Как зарабатывать на искусственно выращенных камнях. Выращивание драгоценных камней в домашних условиях. Метод Вернейля Как делают драгоценные камни

Выращивание кристаллов рубина в домашних условиях доступно для всех желающих. Для работ не потребуется оборудованная лаборатория, получение теоретических и практических знаний в области минералогии, покупка специальных химических реактивов. Все необходимое найдётся на кухне.

Домашнее экспериментирование

Начинать выращивание рубинов советуют с небольших объёмов. Сначала приобретается опыт, понимается весь процесс, а затем уже начинается непосредственная систематическая работа. Синтетическое создание собственных рук не будет уступать в красоте и привлекательности природным минералам. Камни пользуются спросом у ювелиров, поэтому удачный опыт может принести дополнительный доход, если найти рынок сбыта.

Способов выращивания несколько. Советуют попробовать все варианты, затем остановиться на понравившемся.

Искусственные драгоценные породы, созданные человеком, по химическому содержанию и физическим свойствам не отличаются от натуральных. Преимущество домашних технологий в том, что они позволяют создать идеально чистые породы. В природе такое случается крайне редко. Ювелирные качества лабораторных образцов довольно хорошие. Другой плюс минерала – стоимость. Камни дешевле, чем их оригиналы, зарождающиеся в глубоких шахтах.

Органические соли

Вырастить кристалл рубина легко из различных солей:

медного купороса;
алюмокалиевые квасцы;
обычная соль.

Самый длительный процесс на основе соли, самые красивые образцы получают из купороса. Производство кристаллов рубина строится по следующим этапам:

Подготовка ёмкости. Она должна держать соль и насыщенный водно-солевой раствор. Берут горячую воду. Процесс постепенный. Две столовые ложки разводят водой, тщательно перемешивают. Затем добавляется соль и перемешивается. осыпать нужно до тех пор, пока соль не перестанет растворяться. Для соблюдения пропорций берут подсказку: таблицу растворимости разных солей в 100 мл воды, их взаимосвязь с температурой жидкости.
Фильтрация раствора. Раствор должен быть чистым. Грязевые примеси испортят структуру камня. В нём будут видны дефекты. Раствор остаётся на 24 часа. За этот период на дне ёмкости образуются кристаллы. Они станут основой рубина.
Рост искусственного минерала. К образовавшемуся на дне стакана камню привязывается леска. Она наматывается на карандаш или деревянную палочку. Приспособление устанавливается на ёмкости. Кристалл находится в растворе, в подвешенном состоянии. Вода имеет свойство испаряться, насыщенный солевой раствор выделяет излишки, которые закрепляются на получаемом образце.
Добавление раствора соли. Воды всегда нужно определённое количество, если её станет мало, кристалл перестанет расти. При нормальной комнатной температуре добавление воды проходит один раз в 2 недели.

Для получения рубинов в домашних условиях придётся ждать примерно 3 месяца. Затем камень освобождают от солевого раствора, просушивают мягкой салфеткой. Образец покрывают бесцветным лаком для ногтей в несколько слоёв.

Совет опытных создателей кристаллов. Раствор соли должен быть той же температуры, что и вода в ёмкости. Кристалл растёт и при температуре чуть ниже, но высокие подъёмы растворов портят и останавливают рост.

Аппарат для работ на дому

Для создания рубинов в домашних условиях потребуется аппарат, названный по имени его создателя, – Вернейля. Методика изобретателя позволяет за 3 часа вырастить рубин весом в 30 карат. Технология позволила создавать драгоценный материал в нужном количестве. Промышленные мощности стали активно внедрять разработку Вернейля. Время внесло свои коррективы, и сегодня такой аппарат легко собирается дома. Составные части прибора:

катетометр;
механизм встряхивания;
бункер;
горелка;
муфель;
растущий кристалл;
кристаллодержатель;
механизм опускания кристалла.

Аппарат используют для выращивания не только рубинов. Часто в приборе создают голубой топаз, изумруды и камни с просвечивающей прозрачной структурой.

Процесс домашнего производства:

Через воронку в бункер засыпают порошок. Состав порошка - Al2O3, добавочный компонент - Cr2O3.
С помощью горелки подаётся пламя к нижней части бункера.
Порошок начинает плавиться.
Слои расплавленного порошка – это растущий кристалл рубина.

Через механизм опускания искусственный минерал передвигается вниз. В аппарате можно получить различные оттенки. Скорость образования кристалла выше, чем в ёмкости. Потребуется всего 3 часа, и рубином можно будет любоваться. Для одного образца нужны следующие объёмы компонентов:

6 г Al2O3;
0,2 г Cr2O.

Необработанные кристаллические образования необычайны по форме. Они оригинально схожи с природными, но в то же время всегда уникальны.

Работа с аппаратом на первый взгляд сложна и кропотлива. На самом деле, прибор, придуманный французским изобретателем более 100 лет назад, не создаст особых проблем. Его собирают из частей, которые есть в хозяйстве у практичных людей. Сделать аппарат и приобрести порошок - основные этапы подготовки.

Экономические расчёты

Домашние технологии всегда дешевле. Можно рассчитать стоимость всех компонентов, затрат, и определить примерную стоимость получаемых образцов. Что берут в расчёт рубина:

стоимость частей прибора;
затраты на электроэнергию;
цена на приобретение порошков для основы кристалла.

