Как сделать драгоценный камень

Как синтезируют ювелирные камни

Современная история создания искусственных самоцветов началась в 1857 году, когда французский химик Марк Годэн, сплавив две соли — квасцы (сульфат калия и алюминия) и хромат калия, получил кристаллы рубина весом около 1 карата.

Методы синтеза драгоценных камней

В настоящее время применяются различные методы синтеза драгоценных камней и выращивания ювелирных кристаллов, основными из которых являются группы расплавных (методы Вернейля, Чохральского, зонной и гарнисажной плавки) и раствор-расплавных методов (методы флюса, гидротермального синтеза и синтеза ювелирных алмазов при высоких давлениях), а также некоторые другие.

Метод Вернейля. В 1896 году французский ученый Огюст Вернейль сконструировал специальную печь с водородно-кислородной горелкой для синтеза рубинов, и началась эра промышленного производства синтетических ювелирных камней.

Синтез драгоценных камней осуществляется из расплава, получаемого при плавлении шихты (в случае синтеза рубина шихта представляет собой смесь окислов алюминия и хрома). Печь сконструирована таким образом, что шихта осыпается вниз небольшими порциями в потоке кислорода, попадая в камеру горения, куда подается водород, и где расположена горелка.

Как сделать из обычной гальки почти драгоценный камень?! 3D рисование, с которым справится каждый!

Здесь шихта плавится, а получившаяся капля попадает на керамическую подложку, на которой вначале образуется конус, переходящий потом в цилиндр — монокристалл. Полученный кристалл называется булей (см. фото 1), размер которой обычно составляет в длину 5-10 см при диаметре около 2 см (современные технологии позволяют получать були до 60-70 см в длину). Для получения були среднего размера требуется около 4 часов. Полученные кристаллы обладают сильным внутренним напряжением и часто раскалываются на несколько частей.

Фото 1. Разноцветные фианиты (сырье) и буля синтетического рубина (внизу) (коллекция ГЦ МГУ, фото авторов)

Методом Вернейля к настоящему времени удалось вырастить более ста различных видов кристаллов. Однако наибольшее промышленное значение он имеет, как правило, при выращивании рубина, сапфира и других окрашенных разновидностей корунда, включая и звездчатые камни, а также шпинели (См. фото 2).

Фото 2. Ограненные синтетические рубины и сапфиры (коллекция ГЦ МГУ, фото авторов).

Метод Чохральского. Данный метод позволяет получать кристаллы очень высокого качества. Исходное вещество (смесь окислов соответствующего состава) плавится в тигле из тугоплавкого металла (например, платины или иридия), который нагревается спиральным нагревателем, намотанным непосредственно на тигель.

Кристаллизация начинается на затравке, касающейся поверхности расплава, которую постепенно вращают и поднимают (вытягивают) из расплава (со скоростью 5-30 мм/час). Полученные кристаллы представляют собой стержни диаметром 2,5-6 см и длиной 20-25 см. К кристаллам, выращиваемым этим методом относятся рубины, сапфиры, ИАГ, ГГГ и другие синтетические гранаты, а также александрит.

Как сделать РУБИН своими руками.

Метод Чохральского позволяет получать кристаллы, которые являются прекрасным ювелирным материалом, поскольку они значительно более однородные, чем кристаллы, выращенные методом Вернейля.

Метод гарнисажной плавки. Метод заключается в плавлении и кристаллизации вещества в его же собственной холодной «рубашке» и применяется для выращивания тугоплавких кристаллов (фианита, корундов, ИАГ и некоторых других). Для плавления вещества применяется высокочастотный нагрев. После нагрева расплав выдерживается несколько часов (для обеспечения отгонки примесей и установления однородности среды), затем медленно охлаждается, в результате чего кристаллизуются столбчатые кристаллы (См. фото 1).

Метод зонной плавки. Суть метода заключается в следующем: исходная шихта, представляющая собой смесь предварительно прокаленных окислов основных исходных компонентов с примесями, и затравка помещаются в молибденовую лодочку, которая затем медленно протягивается вдоль нагревателя. По мере движения лодочки в шихте возникает довольно узкая расплавленная зона, которая при дальнейшем перемещении лодочки затвердевает с образованием монокристалла. Ширина получаемого кристалла 8 см, высота — 2 см, длина — 18 см, время роста 4 дня. Среди внутренних дефектов у выращенных кристаллов наблюдается блочность и трещиноватость.

Данный метод синтеза драгоценных камней технически прост, позволяет выращивать монокристаллы в форме пластин и успешно применяется для получения крупных монокристаллов корунда различных окрасок, ИАГ и других синтетических гранатов.

