인공적으로 자란 돌로 돈을 버는 방법. 미디엄

보석 합성 방법

현대사인공 보석의 생성은 1857년 프랑스 화학자 Marc Gaudin이 명반(황산칼륨과 황산알루미늄)과 크롬산칼륨의 두 가지 염을 융합하여 약 1캐럿의 루비 결정을 얻었을 때 시작되었습니다.

합성 보석에는 인위적으로 얻은 단결정 또는 다결정 및 무정형 화합물이 포함됩니다. 합성 보석 재료에는 두 가지 그룹이 있습니다. 첫 번째는 천연 결정의 구조적 및 화학적 유사체이지만 미량 불순물의 조성과 함량이 다른 돌을 포함합니다. 예를 들어, 여기에는 다이아몬드, 루비, 사파이어, 에메랄드, 자수정, 알렉산드라이트가 포함됩니다. 그리고 두 번째 그룹에는 큐빅 지르코니아, 이트륨-알루미늄 석류석(YAG), 갈륨-가돌리늄 석류석(GGG)과 같이 실험실 조건에서 얻은 석재가 포함되지만 자연계에는 유사체가 없습니다.

보석 합성 방법

현재, 보석의 합성 및 보석 결정의 성장을 위해 다양한 방법이 사용되며, 그 중 주요 그룹은 용융 그룹(Verneuil, Czochralski, 존 및 스컬 용융 방법) 및 용액-용해 방법(플럭스, 열수 방법)입니다. 고압에서 보석 다이아몬드의 합성 및 합성) 및 일부 기타.

Verneuil의 방법. 1896년 프랑스 과학자 오귀스트 베르누이(Auguste Verneuil)는 루비 합성을 위해 수소-산소 버너가 있는 특수 용광로를 설계했고 합성 보석의 산업적 생산 시대가 시작되었습니다.

보석의 합성충전물을 녹여서 얻은 용융물에서 수행됩니다 (루비 합성의 경우 충전물은 알루미늄과 산화 크롬의 혼합물입니다). 퍼니스는 충전물이 산소 흐름에서 작은 부분으로 부서져 수소가 공급되고 버너가 있는 연소실로 들어가는 방식으로 설계되었습니다. 여기에서 전하가 녹고 결과 방울이 세라믹 기판에 떨어지며, 그 위에 원뿔이 먼저 형성된 다음 실린더 - 단결정으로 바뀝니다. 결과 결정을 boule(사진 1 참조)이라고 하며, 그 크기는 일반적으로 길이가 약 5-10cm이고 직경이 약 2cm입니다( 현대 기술최대 60-70cm 길이의 부울을 얻을 수 있습니다). 중간 크기의 boule을 생산하는 데 약 4시간이 걸립니다. 얻은 결정은 강한 내부 응력을 가지며 종종 여러 조각으로 나뉩니다.

사진 1. 여러 가지 빛깔의 큐빅 지르코니아 (원료)와 합성 루비의 부울 (아래) (모스크바 주립 대학 컬렉션, 저자 사진)

현재까지 Verneuil 방법은 100가지 이상의 서로 다른 유형의 결정을 성장시키는 데 성공했습니다. 그러나 일반적으로 스타 스톤과 스피넬을 포함하여 루비, 사파이어 및 기타 유색 커런덤 품종을 재배할 때 산업적으로 가장 중요합니다(사진 2 참조).

사진 2. 면처리된 합성 루비 및 사파이어(모스크바 주립 대학 컬렉션, 저자 사진).

초크랄스키법. 이 방법을 사용하면 매우 고품질의 결정을 얻을 수 있습니다. 출발 물질(해당 조성의 산화물 혼합물)을 내화 금속(예: 백금 또는 이리듐)으로 만든 도가니에서 녹이고 도가니에 직접 감긴 나선형 히터로 가열합니다. 결정화는 용융물의 표면에 닿는 종자에서 시작되며, 용융물은 점차적으로 회전되어 용융물에서 (5-30mm/h의 속도로) 들어 올려집니다(당겨집니다). 얻은 결정은 직경 2.5-6cm, 길이 20-25cm의 막대 모양이며, 이 방법으로 성장한 결정에는 알렉산드라이트뿐만 아니라 루비, 사파이어, YAG, GGG 및 기타 합성 석류석이 있습니다.

Czochralski 방법을 사용하면 Verneuil 방법으로 성장한 결정보다 훨씬 균일하기 때문에 우수한 보석 재료인 결정을 얻을 수 있습니다.

스큐 용해 방식. 이 방법은 자체의 차가운 "재킷"에서 물질을 녹이고 결정화하는 것으로 구성되며 내화 결정(큐빅 지르코니아, 커런덤, YAG 및 기타)을 성장시키는 데 사용됩니다. 고주파 가열은 물질을 녹이는 데 사용됩니다. 가열 후 용융물을 몇 시간 동안 유지한 다음(불순물의 증류를 보장하고 균질한 매질을 확립하기 위해) 천천히 냉각시켜 주상 결정을 결정화합니다(사진 1 참조).

구역 용해 방법. 이 방법의 본질은 다음과 같습니다. 초기 충전은 주요 초기 성분의 미리 하소된 산화물과 불순물의 혼합물이며 종자는 몰리브덴 보트에 넣은 다음 히터를 따라 천천히 당겨집니다. 보트가 이동함에 따라 다소 좁은 용융 영역이 차지에 나타나며 보트가 더 이동하면 단결정이 형성되어 응고됩니다. 얻은 결정의 너비는 8cm, 높이는 2cm, 길이는 18cm, 성장 시간은 4일입니다. 성장한 결정의 내부 결함 중 덩어리 및 파단이 관찰됩니다.

이 보석 합성 방법은 기술적으로 간단하고 판 형태의 단결정을 성장시킬 수 있으며 다양한 색상의 커런덤, YAG 및 기타 합성 석류석의 큰 단결정을 얻는 데 성공적으로 사용됩니다.

용융 및 열수 합성에서 용액으로부터 합성하는 방법. 합성 보석을 재배할 때 용융 용액(플럭스 방법)과 열수 용액에서 결정화하는 방법이 널리 사용됩니다.