Даже примерные расчёты покажут выгоду. Стоимость всех составляющих не составит и 500 рублей. За такие деньги сложно купить ювелирное изделие из рубина красивого вида и отличного качества. Процесс не должен пугать домашних экспериментаторов и законностью. Регулируются государством природные минералы, синтетические под действие документов не попадают. Если принято решение открыть небольшое производство, его следует зарегистрировать в установленном порядке. Душа будет на месте, работа принесёт только удовлетворение.

Драгоценный камень, созданный самостоятельно, станет гордостью. Умелец постепенно научится менять оттенки рубинов. Следующим шагом будет творческая работа над полученными образцами, преобразование их предметы дизайна интерьера и оригинальные украшения.

Хочу оставить отзыв на амулет богатства от бабы Нины: «Ни в какое время не верила в амулеты или оберег. Но проблемы на работе, нехватка денег, долги просто затянули меня в омут. Я не смогла разрешить своими силами. А недавно узнала про монеты, которые заговаривает баба Нина. Я решила приобрести. Удивительно, но через месяц у меня появилась новая работа и высокая зарплата…читать подробнее

Я уже публиковал на этом сайте три своих идеи (Витраж из цветного стекла, Изготовление мозаичных панно и столиков, Выращивание мозаичных панно в инкубаторе). Новая идея, которую я назвал «Выращивание кристаллов рубина в домашних условиях» родилась аналогично идее 1404 в процессе психологического консультирования с использованием применяемых мною техник развития творческого мышления. Именно благодаря этим методикам и родилась в соавторстве с другим моим теперь уже деловым партнером эта новая идея. Я не буду подробно рассказывать с какими проблемами обратился ко мне молодой человек по имени Александр (теперь это не имеет никакого значения), но результатом нашей совместной работы стало рождение этой идеи домашнего бизнеса.

Синтетические драгоценные камни по своему химическому составу и физическим свойствам практически полностью неотличимы от натуральных камней. Вся проблема. оказывается в том, что среди натуральных драгоценных камней далеко не все имеют достаточную чистоту и другие ювелирные качества, чтобы удостоится чести быть представленными в ювелирных салонах, а в условиях лабораторного или заводского производства технологический процесс можно отладить настолько, что все выращенные в лаборатории кристаллы будут иметь практически одинаковые ювелирные характеристики.

Да и в производстве они значительно дешевле, чем их «коллеги» того же качества, добытые в глубоких и опасных для жизни рабочих шахтах. К тому же месторождения определенных минералов не разбросаны в изобилии равномерно по всему земному шару, а сосредоточены, как правило, в немногих местах.

Дальше мысль потекла по аналогии с витражами и мозаикой. Если в Интернете я наткнулся на предложения по этим услугам от крупных солидных фирм, с солидными производственными площадями и денежным оборотом, то, задался я тогда вопросом - почему нельзя делать небольшие витражи (вставки в межкомнатные двери, настенные светильники и т.п.) буквально у себя на письменном столе?

Изучил технологию, поломал голову, как ее можно упростить для домашнего применения, провел определенное количество опытов - и получил результат!

Аналогично мы с Александром начали творчески перерабатывать идею выращивания кристаллов драгоценных камней в домашних условиях. Изучили (на ознакомительном уровне) разные способы, и остановились на способе французского ученого Огюста Вернейля, создавшего более 100 лет тому назад оригинальную методику и аппаратуру, позволявшую за 2-3 часа выращивать кристаллы рубина массой 20-30 каратов. Это было выдающимся достижением науки и техники не только потому, что дало возможность искусственно производить такой ценный материал в необходимых количествах, но еще и потому, что открыло перспективы синтеза и выращивания кристаллов других драгоценных камней.

Успеху О. Вернейля предшествовала почти полувековая история исследований по синтезу рубина.

Простота и надежность метода Вернейля привела к быстрой организации промышленного производства указанных кристаллов вначале во Франции, а позднее практически во всех высокоразвитых странах мира.

На первом рисунке показан сам принцип действия метода Вернейля (не правда ли - выглядит все довольно просто!), а на втором рисунке - аппарат Вернейля.

Аппарат Вернейля для выращивания кристаллов рубина в домашних условиях

Выглядит довольно сложно, даже поначалу наводит некоторый страх - мол, мне такой ни за что не сделать! Но это - ложные опасения. Ведь следует еще раз вспомнить, что изобретатель создал свою технологию более 100 лет назад!

Естественно, что у него не было в распоряжении тех электрических и механических «фокусов», которые доступны любому домашнему мастеру в настоящее время!

Вот над этой проблемой - как упростить аппарат Вернейля за счет применения современных электрических узлов и механизмов широкой доступности и создать «кухонный» вариант аппарата - мы и начали работать.

И нам это удалось!

По методу Вернейля можно выращивать кристаллы не только рубина, но и голубого, белого (прозрачного) и желтого топазов (а также и другие оттенки по желанию).

Искусственные камни давно завоевали популярность в ювелирных изделиях. Ведь для ювелира ценность камня определяется не только его дефицитом в природе. Важную роль играет целый ряд других характеристик:

цвет;
светопреломление;
прочность;
вес в каратах;
размер и форма граней и др.

