и механизми с широка наличност и да създадем „кухненска“ версия на апарата.

И ние го направихме!

Използвайки метода Verneuil, можете да отглеждате кристали не само от рубин, но и от сини, бели (прозрачни) и жълти топази (както и други нюанси по желание).

Публикувам подробно описание на „кухненската“ версия (със съгласието на Александър) като основен генератор на идеята и изобщо не се страхувам от конкуренцията от онези ентусиасти, които решат да последват тази идея. Причината е много проста: понастоящем изкуствени скъпоценни кристали се отглеждат в много страни по света, но щом отидете в бижутерски магазин, веднага става очевидно, че цените все още „хапят“. И изглежда, че пазарът е все още много, много далеч от насищането. И ако дори след четене на тази информация има няколко хиляди ентусиасти, то с нашето „домашно“ производство не можем да направим някакво специално „време“ в този пазарен сегмент. Следователно резултатите от нашето изследване могат да бъдат публикувани без страх. Напротив, ако в мрежата се появи нещо като "Асоциацията на домашните производители на кристали" :-), тогава ще бъде още по-интересно и полезно за всички, тъй като, както знаете, две глави са добри и две хиляди - можем уверено да предположим - много по-добре. А някои от тези глави може да се окажат много по-леки и техните идеи ще помогнат на всеки, който се интересува, да опрости допълнително и да подобри апарата и да го превърне от „кухня“, например, в „нощно шкафче“ :-).

Сега няколко думи за икономическата ефективност на проекта. Отглеждането на рубинен кристал с тегло 20-30 карата (4-6 грама!) И около 3 kWh електричество отнема 3 часа. Изчислете колко струва във вашия район. Мисля. че цифрата е по-малка от 10 рубли. Цената на 6 грама алуминиев оксид на прах и 0,2 грама хром оксид като цяло не може да струва повече от 50 копейки.

Така че, ако вие, скъпи читателю, предложите дори груб рубинен кристал на заинтересован бижутер, тогава не е нужно да имате глава на Сорос, за да разберете, че печалбата от сделката ще бъде доста солидна. Е, ако някой от ръчно изработените мъже с рубини и топази зарадва собствената си съпруга или приятелка, то психологическите дивиденти от подобни „инвестиции“ изобщо не могат да се броят! :-).

Още няколко думи за правната законосъобразност на подобни производства. Разбира се, все още е необходимо задълбочено да се консултирате с адвокати, но законът на Руската федерация "За СКЪПНИ МЕТАЛИ И СКЪПНИ КАМЪНИ" (последно изменение от 18 юли 2005 г. N 90-FZ) прегледах, казва много конкретно, че обект на регулиране на този закон е "скъпоценни камъни - естествени диаманти, изумруди, рубини, сапфири и александрити, както и естествени перли в суров (естествен) и преработен вид. Уникалните кехлибарени образувания се приравняват на скъпоценни камъни в съответствие с процедурата, установена от правителството. Руска федерация... Този списък със скъпоценни камъни подлежи само на промяна федерален закон. ". Специално подчертах думата - „естествен“. И нищо не се казва за синтетичните.

Така че отглеждайте рубинени кристали у дома на спокойствие.

Ако започнете да изучавате пазара на благородни метали, рано или късно ще стигнете до много интересен извод, че във всички наши бижутерийни магазини има много изкуствени бижута. И това, най-интересното, изобщо не е измама!

Естествените камъни изобщо не се различават по своите химични и физически характеристики от изкуствено произведените скъпоценни камъни. И ако отидем по-далеч, ще отбележим, че повечето естествени бижута имат идеална честота и достатъчно характеристики, за да бъдат удостоени с честта да се продават в бижутерските магазини. В допълнение, предимството на синтетичните продукти пред естествените се проявява във факта, че качеството на първите може да се подобри с помощта на производството в производствените лаборатории, така че качеството на тези продукти да бъде толкова близо до оригинала, а процесът не е трудоемък, че съотношението печалба / цена ще бъде толкова високо, че несъмнено е отглеждане на скъпоценни камъни у домаще ви заинтересува.

Ако естествени скъпоценни камъни се добиват в труднодостъпни дълбоки и животозастрашаващи мини, тогава синтетичните „братя“ имат много евтин производствен процес. Към всички неудобства при търсене на скъпоценни камъни може да се добави фактът, че находищата не са равномерно разпределени по целия свят и в изобилие, а са разположени само в определени няколко точки на Земята.

