Синтетический александрит
При солнечном свете камень приобретает зеленоватый оттенок, при искусственном — красноватый или фиолетовый. Эталонными считаются александриты из месторождения на Урале: на мировом рынке их называют «русскими».
Александриты добывают лишь в нескольких местах на планете, поэтому образцы ювелирного качества ценятся очень высоко. К счастью, человек давно научился создавать драгоценные камни не хуже природных. Синтетические александриты напоминают лучшие уральские экземпляры: чистые, яркие, с сильно выраженным реверсом.
История синтеза
Александрит — разновидность минерала хризоберилла. Первые попытки его синтеза были предприняты во второй половине XIX века: французский химик Жак Жозеф Эбельмен смог получить кристаллы хризоберилла размером 5-6 мм. Он же впервые синтезировал минеральное соединение, не имеющее аналогов в природе, но с оптическими свойствами александрита.
Чтобы получить синтетический хризоберилл, Эбельмен и его ученики прокаливали оксиды бериллия и алюминия в присутствии минерализаторов. Кристаллы получались небольшими, с многочисленными включениями флюса. Для ювелирных целей они не годились.
В середине ХХ века в США были предприняты попытки получить синтетический александрит из раствора в расплаве. Вначале кристаллы были мелкими, но к 1964 году удалось разработать метод синтеза, годящийся для применения в промышленных масштабах. В 1972 году американцы К. Клайн и Д. Паттерсон оформили патент на метод флюса из раствора в расплаве молибдата лития.
В 1970 году японская компания «Киосера» начала производство синтетических александритов, полученных методом Чохральского — вытягиванием кристалла из расплава. Они получили название «крезент-верт» и «инамори». Александриты «инамори» обладали эффектом кошачьего глаза — бегающим бликом на поверхности.
В настоящий момент александриты синтезируют методом зонной плавки и методом Чохральского. Полученные кристаллы используются как для ювелирных, так и для технических целей. Синтетические александриты лучшего качества получают методом Чохральского.
Как выращивают александриты
Для получения синтетических александритов используются низкокачественные природные камни. Измельченное сырье нагревается и расплавляется. Для получения нужного цвета в расплав вводятся оксиды ванадия и хрома.
Процесс синтеза осуществляется в специальной емкости, или тигле. Он должен выдерживать воздействие высоких температур, поэтому изготавливается из тугоплавких металлов — например, иридия. Этот металл платиновой группы стоит в 3 раза дороже золота, что влияет на итоговую себестоимость синтетических александритов: их нельзя назвать дешевыми, хоть они и дешевле природного аналога.
В процессе синтеза затравка из сапфира или другого камня, закрепленная на вертикальном стержне, помещается в расплав. Затем она постепенно поднимается, вращаясь и поворачиваясь, и «вытягивает» за собой часть расплава. Тот затвердевает, образуя кристалл александрита. Цикл повторяется неоднократно — до тех пор, пока не истощится расплав.
Химические свойства
Александрит — не только красивый, но чрезвычайно твердый камень. По шкале Мооса его твердость составляет 8.5 баллов. Это значит, что минерал практически не царапается, а украшения с ним можно носить каждый день.
Синтетический александрит имеет ту же твердость, что и природный. Его грани не стираются в процессе носки, остаются ровными и аккуратными. И если ювелирные украшения с дорогостоящим природным камнем носить каждый день может быть небезопасно, то с синтетическим — вполне.
Сравнение характеристик
При оценке александрита учитывается цвет, выраженность реверса, чистота, масса и качество огранки. Например, природные камни низкого качества и массой 3-5 карат
стоят на мировом рынке от 600 долларов за карат. Александриты той же массы, но отличного качества — от 17 тысяч долларов за карат и выше. Крупные камни оцениваются еще выше: рекорд — порядка 70 тысяч долларов за карат.
Синтетические александриты оцениваются по тем же характеристикам. Стоят — намного дешевле.