Самый дорогой искусственный драгоценный камень Фианит (синонимы: даймонсквай, джевалит, кубик циркония, шелби). Его цена невелика – менее 10$ за 1 карат (это 0,2 грамма). Но стоит отметить, что с увеличением каратов цена растет экспоненциально. Например, алмаз в 10 карат стоит в 100 раз дороже алмаза 1 карат.

Искусственные кристаллы ювелирных камней можно вырастить в домашних условиях. Большинство подобных экспериментов не нуждаются в специальной подготовке, вам не понадобится обустраивать химическую лабораторию и даже приобретать специальные реактивы.

Для приобретения опыта выращивания кристаллов начинайте с малого. Мы поделимся техникой выращивания красивых кристаллов из всего, что вы можете найти фактически на собственной кухне. Вам вообще не понадобится дополнительный инвентарь, ведь все необходимое точно стоит на полках. Так же рассмотрим технологию выращивания искусственных рубинов в домашних условиях!

Как вырастить кристаллы рубинов синтетически?

Выращивание кристаллов рубина может даже стать вариантом домашнего бизнеса. Ведь красивые синтетические камни уже сегодня пользуются большим спросом среди покупателей, поэтому в случае успешной реализации проекта могут принести вам неплохую прибыль. Синтетически выращенные камни используются ювелирами, а также имеют широкое применение в технике.

Кристаллы рубина можно выращивать по стандартной методике, подобрав правильные соли. Но это будет не столь эффективно, как в случае с солью или сахаром, при этом намного дольше по длительности является процесс роста. Да и качество будет сомнительное. Ведь натуральный рубин по шкале твердости Моосу уступает только Алмазу занимая почетное 9-е место. Естественно, если речь идет о бизнесе, в большинстве случаев используют другой способ, разработанный более 100 лет назад во Франции.

Вам потребуется специальный аппарат, имеющий название по имени изобретателя данного способа, т. е. аппарат Вернейля. С его помощью можно выращивать кристаллы рубина, размером до 20-30 карат всего за несколько часов.

Хотя технология остается примерно такой же. Соль двуокиси алюминия с примесью оксида хрома помещают в накопитель кислородно-водородной горелки. Расплавляем смесь, наблюдая, как фактически "на глазах" вырастает рубин.

В зависимости от состава выбранной вами соли вы можете регулировать цвет кристаллов, получая искусственные изумруды, топазы и абсолютно прозрачные камни.

Работа с аппаратом потребует от вас внимания и некоторого опыта, но зато в дальнейшем вы получите возможность выращивать кристаллы, которые завораживают своей красотой, прозрачностью и игрой цвета. В дальнейшем такие шедевры хорошо подаются огранке и шлифовке, соответственно, могут применяться по назначению.

Стоит отметить, что искусственно выращенные кристаллы не являются драгоценными камнями, поэтому, даже если вы решите заняться предпринимательской деятельностью по их выращиванию, это не потребует от вас дополнительного лицензирования.

Конструкция аппарата несложна, ее легко можно сделать самостоятельно. Но на просторах Интернета уже достаточно умельцев, предлагающих чертежи оригинальной установки, а также ее усовершенствованные варианты.

Набор для выращивания кристаллов рубина в домашних условиях

Сам принцип технологии производства рубинов достаточно прост и схематически изображен ниже на рисунке:

Понимая принцип действия, любое устройство уже не кажется таким сложным. Один из образцов чертежей аппарата Вернейля:

По данной технологии можно так же выращивать и другие дорогие искусственные камни, такие как «Голубой Топаз» и т.п.

Выращивание кристаллов из соли в домашних условиях

Самый простой и доступный эксперимент, который вы можете провести – создать красивые солевые кристаллы. Для этого вам понадобится несколько предметов:

Обычная каменная соль.
Вода. Важно, чтобы сама вода содержала как можно меньше собственных солей, а лучше дистиллированная.
Емкость, в которой будет проводиться опыт (сгодится любая банка, стакан, кастрюля).

Наливаем в емкость теплую воду (ее температура составляет около 50°С). Добавляем в воду кухонную соль и размешиваем. После растворения добавляем снова. Повторяем процедуру до тех пор, пока соль не перестанет растворяться, оседая на дно сосуда. Это говорит о том, что солевой раствор стал насыщенным, что нам и было нужно. Важно, чтобы во время приготовления раствора его температура оставалась постоянной, не остывала, так мы сможем создать более насыщенный раствор.

Насыщенный раствор переливаем в чистую банку, отделяя от осадка. Выбираем отдельный кристалл соли, а потом помещаем его в емкость (можно подвесить на нитке). Эксперимент выполнен. Через несколько дней вы сможете увидеть, как увеличился в размерах ваш кристалл.

Выращивание кристаллов из сахара в домашних условиях

Технология получения сахарных кристалликов аналогична предыдущему способу. Можно опустить ватный жгут в раствор, тогда сахарные кристаллы будут нарастать на нем. Если процесс роста кристаллов стал медленнее, значит уменьшилась концентрация сахара в растворе. Добавьте в него снова сахарного песка, тогда процесс возобновится.

На заметку: если добавить в раствор пищевого красителя, то и кристаллы станут разноцветными.

