4.4.4. Некоторые синтетические камни

Корунды (Al₂O₃). Год рождения синтетического рубина – 1905.

Основные физические свойства синтетических корундов весьма близки к свойствам природных. Плотность 3,992 г/см³. Примесь хрома повышает плотность до 4,013 г/см³, а титана, кальция и других металлов понижает. Показатель преломления 1,7681–1,7635, у высокохромистого рубина до 1,7801. Двупреломление 0,0082. Иногда в синтетических корундах появляется аномальная двуосность, связанная с остаточными внутренними напряжениями.

В спектрах поглощения синтетических фиолетовых, синих и зелёных сапфиров в отличие от природных отсутствуют некоторые полосы поглощения (454, 467, 473 нм).

Синтетические корунды, в том числе рубины и сапфиры, обладают рядом внутренних особенностей. Для них наиболее характерны газовые включения различного размера и формы как одиночные, так и образующие скопления в виде пятен, полос, облаков. Такие пузырьки газа кажутся тёмными в проходящем свете, в отражённом же свете они имеют вид ярких концентрически-зональных колец. Твёрдые включения в синтетических корундах могут быть представлены «непроплавами» – непрореагировавшими частичками продуктов синтеза, пылью металлов, вводимых в корунд в качестве легирующих присадок. В звёздчатых синтетических корундах наблюдаются ориентированные включения рутила.

Шпинель (MgAl₂O₄). Синтетическая шпинель имеет твёрдость по шкале Мооса 8, плотность 3,59–3,61 г/см³, показатель преломления 1,722–1,727. В ультрафиолетовых лучах инертна (розовая шпинель) или чаще люминесцирует:

- бесцветная шпинель – беловатым (365 нм), голубовато-белым (254 нм) цветом;

- голубая шпинель – красным (365 нм), тускло-красным, голубовато-белым, оранжевым (254 нм) цветом;

- жёлтая шпинель – светло-зелёным цветом;

- зелёная шпинель – красным (365 нм), молочно-белым (254 нм) цветом и т.д.

Синтетическая шпинель может быть самой различной окраски, и поэтому она имитирует не только природную шпинель, но и алмаз, сапфир, рубин. Изумруд, аквамарин, гранаты, турмалин, циркон, топаз, лунный камень и др.

Свойства природной и синтетической шпинели близки, но есть и отличия. Так, синтетическая шпинель характеризуется совершенной спайностью по кубу. В поляризованном свете у неё наблюдается аномальное двупреломление, проявляющееся «муаровым» угасанием, а также узоры в виде тонких волосовидных полос, сеток или размытого чёрного креста.

Изумруд (Al₂Be₃[Si₆O₁₈]). Впервые синтетический изумруд получен в 1848 году во Франции, но коммерческого значения не имел. Свойства синтетических изумрудов весьма близки к свойствам природных камней. Изумруд, выращенный из раствора в расплаве, имеет показатель преломления 1,556–1,567, двупреломление 0,003–0,004. Плотность 2,64–2,65 г/см³. Для него характерны красный цвет под фильтром Челси и в ультрафиолетовых лучах; наличие включений флюса и типичных вуалеобразных трещин; поглощение в видимой области с максимумами при 420–425 и 450–455 нм; отсутствие в инфракрасных спектрах полос поглощения воды.

У гидротермального изумруда показатель преломления 1,571–1,578, двупреломление 0,005–0,007. Плотность 2,67–2,69 г/см³. Окраска и физические свойства таких изумрудов ещё ближе к природным. Только мелкие чёрные и бурые непрозрачные включения, характерное блочное строение, поглощение в области 430, 450 нм и интенсивное поглощение в красной области позволяет отличить эти изумруды от природных.

В настоящее время искусственно выращиваются и другие разновидности берилла, окрашенные в голубой, розовый и иные цвета.

Фианит (Zr, Hf)O₂. В 1970–1972 годах Физический институт им. П.Н. Лебедева АН СССР (ФИАН) разработал способ изготовления нового синтетического материала на основе кубической модификации оксида циркония и гафния – фианита. Он обладает хорошей огнеупорностью и химической стой-костью, высокой степенью прозрачности. Температура плавления 2600–2750°С, твёрдость по шкале Мооса 8, плотность 5,5–5,9 г/см³, показатель преломления приближается к таковому у алмаза – 2,15–2,18. Дисперсия 0,059–0,065. По химическому составу фианит – это оксид церия, стабилизированный добавками редкоземельных элементов – эрбия, церия, неодима или кобальта, ванадия, хрома, железа. Кристаллы образуются из расплавленной массы элементов, входящих в его состав. Можно получить кристаллы фианита массой до 250 г. Окраска и плотность определяются химическим составом. Небольшие количества примесей перечисленных элементов придают фианитам разнообразный цвет и оттенки: красный, розовый, фиолетовый, голубой, жёлтый, белый и др. (кроме изумрудного). По цветовой гамме фианит может соперничать с аметистом, гранатом, цирконом. Высокий показатель преломления и большая дисперсия создают особую игру света при различных условиях освещения. Эти свойства в сочетании с разнообразной окраской позволяют имитировать природные драгоценные камни, а также создавать новые, оригинальные по окраске. В ультрафиолетовых лучах фианит в зависимости от примесей может люминесцировать голубым, жёлтым, фиолетовым и другими цветами.