Метод синтеза из раствора в расплаве и гидротермальный синтез. При выращивании синтетических ювелирных камней широкое применение получили методы кристаллизации из раствора в расплаве (метод флюса) и из гидротермальных растворов.

Выращивание кристаллов методом флюса в основном применяется для получения тугоплавких веществ, кристаллизация которых из расплава при быстром охлаждении невозможна. В качестве растворителей (флюса) служат расплавы легкоплавких окислов (свинца, молибдена, бора и др.) или солей (KF, PbF2, CaCl2и др.). Процесс синтеза проходит в платиновых, иридиевых или графитовых тиглях, помещенных в специальные печи. Кристаллизация происходит либо в результате постепенного охлаждения расплава, либо в условиях испарения расплава, либо методом температурного перепада. Данный метод позволяет получать кристаллы изумруда, корунда, александрита размером в несколько сантиметров (См. фото 3).

Фото 3. Изумруды, выращенные гидротермальным и раствор-расплавным методом: сырье и ограненные камни (коллекция ГЦ МГУ, фото авторов).

Для выращивания ювелирных кристаллов особенно перспективным является метод гидротермального синтеза. Рост кристаллов осуществляется в герметичных сосудах высокого давления (автоклавах), позволяющих проводить процесс синтеза при температурах 250-600˚С и давлениях в десятки и первые сотни мегапаскалей. В качестве растворителя в данном методе применяется вода, растворяющая способность которой резко возрастает при высоких температурах и давлениях, обеспечиваемых в автоклаве. Рост кристаллов осуществляется на затравках в результате температурного перепада.

Метод гидротермального синтеза широко применяется для выращивания кварца различных окрасок (См. фото 4) и изумрудов. Гидротермальные кристаллы кварца достигают веса несколько килограмм, а размер изумрудов до 10 см. В последнее время началось использование метода для синтеза рубинов.

Фото 4. Кристаллы кварца различных цветов, выращенные гидротермальным методом (коллекция ГЦ МГУ, фото авторов).

Метод синтеза ювелирных алмазов при высоких давлениях.

В феврале 1955 года появилось сообщение о первой успешной попытке синтеза алмаза, осуществленного в исследовательской лаборатории американской фирмы GeneralElectric. А в начале 1970 года в этой же лаборатории были получены кристаллы алмаза ювелирного качества различной окраски весом до 1 карата. В настоящее время синтетические алмазы производятся не только в США, а также в Швеции, ЮАР, Японии и в России.

Основным промышленным методом синтеза алмазов является раствор-расплавный металл-углеродный синтез при высоких давлениях (температура 1400-1600˚С, давление 5000-6000 МПа). В качестве исходной шихты обычно используют графит (хотя возможны и другие углеродсодержащие вещества) и металлы или сплавы железа, никеля, кобальта, платины и палладия. Для создания необходимых термобарических параметров используют мощные гидравлические прессы, снабженные камерами высокого давления.

В настоящее время достигнуты большие успехи в области синтеза алмаза, синтезируют и цветные, и бесцветные алмазы очень разных рызмеров (См. фото 5, 6).

Фото 5. Синтетический алмаз российского производства (коллекция ГЦ МГУ, фото Д. Ермолаева)

Фото 6. Ограненный синтетический алмаз российского производства (коллекция ГЦ МГУ, фото Д. Ермолаева)

Помимо описанных методов синтез получения монокристаллов ювелирных камней существуют методы выращивания поликристаллических агрегатов — бирюзы, малахита и также методы выращивания благородного опала. В большинстве случаев методика синтеза драгоценных камней этих и некоторых других ювелирных материалов является коммерческой тайной их производителя.

Таким образом, в настоящее время на рынке часто можно встретить ювелирные изделия, в которых в качестве вставок применяются синтетические камни. Поскольку технологии получения синтетических материалов постоянно совершенствуется, то можно ожидать, что в будущем их количество возрастет, а также улучшится их качество и сходство с природными камнями.

Источник: www.gem-center.ru

Как вырастить драгоценные камни

Натуральные драгоценные камни порой добываются в глубоких, опасных для людей местах, на их поиск, добычу и огранку уходит масса времени и усилий, что заставляет и так немаленькие цены на них становиться еще выше. В то же время синтетические драгоценные камни точно такие же по своим физическим и химическим характеристикам, как и оригиналы, но на их производство затрачивается гораздо меньше усилий.

Статьи по теме:

• Как вырастить драгоценные камни
• Как вырастить камень
• Как вырастить минерал

Инструкция

Существует довольно много способов выращивания драгоценных камней, однако самым простым и доступным из них считается метод Огюста Вернейля. Более ста лет назад он придумал способ выращивать за два-три часа рубины, массой 20-30 каратов (4-6 граммов).

