Kako se drago kamenje sintetiše

Moderna istorija stvaranje umjetnih dragulja započelo je 1857. godine, kada je francuski kemičar Marc Gaudin, spajanjem dvije soli - stipsa (kalij i aluminij sulfat) i kalijevog kromata, dobio kristale rubina težine oko 1 karat.

Sintetički dragi kamen uključuje umjetno dobivene mono- ili polikristalne i amorfne kemijske spojeve. Postoje dvije grupe sintetičkih materijala za nakit. Prvi uključuje kamenje, koje je strukturni i hemijski analog prirodnih kristala, ali se razlikuje po sastavu i sadržaju nečistoća u tragovima. Na primjer, oni uključuju - dijamant, rubin, safir, smaragd, ametist, aleksandrit. I druga grupa uključuje kamenje dobiveno u laboratorijskim uvjetima, ali bez analoga u prirodi, na primjer, kubni cirkonij, itrij-aluminijski granat (YAG), galij-gadolinijev granat (GGG).

Metode sinteze dragog kamenja

Trenutno se koriste različite metode za sintezu dragog kamenja i rast kristala nakita, od kojih su glavne grupe taline (Verneuil, Czochralski, metode topljenja u zonama i lubanjama) i metode otopine-taline (metode fluksa, hidrotermalne sinteza i sinteza dijamanata za nakit pri visokim pritiscima), kao i neki drugi.

Verneuilova metoda. 1896. godine francuski naučnik Auguste Verneuil dizajnirao je posebnu peć sa gorionikom na vodonik-kiseonik za sintezu rubina i započela je era industrijske proizvodnje sintetičkog dragog kamenja.

Sinteza dragog kamenja se izvodi iz taline dobivene topljenjem punjenja (u slučaju sinteze rubina, punjenje je mješavina aluminija i oksida kroma). Peć je projektirana na takav način da se punjenje u malim porcijama raspada u struji kisika, ulazeći u komoru za izgaranje, gdje se dovodi vodonik, i gdje se nalazi plamenik. Ovdje se naboj topi, a nastala kapljica pada na keramičku podlogu na kojoj se prvo formira konus koji se zatim pretvara u cilindar - monokristal. Dobiveni kristal naziva se kugla (vidi fotografiju 1), čija je veličina obično 5-10 cm u duljinu s promjerom od oko 2 cm ( savremene tehnologije omogućuju vam dobivanje bula dužine do 60-70 cm). Za proizvodnju bule srednje veličine potrebno je oko 4 sata. Dobijeni kristali imaju snažno unutrašnje naprezanje i često se dijele na nekoliko dijelova.

Fotografija 1. Višebojni kubni cirkonij (sirovina) i sintetički rubin (dolje) (zbirka Moskovskog državnog univerziteta, fotografija autora)

Do danas je Verneuilovom metodom uzgojeno više od stotinu različitih vrsta kristala. Međutim, od najvećeg je industrijskog značaja, po pravilu, u uzgoju rubina, safira i drugih obojenih sorti korunda, uključujući zvjezdasto kamenje i spinele (vidi fotografiju 2).

Fotografija 2. Facetirani sintetički rubini i safiri (zbirka Moskovskog državnog univerziteta, fotografija autora).

Czochralski metoda. Ova metoda omogućuje dobivanje kristala vrlo visoke kvalitete. Polazni materijal (mješavina oksida odgovarajućeg sastava) se topi u loncu od vatrostalnog metala (na primjer, platine ili iridija), koji se zagrijava spiralnim grijačem namotanim direktno na lončić. Kristalizacija počinje na sjemenu koje dodiruje površinu taline, koje se postupno okreće i podiže (izvlači) iz taline (brzinom od 5-30 mm / h). Dobiveni kristali su šipke promjera 2,5-6 cm i dužine 20-25 cm. Kristali uzgojeni ovom metodom uključuju rubine, safire, YAG, GGG i druge sintetičke granate, kao i aleksandrit.

Metoda Czochralski omogućuje dobivanje kristala koji su odličan nakit, budući da su mnogo ujednačeniji od kristala uzgojenih Verneuil metodom.

Metoda iskrivljenog topljenja. Metoda se sastoji u topljenju i kristalizaciji tvari u vlastitoj hladnoj "jakni" i koristi se za uzgoj vatrostalnih kristala (kubni cirkonij, korund, YAG i neki drugi). Za topljenje tvari koristi se visokofrekventno zagrijavanje. Nakon zagrijavanja, talina se drži nekoliko sati (kako bi se osigurala destilacija nečistoća i uspostavio homogen medij), zatim se polako hladi, uslijed čega se kristaliziraju stubovi (vidi fotografiju 1).

Zonska metoda topljenja. Suština metode je sljedeća: početno punjenje, koje je mješavina prethodno kalciniranih oksida glavnih početnih komponenti s nečistoćama, i sjeme se stavljaju u čašu s molibdenom, koja se zatim polako povlači uz grijač. Kako se čamac kreće, u naboju se pojavljuje prilično uska rastaljena zona, koja se daljnjim kretanjem čamca učvršćuje stvaranjem monokristala. Širina dobijenog kristala je 8 cm, visina je 2 cm, dužina je 18 cm, vrijeme rasta je 4 dana. Među unutrašnjim nedostacima izraslih kristala uočena je blokada i lomljenje.

Ova metoda sinteze dragog kamenja tehnički je jednostavna, omogućava uzgoj monokristala u obliku ploča i uspješno se koristi za dobivanje velikih monokristala korunda različitih boja, YAG -a i drugih sintetičkih granata.

Metoda sinteze iz rastvora u talini i hidrotermalna sinteza. Pri uzgoju sintetičkog dragog kamenja naširoko se koriste metode kristalizacije iz otopine u talini (metoda fluksa) i iz hidrotermalnih otopina.

