Впервые микроскопические кристаллы рубина получены в 1837 г. Марком Гуденом. Тогда же, в 80-х годах 19 века, на рынке драгоценных камней появились так называемые «реконструированные», или сиамские рубины, представляющие собой сплавленные обломки природных кристаллов. Наилучших результатов в получении «реконструированных» рубинов добились французские ученые.
В 1892 г. О. Вернейль получил первые результаты по синтезу кристаллов корунда из чистой окиси алюминия. Полностью исследования были завершены им в 1902 г. Простота и надежность метода Вернейля привела к быстрой организации промышленного производства указанных кристаллов вначале во Франции, а позднее практически во всех высокоразвитых странах мира.[1,2,3,22]
Рубины в советских украшениях! Эпоха синтетических корундов.
Существует легенда о синтетических рубинах.
Пока в центральном Бюро изобретений и открытий шел обмен мнениями по поводу предполагаемого содержания пакета, в маленьком провинциальном городке Сарсель, расположенном неподалеку от Парижа, в мансарде на одной из тихих улиц шла сложная и кропотливая работа. Трое друзей химика – изобретателя Вернейля устанавливали в наспех сконструированной лаборатории «Александер» цилиндрическую печь, могущую расплавить окись алюминия для последующего изготовления из нее искусственных рубинов, не отличающихся от настоящих ни твердостью, ни удельным весом.
Тут же испытывался станок для огранки камней. Но первые опыты, как это часто бывает не дали желаемых результатов. Расплавленная огненно-красная масса, накапливающаяся в форме леденца на тонком стерженьке, при неравномерном остывании лопалась и разлеталась на мелкие кусочки.
Чтобы добиться медленного, равномерного остывания добытой массы корунда, понадобилось несколько месяцев упорной работы. Наконец дефект был устранен, и появились первые искусственные рубины, неотличимые от настоящих. Они имели такой же удельный вес и ту же твердость (по шкале Мооса— 9).
Плавленые рубины здесь же ошлифовывали ступенчатой, или бриллиантовой, огранкой, обычно применявшейся при обработке цветных драгоценных камней. Но у помощников изобретателя возникли новые проблемы: какие лучше изготовлять камни для сбыта — мелкие или десятикаратники? Сколько корундов в месяц выпускать на продажу, чтобы не поколебать рыночной цены на рубины?
В каких странах сбывать их? Было обращено должное внимание на то, что крупные корунды редко встречаются в природе без каких бы то ни было изъянов и что чистые цейлонские или индийские десятикаратники можно увидеть только в коронах королей, раджей, султанов и шахов. В общем, действовать надо было весьма осторожно и продуманно, чтобы и впредь сбывать поддельные камни как настоящие.
Энциклопедия корундов. Синтетическая имитация. Дуплеты.
Для этого, помимо всего прочего, требовалось время. Вот почему на конверте была надпись: «Вскрыть через десять лет». Надпись эта гарантировала изобретателю приоритет. Если бы кто-либо теперь сделал аналогичное открытие, то право первооткрывателя осталось бы за Вернейлем, сдавшим конверт за пятью печатями.
Наконец все детали по сбыту фальсифицированных камней были тщательно продуманы и помощники изобретателя разъехались по странам Востока. В Стамбуле, Тегеране, Багдаде и Дамаске торговцы крупнейших фирм, старые ювелиры начали обхаживать «знатных купцов». Их приглашали в гости, в духаны, кормили изысканными блюдами и поили старыми дедовскими винами.
Каждый из покупателей драгоценных камней старался понравиться «купцу», чтобы выторговать у него одну- две тысячи туманов, лир или динаров. Иногда это удавалось, и тогда хозяин провожал гостя с музыкой и всевозможными почестями. Продав поддельные рубины как настоящие, «купцы» вернулись в Париж с солидной суммой денег.
К следующей поездке была изготовлена партия крупных камней со специально созданными дефектами. Это была сложная ювелирная работа: частично просверливался «корунд» и в образовавшуюся дырочку вкрапливался кусочек антрацита или кристаллик какой-либо иной рудной породы.