Можно выращивать сахарные кристаллики на палочках. Для этого вам потребуется:

уже готовый сахарный сироп, приготовленный аналогично солевому насыщенному раствору;
деревянные палочки;
немного сахарного песка;
пищевые красители (если хотите разноцветных леденцов).

Все происходит очень просто. Деревянную палочку обмакиваете в сиропе и обваливаете в сахарном песке. Чем больше крупинок прилипнет, тем красивее получится результат. Дайте палочкам, как следует высохнуть, а затем переходите попросту ко второй фазе.

Насыщенный горячий сахарный сироп выливаем в стакан, туда же помещаем заготовленную палочку. Если вы готовите разноцветные кристаллы, то в горячий готовый сироп добавьте пищевой краситель.

Следите, чтобы палочка не касалась стенок и дна, иначе результат будет некрасивым. Можно зафиксировать палочку с помощью листа бумаги, надев его сверху. Бумага послужит еще и крышкой для емкости, которая не позволит никаким посторонним частицам попасть в ваш раствор.

Примерно через неделю вы получите прекрасные сахарные леденцы на палочках. Ими можно украсить любое чаепитие, приведя в полный восторг не только детей, но и взрослых!

Выращивание кристаллов из медного купороса в домашних условиях

Кристаллы из медного купороса получаются интересной формы, при этом имеют насыщенный синий цвет. Стоит помнить, что медный купорос является химически активным соединением, поэтому кристаллы из него не следует пробовать на вкус, а при работе с материалом нужно проявлять осторожность. По этой же причине в данном случае подойдет только дистиллированная вода. Важно, чтобы она была химически нейтральной. Будьте внимательны и осторожны при обращении с медным купоросом.

При этом выращивание кристаллов из купороса происходит фактически по той же схеме, что и предыдущие случаи.

Помещая основной кристалл для выращивания в раствор, нужно проследить, чтобы он не соприкасался со стенками посуды. И не забывайте следить за насыщенностью раствора.

Если вы поместили свой кристалл на дне посудины, то стоит смотреть, чтобы он не касался других кристалликов. В этом случае произойдет их срастание, а вместо одного красивого крупного образца у вас получится масса невнятной формы.

Полезный совет! Вы можете самостоятельно регулировать размер граней своего кристалла. Если вы хотите, чтобы некоторые из них росли медленнее, их можно смазать вазелином или жиром. А для сохранности небесно-синего красавца можно обработать грани прозрачным лаком.

Существует 3 весовые категории бриллиантов:

Мелкий. Масса 0,29 карата
Средний. Масса от 0,3 до 0,99 карата
Крупный. Бриллианты весом более 1 карата.

К популярным аукционам допускают камни массой от 6 карат. Камням с массой более 25 карат присваивают собственные имена. Например: «Винстон» бриллиант (62,05 карат) или «Де Бирс» (234,5 карат) и др.

В начале мне попалась на глаза информация, что, оказывается, практически все драгоценные камни, которые продаются в составе ювелирных украшений в наших типовых ювелирных магазинах, имеют искусственное происхождение! Это совсем не значит, что нас обманывают. Синтетические драгоценные камни по своему химическому составу и физическим свойствам практически полностью неотличимы от натуральных камней. Вся проблема. оказывается в том, что среди натуральных драгоценных камней далеко не все имеют достаточную чистоту и другие ювелирные качества. чтобы удостоится чести быть представленными в ювелирных салонах, а в условиях лабораторного или заводского производства технологический процесс можно отладить настолько, что все выращенные в лаборатории кристаллы будут иметь практически одинаковые ювелирные характеристики. Да и в производстве они значительно дешевле, чем их "коллеги" того же качества, добытые в глубоких и опасных для жизни рабочих шахтах. К тому же месторождения определенных минералов не разбросаны в изобилии равномерно по всему земному шару, а сосредоточены, как правило, в немногих местах.

Дальше мысль потекла по аналогии с витражами и мозаикой. Если в интернете я наткнулся на предложения по этим услугам от крупных солидных фирм, с солидными производственными площадями и денежным оборотом, то, задался я тогда вопросом - почему нельзя делать небольшие витражи (вставки в межкомнатные двери, настенные светильники и т.п.) буквально у себя на письменном столе?