플럭스법에 의한 결정의 성장은 주로 내화성 물질을 얻기 위해 사용되며, 급속 냉각시 용융물로부터의 결정화는 불가능합니다. 저융점 산화물(납, 몰리브덴, 붕소 등) 또는 염류(KF, PbF2, CaCl2 등)의 용융물이 용매(플럭스)로 사용됩니다. 합성 공정은 특수 용광로에 놓인 백금, 이리듐 또는 흑연 도가니에서 발생합니다. 결정화는 용융물의 점진적인 냉각의 결과로, 또는 용융물의 증발 조건 하에서 또는 온도차의 방법에 의해 발생합니다. 이 방법을 사용하면 크기가 몇 센티미터인 에메랄드, 커런덤, 알렉산드라이트 결정을 얻을 수 있습니다(사진 3 참조).

사진 3. 열수 및 용액 용해 방법으로 자란 에메랄드 : 원료 및 절단 돌 (모스크바 주립 대학 수집, 저자 사진).

열수 합성 방법은 특히 보석 결정 성장에 유망합니다. 결정의 성장은 밀폐된 고압 용기(오토클레이브)에서 수행되어 합성 공정이 250-600°C의 온도와 수십 및 수백 메가파스칼의 압력에서 수행될 수 있도록 합니다. 이 방법의 용매는 물을 사용하는데 오토클레이브에 제공되는 고온 및 고압에서 용해력이 급격히 증가한다. 결정의 성장은 온도 차이의 결과로 종자에서 수행됩니다.

열수 합성 방법은 다양한 색상의 석영(사진 4 참조)과 에메랄드를 성장시키는 데 널리 사용됩니다. 열수 석영 결정의 무게는 수 킬로그램이고 에메랄드는 크기가 최대 10cm이며 최근에는 루비를 합성하는 방법이 사용되기 시작했습니다.

사진 4. 열수 방법으로 성장한 다양한 색상의 석영 결정 (모스크바 주립 대학 컬렉션, 저자 사진).

고압에서 보석 품질의 다이아몬드를 합성하는 방법.

1955년 2월 미국 제너럴 일렉트릭의 연구소에서 다이아몬드 합성에 성공한 최초의 시도에 대한 보고가 있었습니다. 그리고 1970년 초에 같은 실험실에서 최대 1캐럿에 달하는 다양한 색상의 보석 품질 다이아몬드 결정을 얻었습니다. 현재 합성 다이아몬드는 미국뿐만 아니라 스웨덴, 남아프리카 공화국, 일본, 러시아에서도 생산되고 있습니다.

다이아몬드 합성의 주요 산업적 방법은 고압(온도 1400-1600˚C, 압력 5000-6000 MPa)에서의 용액 용융 금속-탄소 합성입니다. 흑연은 일반적으로 초기 충전물로 사용되며(다른 탄소 함유 물질도 가능함) 철, 니켈, 코발트, 백금 및 팔라듐의 금속 또는 합금입니다. 고압 챔버가 장착된 강력한 유압 프레스는 필요한 열압 매개변수를 생성하는 데 사용됩니다.

현재 다이아몬드 합성 분야에서 큰 진전이 이루어졌습니다. 성장한 보석 품질 결정의 크기는 9-10 캐럿에 이르며 다양한 색상과 고품질 특성을 가지고 있습니다 (사진 5, 6 참조).

보석의 단결정을 얻는 합성에 대해 설명한 방법 외에도 청록색, 공작석 및 고귀한 오팔을 재배하는 방법과 같은 다결정 골재를 성장시키는 방법이 있습니다. 대부분의 경우 기술 보석의 합성이들 및 일부 기타 보석 재료는 해당 제조업체의 영업 비밀입니다.

따라서 현재 시장에서 합성석이 인서트로 사용되는 보석을 종종 찾을 수 있습니다. 합성소재를 얻기 위한 기술이 지속적으로 향상되고 있기 때문에 향후 그 수가 증가할 뿐만 아니라 품질 및 천연석과의 유사성이 향상될 것으로 예상할 수 있습니다.

나는 이미 이 사이트에 세 가지 아이디어를 게시했습니다(색유리로 만든 스테인드 글라스, 모자이크 패널 및 테이블 만들기, 인큐베이터에서 모자이크 패널 키우기). 내가 "집에서 루비 크리스탈 키우기"라고 부르는 새로운 아이디어는 아이디어 1404와 유사하게 내가 창의적 사고를 개발하기 위해 사용한 기술을 사용하여 심리 상담 과정에서 탄생했습니다. 이러한 기술 덕분에 새로운 생각... 나는 Alexander라는 젊은이가 나에게 어떤 문제를 제기했는지 자세히 설명하지 않을 것이지만 (지금은 중요하지 않습니다), 우리의 결과 같이 일하다이 재택 사업 아이디어의 탄생이었습니다.

처음에는 구성에서 판매되는 거의 모든 보석이 있다는 정보를 접했습니다. 보석류우리의 전형적인 보석 가게에서 인공 원산지입니다! 이것은 우리가 속고 있다는 것을 의미하지 않습니다.

화학 성분의 합성 보석 및 물리적 특성거의 완전히 구별할 수 없다. 자연석... 전체 문제. 천연 보석 중에서 모든 보석이 보석 가게에서 선보일 만큼 충분한 순도와 기타 보석 품질을 가지고 있는 것은 아니며 실험실 또는 공장 생산 조건에서 기술 프로세스가 미세 조정될 수 있으므로 실험실은 거의 동일한 보석 특성을 갖습니다.

그리고 생산에서 그들은 깊고 생명을 위협하는 광산에서 채굴되는 동일한 품질의 "동료"보다 훨씬 저렴합니다. 또한 특정 광물의 퇴적물이 전체적으로 고르게 풍부하게 흩어져 있지 않습니다. 지구, 그러나 일반적으로 몇 군데에 집중되어 있습니다.

그런 다음 생각은 스테인드 글라스 창문과 모자이크로 유추하여 흘렀습니다. 인터넷에서 견고한 생산 지역과 현금 흐름을 갖춘 평판이 좋은 대기업의 이러한 서비스에 대한 제안을 접했다면 나는 스스로에게 질문했습니다. 작은 스테인드 글라스 창을 만드는 것이 불가능한 이유 (내부 문, 벽에 삽입 램프 등) 말 그대로 책상 위에 있습니까?