Сега, след като осъзнахме предимството на синтетичните получени скъпоценни камъни, нека преминем към метода отглеждане на скъпоценни камъниу дома "кухненски" условия. От всички изследвани методи, най-достъпен за неспециалист е методът на Огюст Верней, който преди повече от 100 години е изобретил и въвел в производството метод и компоненти, които могат да отглеждат рубинени кристали в рамките на 2-3 часа с тегло 20 -30 карата.

Методът Verneuil е толкова прост, че ви позволява да организирате отглеждането на скъпоценни кристали, като започнете от Франция, по-късно продължите производството във всички прогресивни страни и завършите с вашата кухня.

Тази цифра показва много проста схемаинсталации за отглеждане на скъпоценни камъни по метода на Verneuil.

Инсталационна схема за отглеждане на монокристали по метода на Verneuil:

1 - механизъм за понижаване на кристали,

2 - държач за кристал,

3 - растящ кристал

4 - ауспух, 5 - горелка, 6 - бункер,

7 - разклащащ механизъм,

8 - катетометър.

След разглеждане на изображението изглежда, че устройството е много сложно и че никога няма да го направим у дома. Но ако си спомняте, че авторът е създал своя апарат преди повече от 100 години, то днес неговата схема в ерата на електричеството е опростена до невъзможност.

Въпреки факта, че тези методи за отглеждане на синтетични бижута са често срещани по целия свят, просто трябва да отидете в бижутерски магазин и цените веднага ще ударят по джоба ви. И както можете да видите, пазарът все още е далеч от пълното удовлетворение на потребителите.

И така, за да се получи рубинен кристал от около 20-30 карата (4-6 грама !!), трябва да отделите 3 часа и 3 кВтч електроенергия. Сега трябва да изчислите колко във вашия район ще похарчите за ресурси, включително цената на 6 грама оксид алуминий на прах и 0,2 грама окси хром. Мисля, че за такава дреболия ще похарчите не повече от 50 копейки.

Всеки бижутер, който купува скъпоценни камъни, ще оцени, дори и не напълно, качествения камък на вашето производство и вашата инсталация ще започне да се изплаща с лихва. И ако все пак украсите някой продукт с бижутата си и го представите като подарък на роднини и приятели, тогава емоционалният ви подем няма да има граници.

Сега остава да приведете продукта си в съответствие със законодателството на Руската федерация "За скъпоценните метали и скъпоценните камъни". И там е записано, че обектът на този закон са „скъпоценни камъни“, и те включват естествени кехлибарени образувания. И най-интересното е, че сред тях няма синтетични камъни! Така че работете спокойно и изгодно!

Технология за производство на синтетични сапфири, рубини и корунди

Монокристали от ламеларен сапфир (безцветен корунд) се отглеждат чрез методи на стопяване, което дава възможност да се получат кристали с тегло до няколко килограма. Монокристалите от синтетичен сапфир се отглеждат от алуминиев оксид чрез разтягане с форми за даден профил по метода на Степанов. Като безцветен структурен материал, ламеларният сапфир се използва в полупроводници и електронна индустрия, тънкослойна хибридна и интегрирана микроелектроника, осветителна техника, производство на химическо оборудване и други индустриални сектори.

Плочите от оптично прозрачен и безцветен корунд (сапфир) се различават значително в цената, в зависимост от наличието на микродефекти, невидими за окото. Средният размерплочи е 170х170 мм и височина 30 мм. Пълното формиране на качествени суровини отнема около седмица. Плоча с микроскопични дефекти, невидими за окото (визуално абсолютно перфектни) е напълно подходяща за използване в бижутакато суровина, но може да не е подходяща за нуждите на фината индустриална оптика, следователно цената на суровините ще варира значително. Това, което е идеално за бижута и на реални цени може да не е достатъчно за индустриални нужди.

В началото на растежа сапфирните кристали са безцветни, но след това с натрупването на примеси те стават леко розови. И ако розовият корунд се постави за известно време под ултравиолетова (UV) лампа, тогава розовината постепенно се превръща в прекрасна винена кафеникавост. Цветът на сапфира е като винен топаз, само че е по-твърд.

