Зміст
Введення. 2
Глава 1. Основні методи вирощування синтетичних ювелірних каменів. 4
Глава 2. Синтетичні корунди .. 8
Глава 3. Синтетичні ювелірні камені різної природи. 11
3.1. Синтетична шпінель. 11
3.2. Синтетичний берил (смарагд) 12
3.3. Синтетичний кварц. 14
3.4. Синтетичний рутил. 16
3.5. Титанат стронцію (фабула) 16
3.6. Ітрій-алюмінієвий гранат (ІАГ) 17
3.7. Ніобат літію. 17
3.8. Фіаніт. 18
Глава 4. Синтетичний алмаз. 21
Глава 5. Як відрізнити природні ювелірні камені від їх синтетичних аналогів 26
Глава 6. Імітація дорогоцінних каменів з скла. 33
Висновки. 35
Список використаної літератури. 36
У "Природній історії" Пліній Старший писав, що карбункули (рубіни) "підробляються зі скла так само, як і інші дорогоцінні камені, пізнаються вони у файлі всередині і по тяжкості, а іноді по бульбашках, що світиться подібно сріблу". Він же описав тришаровий сардонікс, званий триплетом. Цей матеріал подгонялся і склеювався з трьох шарів - чорного, білого і червоного.
Пізніше стали застосовувати дублети, що складаються з двох різних каменів - зверху дорогоцінний, а знизу менш дорогий: гірський кришталь або скло і т.п. У 1758 році австралійський хімік Йозеф Штрассе розробив спосіб виготовлення скляного сплаву, чистого і безбарвного з відносно високим показником заломлення. Сплав, що складається з кремнію, окису заліза, окису алюмінію, вапна й соди, чудово граніт і шліфувався і після ограновування нагадував діаманти. Такий штучний камінь називається "стразами" на прізвище вченого.
Справжній переворот в отриманні синтетичних дорогоцінних каменів був зроблений французьким хіміком М. А. Вернейлем, який у 1892 р. розробив спосіб отримання синтетичного рубіна. У промисловості цим методом стали користуватися для вирощування синтетичних рубінів, а потім і для синтезу інших дорогоцінних каменів - сапфіру, шпінелі, александрітоподобного корунду і інших каменів. У міру розвитку і вдосконалення техніки вирощування монокристалів були розроблені інші способи, які дозволяли отримати ряд інших синтетичних каменів - аналогів природного рутилу, кварцу, алмазу, смарагду. В останні роки створені і нові види кристалів, аналогів яких немає в природі, - фабула, ітрій-алюмінієвий гранат, фіаніт.
Таким чином, в даний час існують наступні види синтетичних ювелірних каменів і їх імітацій: 1) синтетичні ювелірні камені, що мають природні аналоги: корунди - рубін і сапфір, шпінель, рутил, алмаз, смарагд, кварц, олександрит, опал, бірюза, 2) синтетичні матеріали, які мають природних аналогів: титанат стронцію - фабула, ніобат літію, ітрій-алюмінієвий гранат, фіаніт та ін; 3) імітації ювелірних каменів: скла, дублети і триплети.
Синтетичні ювелірні камені представляють собою штучні кристали, отримані хімічними або фізичними методами, що мають властивості, аналогічні природним камінню тих же назв. Г.В. Банк пише про те, що нові номенклатурні приписи спеціальної комісії від 1970 р. встановили більш чіткі визначення синтетичних каменів: "Синтетичні камені - суть окристаллизовавшийся продукти, отримання яких повністю або частково є справою рук людини. Їх хімічний склад, кристалічна структура та фізичні властивості в широкому діапазоні збігаються з такими їх природних прототипів (справжніх дорогоцінних і виробних каменів) ".
Синтез дорогоцінних ювелірних та технічних каменів за способом М.А. Вернейля вважається класичним і є першим промисловим методом вирощування кристалів корунду, шпінелі та інших синтетичних кристалів. У світі щорічно випускається близько 200 т синтетичного корунду і шпінелі. Метод Вернейля полягає в наступному: до пальника з направленим вниз соплом через зовнішню трубу підводиться водень, а через внутрішню - кисень. У ток кисню подається подрібнений порошок окису алюмінію зернистістю близько 20 мкм, отриманий прокаливанием алюмоамміачних квасцов, який при цьому нагрівається до певної температури і потім потрапляє в воднево-кисневе полум'я гримучого газу, де він розплавляється. Внизу під соплом розташовується стрижень із спеченого корунду, що виконує роль крісталлоносітеля. На нього стікає розплавлена окис алюмінію, утворюючи кулька розплаву. Стрижень крісталлоносітеля поступово опускається зі швидкістю 5 - 10 мм / год, при цьому забезпечується постійне перебування розплавленої зростаючої частини корунду в полум'ї. На малюнку показана принципова схема установки для вирощування кристалів цим методом. Діаметр утворилися кристалів ("булек") зазвичай досягає 20 мм, довжина 50 - 80 мм, іноді їх розмір набагато більше. Бульки представляють собою полікристали. Для отримання монолітного монокристала бульку оплавляє шляхом подачі кисню. При цьому на оплавленій поверхні бульки частина кристалів залишається незруйнованою і вони при наступному охолодженні бульки починають рости за рахунок оплавлених зруйнованих кристалів.
Для отримання рубіна до порошку окису алюмінію додають окис хрому, для синтезу сапфіра - окис заліза і титану, для синтезу александрітопо-добного корунду - солі ванадію. Цим же методом вирощують синтетичний рутил і титанат стронцію.
Рис. 1. Схема апарату Вернейля:
1 - шихта, 2 - дозатор; 3 - кристалізаційна камера, 4 - крісталлодержатель; 5 - кристал; 6,8 - подача кисню; 7 - подача водню.
Другий поширений метод вирощування синтетичних кристалів дорогоцінних каменів - спосіб Чохральського. Він полягає в наступному: розплав речовини, з якої передбачається кристалізувати камені, поміщають у вогнетривкий тигель з тугоплавкого металу (платини, родію, іридію, молібдену або вольфраму) і нагрівають у високочастотному індукторі. У розплав на витяжному валу опускають затравку з матеріалу майбутнього кристала, і на ній нарощується синтетичний матеріал до потрібної товщини. Вал з запалом поступово витягають вгору зі швидкістю 1 - 50 мм / год з одночасним вирощуванням при частоті обертання 30 - 150 об / хв. Обертають вал, щоб вирівняти температуру розплаву і забезпечити рівномірний розподіл домішок. Діаметр кристалів до 50 мм, довжина до 1 м. Методом Чохральського вирощують синтетичний корунд, шпінель, гранати, ніобат літію та інші штучні камені.
Часто застосовується метод кристалізації з розчину в розплаві з використанням флюсів. При цьому камені кристалізуються з змішаного розплаву, що складається з розчину сполуки і флюсів - молибдатов, боратів, фторидів, окису свинцю та інших кристалізують речовини зазвичай в платиновому тиглі при температурі від 600 до 1300 ° С (у залежності від виду кристалів). У розплав опускають приманку, а потім його охолоджують зі швидкістю 0,1 - 1 ° С / год На затравки поступово нарощується кристал. Швидкість зростання невелика - за кілька тижнів кристал виростає на 3 - 4 см. Цей метод по ефективності не може конкурувати зі способом Чохральського і застосовується в тих випадках, якщо кристал плавиться інконгруентной або відчуває деструктивне фазове перетворення в твердому стані.
Дуже ефективний гідротермальний спосіб вирощування кристалів дорогоцінних каменів. Процес здійснюється в автоклавах при тиску 7 • 10 7 - 14 • 10 7 Па і температурі 300 - 900 ° С. Автоклав заповнюють розчином відповідного мінералу. У нижній частині автоклава температура більш висока; коли насичений розчин піднімається вгору і потрапляє в умови зі зниженою температурою, речовина осаджується на приманку природного кристала. Нижня і верхня частини автоклава розділені діафрагмою.
Останні два методи застосовують для вирощування синтетичних смарагдів, беріллов. Гідротермальних методом синтезують різновиди кварцу і корунду, а методом флюсу - ітрій-алюмінієві гранати, корунд, шпінель.
Надтверді синтетичні мінерали і матеріали отримують іншими способами. Для вирощування алмазу необхідні тиск 50 • 10 серпня -100 • 10 8 Па і температура більше 1600 ° С. Процес синтезу алмазів здійснюється з графіту в присутності каталізаторів-металів. У залежності від часу синтезу отримують кристали алмазів різних розмірів. Такими ж методами синтезують інші надтверді матеріали: гексаном, ельбор, СВ та інші, які широко застосовуються у техніці. У ювелірній справі синтетичні алмази та надтверді матеріали до цих пір не застосовуються.
Спосіб вирощування синтетичних корундів за методом М. А. Вернейля до 1940 р. був поширений тільки в Європі. Їм займалися такі фірми, як "Sodem Dj evahirdjian" ("Содем Дьевайрдіан") у Швеції, "Baikowski" і "Rubis Synthdes" ("Банківський" і "Рубіс синтез") у Франції, "Wieders Carbidwerk" ("Відерс Карбідверк" ) у ФРН. З 1940 р. цей метод поширився в США, коли фірма "Лінде" почала промисловий випуск синтетичних корундів.
Методом Чохральського можна отримати синтетичні корунди будь-якої форми - трубчасті, стрижневі, стрічкові та ін Такі профільовані вироби з корундів широко застосовуються у техніці.
Синтезуючи рубіни за методом флюсу або гідротермальних способом, можливо отримати ювелірні камені дуже високої якості. Цими методами фірма "Чатем" (США) виготовляє ювелірні рубіни розміром до 60 мм.
У СРСР методи вирощування синтетичних корундів були освоєні ще в 20-х роках. В даний час в Інституті кристалографії АН СРСР розроблені і застосовуються нові методи синтезу корундів, за допомогою яких одержують вироби з корундів самої різної форми. В інституті були створені установки "Сапфір-ІІІ" і "Сапфір-2М", в яких синтезуються корунди методом спрямованої кристалізації, запропонованої Х.С. Багдасарова. Цей спосіб дозволяє вирощувати кристали лейкосапфіру у вигляді пластин великих геометричних розмірів з певної заданої кристалографічної орієнтацією.
Суть нового методу полягає в тому, що молібденовий контейнер, заповнений вихідним матеріалом, поміщається у вакуумну піч, де його нагрівають до температури понад 2000 ° С. При цьому розплавляється окис алюмінію. Контейнер з розплавом повільно переміщається в зони з більш низькою температурою і при зниженні температури до певного значення розплав кристалізується. В даний час цим способом отримують кристали масою більше 4 кг. Весь процес автоматизований, за дотриманням режимів спостерігають датчики, що дають інформацію на ЕОМ, яка керує синтезом кристалів.