기술을 연구하고 어떻게 단순화할 수 있는지 궁금합니다. 가정용, 일정한 수의 실험을 수행하고 결과를 얻었습니다!

마찬가지로 Alexander와 나는 집에서 보석 결정을 재배한다는 아이디어를 창의적으로 재작업하기 시작했습니다. 공부함(초급 수준에서) 다른 방법들, 100여 년 전 20~30캐럿 무게의 루비 결정을 2~3시간 만에 키울 수 있는 독창적인 기술과 장비를 만든 프랑스 과학자 오귀스트 베르누이의 방법에 정착했다. 이것은 귀중한 물질을 필요한 양만큼 인공적으로 생산할 수 있게 했을 뿐만 아니라 다른 보석의 결정 합성과 성장의 가능성을 열어준 과학기술의 탁월한 성과였습니다.

O. Verneuil의 성공은 거의 반세기 동안 루비 합성에 대한 연구로 이어졌습니다.

Verneuil 방법의 단순성과 신뢰성으로 인해 처음에는 프랑스에서, 나중에는 세계의 거의 모든 선진국에서 이러한 결정의 산업적 생산이 신속하게 조직되었습니다.

첫 번째 그림은 Verneuil 방법의 작동 원리를 보여줍니다(그렇지 않습니까? 모든 것이 매우 간단해 보입니다!). 그리고 두 번째 그림은 Verneuil 장치를 보여줍니다.

집에서 루비 결정을 성장시키는 Verneuil 장치

그것은 매우 어려워 보입니다. 처음에는 조금 두렵기도 합니다. 그들은 말합니다. 그러나 이것은 잘못된 두려움입니다. 결국, 발명가가 100년 전에 자신의 기술을 창조했다는 사실을 다시 한 번 기억해야 합니다!

당연히 그는 현재 가정의 장인이 사용할 수 있는 전기 및 기계 "속임수"를 마음대로 사용할 수 없었습니다!

우리는 이 문제에 대한 작업을 시작했습니다. 현대적인 전기 부품과 널리 사용되는 메커니즘을 사용하여 Verneuil 장치를 단순화하고 장치의 "주방" 버전을 만드는 방법입니다.

그리고 우리는 해냈습니다!

Verneuil 방법을 사용하면 루비뿐만 아니라 파란색, 흰색(투명) 및 노란색 토파즈(원하는 경우 다른 색조도 포함)의 결정을 키울 수 있습니다.

나는 아이디어의 주요 생성자로서 "주방" 버전(Alexander의 동의 하에)에 대한 자세한 설명을 게시하고 이 아이디어를 따르기로 결정한 열광자들과의 경쟁을 전혀 두려워하지 않습니다. 그 이유는 매우 간단합니다. 현재 세계 여러 나라에서 인공 귀한 수정을 재배하고 있지만 보석 가게에 가자마자 가격이 여전히 "물고 있는" 상태임을 즉시 알 수 있습니다. 그리고 시장은 아직 포화 상태에 이르지 못한 것 같습니다. 이 정보를 읽은 후에도 수천 명의 매니아가 있다면 "가정" 생산으로 이 시장 부문에서 특별한 "날씨"를 할 수 없습니다. 따라서 우리의 연구 결과는 두려움 없이 발표될 수 있습니다. 반대로 "국내 수정 재배자 협회"와 같은 것이 네트워크에 나타나면 :-), 아시다시피 두 개의 머리가 좋고 2,000 개이기 때문에 모든 사람에게 훨씬 더 흥미롭고 유용합니다. 훨씬 더 낫다고 자신있게 가정할 수 있습니다. 그리고 이러한 헤드 중 일부는 훨씬 더 가벼워질 수 있으며, 그들의 아이디어는 장치를 더욱 단순화하고 개선하는 데 관심이 있는 모든 사람에게 도움이 될 것이며 예를 들어 "주방"에서 "야간 스탠드"로 바꾸는 데 도움이 될 것입니다 :-).

이제 프로젝트의 경제적 효율성에 대해 몇 마디 하겠습니다. 20-30캐럿(4-6그램!) 무게의 루비 크리스탈과 약 3kWh의 전기를 키우는 데 3시간이 걸립니다. 귀하의 지역에서 비용이 얼마나 드는지 계산하십시오. 생각한다. 그 수치는 10 루블 미만입니다. 일반적으로 산화알루미늄 분말 6g과 산화크롬 0.2g의 비용은 50코펙을 넘을 수 없습니다.

따라서 독자 여러분, 관심 있는 보석상에게 거친 루비 크리스탈이라도 제공한다면 거래의 이익이 상당히 견고할 것이라는 것을 이해하기 위해 Soros 머리를 가질 필요가 없습니다. 글쎄, 루비와 토파즈를 가진 수제 남자 중 한 명이 자신의 아내 나 여자 친구를 행복하게 만든다면 그러한 "투자"로 인한 심리적 배당금은 전혀 계산할 수 없습니다! :-).

그러한 절차의 법적 합법성에 대해 몇 마디 더 하겠습니다. 물론 변호사와 철저히 상담하는 것이 여전히 필요하지만 러시아 연방 법률 "귀금속 및 귀석"(2005 년 7 월 18 일 N 90-FZ의 마지막 수정)을 검토했으며 주제는 다음과 같습니다. 이 법의 규제 대상은 "귀석 - 천연 다이아몬드, 에메랄드, 루비, 사파이어 및 알렉산드라이트와 천연 진주(천연) 및 가공된 형태입니다. 독특한 호박색 구조물은 정부가 수립한 절차에 따라 보석과 동일시됩니다. 러시아 연방... 이 보석 목록은 변경될 수 있습니다. 연방법. ". 나는 특히 "자연적"이라는 단어를 강조했습니다. 그리고 합성 물질에 대해서는 아무 말도 없습니다.

그래서 집에서 평화롭게 루비 크리스탈을 키우십시오.

