4.4. Синтетические ювелирные камни

4.4.1. Классификация синтетических ювелирных камней

В настоящее время синтетические ювелирные камни классифицируются по следующим четырём группам.

1. Аналоги природных ювелирных камней – алмаз, корунд, шпинель, кварц, опал, александрит, изумруд, сподумен, малахит, бирюза, фенакит.

2. Не имеющие природных аналогов – фианит, иттрий-алюминиевый гранат (ИАГ), гадолиний-галиевый гранат (ГГГ), оксид иттрия, титанат стронция (фабулит), ниобат лития, ниобат бария, ниобат натрия, танталат лития и др.

3. Имеющие природные ювелирные аналоги, применяемые как имитации ювелирных камней, – муассонит, бромеллит, периклаз, цинкит, рутил и др.

4. Группа материалов, имеющих названия, аналогичные традиционным ювелирным камням, но не соответствующая им по составу, структуре или свойствам, – бирюза, лазурит, коралл и др.

4.4.2. Методы искусственного выращивания ювелирных камней

В настоящее время существует ряд методов искусственного выращивания ювелирных камней.

1. Синтез кристаллов из расплава. При этом методе кристаллизация камня происходит при охлаждении расплавленных веществ.

М

Рис. 4.3. Схема установки

Для выращивания кристаллов по методу Вернейля етод Вернейля

етод Вернейля. Впервые в промышленных целях применён для искусственного выращивания рубинов в 1905 году, шпинели и сапфиров в 1910 году. Сейчас также используется для синтеза рутила (с 1948 года), титаната стронция (с 1955 года) и других камней. Диаметр синтезируемых кристаллов до 20 мм, длина 50–80 мм.

Заключается в расплавлении порошка оксида алюминия в пламени, стекании полученного расплава на кристаллоносец из спечённого корунда (рис. 4.3). На кристаллоносце образуется шарик расплава. Стержень кристаллоносца постепенно опускается, при этом «булька» кристалла постоянно растёт за счёт стекания расплава. Добавлением примесей (ионов металлов) добиваются получения широкого спектра окрасок синтетических корундов.

Метод Чохральского. В расплав помещают затравку, расположенную на вытяжном валу. Вал с затравкой постепенно медленно поднимают вверх с одновременным вращением (рис. 4.4). Диаметр синтезируемых кристаллов до 50 мм, длина до 1 м. Этим методом выращивают ИАГ (с 1968 года), ГГГ (с 1975 года), корунд, шпинель, хризоберилл, ниобат лития и др.

Рис. 4.4. Схема установки

Для выращивания кристаллов по методу Чохральского

Метод зонной плавки. Применяется для синтеза ИАГ, корунда и др. камней.

С помощью нагревательного механизма расплавляется небольшая область («зона»), а затем нагреватель перемещается вдоль образца, в связи с чем происходит последовательный рост монокристалла.

Метод гарнисажа, или прямого высокочастотного плавления в холодном контейнере. Использован для получения стабилизированного кубического оксида циркония и гафния – фианита. При его кристаллизации в качестве своеобразных стенок тигля используется кристаллическая оболочка самого полученного вещества.

2. Синтез кристаллов из раствора в расплаве флюсов (флюсовый метод). Осуществляется при высоких давлениях способом обратного температурного перепада, либо в изотермических условиях за счёт испарения расплава. Этим методом получают алмаз, изумруд, хризоберилл, шпинель и др.

3. Гидротермальный метод применяется при изготовлении кварца, изумруда, корунда и др.

Кристаллы выращиваются в автоклавах на затравочных пластинках из растворов при высоких температурах и давлениях.

При более низких температурах (около 180°С) из гидротермальных слабощелочных растворов выращивают малахит.

Концентрированием растворов получают сферические частицы кремнезёма. При последующем длительном остывании или их центрифугировании и тепловой обработке получают опалесцирующие опалы.

4. Метод газотранспортных реакций. Осуществляется в контейнерах из жаропрочных сплавов в условиях перепада высоких температур. Использован для получения из газовой фазы хризоберилла, фенакита и др. камней.

Существуют и промышленно используются также и другие методы получения драгоценных камней.