В даний час в СРСР освоєно промислове виробництво ювелірних і технічних корундів. Прозорі, тонкі, легкі трубки різного перерізу і довжини, порожнисті трьох-, чотирьох-і шестигранні призми, нітеводітелі, швелери і куточки різних розмірів з корунду - ці вироби застосовуються в лазерній техніці, радіоелектроніці, світлотехніці, хімічної промисловості, приладобудуванні. Там, де інші матеріали не витримують високих температур і дій агресивних середовищ, використовуються вироби з корундів. Різці з корунду дозволяють без додаткової заточення обробити в кілька разів більша кількість деталей, ніж твердосплавні різці. Сапфіри застосовуються навіть у харчовій промисловості у вигляді датчиків для контролю складу сиропів, соків, рідких речовин. При цьому термін роботи датчика з сапфіра збільшився до 2 - 3 років проти 3 - 4 місяців роботи датчика зі скла.
Для виготовлення шпінелі використовують суміш оксидів алюмінію і магнію, одержувані відповідно з амоній-алюмінієвих квасцов і сульфату магнію. Форма вирощуваних кристалів - паралелепіпед з квадратним перетином.
Шпінель застосовується в основному в ювелірних виробах (рис. 2). У зв'язку з цим до складу суміші вводять різні окрашивающие домішки металів, у тому числі тривалентний хром, який надає камінню червоний або соковитий густий зелений колір. Зелену шпінель ювеліри називають бразильським турмаліном, також іноді називають блакитно-зелену шпінель, дуже схожу на аквамарин.
Рис. 2. Вставки з синтетичної шпінелі
В даний час відомий ряд промислових методів вирощування синтетичних смарагдів, застосовуваних у СРСР, США, Японії, Франції, ФРН та інших країнах. Відомі синтетичні смарагди типу - "емеритом" або "Сімеральд", виготовлені в Австрії. Вони являють собою ограновані вставки зі світлого берилу, на які нарощений шар синтетичного смарагду товщиною 0,3 мм. Колір їх блідо-зелений.
Фірми "Чатем" (США) і "Жильсон" (Франція) випускають синтетичні смарагди типу "Емеральз", вирощені з розчину в розплаві з флюсом на приманку з пластин берилу. У якості флюсу застосовують окису літію і вольфраму або окису літію і молібдену. Процес синтезу протікає дуже повільно - протягом місяця нарощується шар товщиною в 1 мм.
Рис.3. Схема установки для вирощування смарагдів:
1 - розчинник; 2 - циліндричний платиновий склянка; 3 - суміш з двох компонентів; 4 - затравочное пристрій; 5 - платинова відбійна пластина; 6 - третій компонент; 7 - платиновий тигель.
В останні роки одержав розвиток гідротермальний метод синтезу смарагдів, при якому зростання кристала смарагду здійснюється також на приманку з природного берилу при температурі 500 - 600 ° С, тиску 70 - 140 МПа з заповненням автоклава розплавом на 2 / 3 об'єму. Швидкість росту кристалів 0,8 мм / добу. Цим методом вирощуються смарагди фірмою "Лінда" (США). Більш точна технологія та умови синтезу смарагдів фірмою не публікуються і вважаються комерційною таємницею фірми.
Цікавий метод синтезу смарагду, розроблений японськими дослідниками Хіронаса і Сейдзі. Установка являє собою платиновий тигель з горизонтальною платинової відбійною перегородкою. Нижня частина тигля розділена циліндричної платинової стінкою (рис. 3). Суміш з будь-яких двох компонентів (SiO 2, A1 2 O 3, ВеО 2) поміщають в кільцевий простір, третій компонент - в центральну частину. У верхній частині відбійною перегородки розміщують затравочное кристали. Потім в реактор вводять розчинник з молібдату літію або пятиокиси ванадію і всю систему рівномірно нагрівають до температури вище точки плавлення кожного з компонентів суміші. Коли температура кожної з ізольованих компонентів суміші стає вище точки плавлення розчинника, починається плавлення. У результаті дифузії компоненти піднімаються до затравочних кристалам, проходять через відбійну перегородку і змішуються у верхній частині. Після цього починається процес зростання смарагдів на приманку. Введення. 2
Глава 1. Основні методи вирощування синтетичних ювелірних каменів. 4
Глава 2. Синтетичні корунди .. 8
Глава 3. Синтетичні ювелірні камені різної природи. 11
3.1. Синтетична шпінель. 11
3.2. Синтетичний берил (смарагд) 12
3.3. Синтетичний кварц. 14
3.4. Синтетичний рутил. 16
3.5. Титанат стронцію (фабула) 16
3.6. Ітрій-алюмінієвий гранат (ІАГ) 17
3.7. Ніобат літію. 17
3.8. Фіаніт. 18
Глава 4. Синтетичний алмаз. 21
Глава 5. Як відрізнити природні ювелірні камені від їх синтетичних аналогів 26
Глава 6. Імітація дорогоцінних каменів з скла. 33
Висновки. 35
Список використаної літератури. 36
Введення
Дорогоцінні камені здавна були предметом відтворення, проте тільки в кінці XIX ст. досягнення хімії і фізики дозволили створити синтетичні коштовні камені, що не відрізняються за своїми властивостями від природних каменів, а часто і перевершують їх. Археологічними дослідженнями встановлено, що в Стародавньому Єгипті (близько 3 тис. років до н.е.) виготовляли кольорові скла, які використовували як прикраси і амулети. Імітації коштовних каменів з скла були широко поширені в Стародавньому Римі.У "Природній історії" Пліній Старший писав, що карбункули (рубіни) "підробляються зі скла так само, як і інші дорогоцінні камені, пізнаються вони у файлі всередині і по тяжкості, а іноді по бульбашках, що світиться подібно сріблу". Він же описав тришаровий сардонікс, званий триплетом. Цей матеріал подгонялся і склеювався з трьох шарів - чорного, білого і червоного.
Пізніше стали застосовувати дублети, що складаються з двох різних каменів - зверху дорогоцінний, а знизу менш дорогий: гірський кришталь або скло і т.п. У 1758 році австралійський хімік Йозеф Штрассе розробив спосіб виготовлення скляного сплаву, чистого і безбарвного з відносно високим показником заломлення. Сплав, що складається з кремнію, окису заліза, окису алюмінію, вапна й соди, чудово граніт і шліфувався і після ограновування нагадував діаманти. Такий штучний камінь називається "стразами" на прізвище вченого.
Справжній переворот в отриманні синтетичних дорогоцінних каменів був зроблений французьким хіміком М. А. Вернейлем, який у 1892 р. розробив спосіб отримання синтетичного рубіна. У промисловості цим методом стали користуватися для вирощування синтетичних рубінів, а потім і для синтезу інших дорогоцінних каменів - сапфіру, шпінелі, александрітоподобного корунду і інших каменів. У міру розвитку і вдосконалення техніки вирощування монокристалів були розроблені інші способи, які дозволяли отримати ряд інших синтетичних каменів - аналогів природного рутилу, кварцу, алмазу, смарагду. В останні роки створені і нові види кристалів, аналогів яких немає в природі, - фабула, ітрій-алюмінієвий гранат, фіаніт.
Таким чином, в даний час існують наступні види синтетичних ювелірних каменів і їх імітацій: 1) синтетичні ювелірні камені, що мають природні аналоги: корунди - рубін і сапфір, шпінель, рутил, алмаз, смарагд, кварц, олександрит, опал, бірюза, 2) синтетичні матеріали, які мають природних аналогів: титанат стронцію - фабула, ніобат літію, ітрій-алюмінієвий гранат, фіаніт та ін; 3) імітації ювелірних каменів: скла, дублети і триплети.
Синтетичні ювелірні камені представляють собою штучні кристали, отримані хімічними або фізичними методами, що мають властивості, аналогічні природним камінню тих же назв. Г.В. Банк пише про те, що нові номенклатурні приписи спеціальної комісії від 1970 р. встановили більш чіткі визначення синтетичних каменів: "Синтетичні камені - суть окристаллизовавшийся продукти, отримання яких повністю або частково є справою рук людини. Їх хімічний склад, кристалічна структура та фізичні властивості в широкому діапазоні збігаються з такими їх природних прототипів (справжніх дорогоцінних і виробних каменів) ".
Глава 1. Основні методи вирощування синтетичних ювелірних каменів
В даний час існує ряд способів виготовлення синтетичних каменів.Синтез дорогоцінних ювелірних та технічних каменів за способом М.А. Вернейля вважається класичним і є першим промисловим методом вирощування кристалів корунду, шпінелі та інших синтетичних кристалів. У світі щорічно випускається близько 200 т синтетичного корунду і шпінелі. Метод Вернейля полягає в наступному: до пальника з направленим вниз соплом через зовнішню трубу підводиться водень, а через внутрішню - кисень. У ток кисню подається подрібнений порошок окису алюмінію зернистістю близько 20 мкм, отриманий прокаливанием алюмоамміачних квасцов, який при цьому нагрівається до певної температури і потім потрапляє в воднево-кисневе полум'я гримучого газу, де він розплавляється. Внизу під соплом розташовується стрижень із спеченого корунду, що виконує роль крісталлоносітеля. На нього стікає розплавлена окис алюмінію, утворюючи кулька розплаву. Стрижень крісталлоносітеля поступово опускається зі швидкістю 5 - 10 мм / год, при цьому забезпечується постійне перебування розплавленої зростаючої частини корунду в полум'ї. На малюнку показана принципова схема установки для вирощування кристалів цим методом. Діаметр утворилися кристалів ("булек") зазвичай досягає 20 мм, довжина 50 - 80 мм, іноді їх розмір набагато більше. Бульки представляють собою полікристали. Для отримання монолітного монокристала бульку оплавляє шляхом подачі кисню. При цьому на оплавленій поверхні бульки частина кристалів залишається незруйнованою і вони при наступному охолодженні бульки починають рости за рахунок оплавлених зруйнованих кристалів.
Для отримання рубіна до порошку окису алюмінію додають окис хрому, для синтезу сапфіра - окис заліза і титану, для синтезу александрітопо-добного корунду - солі ванадію. Цим же методом вирощують синтетичний рутил і титанат стронцію.
Рис. 1. Схема апарату Вернейля:
1 - шихта, 2 - дозатор; 3 - кристалізаційна камера, 4 - крісталлодержатель; 5 - кристал; 6,8 - подача кисню; 7 - подача водню.