귀금속 시장을 연구하기 시작하면 조만간 모든 보석 매장에 많은 인공 보석이 있다는 매우 흥미로운 결론에 도달하게 될 것입니다. 그리고 이것은 가장 흥미로운 점은 전혀 속임수가 아닙니다!

천연석은 인공적으로 생산된 보석과 화학적, 물리적 특성이 전혀 다르지 않습니다. 그리고 더 나아가서, 우리는 대부분의 천연 보석이 보석 가게에서 팔릴 만큼 충분히 이상적인 빈도와 특성을 가지고 있음을 알 수 있습니다. 또한 천연 제품에 비해 합성 제품의 장점은 생산 실험실에서 생산을 통해 전자 제품의 품질을 향상시켜 이러한 제품의 품질이 원본에 매우 가깝고 프로세스가 힘들지 않아 비용 대비 이익 비율이 너무 높아 의심의 여지가 없습니다. 집에서 보석 키우기관심을 가질 것입니다.

천연 보석은 접근하기 어려운 깊고 생명을 위협하는 광산에서 채굴되는 반면, 합성 "형제"는 생산 공정이 매우 저렴합니다. 보석을 찾는 데 따르는 모든 불편함에도 불구하고 매장량이 전 세계에 고르게 분포되어 있지 않고 풍부하게 분포되어 있지 않고 지구의 특정 지점에만 있다는 사실을 덧붙일 수 있습니다.

이제 합성으로 얻은 원석의 장점을 깨달았다면 방법으로 넘어 갑시다. 성장하는 보석집에서 "주방"조건. 연구된 모든 방법 중에서 평신도가 가장 접근할 수 있는 방법은 100여 년 전에 20개 무게의 루비 결정을 2-3시간 내에 성장시킬 수 있는 방법과 구성 요소를 발명하고 생산에 도입한 Auguste Verneuil의 방법입니다. -30캐럿.

Verneuil 방법은 매우 간단하여 프랑스에서 시작하여 나중에 모든 진보적인 국가에서 생산을 계속하고 부엌에서 끝나는 귀중한 수정 재배를 조직할 수 있습니다.

이 그림은 매우 간단한 회로 Verneuil 방법으로 보석을 재배하기 위한 설비.

Verneuil 방법으로 단결정을 성장시키기 위한 설치 다이어그램:

1 - 크리스탈 하강 메커니즘,

2 - 크리스탈 홀더,

3 - 성장하는 수정

4 - 머플, 5 - 버너, 6 - 호퍼,

7 - 흔들림 메커니즘,

8 - 카테토미터.

이미지를 보고 나면 장치가 매우 복잡하고 집에서 절대 만들 수 없을 것 같습니다. 그러나 저자가 100여 년 전에 장치를 만들었다는 것을 기억한다면 오늘날 전기 시대의 그의 계획은 불가능할 정도로 단순화됩니다.

합성 보석을 재배하는 이러한 방법이 전 세계적으로 일반적이라는 사실에도 불구하고 보석 가게에 가자마자 가격이 즉시 주머니에 들 것입니다. 그리고 보시다시피 시장은 여전히 완전한 소비자 만족과는 거리가 멀습니다.

따라서 약 20-30캐럿(4-6g !!)의 루비 크리스탈을 생산하려면 3시간 3kWh의 전기를 소비해야 합니다. 이제 6g의 옥시 알루미늄 분말과 0.2g의 옥시 크롬 가격을 포함하여 해당 지역에서 자원에 얼마를 지출할 것인지 계산해야 합니다. 나는 당신이 그런 사소한 일에 50 코펙 이상을 쓰지 않을 것이라고 생각합니다.

보석을 구입하는 모든 보석상들은 비록 완전히는 아닐지라도 당신이 만든 품질의 돌을 높이 평가할 것이고 당신의 설치는 이자를 지불하기 시작할 것입니다. 그리고 보석으로 제품을 장식하고 사랑하는 사람과 친척에게 선물로 선물하면 감정적 인 상승이 경계가 없습니다.

이제 러시아 연방의 "귀금속 및 귀석에 관한 법률"에 맞게 제품을 조정해야 합니다. 그리고 거기에는 이 법의 대상이 "보석"이며 여기에는 천연 호박색 형성물이 포함됩니다. 그리고 가장 흥미로운 점은 그 중에 인조석이 없다는 것입니다! 따라서 침착하고 유익하게 일하십시오!

합성 사파이어, 루비 및 커런덤 생산 기술

라멜라 사파이어(무색 커런덤)의 단결정은 용융법에 의해 성장되어 최대 수 킬로그램의 결정을 얻을 수 있습니다. 합성 사파이어의 단결정은 스테파노프(Stepanov) 방법에 따라 주어진 프로파일의 셰이퍼로 스트레칭하여 산화알루미늄에서 성장합니다. 라멜라 사파이어는 무색의 구조 재료로 반도체 및 전자 산업, 박막 하이브리드 및 통합 마이크로일렉트로닉스, 조명 엔지니어링, 화학 장비 제조 및 기타 산업 분야에서 사용됩니다.

광학적으로 투명하고 무색인 커런덤(사파이어) 플레이트는 눈에 보이지 않는 미세 결함의 존재 여부에 따라 가격이 크게 다릅니다. 평균 크기판은 170x170mm이고 높이는 30mm입니다. 고품질 원료의 완전한 형성에는 약 일주일이 걸립니다. 눈에 보이지 않는 미세한 결함이 있는 플레이트(시각적으로 절대적으로 완벽함)는 다음 분야에서 사용하기에 매우 적합합니다. 보석류원자재로 사용되지만 정밀 산업 광학의 요구에는 적합하지 않을 수 있으므로 원자재 가격은 크게 다를 수 있습니다. 장신구에 이상적이고 현실적인 가격이 산업적 요구에 충분하지 않을 수 있습니다.

사파이어 결정은 성장 초기에는 무색이지만, 불순물이 축적되면서 약간 분홍빛을 띤다. 그리고 분홍빛이 도는 커런덤을 자외선(UV) 램프 아래에 잠시 두면 분홍빛이 점차 멋진 와인빛으로 변합니다. 사파이어의 색상은 와인 토파즈와 비슷하지만 더 단단합니다.