Метод выращивания камней Вернейля заключается в следующим: к горелке с опущенным вниз соплом через внешнюю трубу поступает водород, а через внутреннюю – кислород. Для производства рубинов вам также понадобится порошок окиси алюминия. Ваш аппарат должен начинаться воронкой, куда вы будете сыпать окись, которая через несколько часов станет драгоценностью.

Прямо под воронкой располагается горелка с подведенными к ней трубками, по которым поступают кислород и водород. Ниже должна находиться емкость, где и будет расти ваш рубин. Аппарат, разумеется, должен быть устойчив, а часть, где находится горелка – изолирована.

По методу Вернейля можно вырастить не только рубины, но и топазы различных цветов. В последние годы выращивание синтетических камней «на кухне» приобретает популярность, поэтому, если вначале вам покажется, что сконструировать такой аппарат слишком сложно, вспомните, что ученый сумел собрать его еще сто лет назад.

Еще один популярный способ выращивания синтетических кристаллов драгоценных камней – способ Чохральского, однако для его осуществления вам потребуется лаборатория. Суть его заключается в следующем: расплав вещества, из которого вы хотите получить драгоценные камни, помещается в тигель из тугоплавкого металла – родия, иридия, молибдена, вольфрама. Затем тигель нагревают в высокочастотном индукторе. В сплав окунают затравку из материала будущего кристалла, и уже на ней выращивают синтетически камень необходимого вам диаметра. С помощью этого метода можно получать синтетические кристаллы корунда или граната.

Совет полезен?
Статьи по теме:

• Как выращивать кристаллы
• Как вырастить изумруд
• Как получить рубин

Добавить комментарий к статье
Похожие советы

• Как вырастить алмаз в домашних условиях
• Где добывают рубин
• Как вырастить кристалл дома
• Как сделать кристалл
• Как вырастить кристалл в домашних условиях из соли
• Как получить кристаллы
• Как сделать минерал
• Кристаллы Сваровски: что это такое и в чем их уникальность
• Как вырастить кристалл из соли
• Как отличить настоящий изумруд
• Как в домашних условиях вырастить кристалл
• Как отличить рубин от подделки
• Как отличить рубин от искусственного
• Как вырастить кристалл из поваренной соли в домашних условиях
• Как сделать огранку камней
• Рубин как драгоценный камень
• Как выращивать жемчуг
• Как сделать кристалл
• Как добывают драгоценные камни
• Как вырастить жемчужину
• Как вырастить кристаллы из сахара
• Как вырастить кристалл сульфата меди
• Можно ли из графита сделать алмаз
• Как самостоятельно вырастить кристалл из соли

Новые советы от КакПросто
Рекомендованная статья
Как украсить кружку

Полимерная глина — идеальный материал для создания миниатюрных шедевров. Кружка, задекорированная собачкой из глины, станет.

Источник: www.kakprosto.ru

Бюджетный ювелир: 3 способа вырастить драгоценные камни в домашних условиях

Интересное

Автор RobertN На чтение 5 мин. Просмотров 14.5k. Опубликовано 30.07.2019

Создание кристаллов на дому может заинтересовать не только любителей экспериментов, но и предпринимателей. Ведь эта ниша и оригинальна, и рентабельна. Существует несколько способов, позволяющих вырастить драгоценные камни в домашних условиях.

Особенности искусственных камней

Искусственные камни во многом не уступают настоящим, а порой даже превосходят их по размерам и прочим характеристикам. Важную роль играют и иные свойства:

• оттенок;
• хрупкость;
• отражаемость;
• форма граней;
• вес.

И в случае с синтетическими драгоценными камнями многие из этих характеристик легко можно проконтролировать и изменить по усмотрению. В то же время производство искусственных кристаллов требует меньше усилий и финансовых затрат. А главное, создание синтетических камней на дому возможно и без сложных аппаратов и химических лабораторий, и с ними, если нужна высокая окупаемость.

Выращивание с помощью органических солей

Это самый простой и доступный способ изготовления драгоценных камней. Вам понадобятся:

• сырьё (квасцы из алюминия или калия, поваренная соль);
• сосуд, в котором будет прорастать кристалл, например, стакан, банка или кастрюля;
• фильтр (подойдёт обычная вата или промокашка);
• леска.

Самый популярный материал для выращивания драгоценных камней — медный купорос. Из стандартных солей драгоценные камни растут хуже, в то время как сульфат меди дешевле и эффективней.

Другие варианты сырья:

• бертолетова кислота;
• хлорид аммония;
• хлорид натрия;
• сульфат натрия.