Другий поширений метод вирощування синтетичних кристалів дорогоцінних каменів - спосіб Чохральського. Він полягає в наступному: розплав речовини, з якої передбачається кристалізувати камені, поміщають у вогнетривкий тигель з тугоплавкого металу (платини, родію, іридію, молібдену або вольфраму) і нагрівають у високочастотному індукторі. У розплав на витяжному валу опускають затравку з матеріалу майбутнього кристала, і на ній нарощується синтетичний матеріал до потрібної товщини. Вал з запалом поступово витягають вгору зі швидкістю 1 - 50 мм / год з одночасним вирощуванням при частоті обертання 30 - 150 об / хв. Обертають вал, щоб вирівняти температуру розплаву і забезпечити рівномірний розподіл домішок. Діаметр кристалів до 50 мм, довжина до 1 м. Методом Чохральського вирощують синтетичний корунд, шпінель, гранати, ніобат літію та інші штучні камені.
Часто застосовується метод кристалізації з розчину в розплаві з використанням флюсів. При цьому камені кристалізуються з змішаного розплаву, що складається з розчину сполуки і флюсів - молибдатов, боратів, фторидів, окису свинцю та інших кристалізують речовини зазвичай в платиновому тиглі при температурі від 600 до 1300 ° С (у залежності від виду кристалів). У розплав опускають приманку, а потім його охолоджують зі швидкістю 0,1 - 1 ° С / год На затравки поступово нарощується кристал. Швидкість зростання невелика - за кілька тижнів кристал виростає на 3 - 4 см. Цей метод по ефективності не може конкурувати зі способом Чохральського і застосовується в тих випадках, якщо кристал плавиться інконгруентной або відчуває деструктивне фазове перетворення в твердому стані.
Дуже ефективний гідротермальний спосіб вирощування кристалів дорогоцінних каменів. Процес здійснюється в автоклавах при тиску 7 • 10 7 - 14 • 10 7 Па і температурі 300 - 900 ° С. Автоклав заповнюють розчином відповідного мінералу. У нижній частині автоклава температура більш висока; коли насичений розчин піднімається вгору і потрапляє в умови зі зниженою температурою, речовина осаджується на приманку природного кристала. Нижня і верхня частини автоклава розділені діафрагмою.
Останні два методи застосовують для вирощування синтетичних смарагдів, беріллов. Гідротермальних методом синтезують різновиди кварцу і корунду, а методом флюсу - ітрій-алюмінієві гранати, корунд, шпінель.
Надтверді синтетичні мінерали і матеріали отримують іншими способами. Для вирощування алмазу необхідні тиск 50 • 10 серпня -100 • 10 8 Па і температура більше 1600 ° С. Процес синтезу алмазів здійснюється з графіту в присутності каталізаторів-металів. У залежності від часу синтезу отримують кристали алмазів різних розмірів. Такими ж методами синтезують інші надтверді матеріали: гексаном, ельбор, СВ та інші, які широко застосовуються у техніці. У ювелірній справі синтетичні алмази та надтверді матеріали до цих пір не застосовуються.
Глава 2. Синтетичні корунди
Рік народження синтетичного рубіна - 1910. У лабораторії французького хіміка А. Є. Олександра були отримані штучні рубіни ювелірної якості за методом, запропонованим Вернейлем в 1891 р. З цього часу цей метод став промисловим. Сировиною для синтезу корунду служить тонкоподрібнений порошок окису алюмінію, що отримується при кальцинації амоній-алюмінієвих квасцов. Для фарбування кристалів додають оксиди перехідних металів у концентраціях 0,1 - 2,0%: окис хрому для рубіна, окису заліза і титанату для сапфіру, окису нікелю для жовтого корунду, окису кобальту для зеленого корунду і окису ванадію для псевдоалександріта. Деякі зарубіжні фірми ("Лінде" в США, "Відерс Карбідвекр" у ФРН) з 1947 р. почали промислове виготовлення "зірчастих" сапфірів і рубінів. Ефект астеризму виходить при добавці у вихідну сировину невеликої кількості (близько 0,3%) окису титану. Після синтезу отримані кристали отжигают тривалий час в окислювальному середовищі при температурі від 1100 до 1500 ° С; при цьому відбувається перенасичення оксиду титану і виділення тонких орієнтованих голок рутилу, які забезпечують відомий ефект шестипроменеві зірки.Спосіб вирощування синтетичних корундів за методом М. А. Вернейля до 1940 р. був поширений тільки в Європі. Їм займалися такі фірми, як "Sodem Dj evahirdjian" ("Содем Дьевайрдіан") у Швеції, "Baikowski" і "Rubis Synthdes" ("Банківський" і "Рубіс синтез") у Франції, "Wieders Carbidwerk" ("Відерс Карбідверк" ) у ФРН. З 1940 р. цей метод поширився в США, коли фірма "Лінде" почала промисловий випуск синтетичних корундів.
Методом Чохральського можна отримати синтетичні корунди будь-якої форми - трубчасті, стрижневі, стрічкові та ін Такі профільовані вироби з корундів широко застосовуються у техніці.
Синтезуючи рубіни за методом флюсу або гідротермальних способом, можливо отримати ювелірні камені дуже високої якості. Цими методами фірма "Чатем" (США) виготовляє ювелірні рубіни розміром до 60 мм.
У СРСР методи вирощування синтетичних корундів були освоєні ще в 20-х роках. В даний час в Інституті кристалографії АН СРСР розроблені і застосовуються нові методи синтезу корундів, за допомогою яких одержують вироби з корундів самої різної форми. В інституті були створені установки "Сапфір-ІІІ" і "Сапфір-2М", в яких синтезуються корунди методом спрямованої кристалізації, запропонованої Х.С. Багдасарова. Цей спосіб дозволяє вирощувати кристали лейкосапфіру у вигляді пластин великих геометричних розмірів з певної заданої кристалографічної орієнтацією.
Суть нового методу полягає в тому, що молібденовий контейнер, заповнений вихідним матеріалом, поміщається у вакуумну піч, де його нагрівають до температури понад 2000 ° С. При цьому розплавляється окис алюмінію. Контейнер з розплавом повільно переміщається в зони з більш низькою температурою і при зниженні температури до певного значення розплав кристалізується. В даний час цим способом отримують кристали масою більше 4 кг. Весь процес автоматизований, за дотриманням режимів спостерігають датчики, що дають інформацію на ЕОМ, яка керує синтезом кристалів.
В даний час в СРСР освоєно промислове виробництво ювелірних і технічних корундів. Прозорі, тонкі, легкі трубки різного перерізу і довжини, порожнисті трьох-, чотирьох-і шестигранні призми, нітеводітелі, швелери і куточки різних розмірів з корунду - ці вироби застосовуються в лазерній техніці, радіоелектроніці, світлотехніці, хімічної промисловості, приладобудуванні. Там, де інші матеріали не витримують високих температур і дій агресивних середовищ, використовуються вироби з корундів. Різці з корунду дозволяють без додаткової заточення обробити в кілька разів більша кількість деталей, ніж твердосплавні різці. Сапфіри застосовуються навіть у харчовій промисловості у вигляді датчиків для контролю складу сиропів, соків, рідких речовин. При цьому термін роботи датчика з сапфіра збільшився до 2 - 3 років проти 3 - 4 місяців роботи датчика зі скла.
Глава 3. Синтетичні ювелірні камені різної природи.
У наш час синтезується в лабораторіях світу досить велика кількість ювелірних каменів, і крім ювелірних різновидів корунду. Наприклад в наш час отримують синтетичні шпінель, кварц, бурштин і інші камені.3.1. Синтетична шпінель.
Синтезується цей красивий коштовний камінь способом М.А. Вернейля, практично так само, як і корунди.Для виготовлення шпінелі використовують суміш оксидів алюмінію і магнію, одержувані відповідно з амоній-алюмінієвих квасцов і сульфату магнію. Форма вирощуваних кристалів - паралелепіпед з квадратним перетином.
Шпінель застосовується в основному в ювелірних виробах (рис. 2). У зв'язку з цим до складу суміші вводять різні окрашивающие домішки металів, у тому числі тривалентний хром, який надає камінню червоний або соковитий густий зелений колір. Зелену шпінель ювеліри називають бразильським турмаліном, також іноді називають блакитно-зелену шпінель, дуже схожу на аквамарин.
Рис. 2. Вставки з синтетичної шпінелі
3.2. Синтетичний берил (смарагд)
У середині минулого століття при нагріванні порошку природного смарагду в боросилікатне розплаві отримали кілька кристалів смарагду призматичної форми. Подальші роботи в області синтезу смарагду пов'язані з дослідженням методу кристалізації з розплавів компонентів, складових смарагд, із застосуванням різних флюсів - окисів літію, молібдену та ін До 50-х рр.. XX ст. синтез смарагдів досліджувався в лабораторних умовах. Перший комерційний смарагд був виготовлений К.Ф. Чатем (США), а пізніше П. Жільсоном (Франція).В даний час відомий ряд промислових методів вирощування синтетичних смарагдів, застосовуваних у СРСР, США, Японії, Франції, ФРН та інших країнах. Відомі синтетичні смарагди типу - "емеритом" або "Сімеральд", виготовлені в Австрії. Вони являють собою ограновані вставки зі світлого берилу, на які нарощений шар синтетичного смарагду товщиною 0,3 мм. Колір їх блідо-зелений.
Фірми "Чатем" (США) і "Жильсон" (Франція) випускають синтетичні смарагди типу "Емеральз", вирощені з розчину в розплаві з флюсом на приманку з пластин берилу. У якості флюсу застосовують окису літію і вольфраму або окису літію і молібдену. Процес синтезу протікає дуже повільно - протягом місяця нарощується шар товщиною в 1 мм.
Рис.3. Схема установки для вирощування смарагдів:
1 - розчинник; 2 - циліндричний платиновий склянка; 3 - суміш з двох компонентів; 4 - затравочное пристрій; 5 - платинова відбійна пластина; 6 - третій компонент; 7 - платиновий тигель.
В останні роки одержав розвиток гідротермальний метод синтезу смарагдів, при якому зростання кристала смарагду здійснюється також на приманку з природного берилу при температурі 500 - 600 ° С, тиску 70 - 140 МПа з заповненням автоклава розплавом на 2 / 3 об'єму. Швидкість росту кристалів 0,8 мм / добу. Цим методом вирощуються смарагди фірмою "Лінда" (США). Більш точна технологія та умови синтезу смарагдів фірмою не публікуються і вважаються комерційною таємницею фірми.
Далі розплав витримують при постійній температурі протягом певного часу, потім повільно охолоджують, масу витягують з тигля і розчиняють у воді, де в якості розчинника застосовують молібден літію, або в соляній кислоті, якщо розчинником служить пятиокись ванадію. У результаті отримують прозорі безбарвні кристали, що не відрізняються за фізичним, хімічним властивостям від природного смарагду. Гарний зелений колір досягають додаванням невеликої кількості в розчин окису хрому. Японська фірма «Кіото Керамік і К °» цим методом виготовляє близько 300 карат на рік синтетичних смарагдів. Успішно вирощуються смарагди в СРСР, цим займаються наукові лабораторії Новосибірського університету.