Rast kristala metodom fluksa uglavnom se koristi za dobivanje vatrostalnih tvari čija je kristalizacija iz taline pri brzom hlađenju nemoguća. Rastvarači oksida nisko topljivih olova (olovo, molibden, bor itd.) Ili soli (KF, PbF2, CaCl2 itd.) Koriste se kao otapala (fluks). Proces sinteze odvija se u loncima od platine, iridija ili grafita postavljenim u posebne peći. Kristalizacija nastaje ili kao rezultat postupnog hlađenja taline, ili u uvjetima isparavanja taline, ili metodom temperaturne razlike. Ova metoda vam omogućuje da dobijete kristale smaragda, korunda, aleksandrita veličine nekoliko centimetara (pogledajte fotografiju 3).

Slika 3. Smaragdi uzgojeni hidrotermalnom metodom i otopljenom otopinom: sirovine i rezano kamenje (zbirka Moskovskog državnog univerziteta, fotografija autora).

Metoda hidrotermalne sinteze posebno obećava za uzgoj kristala nakita. Rast kristala se vrši u zatvorenim posudama pod visokim pritiskom (autoklavi), omogućavajući proces sinteze pri temperaturama od 250-600 ° C i pritiscima od desetina i prvih stotina megapaskala. Kao otapalo u ovoj metodi koristi se voda čija se snaga rastvaranja naglo povećava pri visokim temperaturama i pritiscima u autoklavu. Rast kristala se vrši na sjemenu kao rezultat temperaturne razlike.

Metoda hidrotermalne sinteze široko se koristi za uzgoj kvarca različitih boja (vidi sliku 4) i smaragda. Hidrotermalni kristali kvarca teže nekoliko kilograma, a smaragdi su veličine do 10 cm. Nedavno se metoda počela koristiti za sintezu rubina.

Slika 4. Kristali kvarca različitih boja, uzgojeni hidrotermalnom metodom (zbirka Moskovskog državnog univerziteta, fotografija autora).

Metoda sinteze dijamanata visokog kvaliteta pri visokim pritiscima.

U veljači 1955. pojavio se izvještaj o prvom uspješnom pokušaju sinteze dijamanta, izvedenom u istraživačkoj laboratoriji američke kompanije General Electric. Početkom 1970. u istoj su laboratoriji dobiveni dijamantski kristali vrhunske kvalitete različitih boja težine do 1 karata. Trenutno se sintetički dijamanti ne proizvode samo u Sjedinjenim Državama, već i u Švedskoj, Južnoj Africi, Japanu i Rusiji.

Glavna industrijska metoda za sintezu dijamanata je sinteza otopljenog metala i ugljika pri visokim pritiscima (temperatura 1400-1600˚C, pritisak 5000-6000 MPa). Kao početno punjenje obično se koriste grafit (iako su moguće i druge tvari koje sadrže ugljik) i metali ili legure željeza, nikla, kobalta, platine i paladija. Moćne hidraulične preše opremljene komorama visokog pritiska koriste se za stvaranje potrebnih termobaričkih parametara.

Trenutno su učinjeni veliki pomaci u području sinteze dijamanata. Veličina uzgojenih kristala dragog kamenja doseže 9-10 karata, imaju različite boje i karakteristike visokog kvaliteta (vidi fotografije 5, 6).

Osim opisanih metoda za sintezu dobivanja monokristala nakitnog kamenja, postoje i metode uzgoja polikristalnih agregata - tirkiza, malahita, kao i metode uzgoja plemenitog opala. U većini slučajeva tehnika sinteza dragog kamenja ovi i neki drugi materijali za nakit poslovna su tajna njihovog proizvođača.

Tako se u današnje vrijeme na tržištu često može pronaći nakit u kojem se sintetičko kamenje koristi kao umetci. Budući da se tehnologije za dobivanje sintetičkih materijala stalno poboljšavaju, može se očekivati ​​da će se njihov broj u budućnosti povećavati, kao i da će se poboljšati njihova kvaliteta i sličnost s prirodnim kamenjem.

Na ovoj sam stranici već objavio tri svoje ideje (Vitraj od obojenog stakla, Izrada mozaičnih ploča i stolova, Uzgoj mozaičnih ploča u inkubatoru). Nova ideja, koju sam nazvao "Uzgoj kristala rubina kod kuće", rođena je slično ideji 1404 u procesu psihološkog savjetovanja koristeći tehnike koje sam koristio za razvoj kreativnog mišljenja. Zahvaljujući ovim tehnikama to se dogodilo nova ideja... Neću detaljno opisivati ​​koje probleme mi je uputio mladić po imenu Aleksandar (sada to nije važno), već rezultat našeg raditi zajedno je rođenje ove ideje o kućnom biznisu.

Na početku sam došao do podataka da se, pokazalo se, gotovo sve drago kamenje prodaje u sastavu nakit u našim tipičnim prodavaonicama nakita su umjetnog porijekla! To uopće ne znači da smo prevareni.

Sintetičko drago kamenje u smislu njihovog hemijskog sastava i fizička svojstva gotovo potpuno ne razlikuje od prirodnog kamenja... Ceo problem. Ispostavilo se da među prirodnim dragim kamenjem nemaju svi dovoljnu čistoću i druge kvalitete nakita da bi bili počašćeni da budu predstavljeni u draguljarnicama, a u laboratorijskim ili tvorničkim uvjetima proizvodnje, tehnološki proces se može fino podesiti tako da svi kristali uzgojeni u laboratoriji imat će gotovo iste karakteristike nakita.

A u proizvodnji su mnogo jeftiniji od svojih "kolega" istog kvaliteta, iskopani u dubokim i opasnim po život rudnika koji rade. Osim toga, naslage određenih minerala nisu ravnomjerno raštrkane po cijelom prostoru globus, ali su koncentrirane, po pravilu, na nekoliko mjesta.

Zatim je misao potekla po analogiji sa vitražima i mozaicima. Ako sam na internetu naišao na ponude za ove usluge od velikih renomiranih firmi sa solidnim proizvodnim područjima i novčanim tokovima, onda sam sebi postavio pitanje - zašto je nemoguće napraviti male vitraje (umetci u unutrašnjim vratima, zidne lampe) itd.) doslovno na vašem stolu?