При дневном освещении александрит демонстрирует палитру оттенков от желто-зеленого до зеленого и голубовато-зеленого. Желтизна удешевляет камень. Самые ценные — александриты, которые под лучами естественного света становятся зелеными или голубовато-зелеными.
При искусственном свете камень приобретает красноватый цвет, иногда — с оранжевым или фиолетовым подтоном. Красный цвет без дополнительных оттенков — наиболее ценный.
Синтетические александриты имеют более чистые цвета, чем природные. Это обусловлено отсутствием примесей железа в кристалле. При дневном освещении они выглядят зелеными без желтого подтона, при вечернем — малиновыми. Некоторые камни к тому же демонстрируют эффект кошачьего глаза.
Стоимость природного александрита зависит и от того, насколько выражена смена цвета. Она бывает сильной, средней или слабой. Для синтетических александритов характерен сильный реверс: в этом они сравнимы с лучшими уральскими экземплярами.
Чистота
Большинство природных александритов имеют незначительные включения — одиночные точки, газово-жидкие вуали, микротрещины. Они не всегда заметны невооруженным глазом, но удешевляют камень.
Синтетические александриты, полученные методом Чохральского — очень чистые. Они почти не содержат включений.
Александриты RusGems выращены именно методом Чохральского по принципу рекристаллизации
Масса
Природные александриты обычно небольшие: на мировом рынке распространены камни массой менее 2-х карат. Более крупные экземпляры встречаются, но гораздо реже.
Метод Чохральского позволяет выращивать действительно большие кристаллы — как для ювелирных, так и для технических целей. Масса отдельных экземпляров достигает 0.5 кг и более.
Форма огранки
Для александрита важна форма и качество огранки: она должна подчеркивать цвет и оптические эффекты, свойственные камню. Наиболее популярны варианты:
Александриты с эффектом кошачьего глаза, а также непрозрачные камни обрабатывают кабошоном.
Александриты RusGems в разной огранке
Природные камни часто имеют не идеальную огранку: чтобы не отсекать слишком много материала, огранщик намеренно отступает от эталона — например, пропускает часть граней, или меняет углы их наклона. Это негативно сказывается на визуальном восприятии александрита, и снижает его ценность.
Синтетические камни имеют эталонную огранку. Мастеру нет нужды экономить на материале, а потому пропорции получаются точно выверенными.
Как отличить синтетический александрит от природного
Различия между синтетическим и природным александритом заметны под микроскопом. Геммологи ориентируются на количество и характер включений. Проще всего распознать камни, синтезированные методом Чохральского — они очень чистые. Кроме того, синтетические александриты демонстрируют более сильный реверс, а в ультрафиолетовом цвете флуоресцируют красным.
Камни с эффектом кошачьего глаза дают слабую флуоресценцию — оранжево-красную внутри, и бледно-желтую на поверхности. Их также различают при помощи микроскопа. В синтетических александритах преобладают тонкие пылеватые частицы, в природных — трубчатые и игольчатые включения.
Как отличить синтетический александрит от имитации
Существует миф о том, что в советское время продавалось огромное количество ювелирных украшений с александритами. В качестве вставок использовались уральские драгоценные камни, и стоили они сущие копейки. К сожалению, это не так: камни были не натуральными, не с Урала, и не александритами.
В ювелирном деле используется несколько имитаций с эффектом смены цвета:
- синтетические корунды;
- синтетическая шпинель;
- дублеты;
- фианиты;
- наноситалы.
Синтетический корунд — наиболее удачная имитация. Кристалл, окрашенный ванадием, при дневном свете становится бледно-зеленым, а при искусственном — розовым. Его можно распознать по цветовой палитре, включениям в виде пузырьков, а также узкой четкой линии в синей области спектра.
Синтетическая шпинель использовалась для имитации александритов в СССР. Ее отличают с помощью рефрактометра. Для шпинели характерно отсутствие двупреломления, существенно более низкий показатель преломления, а также менее разнообразная и правдоподобная гамма.
Дублеты изготавливают из граната и стекла. Гранатовая верхняя часть имитирует красноту александрита, стеклянная — зелень. Они отличаются от оригинала по твердости и другим физическим свойствам, а также уступают по степени блеска.