3.3. Синтетичний кварц
В даний час кварц вирощують гідротермальних способом у сталевих автоклавах. Розчинником сировини природного кварцу служать розчини гідроксидів і карбонатів лужних металів - натрію або калію в концентрації від 3 до 15%. Синтез проводять при тиску 50 - 150 МПа при температурі 250 - 450 ° С. Для затравки використовують пластини або стрижні природного кварцу, які орієнтують паралельно кристалографічних площин (0001) і (1120). Швидкість росту кристалів - до 0,5 мм / добу. Було встановлено, що якщо в калієві розплави вихідного розчину з низькою концентрацією калію додати залізо, то утворюються бурі кристали, при більш високій концентрації калію - зелені.При синтезі кварцу в системі Н 2 О - SiO 2 - К 2 О - З 2 з добавкою окислювачів при тиску 150 МПа зелена і буре забарвлення змінюється на золотисто-жовту-цитринові. Поява такого забарвлення залежить від концентрації іонів тривалентного заліза в розчині. При подальшому збільшенні концентрації заліза кристали стають оранжево-червоними.
Синє забарвлення кристалів отримують, вводячи в систему Н 2 О - SiO 2 - Na 2 O - CO 2 кобальту. Густота забарвлення залежить від вмісту кобальту: в блакитних кристалах його до 0,001%, а в яскраво-синіх до 0,02%.
Аметистова забарвлення отримують при вирощуванні кристалів у калієвої системі при температурі 320 -420 º С і тиску - 1000 - 1400 • 10 5 Па. Якщо в систему Н 2 О - SiO 2 - К 2 О - СО 2 ввести надмірна кількість тривалентного заліза і знизити вміст домішки алюмінію, то кристал стає димчастим. Після іонізуючого опромінення колір кристалів стає міцним аметистових. Введений в систему алюміній частково заміщує кремній, в результаті після іонізуючого опромінення кристал кварцу набуває туманне забарвлення, типову для раухтопаз. При збільшенні концентрації алюмінію можна отримати чорне забарвлення, подібну кольором мориона.
Кольоровий синтетичний кварц широко застосовується в ювелірній промисловості, а безбарвні від різниці в техніці: радіоелектроніці, оптиці, хімічної промисловості. У СРСР налагоджено промислове виробництво синтетичного кварцу.
3.4. Синтетичний рутил
Присутністю домішок в природних кристалах рутилу пояснюється його темний колір. У результаті проведених досліджень у фірмах "Лінда" і "Національ Лід і К 0" (США) в 1948 році розробили спосіб вирощування синтетичного рутилу за методом М. А. Вернейля. Отримують кристали чорного кольору, але після відпалу в струмені кисню при низькій температурі вони стають майже безбарвними або набувають жовтуватий відтінок.Синтетичний рутил використовується в ювелірних виробах тільки як замінник алмазу, оскільки його показник заломлення і дисперсія значно вище, ніж у алмазу. Гра світла у цього каменю також дуже сильна, що дозволяє його легко відрізнити від діаманта.
3.5. Титанат стронцію (фабула)
У порівнянні з рутил цей синтетичний камінь більш підходить для заміни алмазу в ювелірних виробах. Він абсолютно безбарвний, оптично Ізотропія, і його показник заломлення (2,41) аналогічний алмазу. Дисперсія у фабуліта (0,1 - 0,2) більш висока, що забезпечує гарну гру при зміні кутів падіння променів світла або освітлення. Твердість фабуліта 5,5 - 6,5, тому його доцільно використовувати для виготовлення сережок або кулонів, а не в кільцях, де він швидше зітре.Синтез титанату стронцію здійснюється за відомим методом М. А. Вернейля.
Після вирощування кристали обов'язково отжигают в струмені кисню при низькій температурі. За кордоном промисловий випуск фабуліта здійснює фірма "Національ Лід і К °" (США). У СРСР фабула не випускається.
3.6. Ітрій-алюмінієвий гранат (ІАГ)
Ітрій-алюмінієва окис (Y 3 A1 5 O 12) має структуру граната і частіше називається ітрій-алюмінієвий гранат - ІАГ або гранат. Вирощується ІАГ найчастіше за методом Чохральського, проте хороші результати дає і метод кристалізації з розплаву з флюсом. Умови синтезу ІАГа дуже подібні до умов вирощування корунду.Спочатку ітрій-алюмінієвий гранат застосовувався тільки в техніці; додаючи деякі лантаноїди (зокрема, неодим), вирощували кристали, використовувані в лазерній техніці: крім того, кристали ІАГ служать підкладкою при синтезі феррімагнітних гранатів, що застосовуються в лазерної техніки та радіоелектроніки.
В останні роки ІАГ широко застосовують в ювелірних виробах. Завдяки добавкам лантаноїдів стало можливо одержувати кристали різного кольору - червоні, зелені, жовті, коричневі та ін, не зустрічаються в природі. За кордоном ІАГ випускає ряд фірм, найбільшу популярність мають гранати фірми "Лінда" (США).
У СРСР ІАГ виготовляють за методом спрямованої кристалізації, що дозволяє вирощувати ідеально правильні і чисті кристали.
Штучний гранат утворюється при високих температурах в глибокому вакуумі в спеціальних апаратах. Завод випускає світлі гранати, рожеві, жовті й зелені. Час синтезу - близько 4 діб. Ведуться дослідження, спрямовані на отримання кристалів ІАГ будь-якого забарвлення - від пурпурової та лимонної до чисто-блакитний і бузковий.
3.7. Ніобат літію
Ніобат літію - LiNbO 3 - відносно м'який синтетичний камінь (твердість близько 5,5 за шкалою Мооса). Цікавий він насамперед оптичними властивостями, що дозволило використовувати його в лазерній техніці. Показник заломлення його 2,2 -2,3, дисперсія висока 0,12, що забезпечує гарну гру каменю.Кристали вирощують за методом Чохральського. При добавки в розплав оксидів металів перехідної групи можна отримати кристали різного забарвлення: при введенні окису хрому - зелену, окису заліза-червону, окису кобальту - блакитну або синє. У СРСР ніобат літію не синтезують.
3.8. Фіаніт
У 1970 - 1972 рр.. Фізичний інститут Академії Наук СРСР (ФІАН) розробив спосіб виготовлення нового синтетичного матеріалу на основі кубічної модифікації окису цирконію та гафнію (Zr, Hf) O 2, - фіаніт. Природним аналогом фіаніту є тажераніт, відкритий на Тажеранском масиві. Фіаніт має гарну вогнетривкістю і хімічну стійкість, високим ступенем прозорості, показником заломлення і дисперсією. Температура плавлення фіаніту 2600 -2750 ° С, твердість 7,5 - 8 за шкалою Мооса, щільність 6 - 10 г / см 3, показник заломлення наближається до алмазу 2,1 - 2,2. За хімічним складом фіаніт представляє собою окис цирконію в поєднанні з добавками рідкоземельних елементів - ербію, церію, неодиму або кобальту, ванадію, хрому та заліза. Кристали фіанітів утворюються з розплавленої маси елементів, що входять до його складу. Процес кристалізації відбувається на спеціальних затравка при охолодженні розплаву. Швидкість росту кристалів 8 -10 мм / год. Можна отримати кристали фіаніту масою до 250 г. Забарвлення фіанітів і його щільність визначаються хімічним складом. Невеликі кількості домішок перерахованих елементів надають фіанітами різноманітний колір і відтінки: червоний, рожевий, фіолетовий, блакитний, жовтий, білий та інших, крім смарагдового. За колірною гамою фіаніт може змагатися з аметистом, гранатом і цирконом, за красою він перевершує алмаз.Високий показник заломлення фіанітів, близький до алмазу і велика дисперсія створюють особливу гру світла при різних умовах освітлення. Ці властивості в поєднанні з різноманітною забарвленням дозволяють імітувати природні дорогоцінні камені з фіанітів, а також створювати нові, оригінальні за забарвленням.
В ультрафіолетових променях фіаніт в залежності від домішок може люминесцировать блакитним, жовтим, фіолетовим та іншим кольором.
У промисловому кількості фіаніти почали випускати в СРСР з 1972 р. Він відразу завоював загальне визнання як в техніці, так і в ювелірній промисловості. З нього виготовляють високоякісні лінзи для оптичних приладів та окулярів, оскільки завдяки високому показнику заломлення майже плоскі лінзи забезпечують високу ступінь збільшення, а також оптичні пристрої для квантових генераторів. Перспективний цей матеріал і для хімічної промисловості, так як фіаніт хімічно стійкий в агресивних середовищах, тугоплавкий, не окислюється і не випаровується при температурах понад 2500 ° С. Він є ізолятором, але при нагріванні до температури понад 300 ° С стає провідником.
Обробляти фіаніт можна тільки в певних напрямках кристала. Він досить складний в обробці, легко розтріскується і кришиться. Вихід при ограновуванню сировини зазвичай не перевищує 10 - 15%. При ограновуванню висота дні каменю повинна бути більш глибокою, що покращує його "гру", а "майданчик" - більш широкою. Грані фіанітів злегка закруглені, що служить додатковим відмінністю цих каменів від діамантів.
Подібний фіаніти матеріал для імітації коштовних каменів випускають за кордоном. У США фірма "Серез Корпорейшен" (Вальтхем, штат Массачусетс) синтезує матеріал "діамонеск", дуже схожий за своїми властивостями на фіаніт, у Швейцарії фірма "Гранд" Лдевахірджан "СА" (Монтей, Валанс) виробляє "джеваліт", а в Австрії фірма "Д. Сваровські енд К 0" (Ваттенс, Тіроль) випускає "цирконій * за радянською ліцензії".
Ціни на ці матеріали - 10 доларів за 1 кар.
Глава 4. Синтетичний алмаз
Синтезом алмазів займалися багато вчених. Провідна роль належить радянському фізику О.І. Лейпунський, який у 1938 р. провів теоретичний аналіз умов утворення алмазу з графіту і визначив області стабільного існування алмазу. У результаті їм була вивчена діаграма стану алмаз - графіт, яка стала основою для наукового вирішення проблеми створення синтетичних алмазів.У лютому 1953 року групі фізиків шведської енергетичної компанії ASEA при проведенні чергового досвіду з синтезу алмазу з графіту при тиску 8 · 10 8 МПа і температурі 2500 ° С з витримкою в часі 2 хвилини вдалося отримати перші в світі штучні алмази. У грудні 1954 р. вчені фірми "Дженерал Електрик К °" створили штучні алмази розміром близько 0,8 мм. Згодом ними була розроблена камера типу "белт".