Производство состоит из нескольких шагов:

1. Подготовка раствора. Сперва насыпать в ёмкость пару ложек соли, затем залить это горячей дистиллированной водой до краёв и мешать, пока кристаллики не растворятся. Нужно продолжать до тех пор, пока осадок не начнёт опадать на дно.
2. Фильтрация состава. Если использовать грязный раствор, то и кристалл будет дефективным. Поэтому нужно в течение 24 часов настаивать жидкость, пока лишние частицы внутри неё не осядут на дно. Они ещё пригодятся — на них будут наращиваться сами кристаллы.
3. Привязка лески. Кристалл будет наращиваться на леску, как бы ползти вверх по ней. Нужно взять карандаш, ручку или другое крепление, привязать к нему леску и повесить её над сосудом с раствором. Она должна быть полностью погружена в состав. Когда вода испаряется, остаётся только твёрдое вещество (кристаллы купороса), которое и будет оседать на леске.
4. Две недели добавлять раствор. В течение следующих четырнадцати дней надо доливать насыщенный состав в ёмкость. Если этого не делать, вода быстро испарится, а кристалл не успеет вырасти. Добавляемый раствор должен быть той же температуры, что и состав в стакане.
5. Вытащить кристалл. Спустя три месяца драгоценный камень из органических солей будет готов. Его надо высушить, а затем покрыть бесцветным лаком (можно использовать обычный лак для ногтей). Это нужно для защиты и удержания блеска.

Аппарат Огюста Вернейля

Чтобы выращивать рубины на дому, можно использовать аппарат, созданный французским изобретателем Огюстом Вернейлем ещё в XIX веке. Благодаря этому изобретению можно за 2–3 часа вырастить рубин разных оттенков (голубой, прозрачный, зелёный, жёлтый). Аппарат работает на электричестве.

Состоит прибор из следующих частей:

• воронка, в которую опускают соли;
• отверстие для проникновения кислорода;
• горелка;
• муфель (камера для запекания изделий);
• катетометр;
• устройство для встряхивания.

Для производства понадобятся окиси хрома и алюминия. Процесс изготовления:

1. Соли окисей насыпаются в воронку.
2. Аппарат нагревается в горелке.
3. Соль плавится.
4. На дне воронки образуются кристаллы рубина. Под давлением оно проседает вниз, подстраиваясь под размеры камня.

Итоговая стоимость кристалла будет выше затраченных ресурсов, поэтому такой бизнес можно считать рентабельным.

Автоклав

Для изготовления других драгоценных камней, например, изумруда, потребуется способ выращивания, подразумевающий помещение сырья в воду. Для этого необходимо приобрести специальный прибор автоклав, а также берилл, ванадий и хром. Преимущество аппарата в том, что он может выдерживать высокие давления и температуры. Процесс производства следующий:

1. Нагревание аппарата.
2. Помещение измельчённого берилла, воды и дополнительных элементов в горячий отсек автоклава.
3. При достижении 600°C растопленный берилл перемещается в холодный отсек, где и оседает на дне, образуя изумруд.

Примерные сроки изготовления — четыре недели. И хотя прибор и материалы довольно дорогостоящие, итоговая прибыль будет очень высокой.

С помощью автоклава можно выращивать не только изумруды, но и другие драгоценности.

Экспериментируя, не стоит забывать, что работа идёт с химическими реактивами, которые могут быть опасны. Не стоит использовать препараты без инструкций или помощи специалистов. И конечно, при работе с химическими элементами необходимо носить защиту. Результат того сто́ит — домашних кристаллов не уступают купленным по красоте.

Источник: dela.biz

Как делают драгоценные камни?

Драгоценные камни высоко ценятся людьми с самого начала существования человеческой цивилизации. Самую древнюю (из ныне известных археологам) подделку драгоценного камня датируют 5000 годом до н. э, ее нашли на раскопках в Арпачии, на территории нынешнего Ирака.

Около 7000 лет назад, во времена энеолита, люди украшали себя ожерельями из обсидиана и красивых ракушек. Когда же бусин из обсидиана не хватало, их иногда могли заменить на бусинки из обожженной глины, покрытые черной глазурью.

С тех пор прошло уже 7 тысяч лет, драгоценные камни стали несколько другими, да и методика их производства сильно изменилась.

В Древнем Египте высоко ценились изумруды и лазурит, которые добывались на территории нынешнего Афганистана, на Синайском полуострове добывали бирюзу. В Древнем Египте искусно имитировали бирюзу и лазурит. Бусины из фаянса или стеатита покрывали глазурью «под бирюзу» или «под лазурит» и обжигали их в специальных печах.