Според нарастващата технология, сапфировите монокристални вафли наподобяват процеса на замразяване на обикновена вода и нейните модификации. Ако е от сода, ще има много мехурчета, видими за окото. Ако е от типа "чешмяна вода или отворен източник", ще има много скрити и невидими мехурчета, които правят сапфира труден за използване при работа под микроскоп. Типът "вода с чужди примеси" ще даде примеси в сапфира. Идеалният вариант - типът "дестилирана вода без газ и примеси, във вакуум" - се използва за производството на лупи и редуциращи стъкла за изгаряне на микросхеми и процесори на съвременни компютри (Intel в САЩ, доклади на семинари и симпозиуми 2006- 2007 г. и по-късно). Много подходящо.

Монокристалите от синтетичен корунд са модификация на алуминиев оксид, при която малка част от алуминиевите йони могат да бъдат изоморфно заместени с йони от желязната група или медни йони. Култивирането на синтетични монокристали с широка гама от цветове (рубини, сапфири, топази, аметисти и др.) Се извършва по метода на Verneuil. Синтетичните корунди се използват в бижутерията, часовникарството и производството на инструменти. Отпадъчният корунд се използва за производство на висококачествени абразивни и огнеупорни продукти. Апаратът Verneuil също така дава възможност за отглеждане на синтетични шпинели и др.

Рубинът и сапфирът са минерали, които макар и да се различават външен вид, имат идентична кристална структура и свойства, с изключение на наличието на незначителни концентрации на примесни елементи, които им придават характерните цветове. Рубинът и сапфирът са съставени главно от алуминиев оксид Al2O3, чиято кристална форма минералозите наричат ​​корунд. Кристали, отгледани по метода на Verneuil известни като боули, очевидно поради факта, че първоначално те са имали заоблена форма. Този термин, измислен от Гаудин и използван от Верней, стана често срещан сред производителите на кристали, въпреки че кристалите вече са цилиндрични.

Верней отглежда бул с тегло 2,5-3 g (12-15 карата) за 2 часа. Боулите бяха с кръгла форма, а някои от тях имаха диаметър 5-6 мм. Днес се отглеждат цилиндрични топчета с диаметър 20 mm и дължина на цилиндъра 50-70 mm и така наречените полуболи (половин цилиндър, разрязан по дължина, с основа 10 x 20 mm). Обемът на такава полубула 10 х 20 х 60-70 мм е 10-11 кубически метра. см и тегло, съответно, 40-45 грама. Тази суровина все още не е измерена в карата (но може лесно да се изчисли - теглото е 200-250 карата).

Монокристални прозрачни топчета и пръчки от изкуствен корунд (синтетични рубини и сапфири) се получават чрез топене и прекристализация на алуминиев триоксид (алуминиев оксид) в кислород-водороден пламък. Боулите могат да бъдат допълнително оцветени: от примеси на Cr йони (хром, до 2%) - в червено, V (ванадий) - в сиво-зелено на дневна светлина и виолетово на изкуствена светлина, Mn (манган) - в жълтеникаво-розово, Ni (никел) - в жълто, Ti (титан) - в розово-виолетови цветове. При изрязване на синтетични корунди под различни имена(сапфир, рубин, топаз, александрит, аметист) те се използват в бижутерията; червени корунди - рубини - като опорни камъни за механични часовници и други прецизни инструменти и пръти в оптични генератори (лазери). Плътността на синтетичните корунди е 4 g / cc, твърдостта е 9 за цветни корунди и 9,25 за моисонит (твърдостта на диаманта е 10 по скалата на Mohs). Кристалната структура на корунда се състои от атоми Al (алуминий), заобиколени от 6 O (кислород) атоми, които образуват най-плътната хексагонална опаковка. Корундът също се характеризира с висока химическа устойчивост и висока точка на топене (2020-2050 градуса С, отнася се за огнеупорите).

В Института по кристалография на Академията на науките на СССР. А. В. Шубников разработи методи за синтез на корунд, с помощта на които се получават корундови кристали с различна форма. Този метод дава възможност за отглеждане на левкозафирни кристали под формата на плочи големи размерис определена дадена кристалографска ориентация. Контейнер с молибден, напълнен с изходен материал, се поставя във вакуумна фурна, където се нагрява до температура над 2000 ° С. Алуминиевият оксид се разтопява. Контейнерът с стопилката бавно се придвижва до области с по-ниска температура и когато температурата падне до определена стойност, стопилката кристализира. За насочена кристализация в стопилката се въвежда зародишен кристал. Целият процес е автоматизиран.