Після цього синтез алмазів був організований у ряді країн - Бельгії, Англії, Японії та ін У СРСР в 1960 р. Інститутом фізики високих тисків АН СРСР під керівництвом акад. Л.Ф. Верещагіна був розроблений спосіб одержання синтетичних алмазів, який був переданий для промислового освоєння Інституту надтвердих матеріалів АН УРСР. У 1961 р. була відпрацьована промислова технологія синтезу алмазів. Процес здійснюється при температурі 1800 - 2500 ° С і тиску більше 5 · 10 2 МПа в присутності каталізаторів - хрому, нікелю, заліза, марганцю, платини, кобальту або інших металів. Згодом було встановлено, що алмази утворюються при кристалізації вуглецю з його розчину в розплаві металу-каталізатора. В даний час складено діаграми освіти алмазу з графіту з різними каталізаторами. На рис. 6 приведена діаграма системи алмаз - графіт - нікель.
Рис. 6. Діаграма процесу синтезу алмазів з каталізатором з нікелю:
1 - крива рівноваги алмаз - графіт;
2 - крива плавлення нікель - вуглець;
3 - крива плавлення нікелю;
4 - область кристалізації алмазу.
Синтез алмазу проводиться в камері типу "сочевиця" об'ємом декілька кубічних сантиметрів (рис. 7). Нагрівання здійснюється індукційним методом або прямим пропусканням електричного струму. При зближенні пуансонів реакційна суміш графіту з нікелем (а також із шаруватим пірофіліту) стискається, при цьому в камері розвивається тиск вище 5 · 10 2 МПа. У результаті відбувається перекристалізація гексагональної кристалічної решітки графіту в кубічну структуру алмазу. Розмір кристалів алмазу залежить від часу синтезу, так як при часі реакції 3 хвилини утворюються кристали масою близько 10 мг, а 30 хв - 70 мг. Найбільш міцні кристали розміром до 0,5 - 0,8 мм, більш великі мають невисокі фізико-механічні властивості. Крім описаного методу розроблено ще ряд способів вирощування алмазів.
У 1963 р. В.Ж. Еверсолом (США) був запатентований спосіб вирощування алмазів з газової фази (з метану, ацетилену або інших вуглеводнів) при тиску нижче 10 3 МПа. Суть методу - створення перенасиченої вуглецем газової фази, що утворюється при цьому надмірна поверхнева енергія на кордоні графіт - повітря сприяє формуванню зародків алмазів. Подібний метод був розроблений в СРСР Б.В. Дерягиним і Д.В. Федосєєвим. При тиску нижче атмосферного їм вдалося отримати на початку з алмазу ниткоподібні кристали синтетичного алмазу з газової фази. Швидкість росту кристалів дуже низька - близько 0,1 мкм / год
У 1961 р. в США фірмою "Елайд Хемикал і Дю Пон" був запропонований вибуховий метод одержання синтетичних алмазів. При направленому вибуху відбувається миттєве підвищення тиску до 200 · 10 2 МПа і температури до 2000 º С, при цьому в графіті утворюються дрібні (до 10 - 30 мкм) синтетичні алмази. У СРСР в Інституті надтвердих матеріалів АН УРСР була відпрацьована така технологія отримання штучних алмазів, що отримали назву АВ.
У США фірмою "Дженерал Електрик К 0" в 1970 р. був розроблений метод отримання великих синтетичних кристалів алмазів ювелірної якості на приманку у вигляді пластин. Однак вартість вирощування таких алмазів набагато вище, ніж видобуток природних.
В даний час світове виробництво синтетичних алмазів (без СРСР) становить понад 200 млн. карат / рік. Головні центри виробництва синтетичних алмазів - США ("Дженерал Електрик К °"), ПАР ("Де Бірс"), Англія, Японія.
Рис.7. Схема камери типу "сочевиця":
1 - пуансони; 2 - реакційна суміш графіту з нікелем; 3 - пірофілітовий прокладка; 4 - муфта.
У світі випускаються синтетичні алмази наступних видів: АСО - алмази звичайної міцності, АСР - алмази підвищеної міцності, АСВ - алмази високої міцності, АСК і АСС - алмази монокристалічні.
Розмір алмазів АСО, АСР і АСВ 0,04 - 0,63 мм. Крім того, випускаються дві марки мікропорошків - АСМ і АСН з розміром зерен 1 - 60 мкм. Монокристалічні синтетичні алмази АСК і АСС мають розмір зерен до 1 мм.
Експлуатаційні властивості шліфувальних порошків із синтетичних алмазів залежать від форми зерен, характеру їх поверхні і механічної міцності. Найбільш розвинена поверхня характерна для алмазів АСО, а найменш розвинена - для алмазів АСС. Механічна міцність алмазів АСС наближається до міцності природних алмазів.
Синтетичні алмази широко застосовуються для виробництва алмазно-абразивного інструменту, брусків, кіл шліфувальних і відрізних, паст для шліфування, склоріз, різців, бурових коронок, доліт і т.д. В даний час більше 80% потреби в технічних алмазах покривається за рахунок синтетичних.
Крім перерахованих марок синтетичних алмазів в СРСР випускаються полікристалічні алмази типу карбонадо, Баллас, СВС, використовувані в техніці, а також ряд синтетичних надтвердих матеріалів, що наближаються за своїм фізичним властивостям до природних алмазів - ельбор (або кубоніт), гексані та ін "Блискуче майбутнє малюється нам для алмазу, коли людина зуміє опанувати таємницею штучного його отримання. Алмаз до цих пір наполегливо зберігає цю таємницю, і те небагато, чого домоглася наука, ще далеко від вирішення проблеми в цілому ... " - Так писав А.Є. Ферсман в 1945 р., а вже через кілька років синтетичні алмази зайняли провідне становище в техніці.
Близько 200 років намагаються створити синтетичні алмази. Десятки лабораторій у різних країнах продовжують пошуки більш раціональної та ефективної методики вирощування алмазів як для технічних потреб, так і для ювелірних цілей. Невирішених проблем у цій області дуже багато, проте кожен день наближає нас до мети і не виключено, що незабаром будуть знайдені економічні способи одержання синтетичних алмазів будь-якої форми, розміру, кольору і якості. Природні дорогоцінні камені в десятки, а іноді і в сотні разів коштують дорожче своїх синтетичних аналогів, незважаючи на те що синтетичні камені за якістю і кольором часто значно перевершують природні. Г. Банк пише: "Тим не менш і синтетичні камені належать до світу дорогоцінних каменів. Кожному дано вирішити для себе, як він уявляє собі свій світ дорогоцінних каменів: чи має намір він задовольнитися хорошою копією або ж по колишньому цінує лише оригінал!".
У зв'язку з отриманням синтетичних аналогів ряду природних ювелірних каменів гостро постало питання про методи їх відмінності. Зупинимося на деяких, найбільш поширених каменях.
Рубін і сапфір. Отримувані за методом Вернейля, рубін і сапфір в даний час найбільш широко застосовуються в ювелірних виробах камені. Вартість синтетичних корундів нижче природних в десятки і навіть сотні разів.
Основні фізичні властивості синтетичних корундів дуже близькі до природних (колектив авторів під керівництвом М. М. Классен-Неклюдова і Х. С. Багдасарова, 1974 р.). Щільність синтетичних корундів 3,992 г / см 3. Домішка хрому підвищує щільність до 4,013 г / см 3, а титану, кальцію та ряду інших елементів - знижує. Показники заломлення: 1,7681 - 1,7635, у високохромистого рубіна - до 1,7681 - 1,7801. Іноді в синтетичних корунду з'являється аномальна двуосность, пов'язана із залишковими внутрішніми напругами.
У спектрах поглинання синтетичних фіолетових, синіх і зелених сапфірів на відміну від природних відсутні деякі смуги поглинання (454, 467, 473 нм). Це можна виявити навіть у огранених каменів при досить нескладному дослідженні на спектрофотометрі СФ-18, оснащеному пристосуванням для запису спектрів поглинання огранених каменів.
Відмітна ознака синтетичних рубінів, отриманих при гідротермальної синтезі, - наявність в ІЧ-спектрах серії смуг поглинання в інтервалі 3000 - 3600 см - 1, викликаних гідроксильними групами.
Особливо важливо для розпізнавання синтетичних і природних рубінів і сапфірів (зокрема, огранованих) наявність включень, тріщин, каналів, характер розподілу забарвлення, двійникування, що виявляються при розгляді каменя під сильною лупою або при мікроскопічних дослідженнях. Для цієї мети застосовуються стереомікроскопи (МБС, "Джемолайт" та ін), з потужним освітленням - відбитим і проходять світлом. Для більшої чіткості зображення використовується вода, спирт або імерсійним рідини (монобромнафтален, йодистий метилен та ін.) Досліджуваний камінь опускають в рідину, налиту в склянку. Щоб зменшити випаровування рідини, склянку накривають склом. Так як показники заломлення імерсійної середовища і калію близькі, то останній стає повністю прозорим, що дозволяє добре розглянути його внутрішню будову.
Встановлено, що в природних рубінах (зокрема, в кристалах з Бірми і Шрі-Ланки) спостерігаються включення рутилу, окремі кристалики, колінчаті двійники або мікроскопічні паралельні тонкі голочки якого утворюють так званий "шовк", а розташовані під кутом 60 і 120 ° - "сітку". Рубіни Бірми, дуже багаті включеннями, містять також октаедричні кристали шпінелі, короткопрізматіческіе кристали апатиту, олівін, кальцит, жовтий сфалерит, сфен, мусковіт. У рубінах Шрі-Ланки можна побачити включення правильних кристалів циркону, часто оточених "плеохроічнимі двориками", гранатів, піриту, піротину, гематиту, апатиту, кальциту. У рубінах Таїланду рутил зустрічається досить рідко. Для них характерні альмандин, апатит, піротин, для рубінів Танзанії - апатит, графіт, піротин, паргасіт, шпінель, цоізит.
Іноді в природних рубінах спостерігаються рідкі та газово-рідкі включення, які заповнюють трубообразние канали і тріщини. Особливо поширені газово-рідкі включення, розташовані по тріщинах різноманітної форми і утворюють хитромудрі візерунки; в рубінах Таїланду тріщини і канали можуть бути також декоровані бурими включеннями оксидів і гідрооксидів заліза.
Ще одна відмінна особливість природних рубінів (зокрема, Бірми) - нерівномірне плямисте розподіл забарвлення. У зірчастих рубінах проявляється гексагональна зональність забарвлення. У ряді рубінів відзначається тонка тріщинуватість у вигляді паралельних смуг, пов'язана з двійникування.
У природних сапфірах, як і рубінах, найбільш часте тверде включення - рутил. Разом з тим в сапфірах Бірми відзначаються апатит, циркон, монацит, флогопіт, Фергюсон; Шрі-Ланки - гранат, шпінель, слюди, пірит, халькопірит, циркон, оточений "плеохроічнимі двориками"; Таїланду - плагіоклаз, колумбіт, піротин, халькопірит; Танзанії - циркон, апатит, графіт, піротин; Кашміру - рогова обманка, турмалін; Кампучії - червоний гатчетоліт, торує, польовий шпат.