Proučavao tehnologiju, pitao se kako se to može pojednostaviti kućnu upotrebu, proveo određeni broj eksperimenata - i dobio rezultat!

Slično, Aleksandar i ja počeli smo kreativno prerađivati ​​ideju o uzgoju kristala dragulja kod kuće. Studirao (na uvodnom nivou) Različiti putevi, i nastanili se po metodi francuskog naučnika Augustea Verneuila, koji je prije više od 100 godina stvorio originalnu tehniku ​​i opremu koja je omogućila uzgoj kristala rubina težine 20-30 karata za 2-3 sata. Ovo je bilo izvanredno dostignuće znanosti i tehnologije, ne samo zato što je omogućilo umjetno proizvodnju tako vrijednog materijala u potrebnim količinama, već i zato što je otvorilo izglede za sintezu i rast kristala drugog dragog kamenja.

Uspehu O. Verneuila prethodilo je skoro pola veka istraživanja sinteze rubina.

Jednostavnost i pouzdanost Verneuil metode doveli su do brze organizacije industrijske proizvodnje ovih kristala, prvo u Francuskoj, a kasnije i u gotovo svim visoko razvijenim zemljama svijeta.

Prva slika prikazuje sam princip rada Verneuil metode (zar ne - sve izgleda prilično jednostavno!), A druga slika prikazuje Verneuil aparat.

Verneuil aparat za uzgoj kristala rubina kod kuće

Izgleda prilično teško, čak me i isprva čini pomalo uplašenim - kažu, nikad ne bih ovo učinio! Ali to su lažni strahovi. Uostalom, treba se još jednom prisjetiti da je izumitelj stvorio svoju tehnologiju prije više od 100 godina!

Naravno, nije imao na raspolaganju one električne i mehaničke "trikove" koji su trenutno dostupni svakom domaćem majstoru!

Počeli smo raditi na ovom problemu - kako pojednostaviti aparat Verneuil upotrebom modernih električnih komponenti i mehanizama široke dostupnosti i stvoriti "kuhinjsku" verziju aparata.

I uspjeli smo!

Pomoću Verneuil metode možete uzgajati kristale ne samo rubina, već i plavog, bijelog (prozirnog) i žutog topaza (kao i drugih nijansi po želji).

Objavljujem detaljan opis "kuhinjske" verzije (uz Aleksandrov pristanak) kao glavnog generatora ideje i nimalo se ne bojim konkurencije onih entuzijasta koji odluče slijediti ovu ideju. Razlog je vrlo jednostavan: trenutno se umjetni plemeniti kristali uzgajaju u mnogim zemljama svijeta, ali kada odete u zlatarnu, odmah postaje očito da cijene i dalje "grizu". Čini se da je tržište još uvijek jako, jako daleko od zasićenja. A ako čak i nakon čitanja ovih podataka postoji nekoliko tisuća entuzijasta, onda s našom „kućnom“ proizvodnjom svi ne možemo napraviti posebno „vrijeme“ u ovom segmentu tržišta. Stoga se rezultati našeg istraživanja mogu objaviti bez straha. Naprotiv, ako se na mreži pojavi nešto poput "Udruženja domaćih uzgajivača kristala" :-), to će biti još zanimljivije i korisnije za sve, jer, kao što znate, dvije glave su dobre, a dvije tisuće, možemo pouzdano pretpostaviti da su mnogo bolji. A neke od ovih glava mogu se pokazati mnogo lakšima, a njihove ideje pomoći će svima koje zanima dodatno pojednostaviti i poboljšati aparat, te ga iz "kuhinje", na primjer, pretvoriti u "noćni ormarić" :-).

Sada nekoliko riječi o ekonomskoj efikasnosti projekta. Potrebno je 3 sata za uzgoj kristala rubina težine 20-30 karata (4-6 grama!) I oko 3 kWh električne energije. Izračunajte koliko to košta u vašem području. Razmisli. da je ta cifra manja od 10 rubalja. Cijena 6 grama praha aluminij -oksida i 0,2 grama kromovog oksida općenito ne može koštati više od 50 kopejki.

Dakle, ako, dragi čitatelju, zainteresovanom zlataru nudite čak i kristal grubi rubin, onda ne morate imati Sorosovu glavu da biste shvatili da će dobit od dogovora biti solidna. Pa, ako jedan od ručno rađenih muškaraca s rubinima i topazom usreći svoju ženu ili djevojku, onda se psihološke koristi od takvih "ulaganja" uopće ne mogu izbrojati! :-).

Još nekoliko riječi o pravnoj zakonitosti ovakvog postupka. Naravno, još uvijek je potrebno temeljito se posavjetovati s pravnicima, ali zakon Ruske Federacije "O DRAGOCENIM METALIMA I DRAGOCENIM KAMENIMA" (posljednji amandman od 18. jula 2005. N 90-FZ) koji sam pregledao, kaže vrlo konkretno da predmet uređenja ovog zakona je „drago kamenje - prirodni dijamanti, smaragdi, rubini, safiri i aleksandriti, kao i prirodni biseri u sirovom (prirodnom) i prerađenom obliku. Jedinstvene jantarne formacije izjednačavaju se sa dragim kamenjem u skladu s postupkom koji je utvrdila Vlada. Ruska Federacija... Ova lista dragog kamenja podložna je samo promjenama savezni zakon. ". Posebno sam istaknuo riječ - "prirodno". A o sintetičkim se ništa ne govori.

Zato uzgajajte kristale rubina kod kuće na miru.

Ako počnete proučavati tržište plemenitih metala, prije ili kasnije ćete doći do vrlo zanimljivog zaključka da u svim našim draguljarnicama ima puno umjetnog nakita. A ovo, najzanimljivije, uopće nije varka!