Затем отверстие заливалось той же изготовленной в цилиндрической печи кроваво-красной массой и тщательно зашлифовывалось. Этот способ продажи»дефектных камней» оказался самым надежным: он не вызывал никаких сомнений у опытных покупателей самоцветов. Через несколько лет не только восточные рынки, но и европейские, были наводнены плавлеными рубинами, ничем не отличающимися от индийских, бирманских и цейлонских корундов. В этой афере Вернейль участия не принимал. Он лишь саркастически улыбался и снисходительно относился к забавным авантюрам своих помощников.[2,17]
В ювелирных изделиях используют преимущественно корунд красного и синего цвета с различными оттенками; в меньшей степени применяют камни других расцветок.
Получение кристаллов корунда, окрашенных в другие яркие цвета, является довольно сложной задачей, поскольку обусловливающие их хромофорные примеси, способные изоморфно замещать алюминий в структуре корунда (Fe 3+ , Mn 3+ , Тi 3+ , V 3+ ), входят в него только в сотых и даже тысячных долях процента
В таблице 1.1 представлена вся гамма окрасок выращиваемых в настоящее время корундов с установившимися названиями и изготовленных как ювелирные камни.
| Цвет выращенных корундов | Название ювелирных корундов |
| Синий | сапфир |
| Красный | Рубин |
| Бесцветный | Бесцветный сапфир |
| Темно-красный | Рубин |
| Темно-розовый, розовый | Рубин |
| Лилово-красный | Рубин |
| Оранжевый | Оранжевый сапфир |
| Темно-желтый | Темно-желтый сапфир |
| Желтый | Желтый сапфир |
| Желто-коричневый | Желто-коричневый сапфир |
| Коричневый | Коричневый сапфир |
| Зеленый | Зеленый сапфир |
| Бледно-зеленый | Бледно-зеленый сапфир |
| Голубой | Голубой сапфир |
| Пурпурный | Пурпурный сапфир |
| Пурпурно-зеленый | Пурпурно-зеленый сапфир |
Замечательными ювелирными камнями являются синтетические звездчатые рубины и сапфиры, обладающие астеризмом. Этот оптический эффект, так же, как и в природных кристаллах, обусловлен закономерно ориентированным расположением в них многочисленных мельчайших кристаллов рутила, образующихся при добавлении в шихту окиси титана.[1,17]
Наиболее крупные производства синтетических рубинов (сотни миллионов каратов в год) сосредоточены в Швейцарии, Франции, Германии, США и Великобритании. В значительно меньших количествах (десятки миллионов каратов в год) рубин выращивается в Японии, Индии и Израиле. Изучив все необходимые свойства природных камней с разных месторождений и различных цветов, возможно вырастить с помощью определенных методов синтетические аналоги корунда.
В настоящее время для получения рубина и лейкосапфира используются следующие методы:
1. метод Чохральского
2. метод зонной плавки
3. из растворов в расплаве
4. из газовой фазы
5. гидротермальный метод
Такое разнообразие различных методов выращивания рубина и других окрашенных разновидностей корунда позволяет получать кристаллы, в значительной степени отличающиеся друг от друга, но схожих с природными камнями как по структурно-морфологическим особенностям, так и по некоторым физическим свойствам.
Источник: studopedia.org
Синтетический корунд
Годену удалось первому получить искусственным путём зёрна кристаллического корунда, а в 1904 году Вернейль под руководством Фреми первым изготовил тонкие пластинки которые к сожалению не были пригодны для использовать в ювелирном деле. Один из тиглей в котором можно увидеть блестящие рубиновые зёрна находится в Британском музее естественной истории в галерее минералов. Вернейль создал необычную печь которая походила на перевёрнутую паяльную трубку.
Эта печь состоит из двух трубок одна из которых (E) вначале была широкой, а в конце очень узкой и входила узкой частью во вторую трубку (F). По трубке (C) подавали кислород который проходил через пластину которая закрывала сверху трубку (E). Через эту пластину проходила резиновая втулка внутри которой располагался стержень.
К этому стержню в верхней части крепили диск (B), а в нижней части сосуд (D) в который насыпали глинозём. Под действием электромагнита поднимался молоток (A) и освобождаясь падал на диск (B). По стержню расположенному внутри резиновой втулки удар передавался на сосуд (D) в котором от удара глинозём через специально ситечко падал вниз по трубке.