기술 성장에 의한 사파이어 단결정 웨이퍼는 일반 물을 얼리는 과정과 그 변형과 유사합니다. 탄산음료 타입이라면 눈으로 볼 때 거품이 많이 보일 것입니다. 그것이 "수돗물 또는 오픈 소스" 유형인 경우, 현미경으로 작업할 때 사파이어를 사용하기 어렵게 만드는 많은 숨겨진 보이지 않는 기포가 있을 것입니다. "외부 불순물이 포함된 물" 유형은 사파이어에 불순물을 제공합니다. 이상적인 변형 - "진공에서 가스와 불순물이 없는 증류수" 유형은 현대 컴퓨터의 마이크로 회로 및 프로세서를 태우기 위한 확대 및 축소 유리 제조에 사용됩니다(미국의 인텔, 세미나 및 심포지엄 2006- 2007 이상). 매우 관련이 있습니다.

합성 강옥의 단결정은 산화 알루미늄의 변형으로, 알루미늄 이온의 작은 부분이 철 그룹 또는 구리 이온으로 동형적으로 대체될 수 있습니다. 다양한 색상(루비, 사파이어, 토파즈, 자수정 등)의 합성 단결정 재배는 Verneuil 방식으로 수행됩니다. 합성 커런덤은 보석, 시계 제작 및 악기 제작에 사용됩니다. 폐 커런덤은 고품질 연마재 및 내화 제품을 생산하는 데 사용됩니다. Verneuil 기구는 또한 합성 스피넬 등을 성장시키는 것을 가능하게 합니다.

루비와 사파이어는 서로 다른 광물이지만 모습, 고유한 색상을 부여하는 불순물 원소가 소량 존재한다는 점을 제외하고는 동일한 결정 구조 및 특성을 가지고 있습니다. 루비와 사파이어는 주로 산화알루미늄 Al2O3로 구성되며, 광물학자들은 이를 커런덤이라고 부릅니다. Verneuil 방법으로 성장한 결정체 불로 알려진, 분명히 처음에는 둥근 모양을 가졌기 때문입니다. Gaudin이 만들고 Verneuil이 사용하는 이 용어는 수정이 이제 원통형이지만 수정 재배자들 사이에서 일반적이 되었습니다.

Verneuil은 2.5-3g(12-15캐럿)의 Buli를 2시간 동안 키우고 있었습니다. Boules는 모양이 둥글고 그 중 일부는 직경이 5-6mm였습니다. 오늘날 직경이 20mm이고 실린더 길이가 50-70mm인 원통형 부울과 소위 세미 불(10 x 20mm의 바닥이 있는 세로로 자른 반 실린더)이 재배됩니다. 이러한 semi-bule 10 x 20 x 60-70 mm의 부피는 10-11 입방 미터입니다. cm와 무게는 각각 40-45g입니다. 이 원료는 아직 캐럿으로 측정되지 않았습니다(그러나 쉽게 계산할 수 있습니다. 무게는 200-250캐럿입니다).

인공 커런덤(합성 루비 및 사파이어)의 단결정 투명 부울 및 막대는 산소-수소 화염에서 알루미나(산화알루미늄)를 용융 및 재결정화하여 얻습니다. Boules는 추가로 착색될 수 있습니다: Cr 이온의 불순물(크롬, 최대 2%) - 빨간색, V(바나듐) - 일광에서는 회녹색, 인공 조명에서는 보라색, Mn(망간) - 황록색, Ni(니켈) - 노란색, Ti(티타늄) - 핑크 바이올렛 색상. 아래에서 합성 커런덤을 자를 때 다른 이름(사파이어, 루비, 토파즈, 알렉산드라이트, 자수정) 보석류에 사용됩니다. 붉은 커런덤 - 루비 - 기계식 시계 및 기타 정밀 기기의 지지석 및 광 발생기(레이저)의 막대. 합성 커런덤의 밀도는 4g/cc, 유색 커런덤의 경우 경도 9, 모이소나이트의 경우 9.25입니다(다이아몬드 경도는 모스 척도에서 10). 커런덤의 결정 구조는 가장 조밀한 육각형 패킹을 형성하는 6개의 O(산소) 원자로 둘러싸인 Al(알루미늄) 원자로 구성됩니다. 커런덤은 또한 높은 내화학성 및 높은 융점(2020-2050°C, 내화물을 나타냄)이 특징입니다.

소련 과학 아카데미의 결정학 연구소에서. A. V. Shubnikov는 다양한 모양의 커런덤 결정을 얻을 수 있는 커런덤 합성 방법을 개발했습니다. 이 방법을 사용하면 판 형태의 류코사파이어 결정을 성장시킬 수 있습니다. 큰 크기특정 결정학적 방향으로. 출발 물질로 채워진 몰리브덴 용기를 진공 오븐에 넣고 2000°C 이상의 온도로 가열합니다. 알루미나가 녹습니다. 용융물이 담긴 용기는 온도가 낮은 영역으로 천천히 이동하고 온도가 일정 값 이하로 떨어지면 용융물이 결정화됩니다. 방향성 결정화를 위해 시드 결정이 용융물에 도입됩니다. 전체 프로세스가 자동화됩니다.

산업적 규모에서 인공 커런덤 재료는 전기로에서 보크사이트를 환원제(철 충전재)로 녹여 얻습니다. 그들은 또한 연마제로 사용됩니다. 분말 야금법을 사용하여 금속의 기계적 가공을 위한 절단기를 만드는 데 사용됩니다. 높은 온도... 보석 산업(인서트로 절단)에는 적합하지 않습니다.

이제는 천연 제품뿐만 아니라 위조품이 판매되고 있는 것으로 나타났습니다. 자연석... 소련 붕괴 이후 합성 커런덤 원료 가격이 상당히 높아졌기 때문에 합성 커런덤, 사파이어 및 루비 가격도 저렴하지 않습니다. 오른쪽 사진은 일반적인 샘플을 보여줍니다. 가짜 합성 커런덤 단결정(합성 루비와 사파이어). 충분한 밝은 색상그리고 특징적인 머리(둥근 자갈을 닮은 모양). 커런덤과 비슷하게 생겼고 고가에 팔 수도 있지만 베르넬레 방식으로 재배되지는 않았다.