Уже за 4000 лет до н.э. египтяне обнаружили уникальные свойства стеатита — это очень мягкий минерал, из него просто изготовить бусины. А потом его можно обжечь — и его поверхность спекается и становится весьма прочной. Бусинки покрывали цветной эмалью, имитировавшей лазурит, малахит или бирюзу, и получали внешне очень похожую имитацию.

Фаянс открыли в Древней Месопотамии примерно за 4500 лет до н.э., потом производству фаянса научились народы, населявшие территорию нынешнего Ирака — примерно за 3000 лет до н.э. В Уре Халдейском были найдены фаянсовые бусины. Впоследствии производство фаянса освоили древние египтяне. Судя по сохранившимся письменным источникам, уже в 2000−1500 году до н.э. в Древнем Египте появились настоящие производства разнообразных фаянсовых бусин множества разных форм.

Древние греки и римляне отдавали предпочтение изделиям из золота. При этом в Древнем Риме были в почете резные камеи из драгоценных камней.

Огранка драгоценных камней появилась в Европе в XVI веке. Рубины, изумруды, алмазы начали гранить вначале в форме кабошона (древнефр. caboche — голова). Алмаз в Европе приобрел популярность во времена короля Генриха VIII.

Рубин

В XIX веке во Франции химик Марк Годен, сплавив хромат калия и квасцы, получил первые кристаллики рубина весом примерно в 1 карат. К тому моменту люди уже знали, что состав рубина — это окись алюминия с примесью окиси хрома. Экспериментаторы начали работы по синтезу искусственных рубинов.

В конце XIX века Фреми и Фейль в своих опытах плавили в фарфоровом тигле более 20 кг окиси алюминия. В течение длительного времени тигель нагревался в специальной печи для обжига на фарфоровом заводе, а потом в течение 20 дней медленно охлаждался. Результатом оказались десятки тысяч очень мелких кристалликов рубина.

Довольно скоро стало ясно, что для достижения результата — кристаллов рубина ювелирного размера — необходима значительно большая температура. Один из учеников Фреми Огюст Вернейль придумал кислородно-водородную горелку. Эта горелка, температура пламени которой достигает 2500 градусов, позволила осуществить процесс производства рубинов из окиси алюминия.

В начале XX века увенчались успехом опыты Вернейля по производству искусственных рубинов и сапфиров. Основываясь на его открытии, индус Хранд Джевахирджан основал ныне всемирно известную фирму «Джева», производящую в год сотни центнеров искусственных рубинов, сапфиров, александритов и синтетических шпинелей (широкого спектра цвета — от голубого до почти черного), сотни миллионов карат.

Завод фирмы расположен в Швейцарии возле Женевского озера — ГЭС дает много недорогого электричества. При помощи электролиза воду разлагают на кислород и водород, а потом более полутора тысяч кислородно-водородных горелок в специальных печах для синтеза производят все новые и новые кристаллы искусственных драгоценностей.

Изумруд

Кристалл алюмосиликата бериллия. Содержание в кристалле железа и ванадия определяет оттенок камня, от светло-зеленого до темно-зеленого. Великолепные и очень высоко оцениваемые изумруды Колумбии содержат 0.05% ванадия, 0.12% железа и 0.14% хрома.

В 1911 году немецкая компания начала производить искусственные изумруды под названием «игмеральд». Кристаллы, выращиваемые по открытому ими способу, кристаллизуются очень медленно: для получения хороших изумрудов требовался срок до года.

В 1930-е годы развернули производство искусственных изумрудов две фирмы — Кэррол Ф. Четем в США и Пьер Жильсон во Франции. Свои методы получения изумрудов они не патентовали, они держатся в секрете. Предполагается, что изумруды кристаллизуются из раствора окиси алюминия и бериллия в расплаве молибдата лития. Хорошие ювелирные кристаллы по этой технологии получаются очень редко и стоят они лишь немного дешевле, чем настоящие изумруды.

Алмаз

Алмаз, кубическая аллотропная форма углерода — самый популярный и самый дорогой драгоценный камень на Земле. Как только его научились гранить, он сразу же получил огромную популярность и стал очень высоко цениться — потому его начали подделывать.

Увы, алмаз обладает уникальными свойствами: его твердость, показатель преломления и дисперсию практически невозможно подделать. Но люди стараются.

Вначале алмазы пытались подделать простыми гранеными стекляшками. Но они были непрочны и не давали той игры света, которые дает алмаз. В XIX веке из свинцового стекла научились делать стразы — значительно лучшую имитацию алмаза. По сравнению со стеклом, свинцовое стекло обладает значительно большими показателями преломления и дисперсии, к тому же, они более прочны, чем стекло. Но если положить рядом алмаз и страз — разницу видно сразу.