Во вторую трубку (F) подавали водород через отверстие (G). Кислород и водород соединялись выходя из второй трубки прямо над отверстием (L). Чтобы тяга пламени была правильной её окружили экраном (M) и сделали в нём смотровое окошко. Экран в верхней части снабдили водяной рубашкой чтобы колба не сломалась от перегрева.
Глинозём попадая в пламя у отверстия (L) плавился и в виде жидкой капли падал на подставку (P) сделанную из плавленой окиси алюминия. Эта подставка соединялась с железным стержнем (Q) с помощью платиновой муфты. С помощью этого стержня регулируют рост бульки используя специальные винты (R) и (S) для регулировки стержня по центру и по высоте.
Булька это и есть искусственная разновидность корунда которая зависит он красителя добавленного в глинозём. Вначале кислород подаётся под низким давлением чтобы избежать плавления подставки, а по мере роста бульки давление увеличивают до критической чтобы верхняя часть бульки находилась в расплавленном состоянии но не закипала.
По мере роста бульки подставку нужно опускать чтобы она формировалась в форме цилиндра или груши которая соединяется с подставкой тонкой частью. Когда булька достигнет нужного размера нужно резко и одновременно прекратить подачу газов. После этого нужно подождать примерно 10 минут открыть камеру и снять бульку с подставки. В наше время с помощью метода Вернейля начали получать бульки которые годятся для использования в ювелирном деле.
Источник: kamni2.ru
Синтетический сапфировый корунд: что это такое?
Синтетический корунд сапфировый — это один из самых популярных материалов, используемых в ювелирном деле. В отличие от натурального сапфира, синтетический корунд производится искусственно в лабораторных условиях. Однако, несмотря на это, синтетический корунд не уступает по своим свойствам натуральному камню.
Синтез сапфирового корунда проводится при высоких температурах и давлениях. Для этого используются специальные методы, такие как Czochralski, Kyropoulos, Verneuil и др. При синтезе применяются различные добавки, которые позволяют достигать желаемых цветов и оттенков камня.
Синтетический корунд сапфировый может иметь различный цвет, от прозрачного до голубого, желтого и даже розового. Камень прекрасно подходит для изготовления искусственных камней, украшений и других ювелирных изделий. Синтетический корунд сапфировый также применяется в науке и технике для создания различных приборов и устройств.
Определение и свойства синтетического корунда сапфирового
Синтетический корунд сапфировый – это искусственный материал, созданный человеком с помощью специальных технологий. Он имеет те же химические и физические свойства, что и естественный корунд сапфир.
Синтетический корунд сапфировый очень твердый материал, его твердость достигает 9 баллов по шкале Мооса. Он не боится механических воздействий, не царапается и не тускнеет.
Синтетический корунд сапфировый обладает высокой термостойкостью и может выдержать температуру до 2000 градусов по Цельсию. Он не растворяется в кислотах и не подвержен коррозии.
Цвет синтетического корунда сапфирового может быть разным – от бесцветного до насыщенного синего. Кроме того, он может прозрачным или не прозрачным, иметь матовый или блестящий эффект.
Синтетический корунд сапфировый имеет широкое применение в ювелирном и производственном процессе, например, для изготовления линз, стекол и других объектов, которые должны быть прочными и устойчивыми к воздействию различных факторов.
Отличие от природного корунда
Синтетический корунд сапфировый и природный корунд являются двумя разными материалами, хотя и обладают схожими свойствами и внешним видом.
Главным отличием между ними является происхождение – сапфировый корунд создается искусственно в лаборатории, в то время как природный корунд – это минерал, который образуется в земной коре в результате многолетних геологических процессов.
Сапфировый корунд также имеет более чистый цвет, так как его производство можно контролировать и устранять нежелательные примеси в процессе роста кристаллов. Природный корунд, в свою очередь, может содержать различные примеси и включения, что влияет на его цвет и качество.
! Статус оформления загранпаспорта: что это значит?
Также стоит отметить, что сапфировый корунд имеет более высокую твердость и стойкость к ударам, чем природный корунд. Это объясняется более чистым составом синтетического материала и оптимизированным процессом производства.