누군가가 여전히 보석에 소련산 합성 루비(소련에서 만든 돌)를 가지고 있다면 서둘러 제거하지 마십시오. 당신은 정밀한 기계 절단 돌의 샘플과 귀중한 합성 커런덤의 희귀 샘플을 가지고 있습니다. 이제 보석 가게에서 그렇게 살 수 없습니다. 오늘날 보석용 컷 합성 커런덤, 루비 및 사파이어의 가격은 커런덤 그룹의 천연 원료 및 천연 원석 가격보다 눈에 띄게 저렴하지만 전통적인 무색 및 유색 큐빅 지르콘(합성 큐빅 지르콘) 가격보다 몇 배나 높습니다. .

커런덤 생산의 기술적 특징

오귀스트 베르누이의 방법.산업용 합성 루비는 1905년에 태어났습니다. Verneuil의 기술은 산소 흐름을 통해 화염에 공급되는 알루미나 분말이 있는 수직 버너의 사용으로 구성되었습니다. 분말은 전기적으로 구동되는 진동기에 의해 가스 흐름에서 흔들립니다. 기밀 고무 글랜드를 사용하면 산소 누출 없이 알루미나 분말이 들어 있는 용기에 진동기 충격을 전달할 수 있습니다. 세라믹 핀을 화염의 차가운 부분에 놓고 분말이 녹을 때 형성되는 액체 알루미나 방울이 모여 화염의 고온 영역을 통해 유출됩니다.

화염은 절연체 역할을 하고 성장하는 Bulya를 외풍으로부터 보호하는 세라믹 방패로 둘러싸여 있습니다. 이 머플에는 원래 Verneuil 장치에서 운모로 밀봉된 보기 창이 장착되어 있습니다. 핫존으로부터의 열 흐름으로 인한 장치 상부의 과열은 수냉식을 사용하여 방지됩니다.

Bouli 성장의 초기 단계에서, 핀 위에 떨어지는 분말은 응고되고 비교적 저밀도 물질의 원뿔을 형성합니다. 그 후, 콘은 상단이 녹기 시작하는 화염의 뜨거운 영역으로 이동합니다. 이 때 여러 개의 결정체가 형성되는데 그 중 하나는 가장 높은 성장률 방향을 향하고 있다. 그것은 다른 결정의 성장을 억제하고 발달하는 부울리의 씨앗 역할을 합니다. 작업자 기술은 결정을 선택하는 동안 화염 온도 또는 분말 공급 속도를 조정해야 할 수 있으므로 성장 초기 단계에서 매우 중요합니다.

중앙부에서 하나의 결정의 우세한 성장이 시작된 후 boule 직경을 증가시키기 위해 공급 분말 공급 속도를 높이고 산소 유량을 조정하여 화염 온도를 점차적으로 높입니다. Bouli의 상부 표면은 둥글게 되고 알루미나의 신선한 부분은 떨어지는 용융 방울의 형태로 그 위에 공급됩니다. 다음으로, 막대가 있는 스탠드를 부울리의 성장 속도에 해당하는 속도로 내립니다. 고품질의 결정체를 성장시키기 위한 가장 중요한 전제조건은 균일한 분말의 공급이므로 유동성이 좋은 원료를 준비하는데 많은 노력을 기울인다.

분말이 너무 거칠면 거친 차가운 입자의 침입으로 얇은 용융층이 응고될 수 있습니다. 그러면 많은 작은 결정이 태어나고 불은 단결정의 구조를 잃는다. 너무 미세한 분말을 사용하면 화염에서 알루미나가 증발할 위험이 있습니다. 최적의 입자 크기는 서브미크론 범위(1000분의 1밀리미터 미만 - 20미크론)입니다. 입자가 있어야 합니다 정확한 모양, 이 경우에만 진동기의 영향에 똑같이 반응하기 때문에(그리고 고르게 부어집니다). Verneuil은 약 2.5%의 크롬 명반 불순물을 함유한 암모늄 명반에서 알루미나를 얻었습니다(고전적인 적색 부울이 얻어짐). 이 조성물의 분말을 가열하여 명반을 분해하고 산화물을 형성하고, 이를 분쇄하고 와이어 체로 체질하여 필요한 크기의 입자를 선택하였다.

초크랄스키법(용융물에서 추출하는 방법)은 다음과 같습니다. 돌이 결정화되어야 하는 물질의 용융물을 내화 금속(백금, 로듐, 이리듐, 몰리브덴 또는 텅스텐)으로 만든 내화 도가니에 넣고 가열합니다. 융점 이상의 고주파 인덕터에서. 미래 수정의 재료로 만든 종자를 풀아웃 롤러에서 용융물로 낮추고 합성 재료를 필요한 두께로 그 위에 쌓아 올립니다. 종자가있는 샤프트는 약 -1의 주파수에서 30-150의 동시 회전과 함께 1-50 mm / h의 속도로 점차 위로 올라갑니다. 샤프트를 돌려 용융 온도를 균일하게 하고 불순물이 고르게 분포되도록 합니다. 결정 직경은 최대 50mm, 길이는 최대 1m입니다.인공 석류석, 커런덤, 스피넬, 크리소베릴, 리튬 니오베이트 등은 Czochralski 방법으로 재배됩니다.

많은 수가 나타났다 과학 작품커런덤과 스피넬 재배용 화염 용해에 의해(영역 용융 방법). 이 방법으로 결정을 성장시키는 과정에서 가열 메커니즘의 도움으로 작은 영역 - 영역 -이 녹고 히터가 샘플을 따라 이동하여 단결정의 순차적 성장이 발생합니다. 이 방법에는 두 가지 변형이 있습니다. 수평 방향 결정화 방법에서는 길고 좁은 보트가 사용됩니다(얻은 결정은 보트의 크기에 따라 220x100X20mm 이상 크기의 판 형태임), 수직 방향 버전 - 부동 영역 - 소결 막대 (boule)가 사용되며 상부 및 하부에 고정됩니다.