Prirodno kamenje se po kemijskim i fizičkim karakteristikama nimalo ne razlikuje od umjetno proizvedenog dragog kamenja. I ako idemo dalje, primjećujemo da većina prirodnog nakita ima idealnu frekvenciju i karakteristike dovoljne za čast da se prodaje u draguljarnicama. Osim toga, prednost sintetičkih proizvoda u odnosu na prirodne očituje se u činjenici da se kvaliteta prvih može poboljšati uz pomoć proizvodnje u proizvodnim laboratorijima, tako da će kvaliteta tih proizvoda biti toliko bliska originalu, a proces nije naporan jer će omjer dobiti i troškova biti toliko visok da je nesumnjivo uzgoj dragog kamenja kod kućeće vas zanimati.

Ako se prirodni dragulji vade u teško dostupnim dubokim rudnicima opasnim po život, tada sintetička "braća" imaju vrlo jeftin proizvodni proces. Svim neugodnostima u potrazi za dragim kamenjem može se dodati i činjenica da naslage nisu ravnomjerno raspoređene po cijelom svijetu i u izobilju, već se nalaze samo u određenim tačkama Zemlje.

Sada, shvativši prednost sintetičkog dragog kamenja, prijeđimo na metodu uzgoj dragog kamenja u "kuhinjskim" uslovima kod kuće. Od svih metoda koje su proučavane, laiku je najpristupačnija metoda Auguste Verneuil, koji je prije više od 100 godina izumio i uveo u proizvodnju metodu i komponente koje mogu razviti kristale rubina u roku od 2-3 sata, težine 20 -30 karata.

Metoda Verneuil je toliko jednostavna da vam omogućuje da organizirate uzgoj dragocjenih kristala, počevši od Francuske, kasnije nastavljajući proizvodnju u svim progresivnim zemljama, pa završavajući u vašoj kuhinji.

Ova brojka pokazuje veoma jednostavno kolo instalacije za uzgoj dragog kamenja po Verneuil metodi.

Dijagram instalacije za uzgoj monokristala po Verneuil metodi:

1 - mehanizam za spuštanje kristala,

2 - držač kristala,

3 - rastući kristal

4 - prigušivač, 5 - plamenik, 6 - lijevak,

7 - mehanizam drmanja,

8 - katetometar.

Nakon pregleda slike čini se da je uređaj vrlo kompliciran i da ga nikada nećemo napraviti kod kuće. Ali ako se sjećate da je autor stvorio svoj aparat prije više od 100 godina, danas je njegova shema u eri električne energije pojednostavljena do nemogućnosti.

Unatoč činjenici da su ove metode uzgoja sintetičkog nakita uobičajene u cijelom svijetu, samo morate otići u draguljarnicu, a cijene će vam odmah udariti po džepu. I kao što vidite, tržište je još uvijek daleko od potpunog zadovoljstva potrošača.

Dakle, za proizvodnju kristala rubina od oko 20-30 karata (4-6 grama !!) potrebno je potrošiti 3 sata i 3 kWh električne energije. Sada morate izračunati koliko ćete u svom području potrošiti na resurse, uključujući cijenu 6 grama oksi -aluminijskog praha i 0,2 grama oksi -kroma. Mislim da nećete potrošiti više od 50 kopecks na takvu sitnicu.

Svaki draguljar koji kupuje drago kamenje cijenit će, čak i ako ne u potpunosti, kvalitetan kamen vaše proizvodnje, a vaša instalacija će se početi isplaćivati ​​s kamatama. A ako i dalje ukrašavate bilo koji proizvod svojim nakitom i darujete ga rodbini i prijateljima, tada vaš emocionalni uzlet neće imati granica.

Sada ostaje da svoj proizvod prilagodite zakonodavstvu Ruske Federacije "O plemenitim metalima i dragim kamenjem". I tamo je napisano da je predmet ovog zakona "drago kamenje", a to uključuje i prirodne jantarne formacije. I najzanimljivije je to što među njima nema sintetičkog kamenja! Zato radite mirno i isplativo!

Tehnologija proizvodnje sintetičkih safira, rubina i korunda

Pojedinačni kristali lamelarnog safira (bezbojni korund) uzgajaju se metodama rastopljenja, što omogućava dobivanje kristala težine do nekoliko kilograma. Monokristali sintetičkog safira uzgajaju se iz aluminij -oksida rastezanjem sa oblikovačima određenog profila prema Stepanovljevoj metodi. Kao bezbojni strukturni materijal, lamelarni safir se koristi u poluvodičima i elektronskoj industriji, hibridnoj i integriranoj mikroelektronici sa tankim slojem, svjetlosnoj tehnici, proizvodnji hemijske opreme i drugim industrijskim sektorima.

Ploče optički prozirnog i bezbojnog korunda (safir) uvelike se razlikuju u cijeni, ovisno o prisutnosti mikro defekata nevidljivih za oko. Prosječna veličina ploča je 170x170 mm, a visina 30 mm. Potpuno formiranje kvalitetnih sirovina traje oko sedmicu dana. Ploča s mikroskopskim nedostacima oku nevidljiva (vizualno apsolutno savršena) sasvim je prikladna za upotrebu u nakit kao sirovina, ali možda nije prikladan za potrebe fine industrijske optike, stoga će se cijena sirovina uvelike razlikovati. Ono što je idealno za nakit i po realnim cijenama možda neće biti dovoljno za industrijske potrebe.

Na početku rasta, kristali safira su bezbojni, ali zatim, s nakupljanjem nečistoća, postaju blago ružičasti. A ako se ružičasti korund neko vrijeme stavi pod ultraljubičastu (UV) lampu, tada se ružičasto postupno pretvara u divnu vinsku smećkastoću. Boja safira je poput vinskog topaza, samo je tvrđa.