Дуже характерна особливість природних сапфірів - велика кількість газово-рідких включень, що утворюють химерні візерунки, що нагадують стільники, сітки, відбитки пальців, і розташованих по віялоподібним, кулісообразно і неправильним тріщин. Іноді рідкі включення заповнюють трубообразние канали. У тріщинах і каналах можуть перебувати бурі оксиди і гідроксиди заліза.
Важливий діагностична ознака природних сапфірів - зональне і зонально-секторіально розподіл забарвлення у вигляді чергуються чітких паралельних смуг з різною інтенсивністю забарвлення, розташованих по одній прямій, під кутом 120 ° або по сторонах правильного гексагон.
Як і в рубінах, в природних сапфірах може спостерігатися двійникування. Дуже характерні для природних і синтетичних корундів так звані "вогняні знаки" - дрібні механічні тріщини біля ребер або в периферійних частинах фасет огранованих каменів, що виникають при обробці.
Синтетичні корунди, в тому числі рубіни і сапфіри, мають ряд загальних внутрішніх особливостей (мова йде перш за все про корунду, вирощених за методом М. А. Вернейля). Найбільш характерні для них газові включення різного розміру і форми (округлої, овальної, видовженої, веретеноподібної), одиночні і утворюють скупчення у вигляді плям, смуг, хмар. Такі бульбашки газу здаються темними в світлі, що, у відбитому ж світлі вони мають вигляд яскравих концентрично-зональних кілець.
Тверді включення до синтетичних корунду можуть бути представлені "непроплавамі" - непрореагіровавшіх частинками продуктів синтезу, пилом металів, що вводяться в корунд як легуючі присадки або випадково потрапляють з тиглів і нагрівачів. У зірчастих синтетичних корунду спостерігаються орієнтовані включення рутилу.
Хороший діагностична ознака синтетичних корундів - криволінійний розподіл забарвлення, пов'язане з отриманням їх за методом Вернейля. Кривизна смуг з різною інтенсивністю забарвлення може бути різною, і в дрібних каменях вона мало помітна.
Іноді в синтетичних корунду спостерігаються звили - текстури у вигляді потоків, обумовлені оптичної неоднорідністю каменю.
Діагностика по внутрішнім особливостям корундів, синтезованих гідротермальних методом, більш складна у зв'язку з тим, що в них можуть відзначатися включення і текстури, характерні для природних каменів. Однак уважне вивчення включень, форми і характер заповнення тріщин, наявність "запалів" та інші ознаки дозволяють вирішити це питання.
Визначити синтетичні корунди, що імітують алмази, александріти, смарагди, аквамарини, топази та ін, неважко, тому що їх основні фізичні властивості відрізняються від природних корундів. Серед рекомендованих методів діагностики в ряді випадків має значення визначення кольору люмінесценції. Наприклад, александрітоподобний синтетичний корунд на відміну від натурального александрита в ультрафіолетових променях світиться оранжево-коричневим кольором.
Шпінель. Синтетична шпінель може бути самої різної забарвлення, і тому вона імітує не тільки природну шпінель, але і алмаз, сапфіри, рубін, смарагд, аквамарин, гранати, турмалін, циркон, топаз, але все-таки є і деякі відмінності. Так, синтетична шпінель на відміну від природного характеризується досконалою спайність по кубу. У поляризованому світлі при схрещених Миколая у синтетичної шпінелі спостерігаються аномальне двопроменезаломлення, що виявляється "муаровим" згасанням, а також візерунки у вигляді тонких волосоподібних смуг, сіток або розмитого чорного хреста.
Під мікроскопом також видно неоднозначність природної та синтетичної шпінелі. Для природного шпінелі характерні включення октаедричних кристалів шпінелі, доломіт, голчастий сфен, альбіт, апатит. Синтетична шпінель, вирощена за методом Вернейля, як правило, не містить будь-яких включень. Тільки зрідка в ній спостерігаються овально витягнуті дрібні газові бульбашки. Криволінійна зональність забарвлення для синтетичної шпінелі менш характерна, ніж для вернейлевскіх корундів.
Смарагд. Уміння відрізнити природний смарагд від синтетичного має принципове значення. Справа не тільки у вартості (за кордоном природний кристал коштує в середньому в 2 - 3 рази більше синтетичного, в нашій країні - смарагди одного кольору і якості коштують однаково).
Смарагд вирощують двома основними методами: розчин-розплавленим і гідротермальним. Існують різні варіанти цих методів. Відповідно можливо і отримання різних властивостей. Щільність синтетичних смарагдів, вирощених розчин-расплавним методом, 2,64 - 2,67 г / см 3, вирощених гідротермальних, - 2,67 - 2,69 г / см 3, що в цілому дещо нижче щільності природних смарагдів.
Спектри поглинання синтетичних смарагдів відрізняються від природних наявністю двох смуг поглинання з максимумами 420, 425 або 430 - 440 нм. В ІЧ-спектрах поглинання в синтетичних смарагдах, отриманих розчин-расплавним методом, відсутня широка смуга поглинання в інтервалі 3000 - 4000 см - 1, що пояснюється присутністю води, а також відсутній характерна для природних і гідротермальних синтетичних смарагдів лінія поглинання при 2400 - 2500 см - 1, обумовлена двоокисом вуглецю.
Синтетичні смарагди часто люминесцируют в ультрафіолетових променях глибоким поступово посилюється червоним кольором, нетиповим для природних. Однак в останні роки стали вирощувати смарагди (П. Жильсон) з добавками заліза, які приглушують червону люмінесценцію. Під світлофільтром синтетичні смарагди на відміну від природних, стають яскраво-червоними.
Ряд відмінностей можна встановити, досліджуючи камінь під мікроскопом. Природні смарагди часто мають лаштунки-і віялоподібні або неправильної форми тріщини з газово-рідкими включеннями, що створює візерунок, званий ювелірами "садом". Газово-рідкі та тверді включення гідроксиди та оксидів заліза бурого кольору можуть заповнювати канали, орієнтовані паралельно осям. У смарагдах також зустрічаються включення актіноліта, тремоліта, флогопіту (в уральських і індійських), вуглисті непрозорі включення, кальцит, доломіт, біотит, молібденіт (у південноафриканських, Трансвааль), тремоліт, біотит, епідот, турмалін, рутил, апатит (в австрійських) . У природних смарагдах спостерігається прямолінійна зональна або зонально-секториальная забарвлення.
У синтетичних смарагдах іноді спостерігаються дзеркальні віялоподібні або неправильної форми тріщини, що виникають при обробці каменю. У синтетичних смарагдах, отриманих розчин-расплавним методом, відзначаються газові бульбашки, непроплавленних частинки шихти, фенакіт, ільменіт та ін Іноді в таких смарагдах спостерігається тонка зональність забарвлення, що відрізняється від природної.
У синтетичних смарагдах, вирощених гідротермальних методом, іноді зустрічаються газово-рідкі включення, металевий пил, ділянки затравки.
Бірюза. Ідентифікація бірюзи представляє особливу складність. Синтетична бірюза, отримана Жільсоном, має щільність 2,68 - 2,75 г / см 3, показник заломлення 1,61. Встановлено, що під мікроскопом у цій бірюзі видно темно-сині кутасті або сферичні, сплющено-овальні частинки, як би занурені в світліший субстрат, твердість якого, ймовірно, більш низька. Крапля розведеної соляної кислоти всмоктується природного бірюзою і скочується з синтетичної. Спектри відбиття синтетичної бірюзи в інтервалі 450 - 1300 см -1 відрізняються від спектрів природного, для неї характерні максимуми поглинання 1115, 1050, 1000 і 570 см -1 з більш згладженими з широкими піками.
Радянська синтетична бірюза повністю відповідає природного (за термічним властивостями, мікротвердості), однак щільність її 2,3 - 2,4 г / см 3, тобто знижена в порівнянні з природним.
В даний час скла, що імітують дорогоцінне каміння, широко використовуються в ювелірних виробах.
Отже, хімічний склад і фізичні властивості синтетичних і відповідних їм природних каменів однакові. Однак синтетичні камені - це продукт праці людини, і виготовити їх можна скільки завгодно.
Природні камені - творіння природи, число їх обмежено, виявити і добути - важко. Саме тому дорогоцінний камінь у десятки, а іноді і в сотні разів дорожче своїх синтетичних аналогів, незважаючи на те, що синтетичні камені за якістю і кольоровими характеристиками часто значно перевершують природні камені.
Ювелірні камені - прекрасне творіння природи і людини. Природа не поскупилася, створивши глибокий спокій соковито-зелених смарагдів, умиротворення синіх сапфірів, запал червоних рубінів, казкову або пристрасну мінливість білих і чорних опалів, ніжність рожевих і блакитних топазів, безмежне море квітів, відтінків, малюнків. Людина, вдихнувши в них свою душу, дбайливо, з любов'ю обробивши їх, додав їм завершеність, закінченість, перетворив їх на справжні витвори мистецтва, покликані нести людям радість, насолоду, натхнення, а не горе і сльози, не бути предметом наживи і збагачення, а свідченням багатства і величезної духовної мощі народу.
Що застосовуються в якості імітації скла можуть бути різної прозорості (прозорі, напівпрозорі, що просвічують в тонких відколах, непрозорі) і забарвлення. Фізичні властивості їх залежать від складу, в основному від вмісту свинцю. Показники заломлення прозорих стекол 1,44 - 1,77; твердість 5 - 7 за шкалою Мооса; щільність 2 - 4,5 г / см 3.
Скло ізотропні, але з часом у них може з'явитися оптична анізотропія. Дисперсія 0,010, у стеклах з великим вмістом свинцю може бути вище.
Скло можна відрізнити по присутності газових бульбашок різної форми, іноді звили, згустків барвників. Крім чисто скляних імітацій застосовують здвоєні (дублети) і строєні (триплети) камені, склеєні з скла і натурального каменю, з слабо-і густоокрашенних каменів, з природного і синтетичного каменю. Такі підробки чудово видно під лупою або мікроскопом: на поверхні склеювання спостерігаються бульбашки, розташовані в одній площині.
Скло (і пластичні маси) застосовують для імітації напівпрозорих і непрозорих каменів: бірюзи, хризопразу, сердоліку і ін Щільність і твердість їх невисокі.
Авантюриновий скло від авантюрину відрізняється фізичними властивостями, а також наявністю правильної трьох-або шестикутної формою включень мідної стружки.
Великі кількості синтетичних ювелірних каменів використовуються не в ювелірній промисловості, а в приладобудуванні, точної механіки, при виробництві годин, у мікроелектроніці.
З часом будуть розроблені нові види кристалів, які знайдуть своє застосування і в ювелірній практиці.