В наше время существует целый ряд синтетических заменителей алмаза.

Фианит (джевалит, кубическая окись циркония) — один из лучших заменителей алмаза. Он прочен, его показатели преломления и дисперсия близки к алмазу, и для того, чтобы узнать подделку по игре света, нужны специальные приборы. Но под рентгеном алмаз прозрачен, а фианит — нет.

Корунд, шпинель, иттриево-гадолиниевый гранат — достаточно прочны, но игра света в этих кристаллах значительно ниже, чем в алмазах. Если положить рядом бриллиант и его заменитель — легко понять, где оригинал, а где имитация.

Факт, что алмаз — разновидность углерода, установил еще Лавуазье в 1772 году. Посему попытки искусственного синтеза алмаза начались еще в XIX веке — безуспешно.

Синтез технических алмазов удалось начать производить только по второй половине XX века. Количество производимых в наше время искусственных алмазов достигает сотен миллионов карат ежегодно, и 97% производимого — технические алмазы.

Синтез искусственных ювелирных алмазов — слишком дорого. Первые ювелирные алмазы были синтезированы в ФИАНЕ в 1970-е годы. На пробу. Потом эксперимент был прекращен, ибо очень нужны были технические алмазы — числом побольше.

В наше время около 3% всех ювелирных алмазов — искусственные. Определить их искусственное происхождение можно либо при помощи очень сложной аппаратуры, либо по специальным меткам, оставленным на них фирмой производителем.

Самый большой искусственный бриллиант весом в 10.02 карата был получен из заготовки весом 32.2 карата. Искусственный кристалл «зрел» в установке более 300 часов.

Итак, в настоящее время налажено массовое производство синтезированных рубинов, сапфиров, александритов и шпинелей. Производится немного синтезированных изумрудов и алмазов. Возможно, совершенствование технологий позволит вскоре увеличить синтез алмазов и изумрудов. Подождем — и увидим, как будет.

Источник: www.shkolazhizni.ru

Синтез драгоценных камней

Только глаз специалиста сможет обнаружить разницу между включениями натуральных и искусственных камней. Для производства синтетических камней широко используются метод Вернейля и метод Чохральского.

I) Методы Вернейля и Чохральского

В 1891 году Вернейлем был разработан процесс синтеза кристаллов корунда из чистой окиси алюминия (Al2O3), и, следовательно, корундов, легированных красителями (хром для рубинов, железо и титан для сапфиров и т.д.). В 1904 году на рынке появились первые синтезированные таким образом рубины, в 1907 году – сапфиры, а в 1947 году – рубины и звездчатые сапфиры.

В этом производственном процессе алюминиевый порошок расплавляется в пламени кислородно-водородной горелки, которая может создать высокотемпературное пламя (до 2700°C). Порошок вводится через сопло, подающее кислород. Капли, образующиеся в сердце пламени, падают на алюминий и кристаллизуются там, образуя цилиндр кристалла.

В камнях старых производств можно заметить участки роста цвета и пузырьки воздуха. Новые усовершенствования этой техники и высокотемпературный режим приводят к появлению драгоценных камней, где эти дефекты практически незаметны.

Так называемый метод «вытягивания», разработанный Чохральским, заключается в том, что затравочный кристалл находится в контакте с расплавленным материалом. Кристаллизованный материал плавится в платиновом или иридиевом тигле. Затем затравочный кристалл поднимается вверх путем вращения в направлении, противоположном вращению тигля, вытягивая вместе с ним охлаждающий и кристаллизующийся материал.

Этот метод также может привести к появлению в камне пузырьков воздуха, захваченных во время кристаллизации.

Метод Бриджмена включает в себя расплавленный порошок в иридиевом тигле, который вращается в корпусе, где температура медленно изменяется с обеих сторон от точки плавления кристаллизуемого материала. Камни растут снизу вверх, образуя очень чистые кристаллы.

II) Раствор-расплавной метод

Этот метод включает в себя компоненты кристалла, которые должны быть получены в растворе, не содержащем воды. Для синтеза изумрудов в качестве флюса используются молибдаты лития, свинца, ванадия и др.

В некоторых безводных процессах в результате самопроизвольного прорастания в потоке образуются кристаллы.

Таким образом, этот процесс включает в себя на примере изумруда: составляющие бериллия, т.е. оксид бериллия, оксид алюминия, кремния (оксид кремния) и хромистую соль в качестве хромофорного агента, которые помещаются в раствор при высокой температуре в ванне с расплавленными солями, образующими «поток» (молибдаты, ангидриды и т.д.).