Prema rastućoj tehnologiji, safirne monokristalne pločice nalikuju procesu zamrzavanja obične vode i njenim izmjenama. Ako je u pitanju soda, bit će oku vidljivi mnogi mjehurići. Ako je tipa "voda iz slavine ili otvoreni izvor", bit će mnogo skrivenih i nevidljivih mjehurića koji otežavaju upotrebu safira pri radu pod mikroskopom. Vrsta "voda sa stranim nečistoćama" dat će nečistoće u safiru. Idealna varijanta - tip "destilirana voda bez plina i nečistoća, u vakuumu" - koristi se za proizvodnju povećala i redukcijskih čaša za sagorijevanje mikro kola i procesora modernih računara (Intel u SAD -u, izvještaji na seminarima i simpozijumima 2006. 2007. i kasnije). Veoma relevantno.

Monokristali sintetičkog korunda su modifikacija aluminij -oksida, u kojoj se mali dio iona aluminija može izomorfno zamijeniti ionima grupe željeza ili ionima bakra. Uzgoj sintetičkih monokristala širokog raspona boja (rubini, safiri, topazi, ametisti itd.) Provodi se Verneuil metodom. Sintetički korundi se koriste u nakitu, časovničarstvu i izradi instrumenata. Otpadni korund koristi se za proizvodnju visokokvalitetnih abrazivnih i vatrostalnih proizvoda. Aparat Verneuil također omogućava uzgoj sintetičkih špinela itd.

Rubin i safir su minerali koji, iako se razlikuju po izgled, imaju identičnu kristalnu strukturu i svojstva, s izuzetkom prisutnosti manjih koncentracija nečistoća koje im daju karakteristične boje. Rubin i safir sastavljeni su uglavnom od aluminij -oksida Al2O3, čiji kristalni oblik mineralozi nazivaju korund. Kristali uzgojeni Verneuil metodom poznat kao boules, očito zbog činjenice da su u početku imali zaobljeni oblik. Ovaj izraz, koji je skovao Gaudin, a koristio Verneuil, postao je uobičajen među uzgajivačima kristala, iako su kristali sada cilindrični.

Verneuil je 2 sata uzgajao bule težine 2,5-3 g (12-15 karata). Bule su bile okruglog oblika, a neke su imale promjer 5-6 mm. Danas se uzgajaju cilindrične kugle promjera 20 mm i duljine cilindra 50-70 mm i tzv. Zapremina takve polubule 10 x 20 x 60-70 mm iznosi 10-11 kubnih metara. cm, a težina 40-45 grama. Ova sirovina još nije izmjerena u karatima (ali može se lako izračunati - težina je 200-250 karata).

Monokristalne prozirne kugle i šipke od umjetnog korunda (sintetički rubini i safiri) dobivaju se taljenjem i rekristalizacijom glinice (aluminijev oksid) u plamenu kisik-vodik. Kuglice mogu biti dodatno obojene: nečistoćama iona Cr (krom, do 2%) - u crvenoj boji, V (vanadij) - u sivkasto -zelenoj na dnevnom svjetlu i ljubičastom na umjetnom svjetlu, Mn (mangan) - u žućkasto -ružičastoj, Ni (nikal) - u žutoj, Ti (titan) - u ružičasto -ljubičastim bojama. Prilikom rezanja sintetičkih korunda ispod različita imena(safir, rubin, topaz, aleksandrit, ametist) koriste se u nakitu; crveni korundi - rubini - kao potporno kamenje za mehaničke satove i druge precizne instrumente i šipke u optičkim generatorima (laserima). Gustoća sintetičkih korunda je 4 g / cc, tvrdoća je 9 za obojeni korund i 9,25 za hidsonit (tvrdoća dijamanta je 10 na Mohsovoj skali). Kristalna struktura korunda sastavljena je od atoma Al (aluminija) okruženih sa 6 atoma O (kisika), koji tvore najgušće šesterokutno pakiranje. Korund se takođe odlikuje visokom hemijskom otpornošću i visokom tačkom topljenja (2020-2050 stepeni C, odnosi se na vatrostalne materijale).

Na Institutu za kristalografiju Akademije nauka SSSR -a. A. V. Shubnikov razvio je metode za sintezu korunda, pomoću kojih se dobijaju kristali korunda najrazličitijih oblika. Ova metoda omogućuje uzgoj kristala leukosafira u obliku ploča velike veličine s određenom zadanom kristalografskom orijentacijom. Posuda s molibdenom napunjena početnim materijalom stavlja se u vakuumsku pećnicu gdje se zagrijava na temperaturu preko 2000 ° C. Glinica se topi. Posuda s talinom polako se pomiče u područja s nižom temperaturom, a kada temperatura padne na određenu vrijednost, talina se kristalizira. Za usmjerenu kristalizaciju, sjemeni kristal se unosi u talinu. Cijeli proces je automatiziran.

U industrijskim razmjerima, umjetni korundni materijali dobivaju se topljenjem boksita u električnim pećima s redukcijskim sredstvom (strugotine željeza). Koriste se i kao abrazivi; metodama metalurgije praha koriste se za izradu rezača za mehaničku obradu metala visoke temperature... Nisu prikladni za industriju nakita (za rezanje kao umetci).

Ispostavilo se da se sada ne krivotvore samo prirodni proizvodi. prirodnog kamenja... Od raspada SSSR -a cijene sintetičkih sirovina od korunda postale su prilično visoke, cijene sintetičkih korunda, safira i rubina također nisu jeftine. Fotografija s desne strane prikazuje tipičan uzorak. lažni sintetički monokristali korunda(sintetički rubini i safiri). Dosta svetle boje i karakterističnu glavu (oblik koji podsjeća na zaobljeni kamenčić). Čini se da je sličan korundu i da se može prodati po visokim cijenama, ali nije uzgojen na način Vernele.