Аналогично мы с другом начали творчески перерабатывать идею выращивания кристаллов драгоценных камней в домашних условиях. Изучили (на ознакомительном уровне) разные способы, и остановились на способе французского ученого Огюста Вернейля, создавшему более 100 лет тому назад оригинальную методику и аппаратуру, позволявшую за 2-3 ч выращивать кристаллы рубина массой 20-30 каратов . Это было выдающимся достижением науки и техники не только потому, что дало возможность искусственно производить такой ценный материал в необходимых количествах, но еще и потому, что открыло перспективы синтеза и выращивания кристаллов других драгоценных камней.
Успеху О. Вернейля предшествовала почти полувековая история исследований по синтезу рубина. Первые упоминания о синтезе рубина связаны с именем Марка Гудена. В 1837 г. он получил микроскопические кристаллики рубина путем сплавления в доменной печи алюмо-аммониевых квасцов с примесью хромата калия в глиняном тигле, покрытом ламповой копотью (сажей). Мелкие кристаллики корунда и рубина позднее синтезировали Дж. Эбельман, X. Сенорман, Клэри и другие исследователи. Однако все эти работы не имели никакого практического значения. Отдельно следует отметить исследования Е. Фреми и Е. Файля, которые впервые попытались получить кристаллы корунда из раствора в расплаве. В качестве растворителя глинозема они использовали окись свинца. Добавление в исходную смесь окиси хрома или окиси кобальта позволяло получать кристаллики соответственно красного и синего цвета. Некоторые из них оказались пригодными для часовых подшипников и ювелирного гранения.
Тогда же, в 80-х годах 19 в, на рынке драгоценных камней появились так называемые "реконструированные", или сиамские рубины, представляющие собой сплавленные обломки природных кристаллов. Наилучших результатов в получении "реконструированных" рубинов добились французские ученые. Ими был сконструирован аппарат, включающий центрифугу, глиняный (или платиновый) тигель и вращающуюся газовую (кислородно-водородную) горелку. Спекание проводилось при последовательном опускании в тигель нескольких обломков кристаллов природных рубинов и позволяло получать камни массой до 10 каратов. Хотя получаемые камни и нельзя было отнести к синтетическим, тем не менее, после того как стал известен способ их изготовления, интерес к ним резко упал. И уже совсем не конкурентноспособными "реконструированные" рубины стали после появления синтетических рубинов Вернейля. Первые кристаллы О. Вернейль получил совместно с Е. Фреми из расплава фторидов бария и кальция и криолита с добавкой окиси хрома. В 1890 г. ими были переданы в Парижскую академию наук сотни сверкающих кристаллов разноокрашенных корундов, которые по условиям получения не могли быть дешевле природных рубинов. Но уже в 1892 г. О. Вернейль получил первые результаты по синтезу кристаллов корунда из чистой окиси алюминия. Полностью исследования были завершены им в 1902 г. Простота и надежность метода Вернейля привела к быстрой организации промышленного производства указанных кристаллов вначале во Франции, а позднее практически во всех высокоразвитых странах мира.

На первом рисунке показан сам принцип действия метода Вернейля (не правда ли - выглядит все довольно просто!), а на втором рисунке - аппарат Вернейля. Выглядит довольно сложно, даже поначалу наводит некоторый страх - мол, мне такой ни за что не сделать! Но, это - ложные опасения. Ведь следует еще раз вспомнить, что изобретатель создал свою технологию более 100 лет назад!

Естественно, что у него не было в распоряжении тех электрических и механических "фокусов", которые доступны любому домашнему мастеру в настоящее время!

Вот над этой проблемой - как упростить аппарат Вернейля за счет применения современных электрических узлов и механизмов широкой доступности и создать "кухонный" вариант аппарата.

И нам это удалось!

Пока только могу сказать, что по методу Вернейля можно выращивать кристаллы не только рубина, но и голубого, белого (прозрачного) и желтого топазов (а также и другие оттенки по желанию).

Так что, заинтересовавшимся посоветую вернуться к этой страничке через некоторое время. И еще: подробное описание "кухонного" варианта я опубликовываю (с согласия Александра) как основной генератор идеи, и совершенно не опасаясь конкуренции со стороны тех энтузиастов, которые решат последовать этой идее. Резон очень прост: в настоящее время искусственные драгоценные кристаллы выращиваются во многих странах мира, но стоит зайти в ювелирный магазин, то сразу станет очевидно, что цены по-прежнему "кусаются". И до насыщения рынка, по-видимому, еще очень-очень далеко. А даже после прочтения этой информации найдутся несколько тысяч энтузиастов, то со своим "домашним" производством мы все особой "погоды" на данном сегменте рынка сделать не можем. Поэтому, и результаты наших изысканий можно публиковать ничего не опасаясь. Наоборот, если возникнет в сети что-то вроде "Ассоциации домашних кристаллорастильцев" :-), то для всех будет еще интереснее и полезнее, поскольку, как известно, две головы - хорошо, а две тысячи - можно уверенно предположить - намного лучше. И какие-то из этих голов могут оказаться намного светлее, и их идеи помогут всем интересующимся еще больше упростить и усовершенствовать аппарат, и превратить его из "кухонного", например, в "тумбочный" :-).

Теперь пару слов об экономической эффективности проекта. Чтобы вырастить кристалл рубина массой 20-30 карат (4 - 6 граммов!) потребуется 3 часа и 3 кВт*часа электроэнергии. Посчитайте - сколько это стоит в вашем регионе. Думаю. что получится цифра менее 10 руб. Стоимость 6 граммов порошка окиси алюминия и 0,2 грамма окиси хрома вообще больше 50 копеек стоить не может.

Технология производства синтетических сапфиров, рубинов и корундов

Монокристаллы пластинчатого сапфира (бесцветного корунда) выращивают расплавными методами, что позволяет получить кристаллы весом до нескольких килограмм. Монокристаллы синтетического сапфира выращиваются из окиси алюминия вытягиванием формообразователями заданного профиля по методу Степанова. Как бесцветный конструкционный материал, пластинчатый сапфир используется в полупроводниках и электронной промышленности, тонкопленочной гибридной и интегральной микроэлектронике, светотехнике, производстве химической aппаратуры и других промышленных отраслях.