Применение в промышленности
Шлифовка и полировка
Сапфировые пластины используются в промышленности для шлифовки и полировки, а также в качестве инструмента для точной обработки металла. Благодаря своей высокой твердости и устойчивости к износу, сапфировые инструменты могут обрабатывать предметы, которые необходимо обработать с высокой точностью.
Оптические приборы
Сапфировые линзы и окна используются в производстве оптических приборов, таких как камеры, бинокли, микроскопы и телескопы. Благодаря своей прозрачности, сапфировая оптика обеспечивает высокую передачу света, что позволяет получать более четкие и реалистичные изображения.
Электроника
Сапфировые подложки используются в производстве электроники, например, для изготовления светодиодов и полупроводниковых приборов. Сапфировые подложки имеют высокую термическую стабильность, что способствует повышению эффективности и долговечности электронных приборов.
Промышленные корпуса и части
Сапфировый корунд используется для создания промышленных корпусов и частей, таких как подшипники и поршневые кольца. Благодаря своей высокой прочности и устойчивости к коррозии, эти детали могут выдерживать высокие нагрузки и длительный срок службы.
Разновидности по цвету и чистоте
Сапфировый синтетический корунд может иметь различные оттенки и разную степень чистоты в зависимости от технологии его производства.
Оттенки: самые распространенные оттенки сапфирового корунда — голубой и бесцветный, но также возможны и другие оттенки, такие как розовый, желтый, зеленый, оранжевый, фиолетовый, красный.
Чистота: корунд может содержать различные примеси, включая металлические элементы. Их наличие в материале может влиять на его цвет и свойства. Материалы более высокой чистоты имеют меньше примесей и более прозрачны.
- Высокочистый корунд — содержит менее 1% примесей.
- Низкочистый корунд — может содержать до 3% примесей.
- Полупрозрачный корунд — имеет большое количество примесей и непрозрачный вид.
В зависимости от степени чистоты и оттенка, сапфировый корунд может использоваться для создания украшений, оптических элементов, лазеров и прочих изделий.
Методы синтеза сапфирового корунда
Сапфировый корунд может быть получен двумя основными методами: методом вертикальным тяжения (Verneuil) и методом Чохральского. Несмотря на то, что эти методы используются для получения одного и того же продукта, они представляют собой совершенно разные подходы.
Метод вертикального тяжения (Verneuil)
Этот метод получения сапфира был разработан Оттом Леонардом Вернёем в 1902 году и до сих пор является одним из наиболее широко распространенных методов. Его простота и надежность позволяют получать продукты высокого качества.
! Что означает, если девушка называет тебя «милый мой»?
Суть метода заключается в следующем: в печь вводятся начальные компоненты (алюминиевый оксид и различные добавки, например, хром или железо для придания цвета), затем происходит их нагревание до температуры плавления и последующая охлаждение. В процессе кристаллизации образуется одиночный кристалл, который и является сапфиром. Он вырастает на поверхности жаростойких крестов, установленных в дне печи, и растет сверху вниз в виде соответствующей формы.
Метод Чохральского
Этот метод, названный в честь его изобретателя Яна Чохральского, используется для получения крупногабаритных кристаллов сапфира. Он заключается в росте кристалла из раствора (обычно — оксида алюминия) при помощи затравочного кристалла.
Процесс основывается на создании раствора, содержащего оксид алюминия и добавки (можно добавлять железо, хром или никель). Затравочный кристалл, бывает и тот же сапфир или специально изготовленный, помещают в раствор над поверхностью, которая является затвором, ограничивающим объем раствора. Затем медленно вытягивают затвор из раствора. При этом происходит кристаллизация оксида алюминия и формируется кристалл сапфира.
Этот способ обладает большой преимуществом в том, что он позволяет выращивать большие кристаллы максимально чистого сапфира, однако процесс крайне сложен и занимает много времени и ресурсов.
Гидротермальный способ получения
Гидротермальный способ получения синтетического корунда сапфирового является одним из самых распространенных в лабораторных условиях. Он основан на синтезе корунда из химических растворов при очень высоких температурах и давлениях.
