Как получают искусственные сапфиры?
С развитием технологий человечество научилось ускоренными методами производить многое из того, на что природе нужны тысячелетия. Не стали исключением и драгоценные камни. Так как многие из природных минералов имеют не только ювелирную ценность, но и применяются в различных областях науки и производства, возможность получить кристалл с точно заданными характеристиками оказалась очень привлекательной. Не миновала сия судьба и корунды, известные большей части человечества как сапфиры. Как получают искусственный сапфир и можно ли отличить его от настоящего камня?
История
История искусственных корундов началась в 1904 году, когда Огюст Верней обнародовал метод получения искусственных минералов при помощи вертикальной горелки, потока воздуха и порошка глинозема. Что интересно, ученый совершил открытие намного раньше, но не стал сразу его обнародовать.
В дальнейшем учеными разных стран были запатентованы другие способы производства искусственных кристаллов. Большой вклад в развитие этих технологий внесли ученые из СССР. В институте кристаллографии Академии Наук СССР им. А.В. Шубникова был разработан способ выращивания корундов с заданными размером и направлением кристаллизации.
В середине ХХ века американской компанией «Линде» был запатентован способ выращивания искусственных сапфиров, обладающих эффектом астеризма.
Различные способы получения
Сегодня существует три самых распространённых метода выращивания кристаллов. Стоит сразу отметить, что они используются для получения не только корундов, но и других минералов, использующихся в ювелирном деле и промышленности.
Метод Вернейля
По принятым сейчас стандартам фамилия этого ученого читается как Вернее, но наименование метода уже прижилось. Суть метода в том, что под воздействием кислорода глиноземная смесь проходит через пламя, плавится и собирается на специальном штифте. После этого штифт снова помещают в пламя, и успевший застыть материал снова плавится, при этом образуются несколько кристаллов. Тот из них, который ориентирован в сторону самого быстрого роста, и становится затравкой для нового камня.
Кристаллы, выращенные таким образом, называются Були. Возможно, это связано с тем, что первые полученные образцы имели округлую форму.
Метод Чохральского
Основан на сильном нагревании вещества, из которого планируется вырастить кристалл в огнеупорном контейнере. После преодоления точки плавления, внутрь помещается затравка будущего кристалла, вокруг которой он начинает образовываться. Во время роста кристалла затравку постепенно поднимают вверх, одновременно вращая вокруг своей оси. В итоге получается узкий и довольно длинный кристалл.
Метод зоной плавки
Еще один способ, ставший в последнее время довольно популярным, это метод зоной плавки. Части контейнера с материалом для будущего камня последовательно нагревают. Благодаря этому растет кристалл.
Научились люди и изготавливать самые ценные сапфиры, звездчатые. Технология была разработана подразделением фирмы «Юнаон Карбайд Корпорейшн» и подразумевает добавление рутила в глинозёмную смесь. Контролировать размер и расположение рутиловых иголок можно, регулируя скорость потока кислорода, проходящего по сосуду с расплавом. Создание кристалла в этом случае осуществляется методом Вернейля.
Как отличить?
Несмотря на то, что современные искусственные сапфиры мало чем уступают природным, некоторые покупатели желают быть уверенными, что приобретают именно натуральный камень.
Существует несколько признаков, по которым можно определить происхождение корунда:
- Цена. Несмотря на то, что искусственные минералы имеют сравнительно высокую стоимость, она всё же намного ниже, чем стоимость природных корундов. Поэтому, если какое-то изделие стоит намного меньше, чем обычно стоят украшения с сапфирами, это искусственный камень. Главный недостаток метода в том, что он работает только в честных ювелирных магазинах
- Сертификат. У каждого камня, использованного в ювелирных целях, есть сертификат, в котором перечислены все манипуляции, которые с ним проводились. Если сапфир искусственный, то это тоже будет указано. Нежелание или неспособность продавца предоставить сертификат – признак того, что покупателю предлагают не природный камень. Причем речь может идти не только о искусственном сапфире, который драгоценным камнем все-таки является, а о более грубых подделках.
- Внешние данные. Как бы парадоксально это не звучало, но искусственные кристаллы намного красивее естественных. Современные технологии позволяют проконтролировать каждый момент роста камня и вырастить кристалл с точно заданными характеристиками. В них не бывает посторонних включений, которые встречаются абсолютно во всех природных сапфирах. Единственное, что может быть заметно в искусственном камне – пузырьки газа.
- Если говорить о кристаллах, обладающих эффектом астеризма, то у естественных звезда на поверхности будет перемещаться , у искусственных – нет. Подробнее о звездчатом сапфире →
- Поместить кристалл в емкость, наполненную водой, и поставить на белый лист. Направить освещение сбоку. Прямые полосы – натуральный , искривленные – искусственный.
- В ультрафиолетовых лучах натуральные кристаллы демонстрируют белые блики. У искусственно выращенных этот эффект отсутствует.