Ako neko još ima sintetičke rubine sovjetskog sečenja (kamenje proizvedeno u SSSR-u) u nakitu, nemojte žuriti da ih se rešite. Imate uzorak fino mašinski rezanog kamena i rijedak uzorak vrijednog sintetičkog korunda. Sada ih ne možete kupiti tek tako u zlatarni. Danas su cijene rezanih sintetičkih korunda, rubina i safira za nakit višestruko veće od cijena za tradicionalne bezbojne i obojene kubne cirkone (sintetički kubni cirkoni), iako su osjetno jeftinije od cijena za prirodne sirovine i prirodne drago kamenje iz grupe korunda .

Tehnološke značajke proizvodnje korunda

Metoda Augusta Verneuila. Industrijski sintetički rubin rođen je 1905. Verneuilova tehnologija se sastojala u upotrebi vertikalnog plamenika sa prahom glinice koji se dovodio u plamen kroz struju kisika. Prah se trese u struji plina pomoću vibratora na električni pogon. Korištenje nepropusne gumene uvodnice omogućuje prijenos vibracionih udara u posudu koja sadrži prah glinice bez curenja kisika. U hladni dio plamena postavljena je keramička iglica na kojoj se skupljaju kapljice tekućeg glinice koje nastaju pri topljenju praha prosipajući se kroz vruću zonu plamena.

Plamen je okružen keramičkim štitom koji djeluje kao izolator i štiti rastuću Bulyu od propuha. Ovaj prigušivač opremljen je prozorom za pregled koji je u originalnom aparatu Verneuil zapečaćen liskunom. Prekomjerno zagrijavanje gornjeg dijela aparata uslijed protoka topline iz vruće zone sprječava se korištenjem vodenog hlađenja.

U početnoj fazi rasta Boulija, prah, koji padne na iglu, očvrsne i formira konus od materijala relativno niske gustoće. Nakon toga se konus premješta u vruću zonu plamena, gdje se njegov vrh počinje topiti. U ovom trenutku nastaje nekoliko kristala, ali jedan je orijentiran u smjeru najveće stope rasta. On potiskuje rast drugih kristala i služi kao sjeme za razvoj Boulija. Vještina rukovaoca izuzetno je važna u ranim fazama rasta jer će možda biti potrebno podesiti temperaturu plamena ili brzinu ulaska praha tokom odabira kristala.

Nakon što prevladavajući rast jednog kristala započne u središnjem dijelu, kako bi se povećao promjer kugle, povećava se brzina dodavanja praška za dodavanje i temperatura plamena postupno povećava podešavanjem brzine protoka kisika. Gornja površina Boulija postaje zaobljena, a na nju se ulijevaju svježi dijelovi glinice u obliku padajućih kapljica taline. Zatim se stalak sa štapom spušta brzinom koja odgovara stopi rasta Boulija. Najvažniji preduvjet za uzgoj visokokvalitetnih kristala je ujednačena opskrba prahom, pa se puno truda ulaže u pripremu sirovine kako bi ona imala dobru protočnost.

Ako je prah previše grub, upad grubih hladnih čestica može uzrokovati da se tanki rastaljeni sloj očvrsne. Tada nastaju mnogi mali kristali i Boulle gubi strukturu jednog kristala. Upotreba previše finog praha povezana je s opasnošću isparavanja glinice u plamenu. Optimalne veličine čestica su u submikronskom rasponu (manje od hiljaditih dijelova milimetra - 20 mikrona). Čestice moraju imati pravilnog oblika, jer samo u ovom slučaju jednako reagiraju na udar vibratora (i ravnomjerno se izlijevaju). Verneuil je glinicu dobio od amonijevog alum -a koji sadrži oko 2,5% nečistoće krom -alumina (dobivene su klasične crvene kugle). Prah ovog sastava zagrijavan je za razgradnju stipsa i stvaranje oksida, koji su usitnjeni i prosijani kroz žičano sito za odabir čestica potrebne veličine.

Czochralski metoda(metoda izvlačenja iz taline) je sljedeća: talina tvari iz koje bi kamenje trebalo kristalizirati stavlja se u vatrostalni lonac od vatrostalnog metala - platine, rodija, iridija, molibdena ili volframa - i zagrijava u visokofrekventnom induktoru iznad tališta. Zrno napravljeno od materijala budućeg kristala spušta se u talinu na valjak za izvlačenje, a na njemu se gradi sintetički materijal do potrebne debljine. Osovina sa sjemenom postepeno se podiže prema gore brzinom od 1-50 mm / h uz istovremenu rotaciju na frekvenciji 30-150 oko -1. Rotirajte vratilo kako biste izjednačili temperaturu taline i osigurali ravnomjernu raspodjelu nečistoća. Promjer kristala do 50 mm, dužina do 1 m. Umjetni granat, kao i korund, spinel, krizoberil, litij niobat itd. Uzgajaju se metodom Czochralski.

Pojavio se veliki broj naučni radovi za uzgoj korunda i spinela topljenjem plamena(metoda zonskog topljenja). U procesu uzgoja kristala ovom metodom, mala površina - zona - otopi se uz pomoć mehanizma za zagrijavanje, a zatim se grijač pomiče duž uzorka, u vezi s čime dolazi do uzastopnog rasta monokristala. Postoje dvije verzije ove metode: u metodi horizontalne usmjerene kristalizacije koristi se dugačak uski čamac (dobiveni kristali su u obliku ploča dimenzija 220x100X20 mm ili više, ovisno o veličini čamca), u okomitom verzija - plutajuća zona - koristi se sinterirana šipka, učvršćena u gornjem i donjem dijelu.

Oni se uglavnom fokusiraju na odnos između nedostataka u kristalima i uslova pod kojima Boulle raste. Glavna nesavršenost ove metode uzgoja kristala je prisutnost stepenastog temperaturnog gradijenta između vrućeg područja plamena, gdje se nalazi rastaljeni vrh Boule, i hladnijeg donjeg dijela. Nagla promjena temperature duž Boulijeve osi stvara jaka naprezanja u kristalu, a kada se izvade iz peći, Boules često pukne (duž cilindra) s stvaranjem dva polu-cilindrična fragmenta (polubula). Za potrebe industrije nakita za rezanje, takve polubule su sasvim prikladne.

