Kako se sintetizira drago kamenje

Moderna povijest stvaranje umjetnih dragulja započelo je 1857. godine, kada je francuski kemičar Marc Gaudin, spojivši dvije soli - stipsu (kalijev i aluminijev sulfat) i kalijev kromat, dobio kristale rubina težine oko 1 karat.

Sintetičko drago kamenje uključuje umjetno dobivene mono- ili polikristalne i amorfne kemijske spojeve. Postoje dvije skupine sintetičkih materijala za nakit. Prvi uključuje kamenje, koji su strukturni i kemijski analozi prirodnih kristala, ali se razlikuju po sastavu i sadržaju nečistoća u tragovima. Na primjer, to uključuje - dijamant, rubin, safir, smaragd, ametist, aleksandrit. A druga skupina uključuje kamenje dobiveno u laboratorijskim uvjetima, ali nema analoga u prirodi, na primjer, kubični cirkonij, itrij-aluminij granat (YAG), galij-gadolinijev granat (GGG).

Metode za sintezu dragog kamenja

Trenutno se koriste različite metode za sintezu dragog kamenja i rast kristala nakita, od kojih su glavne skupine taline (Verneuil, Czochralski, metode zonskog i topljenja lubanje) i metode otopine-taljenja (metode fluksa, hidrotermalna sinteza te sinteza dijamanata za nakit pri visokim pritiscima) kao i neke druge.

Verneuilova metoda. Godine 1896. francuski znanstvenik Auguste Verneuil dizajnirao je posebnu peć s plamenikom na vodik-kisik za sintezu rubina, te je započela era industrijske proizvodnje sintetičkog dragog kamenja.

Sinteza dragog kamenja izvodi se iz taline dobivene taljenjem naboja (u slučaju sinteze rubina naboj je mješavina oksida aluminija i kroma). Peć je konstruirana na način da se punjenje u malim dijelovima raspada u struji kisika, ulazeći u komoru za izgaranje, gdje se dovodi vodik i gdje se nalazi plamenik. Ovdje se naboj topi, a nastala kap pada na keramičku podlogu, na kojoj se najprije formira stožac, koji se zatim pretvara u cilindar - monokristal. Dobiveni kristal naziva se boule (vidi sliku 1), čija je veličina obično 5-10 cm duljine s promjerom od oko 2 cm ( moderne tehnologije omogućuju dobivanje boćara do 60-70 cm duljine). Za proizvodnju bule srednje veličine potrebno je oko 4 sata. Dobiveni kristali imaju jako unutarnje naprezanje i često se cijepaju u nekoliko dijelova.

Fotografija 1. Raznobojni kubični cirkonij (sirovina) i boule od sintetičkog rubina (ispod) (zbirka Moskovskog državnog sveučilišta, fotografija autora)

Do danas je Verneuilova metoda uspjela uzgojiti više od stotinu različitih vrsta kristala. Međutim, od najveće je industrijske važnosti, u pravilu, u uzgoju rubina, safira i drugih obojenih vrsta korunda, uključujući zvjezdasto kamenje i spinele (vidi sliku 2).

Fotografija 2. Fasetirani sintetski rubini i safiri (zbirka Moskovskog državnog sveučilišta, fotografija autora).

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

Metoda Czochralskog omogućuje dobivanje kristala koji su izvrstan materijal za nakit, jer su mnogo ujednačeniji od kristala uzgojenih Verneuilom.

Iskrivljena metoda topljenja. Metoda se sastoji u taljenju i kristaliziranju tvari u vlastitom hladnom "oblaku" i koristi se za uzgoj vatrostalnih kristala (kubični cirkonij, korund, YAG i neki drugi). Za taljenje tvari koristi se visokofrekventno zagrijavanje. Nakon zagrijavanja, talina se drži nekoliko sati (kako bi se osigurala destilacija nečistoća i stvaranje homogenog medija), zatim se polako hladi, uslijed čega kristaliziraju stupasti kristali (vidi sliku 1).

Metoda zonskog taljenja. Bit metode je sljedeća: početno punjenje, koje je mješavina prethodno kalciniranih oksida glavnih početnih komponenti s nečistoćama, i sjeme se stavljaju u molibdenski čamac, koji se zatim polagano vuče duž grijača. Kako se čamac kreće, u naboju se pojavljuje prilično uska rastaljena zona koja se daljnjim kretanjem čamca skrutne formiranjem jednog kristala. Širina dobivenog kristala je 8 cm, visina 2 cm, duljina 18 cm, vrijeme rasta je 4 dana. Među unutarnjim defektima izraslih kristala uočava se blokada i lomljenje.

Ova metoda sinteze dragog kamenja tehnički je jednostavna, omogućuje 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 otopine u taljevini i hidrotermalna sinteza. Kod uzgoja sintetskog dragog kamenja široko se koriste metode kristalizacije iz otopine u taljevini (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. Kao otapala (fluks) koriste se taline oksida niskog taljenja (olovo, molibden, bor i dr.) ili soli (KF, PbF2, CaCl2 i dr.). Proces sinteze odvija se u platinastim, iridijevim ili grafitnim loncima smještenim u posebne peći. Kristalizacija nastaje ili kao rezultat postupnog hlađenja taline, ili u uvjetima isparavanja taline, ili metodom pada temperature. Ova metoda vam omogućuje da dobijete kristale smaragda, korunda, aleksandrita veličine nekoliko centimetara (vidi sliku 3).