Пластины оптически прозрачного и бесцветного корунда (сапфира) сильно варьируются по цене в зависимости от наличия невидимых глазом микро-дефектов. Средний размер пластин составляет 170х170 мм и высота 30 мм. Полное формирование качественного сырья производится примерно за неделю. Пластина с невидимыми глазом микроскопическими дефектами (визуально абсолютно идеальная) вполне подходит для использования в ювелирном деле в качестве сырья, но может быть не пригодна для нужд тонкой промышленной оптики, поэтому и цена на сырье будет сильно варьироваться. То, что идеально подходит для ювелирного дела и реально по цене, может оказаться недостаточным для промышленных нужд.

В начале роста кристаллы сапфира бесцветные, но затем, по мере накопления примесей, они становятся слегка розоватыми. А если розоватый корунд положить на некоторое время под ультрафиолетовую (УФ) лампу, то розоватость постепенно превращается в чудесную винную коричневатость. По цвету сапфир как винный топаз получается, только тверже.

Пластины монокристалла сапфира по технологии выращивания напоминают процесс замораживания обыкновенной воды и ее модификаций. Если это тип "газированная вода", будет много видимых глазом пузырей. Если это тип "вода из-под крана или открытого источника", будет много скрытых и невидимых глазу пузырей, которые делеют сапфир непрогодным при работе под микроскопом. Тип "вода с инородными примесями" даст примеси в сапфире. Идеальный вариант - тип "вода дистиллированная без газа и примесей, в вакууме" - используется для изготовления увеличительных и уменьшительных стекол для прожигания микросхем и процессоров современных компьютеров (фирма "Intel" в США, доклады на семинарах и симпозиумах 2006-2007 гг. и позднее). Весьма актуально.

Монокристаллы синтетического корунда представляют собой модификацию окиси алюминия, в которой небольшая часть ионов алюминия может быть изоморфно замещена ионами группы железа или ионами меди. Выращивание синтетических монокристаллов широкой гаммы цветов (рубинов, сапфиров, топазов, аметистов и др.) осуществляется методом Вернейля. Синтетические корунды применяются в ювелирной, часовой промышленности и в приборостроении. Отходы корундов используются для производства высококачественных абразивных и огнеупорных изделий. Аппарат Вернейля позволяет также выращивать синтетические шпинели и т.п.

Рубин и сапфир - минералы, которые хотя и различаются по внешнему виду, обладают идентичной кристаллической структурой и свойствами, за исключением присутствия незначительных концентраций элементов-примесей, придающих им характерные цвета. Рубин и сапфир состоят в основном из окиси алюминия Al2O3, кристаллическую форму которой минералоги называют корундом. Кристаллы, выращенные по методу Вернейля, известны как Були , по видимому в связи с тем, что первоначально они имели округлую форму. Этот термин, введенный Годеном и применявшийся Вернейлем, стал обычным у специалистов по выращиванию кристаллов несмотря на то, что сейчас кристаллы имеют цилиндрическую форму.

Вернейль в течение 2 часов выращивал Були весом 2,5-3 г (12-15 карат). Були были округлой формы, и некоторые из них имели диаметр 5-6 мм. Сегодня выращивают цилиндрические були диаметром 20 мм и длиной цилиндра 50-70 мм и так называемые полубули (половина цилиндра, разрезанного вдоль, с основанием 10 х 20 мм). Объем такой полубули 10 х 20 х 60-70 мм составляет 10-11 куб. см и масса соответственно 40-45 грамм. В каратах пока это сырье не измеряется (но можно легко пересчитать - масса 200-250 карат).

Монокристаллические прозрачные були и стержни искусственного корунда (синтетические рубины и сапфиры) получают плавлением и рекристаллизацией глинозема (оксида аллюминия) в кислородно-водородном пламени. Були могут быть дополнительно окрашены: примесями ионов Cr (хрома, до 2%) - в красный, V (ванадия) - в серовато-зеленый при дневном свете и фиолетовый при искусственном освещении, Mn (марганца) - в желтовато-розовый, Ni (никеля) - в желтый, Ti (титана) - в розово-фиолетовый цвета. При огранке синтетических корундов под разными названиями (сапфир, рубин, топаз, александрит, аметист) они применяются в ювелирном деле; красные корунды - рубины - в качестве опорных камней для механических часов и других точных приборов, а стержни - в оптических генераторах (лазерах). Плотность синтетических корундов составляет 4 г/куб.см, твердость составляет 9 для окрашенных корундов и 9.25 у муассонита (твердость алмаза составляет 10 по шкале Мооса). Кристаллическая структура корунда сложена атомами Al (алюминия), окруженными 6 атомами O (кислорода), которые образуют плотнейшую гексагональную упаковку. Корунд также характеризуют высокая химическая стойкость и высокой температурой плавления (2020-2050 град. С, относится к огнеупорам).

В Институте кристаллографии АН СССР им. А. В. Шубникова были разработаны методы синтеза корундов, при помощи которых получают кристаллы корундов самой различной формы. Этот способ позволяет выращивать кристаллы лейкосапфира в виде пластин больших размеров с определенной заданной кристаллографической ориентацией. Молибденовый контейнер, заполненный исходным материалом, помещается в вакуумную печь, где его нагревают до температуры более 2000 o С. Оксид алюминия расплавляется. Контейнер с расплавом медленно перемещается в зоны с более низкой температурой, и при снижении температуры до определенного значения расплав кристаллизуется. Для направленной кристаллизации в расплав вводится затравочный кристалл. Весь процесс автоматизирован.