В промишлен мащаб изкуствените корундови материали се получават чрез топене на боксит в електрически пещи с редуциращ агент (железни стружки). Те се използват и като абразиви; използвайки методите на праховата металургия, те се използват за направата на фрези за механична обработка на метали, когато висока температура... Те не са подходящи за бижутерската индустрия (за изрязване като вложки).

Оказва се, че сега се фалшифицират не само естествени продукти. естествени камъни... Тъй като след разпадането на СССР цените на синтетичните корундни суровини са станали доста високи, цените на синтетичните корунди, сапфири и рубини също не са евтини. Снимката вдясно показва типична проба. фалшиви синтетични корундни монокристали(синтетични рубини и сапфири). Достатъчно ярки цветовеи характерна глава (форма, наподобяваща заоблено камъче). Изглежда, че е подобен на корунда и може да се продава на висока цена, но не е отглеждан по вернелевия начин.

Ако някой все още има бижута със съкратени от СССР синтетични рубини (камъни, произведени в СССР), не бързайте да се отървете от тях. Имате проба от фин машинно изсечен камък и рядка проба от ценен синтетичен корунд. Сега не можете да ги купите просто така в бижутериен магазин. Днес цените на нарязани синтетични корунди, рубини и сапфири за бижута са в пъти по-високи от цените на традиционните безцветни и цветни кубични циркони (синтетични кубични циркони), въпреки че са значително по-евтини от цените на естествените суровини и естествените скъпоценни камъни от групата на корундата .

Технологични особености на производството на корунд

Методът на Огюст Верньой.Индустриалният синтетичен рубин е роден през 1905 г. Технологията на Verneuil се състои в използването на вертикална горелка с алуминиев прах, подаван към пламъка чрез поток от кислород. Прахът се разклаща в газовия поток от вибратор с електрическо задвижване. Използването на газонепроницаема гумена уплътнение позволява вибрационните удари да се предават на съда, съдържащ алуминиев прах без изтичане на кислород. В студената част на пламъка се поставя керамичен щифт, върху който се събират капки течен алуминий, които се образуват, когато прахът се разтопи, разливайки се през горещата зона на пламъка.

Пламъкът е заобиколен от керамичен щит, който действа като изолатор и предпазва нарастващата Буля от течение. Тази муфела е снабдена с прозорец за наблюдение, който е запечатан със слюда в оригиналния апарат на Verneuil. Прекомерното нагряване на горната част на апарата поради топлинния поток от горещата зона се предотвратява чрез използване на водно охлаждане.

В началния етап на растеж на Bouli, прахът, падайки върху щифта, се втвърдява и образува конус от материал с относително ниска плътност. Впоследствие конусът се премества в горещата зона на пламъка, където върхът му започва да се топи. В този момент се образуват няколко кристала, но единият от тях е ориентиран в посока на най-висок темп на растеж. Той инхибира растежа на други кристали и служи като семе за развиващия се Bouli. Умението на оператора е изключително важно в ранните етапи на растежа, тъй като може да се наложи да се регулира температурата на пламъка или скоростта на подаване на прах по време на избора на кристали.

След като в централната част започне преобладаващият растеж на един кристал, за да се увеличи диаметърът на була, скоростта на подаване на захранващия прах се увеличава и температурата на пламъка постепенно се увеличава чрез регулиране на дебита на кислорода. Горната повърхност на Bouli става заоблена и върху нея се подават пресни порции алуминий под формата на падащи стопилни капки. След това стойката с пръчката се спуска със скорост, съответстваща на скоростта на растеж на Bouli. Най-важната предпоставка за отглеждане на висококачествени кристали е еднаквото снабдяване с прах, така че много усилия се изразходват за подготовка на фуражния материал, така че той да има добра течливост.

Ако прахът е твърде груб, проникването на груби студени частици може да доведе до втвърдяване на тънък разтопен слой. Тогава се генерират много малки кристали и Boulle губи структурата на един кристал. Използването на твърде фин прах е свързано с опасността от изпаряване на алуминиев триоксид в пламъка. Оптималните размери на частиците са в субмикронния диапазон (по-малко от хилядни от милиметъра - 20 микрона). Частиците трябва да имат правилна форма, тъй като само в този случай те реагират еднакво на въздействието на вибратора (и равномерно се изливат). Верней получава алуминиев оксид от амониев стипца, съдържащ около 2,5% примес от хромен стипца (получени са класически червени топчета). Прахът от този състав се загрява, за да се разложи стипца и се образуват оксиди, които се натрошават и пресяват през телено сито, за да се изберат частици с необходимия размер.