2. Балицький BC, Лісіцина Є.Є. Синтетичні аналоги і імітації природних дорогоцінних каменів. М., Недра, 1981. 158 с.
3. А. Банк Г.В. У світі самоцвітів. М., Мир, 1979. 160 с.
4. Барсанов ГОЛ., Яковлєва М.Є. Мінералогія яшм СРСР. М., Наука, 1978. 112 с.
5. Власов К.А., Кутукова ЕМ. Смарагдові копальні. М., Изд-во АН СРСР, 1960. 220 з.
6. Т. Жабін А.Г. Життя мінералів. М., Рад. Росія, 1976. 220 з.
7. Денискін Н.Д., Калінін Д.В., Казанцева Л.К. Благородні опали, їх синтез і генезис у природі. Новосибірськ, Наука, 1980. 65 с.
8. Киевленко Є.Я., Сенкевич М.М., Гаврилов О.М. Геологія родовищ дорогоцінних каменів. М., Недра, 1974. 328 с.
9. Мінерали Узбекистану. Т. 2. Ташкент, ФАН УзРСР. 1975. 335 с.
10. Мінералогія і кристалофізики ювелірних різновидів кремнезему. Під ред. В.Г. Балакірєв, Є.Я. Киевленко, Л.В. Микільська та ін М., Недра, 1979. 150 с.
11. Невєров О.В. Античні інталії в зборах Ермітажу. Л., Аврора, 1976. 156 с.
12. Орлов Ю.Л. Мінералогія алмазу. М., Наука, 1974. 224 с.
13. Платонов О.М. Природа забарвлення мінералів. Київ, Наукова думка, 1976. 764 с.
14. Савкевіч С.С. Янтар. Л., Надра, 1970. 260 с.
Глава 5. Як відрізнити природні ювелірні камені від їх синтетичних аналогів
Всі синтетичні матеріали, застосовувані в ювелірних цілях, можна розділити на дві групи: першу - синтетичні камені - аналоги природних ювелірних каменів і другу - нові синтетичні матеріали, що не мають аналогів серед природних каменів і імітують ювелірні камені іншого складу. Ідентифікація каменів другої групи грунтується на застосуванні методів діагностики, описаних вище з урахуванням їх властивостей. Ідентифікація каменів першої групи більш складна, оскільки склад і структура природних і синтетичних каменів цієї групи ідентичні. В даний час отримані і є на світовому ринку синтетичні корунди, шпінель, смарагд, кварц (у тому числі аметист і цитрин), бірюза, в меншій кількості олександрит, опали, корали та інУ зв'язку з отриманням синтетичних аналогів ряду природних ювелірних каменів гостро постало питання про методи їх відмінності. Зупинимося на деяких, найбільш поширених каменях.
Рубін і сапфір. Отримувані за методом Вернейля, рубін і сапфір в даний час найбільш широко застосовуються в ювелірних виробах камені. Вартість синтетичних корундів нижче природних в десятки і навіть сотні разів.
Основні фізичні властивості синтетичних корундів дуже близькі до природних (колектив авторів під керівництвом М. М. Классен-Неклюдова і Х. С. Багдасарова, 1974 р.). Щільність синтетичних корундів 3,992 г / см 3. Домішка хрому підвищує щільність до 4,013 г / см 3, а титану, кальцію та ряду інших елементів - знижує. Показники заломлення: 1,7681 - 1,7635, у високохромистого рубіна - до 1,7681 - 1,7801. Іноді в синтетичних корунду з'являється аномальна двуосность, пов'язана із залишковими внутрішніми напругами.
У спектрах поглинання синтетичних фіолетових, синіх і зелених сапфірів на відміну від природних відсутні деякі смуги поглинання (454, 467, 473 нм). Це можна виявити навіть у огранених каменів при досить нескладному дослідженні на спектрофотометрі СФ-18, оснащеному пристосуванням для запису спектрів поглинання огранених каменів.
Відмітна ознака синтетичних рубінів, отриманих при гідротермальної синтезі, - наявність в ІЧ-спектрах серії смуг поглинання в інтервалі 3000 - 3600 см - 1, викликаних гідроксильними групами.
Особливо важливо для розпізнавання синтетичних і природних рубінів і сапфірів (зокрема, огранованих) наявність включень, тріщин, каналів, характер розподілу забарвлення, двійникування, що виявляються при розгляді каменя під сильною лупою або при мікроскопічних дослідженнях. Для цієї мети застосовуються стереомікроскопи (МБС, "Джемолайт" та ін), з потужним освітленням - відбитим і проходять світлом. Для більшої чіткості зображення використовується вода, спирт або імерсійним рідини (монобромнафтален, йодистий метилен та ін.) Досліджуваний камінь опускають в рідину, налиту в склянку. Щоб зменшити випаровування рідини, склянку накривають склом. Так як показники заломлення імерсійної середовища і калію близькі, то останній стає повністю прозорим, що дозволяє добре розглянути його внутрішню будову.
Встановлено, що в природних рубінах (зокрема, в кристалах з Бірми і Шрі-Ланки) спостерігаються включення рутилу, окремі кристалики, колінчаті двійники або мікроскопічні паралельні тонкі голочки якого утворюють так званий "шовк", а розташовані під кутом 60 і 120 ° - "сітку". Рубіни Бірми, дуже багаті включеннями, містять також октаедричні кристали шпінелі, короткопрізматіческіе кристали апатиту, олівін, кальцит, жовтий сфалерит, сфен, мусковіт. У рубінах Шрі-Ланки можна побачити включення правильних кристалів циркону, часто оточених "плеохроічнимі двориками", гранатів, піриту, піротину, гематиту, апатиту, кальциту. У рубінах Таїланду рутил зустрічається досить рідко. Для них характерні альмандин, апатит, піротин, для рубінів Танзанії - апатит, графіт, піротин, паргасіт, шпінель, цоізит.
Іноді в природних рубінах спостерігаються рідкі та газово-рідкі включення, які заповнюють трубообразние канали і тріщини. Особливо поширені газово-рідкі включення, розташовані по тріщинах різноманітної форми і утворюють хитромудрі візерунки; в рубінах Таїланду тріщини і канали можуть бути також декоровані бурими включеннями оксидів і гідрооксидів заліза.
Ще одна відмінна особливість природних рубінів (зокрема, Бірми) - нерівномірне плямисте розподіл забарвлення. У зірчастих рубінах проявляється гексагональна зональність забарвлення. У ряді рубінів відзначається тонка тріщинуватість у вигляді паралельних смуг, пов'язана з двійникування.
У природних сапфірах, як і рубінах, найбільш часте тверде включення - рутил. Разом з тим в сапфірах Бірми відзначаються апатит, циркон, монацит, флогопіт, Фергюсон; Шрі-Ланки - гранат, шпінель, слюди, пірит, халькопірит, циркон, оточений "плеохроічнимі двориками"; Таїланду - плагіоклаз, колумбіт, піротин, халькопірит; Танзанії - циркон, апатит, графіт, піротин; Кашміру - рогова обманка, турмалін; Кампучії - червоний гатчетоліт, торує, польовий шпат.
Дуже характерна особливість природних сапфірів - велика кількість газово-рідких включень, що утворюють химерні візерунки, що нагадують стільники, сітки, відбитки пальців, і розташованих по віялоподібним, кулісообразно і неправильним тріщин. Іноді рідкі включення заповнюють трубообразние канали. У тріщинах і каналах можуть перебувати бурі оксиди і гідроксиди заліза.
Важливий діагностична ознака природних сапфірів - зональне і зонально-секторіально розподіл забарвлення у вигляді чергуються чітких паралельних смуг з різною інтенсивністю забарвлення, розташованих по одній прямій, під кутом 120 ° або по сторонах правильного гексагон.
Як і в рубінах, в природних сапфірах може спостерігатися двійникування. Дуже характерні для природних і синтетичних корундів так звані "вогняні знаки" - дрібні механічні тріщини біля ребер або в периферійних частинах фасет огранованих каменів, що виникають при обробці.
Синтетичні корунди, в тому числі рубіни і сапфіри, мають ряд загальних внутрішніх особливостей (мова йде перш за все про корунду, вирощених за методом М. А. Вернейля). Найбільш характерні для них газові включення різного розміру і форми (округлої, овальної, видовженої, веретеноподібної), одиночні і утворюють скупчення у вигляді плям, смуг, хмар. Такі бульбашки газу здаються темними в світлі, що, у відбитому ж світлі вони мають вигляд яскравих концентрично-зональних кілець.
Тверді включення до синтетичних корунду можуть бути представлені "непроплавамі" - непрореагіровавшіх частинками продуктів синтезу, пилом металів, що вводяться в корунд як легуючі присадки або випадково потрапляють з тиглів і нагрівачів. У зірчастих синтетичних корунду спостерігаються орієнтовані включення рутилу.
Хороший діагностична ознака синтетичних корундів - криволінійний розподіл забарвлення, пов'язане з отриманням їх за методом Вернейля. Кривизна смуг з різною інтенсивністю забарвлення може бути різною, і в дрібних каменях вона мало помітна.
Іноді в синтетичних корунду спостерігаються звили - текстури у вигляді потоків, обумовлені оптичної неоднорідністю каменю.
Діагностика по внутрішнім особливостям корундів, синтезованих гідротермальних методом, більш складна у зв'язку з тим, що в них можуть відзначатися включення і текстури, характерні для природних каменів. Однак уважне вивчення включень, форми і характер заповнення тріщин, наявність "запалів" та інші ознаки дозволяють вирішити це питання.
Визначити синтетичні корунди, що імітують алмази, александріти, смарагди, аквамарини, топази та ін, неважко, тому що їх основні фізичні властивості відрізняються від природних корундів. Серед рекомендованих методів діагностики в ряді випадків має значення визначення кольору люмінесценції. Наприклад, александрітоподобний синтетичний корунд на відміну від натурального александрита в ультрафіолетових променях світиться оранжево-коричневим кольором.
Шпінель. Синтетична шпінель може бути самої різної забарвлення, і тому вона імітує не тільки природну шпінель, але і алмаз, сапфіри, рубін, смарагд, аквамарин, гранати, турмалін, циркон, топаз, але все-таки є і деякі відмінності. Так, синтетична шпінель на відміну від природного характеризується досконалою спайність по кубу. У поляризованому світлі при схрещених Миколая у синтетичної шпінелі спостерігаються аномальне двопроменезаломлення, що виявляється "муаровим" згасанням, а також візерунки у вигляді тонких волосоподібних смуг, сіток або розмитого чорного хреста.
Під мікроскопом також видно неоднозначність природної та синтетичної шпінелі. Для природного шпінелі характерні включення октаедричних кристалів шпінелі, доломіт, голчастий сфен, альбіт, апатит. Синтетична шпінель, вирощена за методом Вернейля, як правило, не містить будь-яких включень. Тільки зрідка в ній спостерігаються овально витягнуті дрібні газові бульбашки. Криволінійна зональність забарвлення для синтетичної шпінелі менш характерна, ніж для вернейлевскіх корундів.