Справедливости ради стоит отметить, что искусственный сапфир, все-таки является сапфиром и по своему химическому составу, и по характеристикам. Большую проблему составляют попытки некоторых недобросовестных дельцов выдать за корунды другие, более дешевые ювелирные камни, стекляшки или своеобразные композитные кристаллы, называемые «дуплет» или «триплет». Это склеенные между собой куски природного сапфира (сверху) и стекла или более дешёвых кристаллов (снизу). Обнаружить подделку можно под лупой.
Искусственные корунды – полезный материал, использующийся не только в ювелирных украшениях, но и во многих производственных отраслях. Промышленными методами можно создать идеально чистые бесцветные сапфиры, с которыми хоть раз сталкивался каждый современных человек. Например, из них производят усиленные стекла для различных гаджетов или наручных часов. А цветные искусственные кристаллы весьма достойно смотрятся в различных ювелирных изделиях, при этом они доступны большинству покупателей. О сапфире →
Источник
Искусственный сапфир
Ювелиры давно научились растить минералы в лабораторных условиях, и сапфиры – не исключение. Искусственные сапфиры обладают идеальной структурой: без вкраплений, без примесей, без трещин и прочих дефектов, которыми могут обладать натуральные камни.
Кроме того, синтетические сапфиры будут стоить дешевле натуральных. Что, бесспорно, является большим плюсом в пользу приобретения искусственных прототипов.
Что такое искусственный сапфир
Важно понимать то, что, если сапфиры искусственные, это не значит, что они являются подделкой. Разница между натуральными сапфирами и синтетическими заключается лишь в способе их получения.
Натуральные – образовались естественным путём, а синтетические – специальными технологиями. При этом, каким бы путём не были получены кристаллы, они обладают идентичной минеральной структурой, с аналогичными химическими, физическими и оптическими свойствами.
Современные методы получения синтетических минералов позволяют уверенно получать кристаллы тех оттенков и насыщенности, которые необходимы. Таким образом, можно быстро отвечать на спрос того или иного оттенка на рынке драгоценных камней.
Минералы, выращенные в лаборатории называются синтетическими или гидротермальными, что сопровождается сокращением «гт» или «с» в документах камня.
Как отличить искусственный от настоящего
Как же отличить натуральный от искусственного, чтобы не обмануться в цене покупки? Мы уже говорили, что синтетические экземпляры близки по природным свойствам и выглядят также. Таким образом, очень сложно будет отличить камни на глаз.
Но отличия всё же есть. Во-первых, натуральные будут тверже прототипов. Во-вторых, сапфиры, выращенные в лаборатории, имеют отличную от природных экземпляров микроструктуру роста. В-третьих, визуально, синтетические камни более безупречны: их структура чиста, не имеет включений; цвет ровный.
Внимание! Недобросовестные поставщики искусственных сапфиров иногда намеренно способствуют образованию включений в структуре ненатурального самоцвета, чтобы выдать синтетический камень за органический. И, следовательно, продать его за более высокую цену.
При помощи рефрактометра
Рефрактометр – это прибор, позволяющий измерять степень преломления света. Мошенники умудряются выдавать такие минералы как танзаит, шпинель, кианит и турмалин за сапфиры. Настоящие представители класса обладают индексом рефракции равным 1,762-1,778. Отклонение даже на 0,1 будет указывать на подделку.
Увеличительное стекло
Специалист по минералам способен отличить искусственный сапфир от органическогоо при помощи увеличительного стекла. Для этого кристалл погружают в прозрачную посуду, заполненную раствором монобромнафталина, и кладут ёмкость на чистый белый лист или белую поверхность.
Рассматривая кристалл через увеличительное стекло, следует обратить внимание на характер включений в структуре минерала. У натуральных сапфиров включения будут видны в виде прямых линий. В искусственных —включения будут искривлены.
Внимание! На рынке драгоценных камней обнаружены самоцветы-дуплексы. То есть, одна часть минерала будет натуральной, а остальная – синтетической. Поэтому, рассматривая самоцвет под увеличительным стеклом, необходимо внимательно осмотреть камень со всех сторон. В месте соединений частей дуплекса можно будет заметить тонкую бороздку.
Ещё один отличительный признак — наличие беловатых бликов на поверхности камня. Блики синтетических камней, особенно в ультрафиолете, имеют зелёный оттенок.
Внимание! Говорят, что в настоящий момент мастера-синтетики улучшили технологию производства и современные лабораторные минералы лишены способности отсвечивать зелёным в УФ-свете.
Следующим признаком того, что перед вами синтетический сапфир, будет наличие пузырьковых включений. В натуральных камнях нет пузырьков. Однако в настоящее время существуют технологии, позволяющие получать беспузырьковые искусственные сапфиры.