그들은 주로 결정의 결함과 Boulle이 성장하는 조건 사이의 관계에 중점을 둡니다. 결정을 성장시키는 이 방법의 주요 결함은 용융된 Boule 정상 회담이 있는 화염의 뜨거운 영역과 더 차가운 아래쪽 부분 사이에 계단식 온도 구배가 있다는 것입니다. Bouli 축을 따라 온도가 급격히 변하면 결정에 강한 응력이 발생하고, 용광로에서 제거될 때 Boules는 종종 두 개의 반원통 조각(반구)을 형성하면서 (실린더를 따라) 갈라집니다. 절단을 위한 보석 산업의 요구에 따라 이러한 세미 불은 매우 적합합니다.

스타 사파이어(별표) 생산의 기술적 특징

1947년, Union Carbide Corporation인 Linde의 East Chicago 지사는 Verneuil 방법을 사용하여 스타 사파이어와 루비를 생산하기 시작했습니다. 1949년에 이 방법이 특허를 받았습니다. 스타 스톤은 크리스탈의 주축을 따라 보았을 때 특이한 모양 때문에 이름이 붙여졌습니다. 6개의 광택 있는 줄무늬가 크리스탈의 중심에서 방사형으로 방사되어 별 또는 별표의 상징적 묘사와 일치하는 인상적인 패턴을 만듭니다. 그 결과 자연에 존재하지 않는 매우 밝은 별의 돌이 생성됩니다.

커런덤의 이러한 현상은 루틸-알루미늄 티타네이트(Al2TiO5)의 얇은 바늘이 존재하기 때문에 발생하며, 이 바늘은 서로에 대해 60° 각도로 결정 구조의 대칭에 따라 배열된 스트립으로 늘어납니다. 이것은 분말에 알루미나를 첨가하여 달성됩니다. 소량루틸. boule 형성 과정에서 rutile은 알루미나의 용융 층에 용해되지만 결정화 후 냉각되면 boule은 침 형태로 방출되지만 주로 이미 rutile과 rutile의 상호 작용 결과 형성된 Al2TiO5 형태 알루미나. Linde의 특허에 따르면 분말에 0.1%~0.3% 루틸을 첨가한 다음 boule을 1100-1500°C에서 몇 시간 동안 어닐링하여 Al2TiO5 바늘을 분리함으로써 최상의 결과를 얻을 수 있습니다. 스타 스톤은 일반적으로 상당히 볼록한 카보숑 형태로 만들어지며 이 경우 가장 효과적입니다.

스타 스톤 제조의 주요 어려움은 스타가 스톤의 전체 너비를 차지하도록 Al2TiO5 바늘을 균일하게 분포시키는 것입니다. Linde는 주기적인 온도 변화를 초래하는 산소 유량을 변화시킴으로써 최상의 결과를 얻을 수 있다는 것을 발견했습니다. 이것은 산소 공급을 부분적으로 차단하는 밸브로 가장 편리하게 수행됩니다. 이 절차는 바늘의 분포에 주기적인 변화를 가져온다는 것이 발견되었습니다. 낮은 산소 유량에서 바늘이 boule의 전체 너비에 분포되어 있으면 높은 유량은 주변 부분에서만 바늘의 결정화를 촉진합니다.

별 패턴은 교대 층이 1mm 두께일 때 가장 효과적으로 나타납니다. 이 절차는 천연 보석에 비해 인공 보석의 주요 장점 중 하나를 보여줍니다. 결정을 성장시키는 전문가는 재료를 만들기 위한 조건을 제어하고 최상의 결과를 얻기 위해 변경할 수 있습니다. 천연 결정을 좋아하는 사람들은 예를 들어 지르콘을 가열하는 것과 같이 외관을 개선하기 위해 돌을 특정 가공할 가능성을 인정하지만 결정이 원래 자라는 조건을 제어할 수 있는 능력이 없습니다. 극히 드문 경우에만 천연 스타 스톤이 순수한 시각적 인식 면에서 인공 스타 스톤과 경쟁할 수 있습니다.

회사 "Linde"는 루틸을 첨가하지 않고 합성된 스톤에서 미리 절단된 카보숑을 루틸 용융물에 담가 매우 얇은 바늘 층을 형성하는 다른 방식으로 스타 스톤을 만듭니다. 그래야만 최종 연마가 수행됩니다. 이러한 스톤은 일반 스타 스톤과 달리 투명도가 높지만 대규모로 판매되지는 않습니다.

루비와 사파이어 외에도 Linde의 스타 스톤은 보라색, 녹색, 분홍색, 노란색 및 갈색스모키 블루와 스모키 레드도 있습니다. 원래 특허가 이제 만료되었기 때문에 독일과 같은 많은 다른 공급업체가 등장했습니다. 무색 스타 사파이어가 보고되었습니다. 이 경쟁으로 인해 합성 항성 커런덤의 가격이 하락했습니다. Linde는 생산을 중단하고 장비를 판매했지만 New Jersey의 Alvin Company에서 생산한 석재는 여전히 판매되고 있습니다. 분명히 현재 미국에서 여전히 매우 인기있는 스타 스톤의 주요 공급 업체는 "Jeva"회사가되고 있습니다.

루비는 수천 년 동안 사람들에게 높이 평가되어 온 가장 유명하고 아름다운 보석 중 하나입니다. 밝은 붉은 색은 불이나 피의 색과 관련이 있으며 활력과 에너지를 상징합니다. 천연 루비는 크기가 크고 투명한 경우가 드물기 때문에 특히 뛰어난 보석은 우리나라의 국보가 됩니다. 다른 나라, 왕실과 귀족의 물건을 장식하십시오.

천연 및 합성 루비에 대한 설명

천연 루비는 강옥의 일종인 매우 단단한 광물입니다. 화학 성분은 매우 간단합니다. 산화 알루미늄 Al 2 O 3이며 크롬이 미세하게 혼합되어 붉은 색을 제공합니다.

무색 커런덤은 보석 가치가 없지만 경도로 인해 기술에서 연마재로 사용됩니다. 커런덤의 다른 보석 품종은 사파이어, 푸른 색티타늄과 철의 혼합물과 옅은 녹색 인조 아마릴이 제공됩니다.