Смарагд. Уміння відрізнити природний смарагд від синтетичного має принципове значення. Справа не тільки у вартості (за кордоном природний кристал коштує в середньому в 2 - 3 рази більше синтетичного, в нашій країні - смарагди одного кольору і якості коштують однаково).
Смарагд вирощують двома основними методами: розчин-розплавленим і гідротермальним. Існують різні варіанти цих методів. Відповідно можливо і отримання різних властивостей. Щільність синтетичних смарагдів, вирощених розчин-расплавним методом, 2,64 - 2,67 г / см 3, вирощених гідротермальних, - 2,67 - 2,69 г / см 3, що в цілому дещо нижче щільності природних смарагдів.
Спектри поглинання синтетичних смарагдів відрізняються від природних наявністю двох смуг поглинання з максимумами 420, 425 або 430 - 440 нм. В ІЧ-спектрах поглинання в синтетичних смарагдах, отриманих розчин-расплавним методом, відсутня широка смуга поглинання в інтервалі 3000 - 4000 см - 1, що пояснюється присутністю води, а також відсутній характерна для природних і гідротермальних синтетичних смарагдів лінія поглинання при 2400 - 2500 см - 1, обумовлена двоокисом вуглецю.
Синтетичні смарагди часто люминесцируют в ультрафіолетових променях глибоким поступово посилюється червоним кольором, нетиповим для природних. Однак в останні роки стали вирощувати смарагди (П. Жильсон) з добавками заліза, які приглушують червону люмінесценцію. Під світлофільтром синтетичні смарагди на відміну від природних, стають яскраво-червоними.
Ряд відмінностей можна встановити, досліджуючи камінь під мікроскопом. Природні смарагди часто мають лаштунки-і віялоподібні або неправильної форми тріщини з газово-рідкими включеннями, що створює візерунок, званий ювелірами "садом". Газово-рідкі та тверді включення гідроксиди та оксидів заліза бурого кольору можуть заповнювати канали, орієнтовані паралельно осям. У смарагдах також зустрічаються включення актіноліта, тремоліта, флогопіту (в уральських і індійських), вуглисті непрозорі включення, кальцит, доломіт, біотит, молібденіт (у південноафриканських, Трансвааль), тремоліт, біотит, епідот, турмалін, рутил, апатит (в австрійських) . У природних смарагдах спостерігається прямолінійна зональна або зонально-секториальная забарвлення.
У синтетичних смарагдах іноді спостерігаються дзеркальні віялоподібні або неправильної форми тріщини, що виникають при обробці каменю. У синтетичних смарагдах, отриманих розчин-расплавним методом, відзначаються газові бульбашки, непроплавленних частинки шихти, фенакіт, ільменіт та ін Іноді в таких смарагдах спостерігається тонка зональність забарвлення, що відрізняється від природної.
У синтетичних смарагдах, вирощених гідротермальних методом, іноді зустрічаються газово-рідкі включення, металевий пил, ділянки затравки.
Бірюза. Ідентифікація бірюзи представляє особливу складність. Синтетична бірюза, отримана Жільсоном, має щільність 2,68 - 2,75 г / см 3, показник заломлення 1,61. Встановлено, що під мікроскопом у цій бірюзі видно темно-сині кутасті або сферичні, сплющено-овальні частинки, як би занурені в світліший субстрат, твердість якого, ймовірно, більш низька. Крапля розведеної соляної кислоти всмоктується природного бірюзою і скочується з синтетичної. Спектри відбиття синтетичної бірюзи в інтервалі 450 - 1300 см -1 відрізняються від спектрів природного, для неї характерні максимуми поглинання 1115, 1050, 1000 і 570 см -1 з більш згладженими з широкими піками.
Радянська синтетична бірюза повністю відповідає природного (за термічним властивостями, мікротвердості), однак щільність її 2,3 - 2,4 г / см 3, тобто знижена в порівнянні з природним.
Глава 6. Імітація дорогоцінних каменів з скла
Скло - найбільш дешевий і розповсюджений замінник дорогоцінних каменів. В кінці XVIII ст. Штрасе запропонував рецепт особливого свинцевого скла, вдало замінює дорогоцінні камені: 38,2% кремнезему, окису свинцю 53,0% і поташу 8,8%. Крім цього в суміш додавали буру, гліцерин і миш'яковистий кислоту. Цей сплав названий стразів. Для нього характерна висока дисперсія, він добре піддається ограновуванню. Таке скло використовувалося для імітації діамантів. Пізніше навчилися виготовляти кольорові стрази. Для одержання рубінового кольору в скляну масу додавали 0,1% кассіевого порфіру, сапфірового - 2,5% окису кобальту, смарагдового - 0,8% окису міді і 0,02% окису хрому. Були розроблені рецепти для отримання імітацій гранатів, аметистів, шпінелі.В даний час скла, що імітують дорогоцінне каміння, широко використовуються в ювелірних виробах.
Отже, хімічний склад і фізичні властивості синтетичних і відповідних їм природних каменів однакові. Однак синтетичні камені - це продукт праці людини, і виготовити їх можна скільки завгодно.
Ювелірні камені - прекрасне творіння природи і людини. Природа не поскупилася, створивши глибокий спокій соковито-зелених смарагдів, умиротворення синіх сапфірів, запал червоних рубінів, казкову або пристрасну мінливість білих і чорних опалів, ніжність рожевих і блакитних топазів, безмежне море квітів, відтінків, малюнків. Людина, вдихнувши в них свою душу, дбайливо, з любов'ю обробивши їх, додав їм завершеність, закінченість, перетворив їх на справжні витвори мистецтва, покликані нести людям радість, насолоду, натхнення, а не горе і сльози, не бути предметом наживи і збагачення, а свідченням багатства і величезної духовної мощі народу.
Що застосовуються в якості імітації скла можуть бути різної прозорості (прозорі, напівпрозорі, що просвічують в тонких відколах, непрозорі) і забарвлення. Фізичні властивості їх залежать від складу, в основному від вмісту свинцю. Показники заломлення прозорих стекол 1,44 - 1,77; твердість 5 - 7 за шкалою Мооса; щільність 2 - 4,5 г / см 3.
Скло ізотропні, але з часом у них може з'явитися оптична анізотропія. Дисперсія 0,010, у стеклах з великим вмістом свинцю може бути вище.
Скло можна відрізнити по присутності газових бульбашок різної форми, іноді звили, згустків барвників. Крім чисто скляних імітацій застосовують здвоєні (дублети) і строєні (триплети) камені, склеєні з скла і натурального каменю, з слабо-і густоокрашенних каменів, з природного і синтетичного каменю. Такі підробки чудово видно під лупою або мікроскопом: на поверхні склеювання спостерігаються бульбашки, розташовані в одній площині.
Скло (і пластичні маси) застосовують для імітації напівпрозорих і непрозорих каменів: бірюзи, хризопразу, сердоліку і ін Щільність і твердість їх невисокі.
Авантюриновий скло від авантюрину відрізняється фізичними властивостями, а також наявністю правильної трьох-або шестикутної формою включень мідної стружки.
Висновки.
З давніх часів людство захоплювалося дорогоцінними каменями, багато володарі світу хотіли володіти ними. Та ж ситуація збереглася і в наші дні. Багато конфліктів в Африці та Індокитаї своєю причиною мають перерозподіл сфер контролю над алмазоносними та іншими покладами дорогоцінних каменів. Зараз більшість видобутих дорогоцінних каменів використовується вже не у вигляді прикрас, не у вигляді ювелірних виробів, а для промислових потреб, для алмазів, наприклад, відсоток використання в промислових потребах становить близько 80%, і тільки близько 20% видобутих алмазів використовується в ювелірній промисловості. Тому з давніх часів вчені намагалися добувати і виготовляти штучні дорогоцінні камені, спочатку для цього використовували скло, різні види його. У ХІХ столітті перші роботи з отримання синтетичного каміння виконав відомий французький хімік Анрі Муассан, який в побудованих особисто печах при високих температурах провів серію експериментів з одержання синтетичних беріллов й корундів (смарагдів і рубінів), результати були невеликі. Муассану вдалося отримати тільки дрібні кристали каменів. Але ці спроби були лише початком. У ХХ столітті вдалося отримати безліч синтетичних каменів і їх кількість тільки зростає. Зараз більшість продаваних у роздрібних мережах ювелірних виробів містить саме синтетичні камені, а природні досить рідкісні і дорогі. Виготовлення синтетичних каменів дозволило населенню долучиться до краси каменю.Великі кількості синтетичних ювелірних каменів використовуються не в ювелірній промисловості, а в приладобудуванні, точної механіки, при виробництві годин, у мікроелектроніці.
З часом будуть розроблені нові види кристалів, які знайдуть своє застосування і в ювелірній практиці.
Список використаної літератури.
1. Андрєєв В.М. Ограновування самоцвітів. М., Росгазместпром, 1957. 172 с.2. Балицький BC, Лісіцина Є.Є. Синтетичні аналоги і імітації природних дорогоцінних каменів. М., Недра, 1981. 158 с.
3. А. Банк Г.В. У світі самоцвітів. М., Мир, 1979. 160 с.
4. Барсанов ГОЛ., Яковлєва М.Є. Мінералогія яшм СРСР. М., Наука, 1978. 112 с.
5. Власов К.А., Кутукова ЕМ. Смарагдові копальні. М., Изд-во АН СРСР, 1960. 220 з.
6. Т. Жабін А.Г. Життя мінералів. М., Рад. Росія, 1976. 220 з.
7. Денискін Н.Д., Калінін Д.В., Казанцева Л.К. Благородні опали, їх синтез і генезис у природі. Новосибірськ, Наука, 1980. 65 с.
8. Киевленко Є.Я., Сенкевич М.М., Гаврилов О.М. Геологія родовищ дорогоцінних каменів. М., Недра, 1974. 328 с.
9. Мінерали Узбекистану. Т. 2. Ташкент, ФАН УзРСР. 1975. 335 с.
10. Мінералогія і кристалофізики ювелірних різновидів кремнезему. Під ред. В.Г. Балакірєв, Є.Я. Киевленко, Л.В. Микільська та ін М., Недра, 1979. 150 с.
11. Невєров О.В. Античні інталії в зборах Ермітажу. Л., Аврора, 1976. 156 с.
12. Орлов Ю.Л. Мінералогія алмазу. М., Наука, 1974. 224 с.
13. Платонов О.М. Природа забарвлення мінералів. Київ, Наукова думка, 1976. 764 с.
14. Савкевіч С.С. Янтар. Л., Надра, 1970. 260 с.