Фианиты имеют почти в два раза большую плотность, чем александриты. В синтетических кристаллах под микроскопом будут заметны включения и линии роста, в искусственных фианитах и наноситалах — нет.
Синтетический александрит — лучше или хуже оригинала?
Главное преимущество синтетического александрита перед природным — цена. Хотя из-за высокой себестоимости производства его нельзя назвать совсем дешевым, все же он гораздо дешевле оригинала. Визуально камень неотличим: чтобы увидеть различия, нужен микроскоп.
Александрит, синтезированный методом Чохральского, имеет чистые и яркие цвета. Он демонстрирует сильный реверс: превращается из красного в зеленый при смене освещения, и наоборот. Природные камни со столь же выраженным эффектом смены цвета встречаются редко.
Синтетический александрит практичен. Если вам нравится этот удивительный камень, украшения с ним можно носить каждый день, не слишком переживая из-за возможной потери. Украшения с природными александритами, стоящие баснословных денег, скорее всего, будут большую часть времени лежать в шкатулке.
Источник
Имитации и синтетические аналоги александрита
Как и обещала, в этой статье попробую более подробно раскрыть тему «Имитации и синтетические аналоги александрита»
Чтобы понять кардинальную разницу между натуральным александритом и его аналагами и имитациями, попробуем выяснить суть его уникальной способности и свойства менять цвет.
Что вызывает изменение цвета у александритов?
Александрит — трихроичный драгоценный камень, который может поглощать и отражать свет по-разному по каждой из его трех оптических осей. Однако, вовсе не трихроизм ответственен за столь замечательное свойство александритов. Изменение цвета — результат присутствия ионов хрома +3 и способ, которым они встроены в кристаллическую решетку. В рубинах линия спектра поглощения для ионов хрома +3 соответсвует длине волны приблизительно 550 нанометров, а в изумрудах, соответственно — приблизительно 600 нм. В александрите же длина волны линии поглощения иона хрома +3 соответствует приблизительно 580 нм. То есть практически посередине между красным рубином и зеленым изумрудом!. Дневной свет поляризуется с преобладанием синего и зеленого цвета, соответственно и александрит выглядит зеленым. В искуственном свете преобладаеющая поляризация — красная, и александрит под лампой или свечой выглядит красным.
Если же для осмотра александрита используется смешанный источник света, например — подсветка его фонарем при дневном свете, то камень покажет смешанную окраску. Очень важно знать, что современные люминесцентные лампы дневного света дают смешанное освещение с некоторым преобладанием спектра дневного цвета. По таким освещением проявления александритового эффекта практически не наблюдаются.
Искуственное освещение Смешанное освещение Естественный дневной цвет
А теперь немного о терминологии.
Имитациями природных драгоценных камней называются изделия, лишь похожие на них внешне – это могут быть как искусственно созданные материалы, так и дешевые природные или синтетические минералы-заменители. Грубо говоря, имитации – это подделки под природный камень.
Синтетические аналоги – искусственно выращенные минералы, соответствующие природным камням по химическому составу и большинству физических и оптических характеристик, (а иногда и слегка превосходящие их в этом). Синтетический аналог – тот же самый минерал, только не созданный природой, а выращенный «в пробирке».
Несколько особняком стоят «облагороженные» камни – природные образования, чьи «потребительские» свойства, в частности цвет, усилены или изменены нагреванием, рентгеновским облучением, пропиткой красителями, полимерами и т.п. «Облагороженных» александритов на рынке пока не наблюдается, но, зачастую, бледному зеленовато-желтому цимофану с помощью интенсивного гамма-облучения придают густую медово-коричневую окраску.
В конце XIX – начале XX веков в промышленных масштабах был искусственно получен синтетический корунд (Al2O3), который довольно скоро стал использоваться как заменитель-аналог природного рубина и сапфира в недорогих ювелирных украшениях и бижутерии. Примесь ванадия и титана при производстве синтетического корунда придавала ему александритовый эффект с интенсивным реверсом от слабого голубовато-зеленовато-серого до насыщенного красно-фиолетового, пурпурного (аметистового) цвета. Это наиболее распространенная имитация природного александрита. Также в середине XX века для целей имитации александрита были использованы некоторые разновидности синтетических шпинелей.