Tehnološke značajke proizvodnje zvjezdanih safira (asteriksa)

1947. godine, podružnica Linde u Istočnom Čikagu, Union Carbide Corporation, počela je proizvoditi zvjezdane safire i rubine metodom Verneuil. Ova metoda je patentirana 1949. godine. Zvjezdano kamenje dobilo je ime po svom neobičnom izgledu kada se gleda duž glavne osi kristala. Šest sjajnih pruga zrači radijalno od središta kristala stvarajući impresivan uzorak koji odgovara simboličnom prikazu zvijezde ili zvjezdice. Rezultat je vrlo svijetlo zvjezdano kamenje koje u prirodi nema.

Ovaj fenomen u korundu uzrokovan je prisustvom tankih iglica rutil -aluminij -titanata (Al2TiO5), koje su izdužene u trake raspoređene u skladu sa simetrijom kristalne strukture pod uglom od 60 o u odnosu jedna na drugu. To se postiže dodavanjem glinice u prah. male količine rutil. U procesu stvaranja bula, rutil se otapa u rastaljenom sloju glinice, ali nakon hlađenja nakon kristalizacije, boule se oslobađa u obliku iglica, ali uglavnom već u obliku Al2TiO5, nastalog kao posljedica interakcije rutila i glinica. U skladu s Linde patentom, najbolji rezultati postižu se dodavanjem 0,1% do 0,3% rutila u prah, a zatim žarenjem bule na 1100-1500 ° C nekoliko sati radi izolacije igala Al2TiO5. Zvjezdano kamenje obično se izrađuje u obliku prilično konveksnih kabošona, u tom slučaju je najučinkovitije.

Glavna poteškoća u proizvodnji zvjezdastog kamenja je postići jednaku raspodjelu igala Al2TiO5 tako da zvijezda zauzima cijelu širinu kamena. Linde je otkrio da se najbolji rezultati postižu promjenom brzine protoka kisika, što dovodi do povremenih varijacija temperature. To je najpogodnije učiniti s ventilom koji djelomično isključuje dotok kisika. Utvrđeno je da ovaj postupak dovodi do povremene promjene u raspodjeli igala. Ako se pri niskom protoku kisika igle rasporede po cijeloj širini bule, tada velika brzina protoka potiče njihovu kristalizaciju samo u perifernom dijelu.

Uzorak zvijezde pojavljuje se najefikasnije kada su naizmjenični slojevi debljine 1 mm. Ovaj postupak pokazuje jednu od glavnih prednosti umjetnih dragulja u odnosu na prirodne: stručnjak koji uzgaja kristale kontrolira uvjete za izradu materijala i može ih promijeniti kako bi postigao najbolji rezultat. Ljubitelji prirodnih kristala priznaju mogućnost određene obrade kamenja radi poboljšanja njihovog izgleda, na primjer, zagrijavanje cirkona, ali nemaju mogućnost kontroliranja uvjeta pod kojima su kristali izvorno rasli. Samo u rijetkim slučajevima prirodni zvjezdani kamen može se natjecati sa svojim umjetničkim pandanom u čisto vizualnoj percepciji.

Firma "Linde" također pravi zvjezdano kamenje na drugi način, kada se prethodno izrezani kabošon iz kamena sintetiziranog bez dodatka rutila potopi u talinu rutila kako bi se formirao vrlo tanak sloj igala. Tek tada se izvodi završno poliranje. Takvo kamenje razlikuje se od običnog zvjezdanog kamenja po većoj transparentnosti, ali se ne prodaje u većim količinama.

Osim rubina i safira, Lindeino zvjezdano kamenje predstavljeno je sortama ljubičaste, zelene, ružičaste, žute i smeđa kao i dimljeno plava i dimljena crvena. Budući da je originalni patent sada istekao, pojavili su se brojni drugi dobavljači, na primjer u Njemačkoj. Zabilježeni su bezbojni zvjezdani safiri. Ovo natjecanje dovelo je do pada cijena sintetičkih zvjezdanih korunda. Linde je prekinula proizvodnju i prodala svoju opremu, iako je kamenje još uvijek dostupno u kompaniji Alvin iz New Jerseya. Očigledno, sada glavni dobavljač zvjezdanog kamenja, koje je još uvijek vrlo popularno u Sjedinjenim Državama, postaje kompanija Jeva.

Rubin je jedan od najpoznatijih i najljepših dragog kamenja kojeg ljudi cijene već tisućama godina. Njegova jarkocrvena boja povezana je s bojom vatre ili krvi i simbolizira vitalnost i energiju. Prirodni rubini rijetko su veliki i prozirni, pa posebno izvanredno kamenje postaje nacionalno blago različite zemlje, ukrašavaju stvari kraljevskih porodica i aristokrata.

Opis prirodnih i sintetičkih rubina

Prirodni rubin je vrlo tvrd mineral, vrsta korunda. Kemijski sastav mu je vrlo jednostavan - to je aluminij -oksid Al 2 O 3 s mikroskopskim dodatkom kroma, koji daje crvenu boju.

Bezbojni korund nema draguljsku vrijednost, ali se zbog svoje tvrdoće koristi u tehnologiji kao abrazivni materijal. Druge vrste dragulja korunda su safir, Plava boja koji ima dodatak titana i željeza i blijedozeleni umjetni amaril.

Rubini se razlikuju po boji od ružičaste do vatreno crvene i smeđe, a najskupljom nijansom smatra se "golubova krv": svijetlocrvena s primjesom ljubičaste. Proizvodi od ovog kamena imaju karakterističan stakleni sjaj.

Osim lijepe boje, rubin odlikuje i zanimljiv optički fenomen - manifestacija šestokrake zvijezde na glatkoj zakrivljenoj površini kamena (asterizam). To je zbog superpozicije refrakcije svjetlosti unutar kristala. Zvezdani rubini se ne seku, već se ostavljaju kao kabošon.