Метод на Чокралски(методът за изтегляне от стопилката) е както следва: стопилката на веществото, от което трябва да кристализират камъните, се поставя в огнеупорен тигел, направен от огнеупорен метал - платина, родий, иридий, молибден или волфрам - и се нагрява във високочестотен индуктор над точката на топене. Семе, направено от материала на бъдещия кристал, се спуска в стопилката на издърпваща ролка и върху него се изгражда синтетичен материал до необходимата дебелина. Шахтата със семето постепенно се повдига нагоре със скорост 1-50 mm / h с едновременно въртене с честота 30-150 около -1. Завъртете вала, за да изравните температурата на стопилката и да осигурите равномерно разпределение на примесите. Кристален диаметър до 50 mm, дължина до 1 м. Изкуствен гранат, както и корунд, шпинел, хризоберил, литиев ниобат и др. Се отглеждат по метода на Czochralski.

Появи се голям брой научни трудовеза отглеждане на корунд и шпинел чрез пламъчно топене(метод на зонно топене). В процеса на отглеждане на кристали по този метод, малка площ - зона - се разтопява с помощта на нагревателен механизъм и след това нагревателят се движи по пробата, във връзка с което настъпва последователното нарастване на монокристала. Има две версии на този метод: при метода на хоризонтална насочена кристализация се използва дълга тясна лодка (получените кристали са под формата на плочи с размери 220x100X20 mm или повече, в зависимост от размера на лодката), във вертикална версия - плаваща зона - използва се синтериран прът (боул), фиксиран в горната и долната част.

Те се фокусират върху връзката между дефектите в кристалите и условията, при които се отглежда Boulle. Основното несъвършенство на този метод за отглеждане на кристали е наличието на стъпаловиден температурен градиент между горещата област на пламъка, където се намира разтопената връх Буле, и по-студеното дъно. Рязката промяна на температурата по оста Bouli създава силни напрежения в кристала и когато се отстрани от пещта, Boules често се напуква (по протежение на цилиндъра) с образуването на два полуцилиндрични фрагмента (полубули). За нуждите на бижутерската индустрия за рязане, такива полу-боули са напълно подходящи.

Технологични характеристики на производството на звездни сапфири (звездички)

През 1947 г. клонът на Linde в Източен Чикаго, Union Carbide Corporation, започва да произвежда звездни сапфири и рубини по метода на Verneuil. През 1949 г. този метод е патентован. Звездните камъни са кръстени заради необичайния им външен вид, гледани по главната ос на кристала. Шест лъскави ивици се излъчват радиално от центъра на кристала, за да създадат впечатляващ модел, който съответства на символичното изображение на звезда или звездичка. Резултатът е много ярки звездни камъни, които отсъстват в природата.

Това явление в корунда се причинява от наличието на тънки игли от рутил - алуминиев титанат (Al2TiO5), които са удължени на ивици, подредени в съответствие със симетрията на кристалната структура под ъгъл 60 o една спрямо друга. Това се постига чрез добавяне на алуминиев оксид към праха. малки количестварутил. В процеса на образуване на бул рутил се разтваря в разтопения слой на алуминиевия триоксид, но при охлаждане след кристализация, булът се освобождава под формата на игли, но главно вече под формата на Al2TiO5, образуван в резултат на взаимодействието на рутила и алуминиев оксид. В съответствие с патента Linde, най-добри резултати се постигат чрез добавяне на 0,1% до 0,3% рутил към праха и след това отгряване на була при 1100-1500 ° C в продължение на няколко часа, за да се изолират иглите Al2TiO5. Звездните камъни обикновено се правят под формата на доста изпъкнали кабошони, като в този случай те са най-ефективни.

Основната трудност при производството на звездни камъни е да се постигне равномерно разпределение на иглите Al2TiO5, така че звездата да заема цялата ширина на камъка. Linde установи, че най-добри резултати се получават чрез промяна на дебита на кислорода, което води до периодични температурни вариации. Това става най-удобно с клапан, който частично спира подаването на кислород. Установено е, че тази процедура води до периодична промяна в разпределението на иглите. Ако при нисък дебит на кислород иглите се разпределят по цялата ширина на топчето, тогава високият дебит насърчава кристализацията им само в периферната част.