Технические имитации александрита обычно представлены дублетом, в котором верхняя часть сложена темно-красным камнем – обычно гранатом-альмандином или пиропом, а нижняя – дешевым зеленым камнем или стеклом.
Первые сведения о лабораторном получении синтетического аналога хризоберилла-александрита датируются второй половиной XIX века. П.А. Чирвинский в своем классическом труде «Искуственный синтез минералов в XIX столетии» упоминает о том, что Жак Жозеф Эбельмен в 1851 году получил синтетический хризоберилл в кристаллах размером до 5–6 мм. Им же получен искусственный фенакит и не имеющее природных аналогов соединение окислов бериллия и хрома очень точно имитирующее оптические свойства александрита и отличающееся от него только химическим составом (окисел хрома вместо окисла алюминия).
Искусственно синтезировали хризоберилл также А. Сен-Клер Девиль и Карон в 1858 году и П. Отдейль и А. Пери в 1888 году.
А. Лакруа в 1887 году в «Заметке о способах получения корунда» пишет, что он сумел искусственно получить иглоподобные кристаллы ромбической сингонии, состоящие из окислов бериллия и алюминия (хризобериллового состава). Далее он упоминает, что прибавка хлорида хрома к исходной смеси для выращивания придавала кристаллам зеленую окраску, которая «исчезала при исследовании в искусственном свете, подобно тому, как это наблюдается у разновидности хризоберилла – александрита».
В середине XX века выращивание синтетического александрита методом «из раствора в расплаве» производилось Е. Фаррелом и Дж. Фангом в Массачутетском технологическом институте, но величина плохо образованных кристаллов александрита достигала при этом не более 3 мм. Чуть позже В.Боннер и Л. Ван-Эйтерт из лаборатории фирмы «Белл» этим же методом вырастили кристаллы александрита размером до 4,4 см.
Промышленный метод синтеза хризоберилла-александрита методом флюса из раствора в расплаве молибдата лития разработан в 1964 году в США. Производство синтетического сырья по этому методу, запатентованному К. Клайном и Д. Паттерсоном, в промышленных масштабах начато в 1972 году лабораторией фирмы «Криэйтив кристалс» в г. Сен-Рамон, Дэнвилл, Калифорния.
Суть запатентованного способа заключается в медленном охлаждении раствора ВеО и Аl2О3 в плавне Li2O+MoO3 от температуры 1200°С со скоростью 1°С/час. Окись бериллия и глинозем составляют около 4% массы расплава, а окись железа (Fe2О3) и хрома (Сг2О3) – около 1%. Фактически содержание железа варьируется от 0,7 до 2,8%, а хрома – от 0,001 до 0,5%. В качестве затравочных кристаллов используются природные или синтетические хризобериллы, которые помещают в платиновую рамку и опускают в расплав перед началом охлаждения. Рост продолжается от 7 до 9 недель, затем кристаллы разрезаются для отделения александрита от затравки. Таким способом получают наиболее красивые синтетические александриты пригодные для ювелирных целей и он остается одним из ведущих до настоящего времени.
Наиболее крупные кристаллы получают методом Чохральского – вытягиванием кристалла из расплава. Производство синтетического александрита этим методом производится с 1970 году японской фирмой «Киосера» («Kyoto Ceramics Co.»). Ее продукция поступала на рынок под названиями «инамори» и «крезент-верт». Синтетический александрит-инамори обладает эффектом кошачьего глаза, его реверс от зеленовато-желтого при дневном свете до красно-фиолетового – при искуственном освещении. Японская же фирма «Сейко» с 1980 года синтезирует александрит методом зонной плавки.
