В настоящее время существует возможность получать драгоценные камни, которые в естественных условиях образуются не одну тысячу лет, меньше чем за полмесяца. Это действительно впечатляет! Синтетические камни находят своё применение в научных и промышленных целях. Детали из сапфиров отличаются высокой прочностью и прозрачностью. Из них в основном делают инструменты, линзы и стекла.
Благодаря искусственному синтезированию сапфиров, в лабораторных условиях можно менять условия роста кристаллов, придавая камням нужные характеристики. Например, можно синтезировать полностью прозрачный кристалл, который также называют лейкосапфиром.
История получения искусственных сапфиров начинается с 1904 года, когда французский химик О. Верней придал огласке метод получения кристаллов с помощью вертикальной горелки, глинозёма и прямого потока воздуха.
Значительный вклад в дальнейшее развитие методов получения искусственных самоцветов внесли советские учёные Института кристаллографии. Получение синтетическиих камней с эффектом астеризма стало возможным лишь к середине XX века.
Способы
Сапфиры в большинстве получают тремя способами: методами Вернейля, Чохральского либо методом зонной плавки. Рассмотрим подробнее каждый из перечисленных методов.
Метод Вернейля
Как вы могли, наверное, заметить в названии метода фамилия «Вернейль» звучит очень похоже на «Верней». Огюст Верней – тот самый химик, который впервые обнародовал способ получения искусственных сапфиров. Именно в честь французского учёного и назван данный метод. Фамилия в методе немного изменена, но название закрепилось исторически, и с этим ничего не поделать.
Аппарат Вернейля или Аппарат Вернейля включает в себя вертикальную кислородную горелку, дозатор порошкообразного оксида алюминия и основание (чаще всего керамическое). Порошок глинозёма под воздействием специального вибратора перемешивается в струе кислорода. Под воздействием температуры он плавится, и капли расплавленного оксида алюминия собираются в основании печи (на штифте).
Со временем порошок твердеет, но он еще мягок и хрупок. Массу из расплавившегося порошка перемещают в горелку, его верхушка со временем расплавляется. В итоге получается некоторое количество кристаллов сапфира, один из которых будет ориентирован в сторону максимального роста.
Этот кристалл будет ингибировать прирост остальных и послужит началом для роста конечного кристалла (кристалла Були). По мере наращивания кристаллической массы ускоряют высыпание глинозёма и скорость выхода струи кислорода (чем больше кислорода, тем больше температура). Верхушка растущего кристалла будет округлой, так как капли расплавленного глинозёма будут стекать с неё, падая сверху. Основание печи можно опускать по мере увеличения самоцвета.
Метод Чорхальского
Метод также называют методом вытягивания из расплава. Технология получения кристалла сапфира данным методом основана на том, что расплавленный оксид алюминия помещают в большую термоустойчивую ёмкость из тугоплавких металлов. Например, молибдена или родия. Затем расплав нагревают с помощью высокочастотного индуктора больше температуры плавления, и опускают в него затравочный кристалл. Для равномерного роста кристалла затравку медленно поднимают вверх и вращают. Кристалл наращивается вниз вокруг затравки и вытягивается в монолитный цилиндр.
Метод зонной плавки
В настоящее время метод зонной плавки становится всё популярнее. Этому методу посвящено множество научных статей. Существует две разновидности метода: горизонтально направленный и вертикально направленный. Метод определяет наличие нагревателя, который перемещается вдоль субстрата (горизонтально или вертикально), благодаря чему нагревается зона, где и будет происходить прирост кристалла.
Несущественным, но всё же недостатком метода является то, что в силу резкого изменения температур при извлечении кристалла, он часто трескается на две части. Однако этот факт нисколько не мешает ювелирным мастерам.
Технология получения звездчатых сапфиров
В 1949 году американская компания «Линде» под руководством компании «Union Carbide» запатентовала метод получения сапфиров с эффектом астеризма. Суть метода заключается в добавлении в порошок оксида алюминия небольшого количества рутила (от 0,1% до 0,3%). Сложность метода заключается в том, что рутил без специальной технологии распределяется в структуре кристалла неравномерно. Без равномерного распределения рутила звезда на сапфире не будет занимать всей поверхности камня, что существенно снизит его ценность.
Чтобы добиться равномерного распределения микрокристаллов рутила в периферии минерала, был предложен метод перемешивания путём периодического изменения температуры. Этого можно добиться, если неравномерно подавать кислород. Таким образом можно наслаивать слои рутила в растущем кристалле. Практика показала, что наиболее ценные экземпляры получаются, если слои чередуются с периодичностью в 1 мм.
Технология выращивания звездчатых кристаллов является ярким примером того, как можно изменять конечный облик синтезированного кристалла через контроль условий его получения.