Звездният модел се появява най-ефективно, когато редуващите се слоеве са с дебелина 1 мм. Тази процедура демонстрира едно от основните предимства на изкуствените скъпоценни камъни пред естествените: специалистът, който отглежда кристали, контролира условията за изработване на материала и може да ги промени, за да постигне най-добрия резултат. Любителите на естествените кристали допускат възможността за определена обработка на камъни с цел подобряване на външния им вид, например нагряване на циркон, но те нямат способността да контролират условията, при които кристалите първоначално са израснали. Само в редки случаи естественият звезден камък може да се конкурира с изкуствения си аналог в чисто визуално възприятие.

Фирмата "Linde" прави звездни камъни по друг начин, когато предварително нарязан кабошон от камък, синтезиран без добавяне на рутил, се потапя в стопилка от рутил, за да се образува много тънък слой игли. Едва след това се извършва окончателното полиране. Такива камъни се различават от обикновените звездни камъни по-голяма прозрачност, но не се продават в голям мащаб.

В допълнение към рубина и сапфира, звездните камъни на Linde са представени от разновидности на лилаво, зелено, розово, жълто и кафявкакто и опушено синьо и опушено червено. Тъй като оригиналният патент вече е изтекъл, се появиха редица други доставчици, например в Германия. Съобщава се за безцветен звезден сапфир. Тази конкуренция доведе до спад в цените на синтетичните звездни корунди. Linde прекрати производството и продаде оборудването си, въпреки че камъните все още се предлагат от компанията Alvin от Ню Джърси. Очевидно сега основният доставчик на звездни камъни, които все още са много популярни в САЩ, се превръща в компанията "Jeva".

Рубинът е един от най-известните и красиви скъпоценни камъни, който е бил високо ценен от хората в продължение на хиляди години. Яркочервеният му цвят се свързва с цвета на огъня или кръвта и символизира жизненост и енергия. Естествените рубини рядко са големи и прозрачни, поради което особено забележителните камъни се превръщат в национално богатство в различни страни, украсяват неща на кралски семейства и аристократи.

Описание на естествени и синтетични рубини

Естественият рубин е много твърд минерал, вид корунд. Химичният му състав е много прост - това е алуминиев оксид Al 2 O 3 с микроскопична примес на хром, който осигурява червения цвят.

Безцветният корунд няма стойност на скъпоценен камък, но поради своята твърдост той се използва в технологията като абразивен материал. Други разновидности на корунда са сапфир, Син цвяткойто е снабден с примес от титан и желязо и бледо зелен изкуствен амарил.

Рубините се различават по цвят от розово до огнено червено и кафяво, а най-скъпият нюанс се счита за „гълъбова кръв“: яркочервен с примес на лилаво.Продуктите, направени от този камък, имат характерен блясък на стъклото.

В допълнение към красивия си цвят, рубинът се характеризира с интересен оптичен феномен - проявата на шестолъчна звезда върху гладката извита повърхност на камъка (астеризъм). Това се дължи на суперпозицията на пречупване на светлината вътре в кристала. Звездните рубини не се режат, а се оставят като кабошони.

Естествените камъни рядко са с идеално качество, поради което се подлагат на различни видове обработка, преди да бъдат пуснати в продажба. Най-популярните техники са нагряване, обогатяване с берилий за подобряване на червения цвят и запълване на пукнатини в нискокачествени камъни със стъкло.

В момента повечето от "естествените" рубини, които се продават, са композитни, тъй като са преминали през процедурата за пълнене със стъкло, чиято маса в крайна сметка може да достигне до 50 процента от масата на камъка. Естественият рубин е най-скъпият скъпоценен камък след диаманта. Рекордният 25-каратов камък е закупен през 1995 г. от шейха на Бруней за 12 милиона долара.

Синтетичните рубини са камъни, които са идентични с естествения минерал по своя химичен състав, но са получени изкуствено. Първите малки кристали рубин са получени от Марк Гуден от разтопен корунд още през 1837 година. По-късно учените научиха как да слеят фрагменти от естествени камъни в така наречените „сиамски рубини“.