Синтетический александрит Чохральского Синтетический александрит, выращенный во флюсе
Благодаря своим особенным оптическим и физическим свойствам, александрит ценится не только как драгоценный камень, но и как технический материал, особенно в квантовой электронике, в частности, – в производстве лазеров с плавным изменением длин волн излучения в диапазонах 700–815 нм. Они могут использоваться для спектроскопии, отжига полупроводников, в атмосферных лидарах, дальномерах, при обработке твердых материалов, в медицине. Особенно широкое применение перестраиваемые александритовые лазеры нашли сейчас в медицинской косметологии и микрохирургии глаза. В силу высокой чистоты и относительной дешевизны по сравнению с природным камнем, синтетический александрит незаменим в качестве материала высоких технологий.
В 2003 году в Университете Рочестера в Нью-Йорке разработан революционный способ регулируемого изменения скорости света при помощи кристалла александрита и двух твердотельных лазеров, один из которых является перестраиваемым (александритовым). При «стандартной» скорости света в вакууме в 300 тысяч км в секунду, ученым удавалось снижать ее до 91 метра в секунду, а также значительно ускорять свет. Данная методика (авторы Мэтью Биджелоу и др.), в отличие от предыдущих, работоспособна при комнатных температурах и не требует дорогостоящего охлаждающего оборудования, она может положить начало новой эры в средствах передачи и обмена данными в компьютерной технике и уникальных исследованиях в области квантовой и релятивистской механики.
В России с 1980 года лабораторией № 6 Конструкторско-технологического института монокристаллов (г. Новосибирск) налажено производство качественного синтетического александрита методами флюса (методика Г. Букина), Чохральского, зонной плавки и гидротермального синтеза. Выращенный здесь синтетический александрит пригоден как для технических, так и для ювелирных целей, а вес отдельных выращенных методом Чохральского кристаллов достигает полукилограмма.
Стоимость ограненных вставок из синтетического аналога александрита составляет от 50 до 200 долларов за карат (1/5 грамма), т.е. после искусственных ювелирных алмазов – это самые дорогостоящие синтетические драгоценные камни.
Синтетические аналоги соответствут природному алесандриту по химической формуле и большинству физико-оптических свойств. Тем не менее, природный александрит остается непревзойденным как по красоте, так и по стоимости.
Как бы мы не относились к синтетическим самоцветам, они являются реалией нашего времени и порой реализуют детские мечты за меньшие средства приобрести подобие любимого камня.
В заключение очень хочется привести пространную цитату из «Очерков» Д.Н. Мамина-Сибиряка (1884 г.), который в одном абзаце сумел высказать отношение к натуральному и синтетическому камню и даже сделать вполне сбывшийся прогноз на будущее:
«В общем можно сказать только то, что время камней как бы миновало, и наши бабушки лучше понимали немой язык самоцветов, чем внучки. В будущем, когда заиграет дешёвый поддельный камень, вероятно, люди окончательно освободятся от этой страсти украшать себя самоцветами, как не украшают себя сейчас простым стеклом, что ещё в моде у дикарей, не познакомившихся со стеклянными фабриками. Мы думаем, что самородный самоцвет останется ценностью всегда, только как предмет для минералогических коллекций да для тех неисправимых любителей, которые не променяют его ни на какое ухищрение новейшей техники. Для таких любителей драгоценный камень не мёртвый минерал, а что-то живое, одарённое живыми свойствами. В самом деле, около самоцвета не даром же вырос этот лес суеверия, поэзии и религиозных уподоблений. В камне есть своя жизнь, тёмная и неисследованная, проявляющаяся в форме кристаллизации, в сопутствии известным горным породам, в антипатии к другим, в отношениях к свету, электричеству и химическим реагентам. Именно эта кристаллическая форма встала на границе, отделяющей органическую природу от мёртвой материи, и человеческий глаз пытливо ищет здесь ответа своим внутренним свойствам, запросам и тёмным органическим движениям. Мёртвая земля смотрит на человека этими цветными глазами, говорящими о тайниках скрытой в ней жизни. Это «последняя улыбка» цепенеющей в мёртвом холоде неорганизованной природы».
Источник