В промышленных масштабах искусственные корундовые материалы получают в результате плавления боксита в электропечах с восстановителем (железными опилками). Они также употребляются как абразивы; методами порошковой металлургии из них изготовляют резцы для механической обработки металлов при высокой температуре. Они не годятся для ювелирной промышленности (для гранения как вставки).

Оказывается, что сейчас подделывают не только натуральные природные камни. Поскольку после распада СССР цены на синтетическое корундовое сырье стали довольно высоки, цены на синтетические корунды, сапфиры и рубины тоже оказываются не копеечными. На фото справа типичный образец подделки синтетических монокристаллов корунда (синтетических рубинов и сапфиров). Довольно яркие цвета и характерная голтовка (форма, напоминающая окатанную гальку). Вроде бы и похоже на корунд, и дорого может продаваться, но вырощено не Вернелевским способом.

Если у кого-то еще сохранились синтетические рубины советской огранки (камни производства СССР) в ювелирных изделиях - не спешите от них избавляться. У Вас образец прекрасной машинной огранки камня и редкий образец ценного синтетического корунда. Теперь их просто так уже в ювелирном магазине не купишь. Сегодня цены на ограненные синтетические корунды, рубины и сапфиры для ювелирных изделий во много раз превышают цены на традиционные бесцветные и окрашенные фианиты (синтетические кубические цирконы), хотя они и заметно дешевле цен на природное сырье и натуральные драгоценные камни группы корундов.

Технологические особенности производства корундов

Метод Огюста Вернейля. Год рождения промышленного синтетического рубина - 1905. Технология Вернейля заключалась в применении вертикальной горелки с подачей порошка глинозема в пламя через поток кислорода. Порошок встряхивается в потоке газа под действием вибратора электрическим приводом. Использование газонепроницаемого резинового сальника позволяет передавать толчки вибратора к сосуду, содержащему порошок глинозема, без утечки кислорода. В холодной части пламени помещен керамический штифт, на котором собираются капли жидкого глинозема, образующиеся при плавлении порошка, просыпающегося через горячую зону пламени.

Пламя окружается керамическим щитом, играющим роль изолятора и защищающим растущую Булю от сквозняков. Этот муфель снабжен смотровым окном, которое в оригинальном аппарате Вернейля заделывалось слюдой. Чрезмерный нагрев верхней части аппарата за счет потока тепла из горячей зоны предотвращается применением водяного охлаждения.

В начальной стадии роста Були порошок, попадая на штифт, затвердевает и образует конус из материала относительно невысокой плотности. В дальнейшем конус перемещают в горячую зону пламени, где его вершина начинает плавиться. В этот момент образуется несколько кристаллов, но один из них ориентирован в направлении наибольшей скорости роста. Он подавляет рост остальных кристаллов и служит затравкой для развивающейся Були. На ранней стадии роста чрезвычайно важно мастерство оператора, поскольку во время селекции кристаллов может понадобиться регулировка температуры пламени или скорости подачи порошка.

После того, как в центральной части начнется преобладающий рост одного кристалла, чтобы увеличить диаметр Були, повышают скорость подачи питающего порошка и постепенно увеличивают температуру пламени регулировкой скорости потока кислорода. Верхняя поверхность Були становится округлой, и на нее подают свежие порции глинозема в виде падающих капель расплава. Далее подставку со штивтом опускают со скоростью, соответствующей скорости роста Були. Наиболее важным условием для выращивания кристаллов высокого качества является равномерная подача порошка, поэтому большие усилия тратятся на приготовление питающего материала с тем, чтобы он обладал хорошей сыпучестью.

Если порошок слишком грубый, внедрение крупных холодных частичек может вызвать затвердевание тонкого расплавленного слоя. Тогда зарождается много мелких кристаллов и Буля утрачивает структуру монокристалла. Применение слишком мелкого порошка связано с опасностью испарения глинозема в пламени. Оптимальные размеры частиц лежат в субмикронном интервале (меньше тысячных долей миллиметра - 20 мкм). Частицы должны иметь правильную форму, так как только в этом случае они одинаково реагируют на воздействие вибратора (и равномерно сыпятся). Вернейль получал глинозем из аммониевых квасцов, содержащих около 2,5% примеси хромовых квасцов (получались классические були красного цвета). Порошок такого состава нагревался до разложения квасцов и образования окислов, которые измельчались и просеивались через проволочное сито для селекции частиц необходимого размера.

Метод Чохральского (метод вытягивания из расплава) заключается в следующем: расплав вещества, из которого предполагается кристаллизовать камни, помещают в огнеупорный тигель из тугоплавкого металла - платины, родия, иридия, молибдена или вольфрама - и нагревают в высокочастотном индукторе выше точки плавления. В расплав на вытяжном валу опускают затравку из материала будущего кристалла, и на ней наращивается синтетический материал до нужной толщины. Вал с затравкой постепенно поднимают вверх со скоростью 1-50 мм/ч с одновременным вращением с частотой 30-150 об -1 . Вращают вал, чтобы выровнять температуру расплава и обеспечить равномерное распределение примесей. Диаметр кристаллов до 50 мм, длина до 1 м. Методом Чохральского выращивают искуственный гранат, а также корунд, шпинель, хризоберилл, ниобат лития и др.