Използвайки този метод, французите са получили скъпоценни камъни с тегло до 10 карата. Първият наистина изкуствен рубин от алуминиев оксид обаче е получен едва в края на 19 век от Огюст Вернел. Неговият метод позволява бърз растеж на големи кристали в индустриален мащаб и инициира широкото производство на синтетични рубини по целия свят.

Основни съвременни методи за отглеждане на рубини

В момента се използват редица индустриални методи за синтезиране на кристали на скъпоценни камъни, например:

Синтетичните рубини се използват в индустрията за производството на твърдотелни рубинови лазери.

Поради квантовите преходи в рубинен кристал при облъчване такъв лазер генерира насочен лъч червена светлина с дължина на вълната 694,3 nm. От 1960 г. това устройство се използва в медицинската индустрия (премахване на татуировки) и за решаване на различни технически проблеми (импулсна холография).

Фалшиви рубини: как да разграничим синтетичния от естествения?

Най-сигурният начин да разберете дали вашият камък е синтетичен или естествен е да се консултирате с професионален бижутер. Защото химичен съставизкуственият рубин е идентичен с естествен минерал, не винаги е възможно надеждно да се провери произходът на камъка у дома.

Има няколко полезни съветикак сами да определите автентичността на рубин.На първо място, трябва внимателно да разгледате камъка със силна лупа или под микроскоп. 10-кратно увеличение с добро осветление ще бъде достатъчно. Синтетичните рубини обикновено са безупречни, докато естествените рубини имат малки повърхностни дефекти или пукнатини. Мехурчета и включвания вътре в камъка също показват неговия изкуствен произход.

Поради високата цена и популярност, други минерали често се продават под прикритието на рубини, които са много по-евтини. Сред тях най-често срещаните са:

• гранати (карелски рубини). Тъмночервени или пурпурни камъни, които са доста скучни на цвят. Те са по-меки от рубини;
• турмалин. Минералът е с червено-розов цвят, по твърдост също отстъпва на рубин;
• червено стъкло;
• композитни рубини. Това са нискокачествени естествени рубини, пукнатини в които са запълнени с цветно стъкло.

Има няколко правила за това как да различите рубин от фалшив, особено ако не е много качествен. На първо място, обърнете внимание на кройката: истинският камък трябва да има прецизни и заточени ръбове, а имитациите му могат да бъдат заоблени и изгладени. Друг метод за изпитване е изпитването на твърдост.

Рубинът е много твърд камък и оставя безцветни драскотини върху стъклени или керамични повърхности, а монетата не оставя следи върху него. Ако вашият камък остави червена ивица върху стъклото, това означава, че е боядисан изкуствено. Ruby се различава от стъклото по плътност (тя е един и половина пъти по-тежка) и твърдост (лесно надрасква стъклото).

За съжаление, без специално оборудване може да не е възможно да се разграничи висококачествен фалшификат от естествен рубин. До 19-ти век подобни методи изобщо не са съществували, следователно в много исторически реликви, корони и бижута, вместо рубини, се вмъкват други червени скъпоценни камъни.

Вълшебните и лечебни свойства на рубините

Различните народи традиционно даряват с рубини магически свойства... Будистите вярвали, че този камък събужда способността на човек към изкуството. Индийските магьосници вярвали, че с помощта на този камък човек може да получи власт над други хора. Рубините често се смятат за символ на страст, любов и енергия, понякога благородните мисли на собственика му са свързани с него. Това скъпоценен камъкдава сила и предпазва от черна магия.

Средновековните лекари са използвали рубини за лечение на епилепсия, парализа и дори депресия. Големи камъни се вливаха във вода и тази настойка се използваше за лечение на червата и импотентност. Модерен етнонаукавярва, че носенето на рубини нормализира кръвоносната система и има благоприятен ефект върху сърцето.

За да действа обаче камъкът, той трябва да е естествен, тъй като изкуствените рубини са лишени от магически и лечебни свойства.

Защото висока стойностестествени рубини от древни времена, различни имитации и фалшификати навлизат на пазара в големи количества. В края на 19 век е изобретено отглеждането на рубини, химически идентични с естествените.

Към момента има много начини за отглеждане на големи и прозрачни кристали, които се използват както в бижутерията, така и в техническите области - например за производството на рубинени лазери. Естественият рубин обаче е много по-висок от изкуствения и остава за предпочитане за направата на елитни бижута или магически талисмани.