Химический раствор, обычно содержащий оксид алюминия, помещается в гидротермальную камеру под высоким давлением и нагревается до температуры около 2000 градусов Цельсия.
В таких условиях идет активный рост синтетического корунда предпочтительно на специальных подложках, которые имеют форму желаемого изделия, например, кристалла сапфира.
Процедура получения синтетического корунда сапфирового методом гидротермального синтеза требует высокой квалификации и опыта в лабораторной работе, также является довольно затратной, что отражается на стоимости конечной продукции.
Химический однокристаллический способ получения
Химический однокристаллический способ получения корунда включает в себя использование кристаллизации из расплава, обогащенного желаемыми элементами.
Сначала изначальные материалы (например, алюминий и оксид железа) смешиваются и помещаются в печь для окисления. Реакция происходит при высоких температурах и высоком давлении.
Далее, расплавленный материал охлаждается и кристаллизуется в жидкой среде, содержащей желаемый элемент — например, хром для производства сапфировых кристаллов с красной окраской.
Полученные однокристаллические корундовые бруски подвергаются дополнительной обработке при высоких температурах, что позволяет создать корундовые пластины и формы, используемые в различных применениях.
- Химический однокристаллический способ обеспечивает более высокую степень чистоты в сравнении с другими методами получения бытовых синтетических кристаллов, таких как растворительный метод или метод фламинго.
- Этот метод может также производить кристаллы большого размера, что делает его особенно популярным в производстве кристаллов графена и сапфировой оптики.
! Каркасные чехлы для автомобиля: что это такое
Диффузионный способ получения
Диффузионный способ получения сапфирового синтетического корунда является одним из наиболее распространенных и простых методов его получения. Он основан на использовании различных примесей, которые проникают в кристаллическую решетку кристалла корунда, изменяя его свойства и цвет.
Сначала выращиваются «сырьевые» кристаллы, которые получают путем плавления оксидов алюминия при высокой температуре. Затем на поверхность кристалла наносят слой специальных примесей, которые затем нагреваются до высоких температур. Примеси диффундируют в кристалл, меняя его цвет и свойства.
Этот метод имеет множество преимуществ, включая высокую эффективность, низкую стоимость и возможность получения кристаллов различных размеров. Кроме того, этот метод можно использовать для получения других видов синтетических кристаллов, таких как рубин, эмеральд, топаз и многие другие.
Однако диффузионный способ получения сапфирового корунда имеет и свои недостатки. Например, кристаллы, полученные этим методом, могут иметь неравномерное распределение примесей, что приводит к неоднородности цвета и свойств кристалла. Кроме того, процесс получения сапфирового корунда этим методом занимает много времени и требует больших технических затрат.
Вопрос-ответ
Что такое синтетический корунд сапфировый?
Синтетический корунд сапфировый — это искусственно созданный материал, который имеет структуру и свойства природного минерала — сапфира. Этот материал, как правило, имеет более высокую чистоту и однородность, чем природный камень. Он идеально подходит для производства ювелирных украшений, оптических приборов, электронных устройств и других изделий. Синтетический корунд сапфировый может быть разных цветов: прозрачный, синий, розовый, желтый, зеленый и т.д.
Как производят синтетический корунд сапфировый?
Производство синтетического корунда сапфирового проходит в специальных печах при высоких температурах и давлении. В процессе синтеза используется алюминий и оксид алюминия высокой очистки. Эти материалы нагревают до 2000-2200 градусов Цельсия и давят при давлении более 10 тысяч атмосфер. Подобные условия позволяют создать кристаллическую решетку синтетического корунда сапфирового, схожую с природным минералом.
Как отличить синтетический корунд сапфировый от природного?
Отличить синтетический корунд сапфировый от природного можно по некоторым признакам. Во-первых, синтетический корунд сапфировый имеет более высокую чистоту и однородность, чем природный. Во-вторых, он часто имеет более яркий и насыщенный цвет, чем природный камень. В-третьих, природный сапфир может иметь включения или примеси, которых нет в синтетическом корунде. Кроме того, профессиональный ювелир всегда может подтвердить идентичность камня при помощи специальных приборов.
Источник: psk-group.su