Fotografija 3. Smaragdi uzgojeni hidrotermalnom metodom i metodom topljenja u otopini: sirovine i rezano kamenje (zbirka Moskovskog državnog sveučilišta, fotografija autora).

Metoda hidrotermalne sinteze posebno je obećavajuća za uzgoj kristala nakita. Rast kristala se odvija u zatvorenim visokotlačnim posudama (autoklavima), omogućujući proces sinteze na temperaturama od 250-600°C i pritiscima od nekoliko desetaka i prvih stotina megapaskala. Kao otapalo u ovoj metodi koristi se voda, čija se moć otapanja naglo povećava pri visokim temperaturama i tlakovima u autoklavu. Rast kristala odvija se na sjemenkama kao rezultat temperaturne razlike.

Metoda hidrotermalne sinteze naširoko se koristi za uzgoj kvarca raznih boja (vidi sliku 4) i smaragda. Hidrotermalni kvarcni kristali teški su nekoliko kilograma, a smaragdi su veličine do 10 cm.U posljednje vrijeme počela je primjena metode za sintezu rubina.

Fotografija 4. Kristali kvarca raznih boja, uzgojeni hidrotermalnom metodom (zbirka Moskovskog državnog sveučilišta, fotografija autora).

Metoda za sintezu dijamanata kvalitete dragog kamenja pri visokim pritiscima.

U veljači 1955. objavljeno je izvješće o prvom uspješnom pokušaju sintetiziranja dijamanta, provedenom u istraživačkom laboratoriju američke tvrtke General Electric. A početkom 1970. godine u istom laboratoriju dobiveni su kristali dijamanata visoke kvalitete različitih boja težine do 1 karat. Trenutno se sintetički dijamanti ne proizvode samo u Sjedinjenim Državama, već iu Švedskoj, Južnoj Africi, Japanu i Rusiji.

Glavna industrijska metoda za sintezu dijamanata je sinteza metala i ugljika u otopini taline pri visokim tlakovima (temperatura 1400-1600˚C, tlak 5000-6000 MPa). Kao početno punjenje obično se koristi grafit (iako su moguće i druge tvari koje sadrže ugljik) te metali ili legure željeza, nikla, kobalta, platine i paladija. Za stvaranje potrebnih termobaričkih parametara koriste se snažne hidraulične preše opremljene visokotlačnim komorama.

Trenutno su učinjeni veliki koraci u području sinteze dijamanata. Veličina uzgojenih kristala dragocjene kvalitete doseže 9-10 karata, imaju različite boje i visoke kvalitete (vidi fotografije 5, 6).

Osim opisanih metoda za sintezu monokristala kamenja za nakit, postoje metode uzgoja polikristalnih agregata - tirkiz, malahit, a također i metode uzgoja plemenitog opala. U većini slučajeva tehnika sinteza dragog kamenja ovi i neki drugi materijali za nakit poslovna je tajna njihova proizvođača.

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

Na ovim stranicama sam već objavila tri svoje ideje (Vitraži od stakla u boji, Izrada mozaik panoa i stolova, Uzgoj mozaik ploča u inkubatoru). Nova ideja, koju sam nazvao "Uzgoj kristala rubina kod kuće", rodila se slično ideji 1404 u procesu psihološkog savjetovanja korištenjem tehnika koje sam koristio za razvoj kreativnog razmišljanja. Upravo zahvaljujući tim tehnikama ovo nova ideja... Neću detaljno opisivati ​​koje mi se probleme obratio mladić po imenu Aleksandar (sada to nije važno), ali rezultat našeg raditi zajedno je rođenje ove poslovne ideje za dom.

U početku sam naišao na podatak da se, ispostavilo se, gotovo svo drago kamenje koje se prodaje u sastavu nakit u našim tipičnim draguljarnicama su umjetnog podrijetla! To uopće ne znači da smo prevareni.

Sintetičko drago kamenje u smislu njihovog kemijskog sastava i fizikalna svojstva gotovo se potpuno ne razlikuje od prirodnog kamenja... Cijeli problem. Pokazalo se da među prirodnim dragim kamenjem svi nemaju dovoljnu čistoću i druge kvalitete nakita da bi bili počašćeni predstavljanjem u zlatarnicama, a u laboratorijskim ili tvorničkim uvjetima proizvodnje, tehnološki se proces može fino podesiti tako da svi kristali uzgojeni u laboratoriju imat će gotovo iste karakteristike nakita.

I u proizvodnji su puno jeftiniji od svojih "kolega" iste kvalitete, minirani u dubokim i opasnim za život radnih rudnika. Osim toga, naslage određenih minerala nisu ravnomjerno raspršene u izobilju globus, ali su koncentrirani, u pravilu, na nekoliko mjesta.