Наличие астеризма не всегда будет указывать на то, что перед вами натуральный самоцвет. Технологии позволяют синтезировать сапфиры звездчатого эффекта. Однако при вращении такого самоцвета звезда не будет смещаться, а звезда натурального – будет как бы дрожать.
Заключение
Натуральные сапфиры высоко ценятся. Цена за один карат природного самоцвета будет составлять порядка нескольких сотен или тысяч долларов (в зависимости от свойств драгоценного камня.). При покупке натурального камня вам обязательно должны выдать соответствующий сертификат.
Источник
Методы производства искусственного сапфира
Наше предприятие «Ростокс-Н» занимается производством и обработкой искусственного сапфира для нужд науки и техники. Мы выращиваем монокристаллы, используя три метода кристаллизации из расплава: Степанова (EFG), Киропулоса и Чохральского. О них расскажем подробнее в нашей статье.
Производство синтетического сапфира методом Степанова (EFG)
С 1938 года с помощью этого метода получают множество профилей кристаллов металлов, полупроводников и диэлектриков постоянного сечения, а также изделий сложных форм. Благодаря тому что нужная форма кристалла достигается непосредственно в процессе кристаллизации, снижаются до минимума расходы на дополнительную обработку, что в итоге ускоряет и удешевляет процесс производства искусственного сапфира.
При росте кристалла расплав поступает из тигля по капиллярным каналам-фильерам специального формообразователя к его рабочей поверхности. Именно эти кромки задают контур тонкого слоя расплава (мениска), который находится между рабочим торцом формообразователя и межфазной границей. Каким будет поперечное сечение вытягиваемого кристалла, зависит от геометрии кромок. При достижении оптимальных условий теплового поля затравочный кристалл контактирует с жидким мениском. Расплав, поступая через капиллярный канал на поверхность формообразователя, кристаллизуясь, формирует профиль растущего кристалла, например, трубу, пластину и т. д.
высокая скорость выращивания;
длина кристаллов до 700 мм. 
Производство синтетического сапфира методом Киропулоса
Метод Киропулоса с 1926 года применяется для получения массивных монокристаллов 30-300 кг, используемых в оптических приборах и других отраслях промышленности. Производство синтетического сапфира по данной методике происходит в несколько этапов:
Затравка крепится в водоохлаждаемом кристаллодержателе и контактирует с расплавом, расположенным в тигле.
Рассчитанные параметры снижения температуры и скорости вытягивания приводят к разращиванию кристалла в виде полусферы непосредственно в тигле.
По мере роста кристалл расширяется до стенок тигля, после чего вместе с кристаллодержателем поднимается на несколько миллиметров. Далее кристалл снова растет до очередного разрастания до стенок тигля, последующего подъема и т. д.
Для уменьшения внутренних напряжений кристалл после окончания процесса выращивания отжигается в течение длительного времени непосредственно в ростовой установке.
В процессе производства методом Киропулоса диаметр монокристаллов может быть более 300 см. Фактически только размеры тигля задают конечный предел.
высокая чистота кристаллов (не хуже 99,995), что позволяет применять их как в лазерной оптике так и в микроэлектронике;
возможность изготовления кристаллов больших диаметров (более 300 мм).
На рис. а представлена схема установки для выращивания кристаллов; на рис. б — стадии роста.
Производство синтетического сапфира методом Чохральского
Создание метода датируется 1916 годом, когда профессор Ян Чохральский случайно обмакнул перо ручки в тигель с расплавом металла. Мгновенно вытащив перо, он обнаружил закристаллизовавшийся шарик.
В настоящее время методом Чохральского выращивают не только кристаллы металлов и полупроводников, но и ряд тугоплавких оксидов: сапфиры, рубины, некоторые разновидности корунда, гранаты и пр.
Одно из главных достоинств метода заключается в получении кристаллов с низким уровнем внутренних дефектов.
Монокристалл по методу Чохральского выращивается путем постепенного вытягивания из расплава. При этом температура расплава или постоянна, или меняется по определенному закону. Применяют индукционный или резистивный нагрев.
Современная установка для выращивания искусственного сапфира состоит из следующих элементов:
вольфрамовый или молибденовый тигель;
устройство для создания вакуума или инертного газа;
устройство для вращения и вытягивания кристалла;
механическая, оптическая или электронная система для регулирования процесса.
возможность введения легирующих добавок и получения цветных кристаллов;
получение кристаллов с низким уровнем внутренних дефектов.
В настоящий момент наша компания производит кристаллы методом Чохральского диаметром до 50 мм, длиной до 200 мм; Киропулоса весом до 100 кг (диаметром до 300 мм), а методом Степанова – кристаллы в форме лент, трубок и стержней длиной до 700 мм. В зависимости от ваших потребностей мы можем предложить кристаллы, произведенные разными способами. Для получения дополнительных консультаций вы можете обратиться к нашим экспертам: звоните +7 (496) 527-35-91 или напишите нам на электронную почту info @ rostox — n . ru .
Источник