Ингредиенты, таким образом, смешиваются и плавятся при температуре около 800°C — 1000°C в платиновом тигле, затем медленно и под контролем охлаждаются над материалом из натуральных кристаллических семян (за исключением случая спонтанного прорастания).

После растворения содержимого тигля производятся кристаллы, размеры которых зависят от количества первоначально введенного составного материала, времени и температурного градиента, используемого для плавления и охлаждения.

Этот процесс (иногда ошибочно называемый диффузионной обработкой) на самом деле связан с синтетическими камнями. Действительно, некоторые бесцветные или низкосортные корунды могут быть использованы в качестве семян в процессе синтеза. Таким образом, получается крупный камень с тонким слоем цветного синтетического корунда вокруг него (сапфировый рубин и т.д.).

Различные производственные процедуры часто называются в честь ученого, который разработал их, или компании, которая использует и продает камни, полученные в результате этого процесса.

III) Гидротермальный метод синтеза

При высоких температурах и давлениях вода (точнее, элементарные или кислые растворы) может вести себя как растворитель для минеральных видов. Это явление, близкое к природному, используют, чтобы получить кристаллы очень высокой чистоты, поместив их в автоклаве.

Водный раствор в цилиндре автоклавного типа из нержавеющей стали (иногда покрытый драгоценными металлами, такими как платина, золото или иридий), содержащем кремний (в верхней или нижней части цилиндра в зависимости от варианта) и питательные вещества в нижней части цилиндра, нагревается в случае синтеза изумрудов в диапазоне 350-600°C и под давлением от 250 до 1500 кг/см2.

Кристаллизация происходит вокруг затравочного кристалла благодаря изменению температуры (около 10°C) между нижней и верхней частями цилиндра.

Конвекционные движения жидкости переносят самые тяжелые составляющие в верхнюю часть цилиндра. Тот факт, что верхняя часть цилиндра менее горячая, приводит к охлаждающему эффекту, который направляет конвекционное движение раствора к центру и нижней части цилиндра и, таким образом, к затравочному кристаллу. Таким образом он растет.

Условия в этом процессе можно сравнить с условиями в природных месторождениях, хотя они существенно отличаются отсутствием углекислого газа, который играет очень важную роль в природных отложениях.

Производимые таким образом кристаллы особенно чисты и иногда очень большого размера.

IV) Высокое давление и высокая температура (HPHT)

Синтетические алмазы отличаются, например, по давлению от 50 000 до 100 000 атмосфер и температуре от 1000 до 2800°C, которые могут потребоваться для их производства.

В 1955 году General Electric подвергла углеродистые вещества давлению более 100 000 атмосфер в камере из пирофиллита, а также температуре более 2760°С, и получила мелкие кристаллы в этих критических условиях. Присутствие никеля и других металлов-катализаторов способствовало переходу от графита к алмазу, но образцы были магнитными.

В 1970 году та же компания объявила о создании кристалла более чем в один карат. Себестоимость камня в то время была значительно выше, чем цена того же самого природного алмаза.

Chatham поставляет бриллианты всех цветов, полученные в результате литья никеля и железа при температуре 1000°C при 50 000 атм. Образовавшиеся таким образом алмазы достаточно крупные и ювелирного качества с включениями. При том же качестве их цены сегодня в три раза ниже, чем у их природных аналогов.

Компания Gemesis Corp из Флориды запускает в производство большое количество синтетических бриллиантов от желтого до оранжевого цвета.

Ожидается, что эта компания очень скоро начнет производство алмазов не желтого цвета. Метод Gemesis позволяет получать алмазы весом более 3,5 карат с четкими кристаллическими формами. Эти высококачественные камни также имеют включения.

V) Химическое осаждение из паровой фазы (CVD)

» CVD » – это то, что мы называем «химическим осаждением из паровой фазы».

Химическое осаждение из паровой фазы (CVD) применяется на сегодняшний день (2004 год) почти исключительно к синтезу алмазов.

Этот метод, разработанный такими компаниями, как «Element Six» или «Apollo Diamond Inc», использует активацию смеси газов метана (CH4) и водорода (H2) с добавлениями или без них, такими как азот (N2) или диборан (B2H6).

Активация паровой фазы (превращение в плазму) происходит за счет высоких температур, генерируемых микроволновой, нитевидной или плазменной горелкой.

Осаждение радикалов (например, CH3), образующихся в этой паровой фазе, происходит на предварительно сформированной природной или синтетической алмазной подложке в качестве «семени» роста в диапазоне температур от 800 до 1000°C.

Образовавшиеся таким образом алмазы показывают развитие, которое сильно отличается от природных или синтетических алмазов, полученных методом HPHT.