Zatim je misao tekla po analogiji s vitražima i mozaicima. Ako sam na internetu naišao na ponude za ove usluge velikih renomiranih tvrtki sa solidnim proizvodnim prostorom i novcem, onda sam si postavio pitanje - zašto je nemoguće izraditi male vitraje (umetke u unutarnja vrata, zidne svjetiljke , itd.) doslovno na vašem stolu?

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

Isto tako, Alexander i ja počeli smo kreativno prerađivati ​​ideju uzgoja kristala dragulja kod kuće. Studirao (na početnoj razini) različiti putevi, i odlučio se na metodu francuskog znanstvenika Augustea Verneuila, koji je prije više od 100 godina stvorio originalnu tehniku ​​i opremu koja je omogućila uzgoj kristala rubina težine 20-30 karata u 2-3 sata. To je bilo izvanredno dostignuće znanosti i tehnologije, ne samo zato što je omogućilo umjetnu proizvodnju tako vrijednog materijala u potrebnim količinama, već i zato što je otvorilo izglede za sintezu i rast kristala drugog dragog kamenja.

Uspjehu O. Verneuila prethodilo je gotovo pola stoljeća istraživanja sinteze rubina.

Jednostavnost i pouzdanost Verneuilove metode dovela je do brzog organiziranja industrijske proizvodnje ovih kristala, najprije u Francuskoj, a kasnije u praktički svim visokorazvijenim zemljama svijeta.

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

Verneuil aparat za uzgoj kristala rubina kod kuće

Izgleda dosta teško, čak i na prvu me pomalo strah - kažu, ja to nikad ne bih napravio! 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 u ovom trenutku dostupni bilo kojem kućnom majstoru!

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

I uspjeli smo!

Koristeći Verneuilovu metodu, 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 dragocjeni kristali uzgajaju u mnogim zemljama svijeta, ali čim odete u draguljarnicu, odmah postaje očito da cijene još uvijek "grizu". A tržište je očito još jako, jako daleko od zasićenja. A ako i nakon čitanja ove informacije postoji nekoliko tisuća entuzijasta, onda s našom “domaćom” proizvodnjom ne možemo svi napraviti neko posebno “vrijeme” u ovom segmentu tržišta. Stoga se rezultati našeg istraživanja mogu objaviti bez straha. Naprotiv, ako se na mreži pojavi nešto poput "Udruge domaćih uzgajivača kristala" :-), onda će svima biti još zanimljivije i korisnije, budući da su, kao što znate, dvije glave dobre, a dvije tisuće, možemo pouzdano pretpostaviti, puno bolje. A neke od ovih glava mogu se pokazati puno lakšima, a njihove ideje pomoći će svima koji su zainteresirani da još više pojednostave i poboljšaju aparat, te ga iz "kuhinjske" pretvore u "noćni ormarić": -).

Sada nekoliko riječi o ekonomskoj učinkovitosti projekta. Za uzgoj kristala rubina težine 20-30 karata (4-6 grama!), bit će potrebno 3 sata i otprilike 3 kWh električne energije. Izračunajte koliko košta u vašem području. Razmišljati. da je brojka manja od 10 rubalja. Trošak od 6 grama praha aluminijevog oksida i 0,2 grama krom oksida općenito ne može koštati više od 50 kopejki.

Dakle, ako vi, dragi čitatelju, ponudite čak i grubi kristal rubina zainteresiranom draguljaru, onda ne trebate imati Sorosovu glavu da biste shvatili da će zarada od posla biti prilično solidna. Pa ako netko od ručno rađenih muškaraca s rubinima i topazom usrećuje vlastitu ženu ili djevojku, onda se psihološke dividende od ovakvih "ulaganja" uopće ne mogu računati! :-).

Još nekoliko riječi o pravnoj zakonitosti ovakvih postupaka. Naravno, još uvijek je potrebno temeljito se konzultirati s odvjetnicima, ali zakon Ruske Federacije "O PLEMENIM METALIMA I DRAGOM KAMENJU" (posljednji amandman od 18.7.2005. N 90-FZ) koji sam pregledao, kaže vrlo konkretno da predmet Uredba ovog zakona je „drago kamenje – prirodni dijamanti, smaragdi, rubini, safiri i aleksandriti, kao i prirodni biseri u sirovom (prirodnom) i obrađenom obliku. Jedinstvene formacije jantara izjednačavaju se s dragim kamenjem prema proceduri koju utvrđuje Vlada. Ruska Federacija... Ovaj popis dragog kamenja podložan je samo promjenama savezni zakon. ". Posebno sam istaknuo riječ – “prirodno”. A o sintetičkim se ništa ne govori.

Stoga u miru uzgajajte kristale rubina kod kuće.

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

Prirodno kamenje se po svojim kemijskim i fizičkim karakteristikama nimalo ne razlikuje od umjetno proizvedenog dragog kamenja. A ako idemo dalje, napominjemo da većina prirodnog nakita ima idealnu frekvenciju i karakteristike dovoljno da se počasti prodavati u zlatarnicama. Osim toga, prednost sintetičkih proizvoda u odnosu na prirodne očituje se u tome što se kvaliteta prvih može poboljšati uz pomoć proizvodnje u proizvodnim laboratorijima tako da će kvaliteta ovih proizvoda biti toliko približna izvornoj, a proces nije naporan da će omjer dobiti i troškova biti toliko visok da nedvojbeno jest uzgoj dragog kamenja kod kućeće vas zanimati.