루비는 분홍색에서 불 같은 빨간색과 갈색까지 색상이 다양하며 가장 비싼 그늘은 "비둘기 피"로 간주됩니다. 밝은 빨간색과 보라색이 혼합되어 있습니다.이 돌로 만든 제품은 유리 광택이 특징입니다.

아름다운 색상 외에도 루비는 흥미로운 광학 현상이 특징입니다. 즉, 돌의 매끄러운 곡면에 6개의 별이 나타나는 현상(별표)입니다. 이것은 결정 내부의 빛 굴절의 중첩 때문입니다. 스타 루비는 절단되지 않고 카보 숑으로 남아 있습니다.

천연석은 이상적인 품질이 거의 없으므로 판매되기 전에 다양한 유형의 가공을 거칩니다. 가장 인기 있는 기술은 가열, 베릴륨을 강화하여 붉은 색을 강화하고 품질이 낮은 돌의 균열을 유리로 채우는 것입니다.

현재 판매되는 대부분의 "천연" 루비는 합성물이며, 유리로 채우는 과정을 거치며, 그 질량은 결국 돌 질량의 50%까지 도달할 수 있습니다. 천연 루비는 다이아몬드 다음으로 가장 비싼 보석입니다. 기록적인 25캐럿짜리 돌은 1995년 브루나이의 셰이크가 1200만 달러에 구입했습니다.

합성 루비는 화학적 조성이 천연 광물과 동일하지만 인공적으로 얻은 돌입니다. 루비의 최초의 작은 결정은 1837년에 Mark Gooden이 녹은 커런덤에서 얻었습니다. 나중에 과학자들은 자연석 조각을 소위 "샴 루비"로 융합하는 방법을 배웠습니다.

이 방법을 사용하여 프랑스인은 최대 10캐럿의 보석을 얻었습니다. 그러나 산화알루미늄으로 만든 최초의 진정한 인공 루비는 19세기 말 오귀스트 베르넬(Auguste Vernel)에 의해서만 얻어졌습니다. 그의 방법은 산업적 규모에서 큰 결정의 급속한 성장을 가능하게 했고 전 세계적으로 합성 루비의 광범위한 생산을 시작했습니다.

루비 재배의 기본 현대적인 방법

현재 다음과 같은 다양한 산업적 방법이 보석 결정을 합성하는 데 사용됩니다.

합성 루비는 산업계에서 고체 상태의 루비 레이저 생산에 사용됩니다.

조사될 때 루비 결정의 양자 전이로 인해 이러한 레이저는 694.3 nm의 파장을 가진 지향성 적색 광선을 생성합니다. 1960년부터 이 장치는 의료 산업(문신 제거) 및 다양한 기술적 문제(펄스 홀로그래피) 해결에 사용되었습니다.

가짜 루비 : 합성과 천연을 구별하는 방법?

당신의 스톤이 인조석인지 천연석인지 구별하는 가장 확실한 방법은 전문 보석상과 상담하는 것입니다. 하는 한 화학적 구성 요소인공 루비는 천연 광물과 동일하므로 가정에서 석재의 원산지를 항상 안정적으로 확인할 수 있는 것은 아닙니다.

몇 가지 있습니다 유용한 팁루비의 진위를 스스로 결정하는 방법.우선, 강한 돋보기로 또는 현미경으로 돌을주의 깊게 검사해야합니다. 조명이 좋은 상태에서 10배 확대하면 충분합니다. 합성 루비는 일반적으로 흠이 없는 반면 천연 루비는 표면 결함이나 균열이 작습니다. 돌 내부의 거품과 내포물도 인공 기원을 나타냅니다.

높은 가격과 인기로 인해 다른 광물은 종종 훨씬 저렴한 루비로 가장하여 판매됩니다. 그 중 가장 일반적인 것은 다음과 같습니다.

석류석(카렐리안 루비). 색상이 다소 둔한 진한 빨간색 또는 진홍색 돌. 그들은 루비보다 부드럽습니다.
전기석. 광물은 붉은 분홍색이며 경도가 루비보다 열등합니다.
빨간 유리;
합성 루비. 이들은 저품질 천연 루비이며 균열이 유색 유리로 채워져 있습니다.

루비를 가짜와 구별하는 방법에 대한 몇 가지 규칙이 있습니다. 특히 품질이 높지 않은 경우에 그렇습니다. 우선, 컷에주의하십시오. 진짜 돌은 정확하고 날카롭게 모서리가 있어야하며 모조품은 둥글고 매끄럽게 할 수 있습니다. 또 다른 테스트 방법은 경도 테스트입니다.

루비는 매우 단단한 돌로 유리나 세라믹 표면에 무색 흠집을 남기고 동전은 자국을 남기지 않습니다. 돌이 유리에 붉은 선을 남기면 인공적으로 칠한 것입니다. 루비는 밀도(1.5배 더 무거움)와 경도(유리에 쉽게 흠집이 난다)가 유리와 다릅니다.

불행히도 특별한 장비가 없으면 고품질의 가짜와 천연 루비를 구별하는 것이 불가능할 수 있습니다. 19세기까지 이러한 방법은 전혀 존재하지 않았기 때문에 많은 역사적 유물, 왕관 및 보석류에는 루비 대신 다른 붉은 보석이 삽입되어 있습니다.

루비의 마법과 치유력

다른 사람들은 전통적으로 루비에 마법 속성... 불교도는 이 돌이 예술에 대한 사람의 능력을 일깨워준다고 믿었습니다. 인도의 마술사는 이 돌의 도움으로 다른 사람들을 제압할 수 있다고 믿었습니다. 루비는 종종 열정, 사랑 및 에너지의 상징으로 간주되며 때로는 소유자의 고귀한 생각이 관련됩니다. 이것 보석힘을주고 흑마법으로부터 보호합니다.

중세 의사들은 간질, 마비, 심지어 우울증을 치료하기 위해 루비를 사용했습니다. 큰 돌을 물에 담그고 이 수액을 사용하여 장과 발기부전을 치료했습니다. 현대의 민족과학루비를 착용하면 순환계가 정상화되고 심장에 유익한 효과가 있다고 믿습니다.