Появилось большое число научных работ по выращиванию корунда и шпинели методом плавления в пламени (метод зонной плавки). В процессе выращивания кристаллов этим методом с помощью нагревательного механизма расплавляется небольшая область - зона, а затем нагреватель перемещается вдоль образца, в связи с чем происходит последовательный рост монокристалла. Существуют два варианта этого метода: в методе горизонтальной направленной кристаллизации используется длинная узкая лодочка (полученные кристаллы имеют форму пластин размером 220х100Х20 мм и более в зависимости от величины лодочки), в вертикальном варианте - плавающая зона - применяется спеченный стержень (буля), закрепляемый в верхней и нижней частях.

Главное внимание в них уделяется соотношению между дефектами в кристаллах и условиями, при которых выращивается Буля. Основное несовершенство этого метода выращивания кристаллов заключается в наличие ступенчатого градиента температур между горячей областью пламени, где располагается расплавленная вершина Були, и более холодной нижней частью. Резкое изменение температуры вдоль оси Були создает сильные напряжения в кристалле и при извлечении из печи Були часто растрескиваются (вдоль цилиндра) с образованием двух полуцилиндрических фрагментов (полубулей). Для нужд ювелирной промышленности под огранку такие полубули вполне подходят.

Технологические особенности производства звездчатых сапфиров (астериксы)

В 1947 г. отделение "Линде" компании "Юнион карбайд корпорейшн" в Ист-Чикаго с помощью метода Вернейля начало производить звездные сапфиры и рубины. В 1949 г. этот метод был запатентован. Звездные камни получили название за свой необычный вид, если рассматривать кристалл вдоль его главной оси. Шесть блестящих полос радиально расходятся от центра кристалла так, что создается впечатляющая картина, соответствующая символическому изображению звезды или звездочки. Получаются очень яркие звездные камни, отсутствующие в природе.

Такое явление в корунде вызывается присутствием тонких иголочек рутила - титаната алюминия (Al2TiO5), которые вытянуты в полоски, располагающиеся в соответствии с симметрией кристаллической структуры под углом в 60 o относительно друг друга. Это достигается добавлением в порошок глинозема небольших количеств рутила. В процессе формирования були рутил растворяется в расплавленном слое глинозема, но при охлаждении после кристаллизации були выделяется в форме иголочек, но в основном уже в виде Al2TiO5, образующегося в результате взаимодействия рутила и глинозема. В соответствии с патентом "Линде" наилучшие результаты достигаются при добавлении в порошок от 0,1% до 0,3% рутила и при последующем отжиге були при 1100-1500 o С в течение нескольких часов для выделения иголочек Al2TiO5. Звездные камни обычно изготавливаются в виде достаточно выпуклых кабошонов, в этом случае они наиболее эффектны.

Основная сложность при изготовлении звездных камней - добиться равномерного распределения иголочек Al2TiO5 с тем, чтобы звезда занимала всю ширину камня. Специалисты из фирмы "Линде" обнаружили, что наилучшие результаты достигаются изменением скорости потока кислорода, которое приводит к периодическим вариациям температуры. Удобнее всего это делать с помощью клапана, частично перекрывающего подачу кислорода. Было обнаружено, что эта процедура приводит к периодическому изменению распределения иголочек. Если при низкой скорости потока кислорода иголочки распределяются по всей ширине були, то высокая скорость потока способствует кристаллизации их только в периферической части.

Наиболее эффектно звездный рисунок проявляется, когда толщина чередующихся слоев составляет 1 мм. Эта процедура демонстрирует одно из главных преимуществ искусственных драгоценных камней перед природными: специалист, выращивающий кристаллы, контролирует условия изготовления материала и может изменять их для достижения наилучшего результата. Любители природных кристаллов допускают возможность определенной обработки камней с целью улучшения их облика, например нагревание циркона, но они не имеют возможности контролировать условия, при которых первоначально росли кристаллы. Только в редких случаях природный звездный камень может в чисто зрительном восприятии конкурировать со своим рукотворным двойником.

Фирма "Линде" изготавливает звездные камни и другим способом, когда предварительно отшлифованный кабошон из камня, синтезированного без добавок рутила, погружается в расплав рутила, для того чтобы образовался очень тонкий слой иголочек. Лишь после этого производится окончательная полировка. Такие камни отличаются от обычных звездных камней большей прозрачностью, но не продаются в широких масштабах.

Кроме рубина и сапфира звездные камни фирмы "Линде" представлены разновидностями пурпурного, зеленого, розового, желтого и коричневого цветов, а также дымчато-синего и дымчато-красного. Поскольку сейчас уже истек срок действия первоначального патента, появился ряд других поставщиков, например в Германии. Сообщалось о бесцветном звездном сапфире. Такая конкуренция вызвала падение цен на синтетические звездные корунды. Фирма "Линде" прекратила их производство и продала свое оборудование, хотя все еще имеются в продаже камни компании "Элвин" из Нью-Джерси. По-видимому, в настоящее время основным поставщиком звездных камней, которые еще очень популярны в США, становится фирма "Джева".

Понравилась статья? Поделитесь ей

Распечатать статью