Ako se prirodni dragulji kopaju u teško dostupnim dubokim i po život opasnim rudnicima, onda sintetička "braća" imaju vrlo jeftin proizvodni proces. Svim neugodnostima potrage za dragim kamenjem može se dodati i činjenica da naslage nisu ravnomjerno raspoređene po cijelom svijetu i u izobilju, već se nalaze samo na pojedinim točkama Zemlje.

Sada, nakon što smo shvatili prednost dobivenog sintetičkog dragog kamenja, prijeđimo na metodu uzgoj dragog kamenja kod kuće "kuhinjski" uvjeti. Od svih proučavanih metoda laiku je najpristupačnija metoda Augustea Verneuila, koji je prije više od 100 godina izumio i uveo u proizvodnju metodu i komponente koje u roku od 2-3 sata mogu uzgajati kristale rubina težine 20 -30 karata.

Verneuilova metoda je toliko jednostavna da vam omogućuje organiziranje uzgoja dragocjenih kristala, počevši od Francuske, kasnije nastavljajući proizvodnju u svim progresivnim zemljama, i završavajući s vašom kuhinjom.

Ova brojka pokazuje vrlo jednostavan sklop instalacije za uzgoj dragog kamenja po Verneuil metodi.

Instalacijski dijagram za uzgoj monokristala Verneuil metodom:

1 - mehanizam za spuštanje kristala,

2 - držač kristala,

3 - rastući kristal

4 - prigušivač, 5 - plamenik, 6 - spremnik,

7 - mehanizam za tresenje,

8 - katetometar.

Nakon pregleda slike, čini se da je uređaj vrlo složen, te da ga nikada nećemo napraviti kod kuće. Ali ako se prisjetite da je autor stvorio svoj aparat prije više od 100 godina, danas je njegov sklop u eri električne energije pojednostavljen do nemogućnosti.

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

Dakle, da biste proizveli kristal rubina od oko 20-30 karata (4-6 grama!!), trebate potrošiti 3 sata i 3 kWh električne energije. Sada morate izračunati koliko ćete u vašem području potrošiti na resurse, uključujući cijenu 6 grama oksi aluminijskog praha i 0,2 grama oksi kroma. Mislim da ćete na takvu sitnicu potrošiti ne više od 50 kopejki.

Svaki draguljar koji kupuje drago kamenje cijenit će, čak i ako ne u potpunosti, kvalitetan kamen vaše proizvodnje, a vaša će se instalacija početi isplatiti s kamatama. A ako još uvijek ukrasite bilo koji proizvod svojim nakitom i poklonite ga svojim voljenima i rodbini, tada vaš emocionalni uzlet neće imati granica.

Sada ostaje prilagoditi svoj proizvod zakonodavstvu Ruske Federacije "O plemenitim metalima i dragom kamenju". I tamo je zapisano da je predmet ovog zakona "drago kamenje", a to uključuje prirodne formacije jantara. A najzanimljivije je da među njima nema sintetičkog kamenja! Zato radite mirno i profitabilno!

Tehnologija za proizvodnju sintetičkih safira, rubina i korunda

Monokristali lamelarnog safira (bezbojni korund) uzgajaju se metodama taljenja, što omogućuje dobivanje kristala težine do nekoliko kilograma. Monokristali sintetičkog safira uzgajaju se iz aluminijevog oksida rastezanjem pomoću oblikovatelja zadanog profila prema Stepanov metodi. Kao bezbojni strukturni materijal, lamelarni safir se koristi u poluvodičkoj i elektroničkoj industriji, tankoslojnoj hibridnoj i integriranoj mikroelektronici, rasvjetnoj tehnici, kemijskoj opremi i drugim industrijskim sektorima.

Ploče od optički prozirnog i bezbojnog korunda (safira) uvelike variraju u cijeni, ovisno o prisutnosti mikro-defekta nevidljivih oku. Prosječna veličina ploča je 170x170 mm, a visina 30 mm. Kompletno formiranje kvalitetnih sirovina traje oko tjedan dana. Ploča s mikroskopskim nedostacima nevidljivim oku (vizualno apsolutno savršena) sasvim je prikladna za upotrebu u nakit kao sirovina, ali možda neće biti prikladan za potrebe fine industrijske optike, stoga će cijena sirovina jako varirati. Ono što je idealno za nakit i realne cijene možda neće biti dovoljno za industrijske potrebe.

Na početku rasta kristali safira su bezbojni, ali zatim, kako se nečistoće nakupljaju, postaju blago ružičaste. A ako se ružičasti korund na neko vrijeme stavi pod ultraljubičastu (UV) lampu, tada ružičasta postupno prelazi u prekrasnu vinsku smećkastost. Boja safira je kao vinski topaz, samo tvrđi.