Эти синтетические алмазы, полученные методом CVD, могут иметь любой оттенок коричневого, если в паровой фазе присутствует азот. Это наиболее распространенный случай, встречающийся на сегодняшний день, потому что полное отсутствие азота трудно получить в этом типе процесса. Эти коричневые бриллианты могут быть более или менее обесцвечены.

Полученные монокристаллы могут быть совершенно бесцветными и чрезвычайно чистыми, если в газовой смеси используются только водород и метан.

Но для получения таких результатов методика все еще сложна в применении, а время роста значительно больше.

CVD алмазы также могут быть легированы бором (B) для создания типа алмазов с оттенками от бледно-серо-голубого до фантазийного темно-синего.

Алмазы, полученные в результате этого способа синтеза CVD, обладают спектральными и люминесцентными свойствами, а также некоторыми специфическими для них дефектами роста, но эти свойства часто наблюдаются только при использовании дорогостоящих аппаратов.

Однако этот тип синтетических алмазов, подобно камням, полученным по технологии HPHT, можно отличить от природных, используя определенные компактные устройства для экспресс-тестирования, такие как «DiamondSure».

Нет сомнений в том, что эта техника, которая в настоящее время все больше развивается, имеет светлое будущее для крупномасштабного производства синтетических алмазов, которые могут быть использованы в ювелирных изделиях.

VI) Седиментация

Седиментация чаще всего применяется для синтеза опала и включает (в случае синтеза благородного опала) химическую реакцию с кремниевой кислотой, в результате которой образуются кремниевые элементы, которые затем надолго остаются в осадочном слое.

Аморфные гидратированные элементы из кремния организуются в упорядоченные слои, которые, в конце концов, дадут ценнейшую игру цвета. Необходимо дать растворителям реакции (спиртам) возможность испаряться очень медленно.

В этом процессе во время высыхания зерна кремния, под действием напряжения, организованы в группы (кластеры), которые дают эффект, известный как «кожа ящерицы», наблюдаемый при увеличении. Опалы впервые получены таким образом французским химиком Пьером Жильсоном в 1970-х годах.

Существуют и другие «рецепты» синтеза благородного опала.

Некоторые синтезы, включающие такие соединения, как диоксид циркония (ZrO2) и, скорее всего, термический процесс, часто имеют колонный вид, и могут рассматриваться почти как разновидность керамики.

VII) Метод Жильсона

Известный французский химик и специалист по керамике Пьер Жильсон в свое время разработал в дополнение к опалам материалы, имитирующие кораллы и ляпис-лазуриты настолько хорошо, что их иногда называли «синтетическими кораллами» или «синтетическими ляпис-лазуритами». Однако некоторые химические и/или структурные отличия, по сравнению с природными камнями, делают их материалами, классифицируемыми как имитации.

Бирюза также была воспроизведена Жильсоном. В этом случае материал можно рассматривать как истинный синтез, так как при этом соблюдаются физико-химические характеристики природного материала.

Керамические процессы включают в себя физические и/или химические агрегаты, проводимые под воздействием тепла и/или давления.

Синтетический опал может, кажется, также рассматриваться как форма керамики.

VIII) Другие пути синтеза

В одиночку или с помощью реагентов твердые частицы могут изменяться под действием температуры из твердого состояния в газообразное, и можно транспортировать и управлять этими парами для того, чтобы заставить их редуцироваться и кристаллизоваться в виде монокристаллов.

Такие синтезы проводились успешно (например, для рубина), но обычно дают небольшие кристаллы в виде игл, хлопьев. Этот вид синтеза пока не применяется в промышленном производстве камней.

Здесь следует отметить, что аналогичные процессы, такие как синтез CVD (см. выше), до недавнего времени не использовались для коммерческого производства монокристаллических драгоценных камней.

Метод CVD в настоящее время используется для получения алмазов в коммерческих количестве и качестве.

Химическая реакция

Китайским ученым удалось синтезировать крупные микрочастицы высококачественных алмазов из углекислого газа (с помощью металлического натрия при температуре 440°С и давлении 800 атмосфер в автоклаве).

Синтезированные таким образом драгоценные камни были проверены комбинационным спектроскопическим и рентгеновским дифракционным приборами. Сканирующая электронная микроскопия показала, что эти алмазные частицы имеют размер от 10 до 250 мкм. Под оптическим микроскопом эти алмазы выглядят бесцветными и прозрачными.

В результате кубические алмазы имеют очень высокое качество, и при этой относительно низкой температуре этот метод может быть использован для изготовления больших драгоценных камней с CO2 в качестве непосредственно доступного источника углерода.

Источник: uvelirnoedelo.ru