Prirodno kamenje rijetko je idealne kvalitete, pa se podvrgava raznim vrstama obrade prije nego što krene u prodaju. Najpopularnije tehnike su zagrijavanje, obogaćivanje berilijumom za pojačavanje crvene boje i popunjavanje pukotina u nekvalitetnom kamenju staklom.

Trenutno je većina "prirodnih" rubina u prodaji kompozitna jer su prošli postupak punjenja staklom čija masa na kraju može doseći i do 50 posto mase kamena. Prirodni rubin je najskuplji dragi kamen nakon dijamanta. Rekordni kamen od 25 karata kupio je 1995. godine šeik Bruneja za 12 miliona dolara.

Sintetički rubini su kamenje koje je po svom kemijskom sastavu identično prirodnom mineralu, ali se dobiva umjetno. Prve male kristale rubina nabavio je Mark Gooden iz rastopljenog korunda 1837. Kasnije su naučnici naučili kako spojiti fragmente prirodnog kamenja u takozvane "sijamske rubine".

Ovom metodom Francuzi su dobili drago kamenje težine do 10 karata. Međutim, prvi zaista umjetni rubin od aluminij -oksida dobio je tek krajem 19. stoljeća Auguste Vernel. Njegova metoda omogućila je brzi rast velikih kristala u industrijskim razmjerima i pokrenula široku proizvodnju sintetičkih rubina širom svijeta.

Osnovne savremene metode uzgoja rubina

Trenutno se za sintetiziranje kristala dragulja koriste brojne industrijske metode, na primjer:

Sintetički rubini koriste se u industriji za proizvodnju čvrstih rubinskih lasera.

Zbog kvantnih prijelaza u kristalu rubina kada se ozrači, takav laser stvara usmjereni snop crvene svjetlosti talasne dužine 694,3 nm. Ovaj uređaj se od 1960. godine koristi u medicinskoj industriji (uklanjanje tetovaža) i za rješavanje različitih tehničkih problema (pulsna holografija).

Lažni rubini: kako razlikovati sintetičke od prirodnih?

Najpouzdaniji način da utvrdite je li vaš kamen sintetički ili prirodan je da se obratite profesionalnom zlataru. Zbog hemijski sastav umjetni rubin identičan je prirodnom mineralu, nije uvijek moguće pouzdano provjeriti porijeklo kamena kod kuće.

Ima nekih korisni savjeti kako sami utvrditi autentičnost rubina. Prije svega, morate pažljivo pregledati kamen jakim povećalom ili pod mikroskopom. Uvećanje od 10x uz dobro osvjetljenje bit će dovoljno. Sintetički rubini obično su besprijekorni, dok prirodni imaju male površinske nedostatke ili pukotine. Mjehurići i uključci unutar kamena također ukazuju na njegovo umjetno porijeklo.

Zbog visoke cijene i popularnosti, drugi minerali često se prodaju pod krinkom rubina, koji su znatno jeftiniji. Među njima su najčešći:

• granate (karelijski rubini). Tamnocrveno ili grimizno kamenje prilično dosadne boje. Mekši su od rubina;
• turmalin. Mineral je crveno-ružičaste boje, tvrdoće također inferiorniji od rubina;
• crveno staklo;
• kompozitni rubini. To su nekvalitetni prirodni rubini, pukotine u kojima je ispunjeno staklo u boji.

Postoji nekoliko pravila kako razlikovati rubin od lažnog, posebno ako nije izrađen vrlo kvalitetno. Prije svega, obratite pažnju na rez: pravi kamen mora imati precizne i naoštrene rubove, a njegove imitacije mogu biti zaobljene i zaglađene. Druga metoda ispitivanja je ispitivanje tvrdoće.

Rubin je vrlo tvrd kamen i ostavlja bezbojne ogrebotine na staklenim ili keramičkim površinama, a novčić ne ostavlja tragove na njemu. Ako vaš kamen ostavlja crvenu prugu na staklu, to znači da je umjetno obojen. Rubin se od stakla razlikuje po gustoći (jedan i pol puta je teži) i tvrdoći (lako grebe staklo).

Nažalost, bez posebne opreme možda neće biti moguće razlikovati visokokvalitetni lažni materijal od prirodnog rubina. Do 19. stoljeća takve metode uopće nisu postojale, pa su u mnoge povijesne relikvije, krune i ukrase umjesto rubina umetnuti drugi crveni dragulji.

Čarobna i ljekovita svojstva rubina

Različiti narodi tradicionalno obdaruju rubine magična svojstva... Budisti su vjerovali da ovaj kamen budi čovjekovu sposobnost umjetnosti. Indijski mađioničari vjerovali su da se uz pomoć ovog kamena može steći moć nad drugim ljudima. Rubini se često smatraju simbolom strasti, ljubavi i energije, ponekad su plemenite misli njegovog vlasnika povezane s njim. Ovo dragog kamena daje snagu i štiti od crne magije.

Srednjovekovni lekari su koristili rubine za lečenje epilepsije, paralize, pa čak i depresije. Veliki kamenčići uliveni su u vodu, a ova infuzija je korištena za liječenje crijeva i impotencije. Moderno etnoznanost vjeruje da nošenje rubina normalizira cirkulacijski sustav i povoljno djeluje na srce.

Međutim, da bi kamen mogao djelovati, mora biti prirodan, budući da su umjetni rubini lišeni čarobnih i ljekovitih svojstava.

Zbog visoke vrijednosti prirodni rubini od davnina, razne imitacije i krivotvorine ulaze u tržište u velikim količinama. Krajem 19. stoljeća izumljeno je uzgajanje rubina, kemijski identičnih prirodnim.

Do sada postoji mnogo načina za uzgoj velikih i prozirnih kristala, koji se koriste i u nakitu i na tehničkom području - na primjer, za proizvodnju rubinskih lasera. Međutim, prirodni rubin mnogo je viši od umjetnog i ostaje poželjniji za izradu elitnog nakita ili čarobnih talismana.