Prema tehnologiji uzgoja, monokristalne pločice safira nalikuju procesu zamrzavanja obične vode i njezinih modifikacija. Ako je vrsta sode, bit će vidljivo puno mjehurića oku. Ako je tipa "voda iz slavine ili otvoreni izvor", bit će mnogo skrivenih i nevidljivih mjehurića koji otežavaju upotrebu safira pri radu pod mikroskopom. Tip "voda sa stranim nečistoćama" dat će nečistoće u safiru. Idealna varijanta - tip "destilirana voda bez plina i nečistoća, u vakuumu" - koristi se za izradu povećala i redukcijskih stakala za spaljivanje mikro krugova i procesora modernih računala (poduzeće Intel u SAD-u, izvješća na seminarima i simpozijima 2006. -2007. i kasnije). Vrlo relevantno.

Monokristali sintetskog korunda su modifikacija aluminijevog oksida, u kojoj se mali dio aluminijskih iona može izomorfno zamijeniti ionima željezne skupine ili ionima bakra. Uzgoj sintetičkih monokristala širokog spektra boja (rubini, safiri, topaz, ametisti i dr.) provodi se Verneuil metodom. Sintetički korundi koriste se u industriji nakita, satova i instrumenata. Otpadni korund se koristi za proizvodnju visokokvalitetnih abrazivnih i vatrostalnih proizvoda. Verneuil aparat također omogućuje uzgoj sintetičkih spinela itd.

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

Verneuil je uzgajao Buli težine 2,5-3 g (12-15 karata) 2 sata. Boule su bile okruglog oblika, a neke od njih imale su promjer 5-6 mm. Danas se uzgajaju cilindrične boule promjera 20 mm i duljine cilindra 50-70 mm i tzv. poluboule (pola cilindra, rezane po dužini, s bazom 10 x 20 mm). Volumen takve polubule 10 x 20 x 60-70 mm je 10-11 kubičnih metara. cm i težina, odnosno 40-45 grama. Ova sirovina još nije izmjerena u karatima (ali se lako može izračunati - težina je 200-250 karata).

Monokristalne prozirne bule i šipke umjetnog korunda (sintetski rubini i safiri) dobivaju se taljenjem i prekristalizacijom glinice (aluminijev oksid) u plamenu kisik-vodik. Boule se mogu dodatno bojati: nečistoćama Cr iona (krom, do 2%) - u crvenu, V (vanadij) - u sivkasto-zelenu na dnevnom svjetlu i ljubičastu na umjetnom svjetlu, Mn (mangan) - u žućkasto-ružičastu, Ni ( nikal) - u žutoj, Ti (titan) - u ružičasto-ljubičastim bojama. Prilikom rezanja sintetičkih korunda pod različita imena(safir, rubin, topaz, aleksandrit, ametist) koriste se u nakitu; crveni korundi - rubini - kao referentno kamenje za mehaničke satove i druge precizne instrumente, te šipke u optičkim generatorima (laserima). Gustoća sintetičkih korunda je 4 g/cc, tvrdoća je 9 za obojene korunde i 9,25 za moissonit (tvrdoća dijamanta je 10 na Mohsovoj ljestvici). Kristalna struktura korunda sastoji se od atoma Al (aluminij) okruženih sa 6 O (kisika) atoma, koji čine najgušće heksagonalno pakiranje. Korund također karakterizira visoka kemijska otpornost i visoka točka taljenja (2020-2050 stupnjeva C, odnosi se na vatrostalne materijale).

Na Institutu za kristalografiju Akademije znanosti SSSR-a. A.V.Shubnikov razvio je metode za sintezu korunda, uz pomoć kojih se dobivaju kristali korunda različitih oblika. Ova metoda vam omogućuje uzgoj kristala leucosapphire u obliku ploča velike veličine s određenom zadanom kristalografskom orijentacijom. Posuda od molibdena napunjena polaznim materijalom stavlja se u vakuumsku pećnicu gdje se zagrijava na temperaturu preko 2000 o C. Aluminij se topi. Posuda s talinom polako se pomiče u područja s nižom temperaturom, a kada temperatura padne na određenu vrijednost, talina kristalizira. Za usmjerenu kristalizaciju u talinu se uvodi zasječeni kristal. Cijeli proces je automatiziran.

U industrijskim razmjerima umjetni korundni materijali dobivaju se topljenjem boksita u električnim pećima s redukcijskim sredstvom (željeznim strugotinama). Također se koriste kao abrazivi; metodama metalurgije praha koriste se za izradu rezača za mehaničku obradu metala kada visoka temperatura... Nisu prikladni za industriju nakita (za rezanje kao umetci).

Ispada da se sada krivotvore ne samo prirodni proizvodi. prirodnog kamenja... Budući da su nakon raspada SSSR-a cijene sirovina sintetičkog korunda postale prilično visoke, cijene sintetičkog korunda, safira i rubina također nisu jeftine. Fotografija s desne strane prikazuje tipičan uzorak. lažni sintetički monokristali korunda(sintetski rubini i safiri). Dovoljno svijetle boje i karakterističnu glavu (oblik nalik zaobljenom kamenčiću). Čini se da je sličan korundu, i može se prodati po visokoj cijeni, ali nije uzgojen na Verneleov način.