Обрабатывать фианит можно только в определённых направлениях кристалла. Он довольно сложен в обработке, легко растрескивается и крошится. Выход сырья при огранке обычно не превышает 15%. При огранке высота нижней части камня (павильона) должна быть более глубокой, чем у бриллианта, что улучшает его «игру», а коронка более плоской. Грани фианитов слегка закруглены, что служит дополнительным отличием этих камней от бриллиантов.

Подобный фианиту материал для имитации драгоценных камней выпускают и за рубежом. В США – диамонеск, в Швейцарии – джевалит, в Австрии – под названием цирконий по советской лицензии.

Алмаз (С). В 1938 году советский физик О.И. Лейпунский провёл теоретический анализ условий образования алмаза из графита и определил области стабильного существования алмаза. Им была изучена диаграмма состояния алмаз-графит, которая явилась основой для научного решения проблемы создания синтетических алмазов. Однако впервые синтезировали алмаз в США в 1953 году.

В СССР алмаз был получен в 1960 году Институтом физики высоких давлений АН СССР. В 1961 году в Институте сверхтвёрдых материалов АН УССР была отработана промышленная технология синтеза алмазов. Процесс осуществляется при температуре 1800–2500°С и давлении более 50×10² МПа в присутствии катализаторов – Ca, Ni, Fe, Mn и других металлов.

В настоящее время используются и другие методы синтеза искусственных алмазов.

Бирюза (CuAl₆[PO₄]₄(OH)₅×5H₂O). Первые сообщения о получении синтетической бирюзы полного аналога природной принадлежат М. Гофману (1927 год). Однако у технического сообщества есть сомнения относительно идентичности структуры камня.

В 1972 году Пьер Жильсон синтезировал бирюзу, являющуюся полным аналогом природной. Признаками, позволяющими отличить подобную бирюзу от природной, являются несколько заниженная плотность (2,7 г/см³) и характерная структура поверхности, наблюдаемая под микроскопом. Эта структура обусловлена наличием угловатых голубых частиц, распределённых в беловатой основной массе (в природной бирюзе иногда можно заметить тёмно-синие диски на более светлом фоне).

Капля разбавленной соляной кислоты впитывается природной бирюзой и скатывается с синтетической^. Спектры отражения синтетической бирюзы в интервале 450–1300 см^–1 отличаются от спектров природной. Для неё характерны максимумы поглощения 1115, 1050, 1000 и 570 см^–1 с более сглаженными широкими пиками.

Необработанная бирюза Жильсона стоит примерно в пять раз ниже высококачественной природной. В зависимости от качества бирюза умеренно синего («Клеопатра») и интенсивно синего («Фарах») цвета оценивается от 140 до 800 долларов за килограмм.

Синтетическая бирюза, практически не отличимая от природной, была также получена и в СССР.

Опал (SiO₂ × nH₂O). Синтетические опалы на кремнезёмной связке (самые близкие к природным) впервые получены в 1972 году П. Жильсоном. Они почти не отличимы от природных. Цвет опалов Жильсона молочный и чёрный. Опалесценция и её рисунок также близки к природным. Плотность 2,03 г/см³; показатель преломления 1,44; твёрдость по шкале Мооса 4,5, что несколько ниже, чем у природного опала. Синтетические опалы, в отличие от природных, легко прилипают к языку.

К диагностическим признакам синтетического опала можно отнести:

- их равномерно зернистую мозаичную структуру, наблюдаемую в горизонтальной плоскости; и столбчатую, волокнистую – в вертикальном разрезе;

- зональное строение цветовых участков, а также большую прозрачность, полосчатость; слагающие их блоки создают эффект «шкуры ящерицы».

Синтетические опалы отличаются от природных упаковкой частиц, которую можно установить при электронно-микроскопи-ческих исследованиях.

Синтетические опалы выращивали и в СССР.

Малахит (Cu₂(OH)₂CO₃). Прекрасного зелёного цвета с тонкослоистым рисунком малахит производится в СНГ, Канаде и ряде других стран. Изделия из него уже соперничают с изделиями из природного малахита.

Вопросы для самопроверки

1. Какие виды стекла обычно используются для имитации драгоценных камней?

2. Что такое дуплеты и триплеты?

3. Какие способы имитации жемчуга вам известны?

4. Как производят культивированный жемчуг?

5. Как отличить природный жемчуг от культивированного?

6. Назовите основные методы искусственного выращивания ювелирных камней.

7. Какие отличия натуральных драгоценных камней от их синтетических аналогов Вам известны?

********************************