Ako netko još uvijek ima u nakitu sintetičke rubine sovjetsko rezane (kamenje proizvedeno u SSSR-u), nemojte ih se žuriti riješiti. Imate uzorak finog strojno rezanog kamena i rijedak uzorak vrijednog sintetičkog korunda. Sad ih ne možete tek tako kupiti u zlatarni. Danas su cijene rezanih sintetičkih korunda, rubina i safira za nakit višestruko veće od cijena tradicionalnih bezbojnih i obojenih kubičnih cirkona (sintetski kubični cirkoni), iako su osjetno jeftinije od cijena prirodnih sirovina i prirodnog dragog kamenja grupe korunda .

Tehnološke značajke proizvodnje korunda

Metoda Augustea Verneuila. Industrijski sintetički rubin rođen je 1905. godine. Verneuilova tehnologija sastojala se u korištenju vertikalnog plamenika s prahom aluminijevog oksida koji se uvodi u plamen kroz mlaz kisika. Prah se trese u struji plina pomoću vibratora na električni pogon. Korištenje plinonepropusne gumene žlijezde omogućuje prijenos udaraca vibratora na posudu koja sadrži prah aluminijevog oksida bez curenja kisika. U hladni dio plamena stavlja se keramička igla na kojoj se skupljaju kapljice tekuće glinice koje nastaju topljenjem praha koji se izlijeva kroz vruću zonu plamena.

Plamen je okružen keramičkim štitom koji djeluje kao izolator i štiti bulju koja raste od propuha. Ovaj prigušivač je opremljen prozorčićem za gledanje, koji je bio zapečaćen liskunom u originalnom Verneuilovom aparatu. Prekomjerno zagrijavanje gornjeg dijela aparata uslijed protoka topline iz vruće zone sprječava se korištenjem vodenog hlađenja.

U početnoj fazi rasta Boulija, prašak, padajući na iglu, skrutne se i tvori stožac od materijala relativno niske gustoće. Nakon toga, konus se pomiče u vruću zonu plamena, gdje se njegov vrh počinje topiti. U ovom trenutku nastaje nekoliko kristala, ali jedan od njih je orijentiran u smjeru najveće brzine rasta. Inhibira rast drugih kristala i služi kao sjeme za razvoj Boulija. Vještina operatera iznimno je važna u ranim fazama rasta jer može biti potrebno prilagoditi temperaturu plamena ili brzinu dodavanja praha tijekom odabira kristala.

Nakon što u središnjem dijelu započne dominantan rast jednog kristala, kako bi se povećao promjer bule, povećava se brzina dovoda praha i temperatura plamena se postupno povećava podešavanjem brzine protoka kisika. Gornja površina Boulija postaje zaobljena, a na nju se unose svježi dijelovi glinice u obliku padajućih kapi taline. Zatim se oslonac sa šipkom spušta brzinom koja odgovara stopi rasta Boulija. Najvažniji uvjet za uzgoj visokokvalitetnih kristala je ujednačena opskrba prahom, pa se mnogo truda ulaže u pripremu sirovine tako da ima dobru protočnost.

Ako je prah previše grub, prodor grubih hladnih čestica može uzrokovati skrućivanje tankog rastaljenog sloja. Tada se stvara jezgra mnogih malih kristala i Boulle gubi strukturu jednog kristala. Upotreba previše finog praha povezana je s opasnošću od isparavanja glinice u plamenu. Optimalne veličine čestica su u submikronskom rasponu (manje od tisućinke milimetra - 20 mikrona). Čestice moraju imati ispravan oblik, jer samo u ovom slučaju jednako reagiraju na udar vibratora (i ravnomjerno izlijevaju). Verneuil je dobio aluminij od amonijeve stipse koja sadrži oko 2,5% nečistoće kromove stipse (dobivene su klasične crvene bule). Prah ovog sastava zagrijavan je da se razgradi stipsa i formiraju oksidi, koji su usitnjeni i prosijani kroz žičano sito kako bi se odabrale čestice potrebne veličine.

Metoda Czochralskog(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 točke tališta. Sjeme izrađeno od materijala budućeg kristala spušta se u talog na valjku za izvlačenje, a na njega se nadogradi sintetički materijal do potrebne debljine. Osovina sa sjemenom se postupno podiže prema gore brzinom od 1-50 mm/h uz istovremenu rotaciju frekvencijom od 30-150 o -1. Okrenite osovinu kako biste izjednačili temperaturu taline i osigurali ravnomjernu raspodjelu nečistoća. Promjer kristala do 50 mm, duljina do 1 m. Umjetni granat, kao i korund, spinel, krizoberil, litijev niobat itd. uzgajaju se metodom Czochralskog.

Pojavio se veliki broj znanstvenih radova za uzgoj korunda i spinele topljenjem plamena(metoda zonskog taljenja). U procesu uzgoja kristala ovom metodom, uz pomoć mehanizma grijanja topi se mala površina - zona, a zatim se grijač pomiče duž uzorka, u vezi s tim dolazi do uzastopnog rasta monokristala. Postoje dvije inačice ove metode: u metodi horizontalne usmjerene kristalizacije koristi se dugački uski čamac (dobiveni kristali su u obliku ploča dimenzija 220x100X20 mm ili više, ovisno o veličini čamca), u vertikalnom verzija - plutajuća zona - koristi se sinterirana šipka (boule), fiksirana u gornjem i donjem dijelu.

Usredotočuju se na odnos između nedostataka u kristalima i uvjeta pod kojima se Boulle uzgaja. Glavna nesavršenost ove metode uzgoja kristala je prisutnost stepenastog temperaturnog gradijenta između vrućeg područja plamena, gdje se nalazi rastaljeni Boule vrh, i hladnijeg donjeg dijela. Oštra promjena temperature duž Boulijeve osi stvara jaka naprezanja u kristalu i, kada se izvadi iz peći, Boules često puca (uz cilindar) s formiranjem dva polucilindrična ulomka (semibule). Za potrebe industrije nakita za rezanje, takve poluboule su sasvim prikladne.

Tehnološke značajke proizvodnje zvjezdastih safira (asteriksa)

Godine 1947. podružnica Linde u istočnom Chicagu, Union Carbide Corporation, počela je proizvoditi zvjezdaste safire i rubine pomoću Verneuilove metode. Ova metoda je patentirana 1949. godine. Zvjezdano kamenje je dobilo ime po svom neobičnom izgledu kada se gleda duž glavne osi kristala. Šest sjajnih pruga radijalno zrače iz središta kristala stvarajući impresivan uzorak koji odgovara simboličkom prikazu zvijezde ili zvjezdice. Rezultat je vrlo svijetlo zvjezdano kamenje koje nema u prirodi.

Ova pojava u korundu uzrokovana je prisutnošću tankih iglica rutila – aluminij titanata (Al2TiO5), koje su izdužene u trake raspoređene u skladu sa simetrijom kristalne strukture pod kutom od 60 o jedna u odnosu na drugu. To se postiže dodavanjem glinice u prah. male količine rutil. U procesu nastajanja boula, rutil se otapa u rastaljenom sloju glinice, ali nakon hlađenja nakon kristalizacije, boule se oslobađa u obliku iglica, ali uglavnom već u obliku Al2TiO5, koji nastaje kao rezultat interakcije rutila i glinice. U skladu s Linde patentom, najbolji rezultati se postižu dodavanjem 0,1% do 0,3% rutila u prah i zatim žarenjem boula na 1100-1500 °C nekoliko sati kako bi se izolirale igle Al2TiO5. Zvjezdano kamenje obično se izrađuje u obliku prilično konveksnih kabochona, u tom slučaju su najučinkovitije.

Glavna poteškoća u izradi zvjezdanog kamena je postići ujednačenu raspodjelu iglica Al2TiO5 tako da zvijezda zauzme cijelu širinu kamena. Linde je otkrio da se najbolji rezultati postižu mijenjanjem brzine protoka kisika, što rezultira periodičnim varijacijama temperature. Najprikladniji način za to je ventil koji djelomično isključuje dovod kisika. Utvrđeno je da ovaj postupak rezultira periodičnom promjenom raspodjele iglica. Ako su pri malom protoku kisika iglice raspoređene po cijeloj širini boulea, tada veliki protok potiče njihovu kristalizaciju samo u perifernom dijelu.

Zvjezdasti uzorak se najučinkovitije pojavljuje kada su izmjenični slojevi debljine 1 mm. Ovaj postupak pokazuje jednu od glavnih prednosti umjetnih dragulja u odnosu na prirodne: stručnjak koji uzgaja kristale kontrolira uvjete izrade materijala i može ih mijenjati kako bi postigao najbolji rezultat. Ljubitelji prirodnih kristala dopuštaju mogućnost određene obrade kamenja kako bi poboljšali njihov izgled, na primjer, zagrijavanjem cirkona, ali nemaju mogućnost kontrolirati uvjete pod kojima su kristali izvorno rasli. Samo u rijetkim slučajevima prirodni zvjezdani kamen može se natjecati sa svojim umjetnim kolegom u čisto vizualnoj percepciji.

Firma "Linde" izrađuje kamene zvijezde na drugi način, kada se prethodno izrezani kabochon od kamena sintetiziranog bez dodatka rutila uroni u rutilnu talinu kako bi se formirao vrlo tanak sloj iglica. Tek tada se izvodi završno poliranje. Takvo se kamenje razlikuje od običnog zvjezdanog kamenja po većoj prozirnosti, ali se ne prodaje u velikim količinama.

Osim rubina i safira, Lindeovo zvjezdano kamenje predstavljeno je varijantama ljubičaste, zelene, ružičaste, žute i smeđa kao i zadimljeno plavo i zadimljeno crveno. Budući da je originalni patent sada istekao, pojavio se niz drugih dobavljača, na primjer u Njemačkoj. Prijavljen je bezbojni zvjezdani safir. Ova konkurencija uzrokovala je pad cijene sintetičkog zvjezdanog korunda. Linde je obustavio proizvodnju i prodao svoju opremu, iako je kamenje još uvijek dostupno u Alvin Company iz New Jerseya. Očigledno, sada glavni dobavljač zvjezdanog kamenja, koji je još uvijek vrlo popularan u Sjedinjenim Državama, postaje tvrtka Jeva.

Rubin je jedno od najpoznatijih i najljepših dragog kamenja koje su ljudi jako cijenili tisućama godina. Njegova svijetlo crvena boja povezana je s bojom vatre ili krvi i simbolizira vitalnost i energiju. Prirodni rubini rijetko su veliki i prozirni, stoga posebno istaknuto kamenje postaje nacionalno blago različite zemlje, ukrašavaju stvari kraljevskih obitelji i aristokrata.

Opis prirodnih i sintetičkih rubina

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

Bezbojni korund nema dragocjenu vrijednost, ali se zbog svoje tvrdoće u tehnici koristi kao abrazivni materijal. Druge vrste dragulja korunda su safir, plava boja koji je opskrbljen primjesom titana i željeza te blijedozelenim umjetnim amarilom.

Rubini variraju u boji od ružičaste do vatrenocrvene i smeđe, a najskupljom nijansom smatra se "golubova krv": svijetlo crvena s primjesom ljubičaste. Proizvodi od ovog kamena imaju karakterističan stakleni sjaj.

Osim lijepe boje, rubin karakterizira i zanimljiv optički fenomen - manifestacija šestokrake zvijezde na glatkoj zakrivljenoj površini kamena (asterizam). To je zbog superpozicije loma svjetlosti unutar kristala. Zvjezdani rubini se ne režu već ostavljaju kao kabochoni.

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

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

Sintetski rubini su kamenje koje je po svom kemijskom sastavu identično prirodnom mineralu, ali umjetno dobiveno. Prve male kristale rubina dobio je Mark Gooden iz rastaljenog korunda davne 1837. Kasnije su znanstvenici naučili kako spojiti fragmente prirodnog kamenja u takozvane "sijamske rubine".

Koristeći ovu metodu, Francuzi su dobili drago kamenje težine do 10 karata. Međutim, prvi istinski umjetni rubin od aluminijevog oksida dobio je tek krajem 19. stoljeća Auguste Vernel. Njegova metoda omogućila je brz rast velikih kristala u industrijskim razmjerima i pokrenula široku proizvodnju sintetičkih rubina diljem svijeta.

Osnovne moderne metode uzgoja rubina

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

Sintetski rubini se industrijski koriste za proizvodnju čvrstih rubin lasera.

Zbog kvantnih prijelaza u kristalu rubina kada je ozračen, takav laser stvara usmjereni snop crvene svjetlosti valne duljine 694,3 nm. Od 1960. godine ovaj se uređaj koristi u medicinskoj industriji (uklanjanje tetovaža) i za rješavanje raznih tehničkih problema (pulsna holografija).

Lažni rubini: kako razlikovati sintetičke od prirodnih?

Najsigurniji način da saznate je li vaš kamen sintetički ili prirodan je da se obratite profesionalnom draguljaru. Ukoliko kemijski sastav Umjetni rubin je identičan prirodnom mineralu, kod kuće nije uvijek moguće pouzdano provjeriti porijeklo kamena.

Nekoliko ih je korisni savjeti kako sami odrediti autentičnost rubina. Prije svega, morate pažljivo ispitati kamen jakim povećalom ili pod mikroskopom. Povećanje od 10x uz dobro osvjetljenje bit će dovoljno. Sintetski rubini obično su besprijekorni, dok prirodni imaju male površinske nedostatke ili pukotine. Mjehurići i inkluzije unutar kamena također ukazuju na njegovo umjetno podrijetlo.

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

• granati (karelijski rubini). Tamnocrveno ili grimizno kamenje koje je prilično zagasito boje. Mekši su od rubina;
• turmalin. Mineral je crveno-ružičaste boje, također inferioran u tvrdoći rubin;
• crveno staklo;
• kompozitni rubini. To su prirodni rubini niske kvalitete, pukotine u kojima su ispunjene obojenim staklom.

Postoji nekoliko pravila o tome kako razlikovati rubin od lažnog, pogotovo ako nije izrađen vrlo kvalitetno. Prije svega, obratite pozornost na rez: pravi kamen mora imati precizne i izoštrene 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 na njemu ne ostavlja tragove. Ako vaš kamen ostavlja crvenu crtu 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 lažnjak od prirodnog rubina. Do 19. stoljeća takve metode uopće nisu postojale, stoga se u mnoge povijesne relikvije, krune i nakit umjesto rubina ubacuju drugi crveni dragulji.

Čarobna i ljekovita svojstva rubina

Različiti narodi tradicionalno obdaruju rubine magična svojstva... Budisti su vjerovali da ovaj kamen budi sposobnost osobe za umjetnost. 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 s njim povezane plemenite misli njegovog vlasnika. Ovaj dragi kamen daje snagu i štiti od crne magije.

Srednjovjekovni liječnici koristili su rubine za liječenje epilepsije, paralize, pa čak i depresije. Veliko kamenje ulijevalo se u vodu, a ova infuzija se koristila za liječenje crijeva i impotencije. Moderna etnoznanost smatra da nošenje rubina normalizira krvožilni sustav i blagotvorno djeluje na srce.

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

Zbog visoka vrijednost prirodni rubini od davnina, razne imitacije i krivotvorine ulaze na tržište u velikim količinama. Krajem 19. stoljeća izumljen je uzgoj rubina, kemijski identičnih prirodnim.

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