Текст рассказывает о рубинах и сапфирах — разновидностях корунда, ценимых не только за красоту, но и за уникальные физические свойства: твёрдость, стойкость к износу и высокую температуру плавления. Эти качества сделали камни незаменимыми в точных приборах и часовых механизмах. Ограниченность природных запасов привела к развитию синтетического производства: от первых экспериментов XIX века до метода Вернейля, позволившего выращивать крупные кристаллы. В СССР с конца 1920‑х годов были созданы установки для получения искусственных рубинов и сапфиров, пригодных как для ювелирных изделий, так и для технических нужд. Синтетические камни полностью идентичны природным по составу и свойствам, а их стандартизированная форма и прочность даже превосходят природные аналоги.
Драгоценные камни рубин и сапфир являются разновидностью минералов, известных под общим названием «корунды». С химической точки зрения как рубин, так и сапфир представляют собой чистую окись алюминия (глинозём), которая при застывании земной коры выделилась из расплавленной магмы в форме отдельных кристаллических образований, вкрапленных в горные породы.
Красивая окраска этих камней вызвана незначительной примесью окислов хрома (рубин), железа и титана (сапфир). Ярко-красный рубин и прозрачно-синий сапфир высоко ценятся как драгоценные камни первого класса, уступающие по своим свойствам лишь одному алмазу. Они замечательны своим блеском и игрой света, вызываемой сильной лучепреломляемостью и светорассеянием.
Однако не только большая редкость и внешняя красота являются характерной особенностью рубина и сапфира. У этих камней есть и другие, не менее интересные свойства — исключительная твёрдость и сопротивляемость износу, высокая тугоплавкость, химическая стойкость и, наконец, способность хорошо полироваться. Именно эти ценные качества привели к широкому использованию рубинов и сапфиров в различных областях техники.
Ещё в начале XVIII века драгоценные камни начали применять при изготовлении различных тонких механизмов и приборов. Из них делались мелкие детали, которые служили в качестве опорных точек для движущихся частей механизма.
В настоящее время рубины и сапфиры являются незаменимым материалом для ряда ответственных деталей часов, компасов, барометров, электроизмерительных, аэронавигационных, звукозаписывающих и других приборов повышенной точности.
Однако природные запасы этих камней недостаточны для удовлетворения спроса промышленности. Неудивительно, что исследователи в разных странах давно заинтересовались проблемой искусственного получения рубинов и сапфиров.
Первой попыткой в этой области явилось изготовление так называемых «реконструированных» рубинов. Эти рубины представляли собой мелкие кусочки природного камня, сплавленные в один крупный кристалл. Однако реконструированные камни были хрупки и неоднородны по своей кристаллографической структуре.
В 1837 г. английский химик Годэн впервые получил рубин синтетическим путём. Он брал сплавленную смесь ряда солей, насыщал её глинозёмом и подвергал затем весьма продолжительному нагреванию. При этом растворитель улетучивался, а глинозём оставался в виде мелких кристаллических образований.
Но и это ещё не давало удовлетворительного решения проблемы: искусственные рубины получались ничтожными по своим размерам. Их с трудом удавалось шлифовать.
В 1902 г. французский учёный Вернейль открыл более совершенный метод синтеза драгоценных камней. В особом приборе тонко измельчённый порошок окиси алюминия подвергался кристаллизации в пламени гремучего газа. Образующиеся расплавленные частицы корунда собирались слой за слоем на огнеупорной шамотовой подставке. На подставке постепенно вырастал большой кристалл грушевидной формы.
Этот способ — не очень сложный и не требующий больших затрат — дал возможность изготовлять искусственные рубины и сапфиры весьма крупных размеров и в количестве, способном удовлетворить любой спрос на них. Так зародилась целая отрасль промышленности, занимающаяся изготовлением синтетических драгоценных камней.
*
В Советском Союзе опытные работы по синтезу рубина и сапфира начались с 1929 г. Они велись рядом экспериментальных лабораторий и научно-исследовательских институтов. В результате были созданы и пущены в эксплуатацию отечественные установки по производству драгоценных камней.
Основным сырьём для производства искусственных рубинов и сапфиров сейчас служит двойная сернокислая соль алюминия и аммония (квасцы). Помещённые в жароупорную керамическую посуду, квасцы загружаются в печь, где выдерживаются в течение одного часа при температуре 1250°. В результате обжига квасцы превращаются в глинозём. Этот процесс происходит с бурным выделением газов. Благодаря их механическому действию глинозём получается в виде тонкого порошка. Диаметр его зёрен колеблется от 2 до 5 десятитысячных миллиметра. Этот порошок пропускают через сита с мельчайшими отверстиями. Чем тоньше порошок и однороднее его зерна, тем более он пригоден для последующей кристаллизации. Этот последний и самый главный процесс осуществляется в специальных аппаратах — кристаллизаторах.
 |
Схема производства искусственных драгоценных камней. —
Двойная сернокислая соль алюминия и аммония (квасцы) обжигается при температуре
в 1250°, Образующийся тонкий порошок глинозёма подвергается кристаллизации в
специальных аппаратах. В аппарате получается кристалл грушевидной формы. |
Кристаллизатор представляет собой керамическую камеру с горелкой, в которую подаётся водород с кислородом, развивающие при сгорании высокую температуру. Порошок окиси алюминия помещается в резервуар с сетчатым дном. Особый электромагнитный ударник заставляет вибрировать сетчатое дно резервуара. Вследствие этого порошок непрерывно мелкими порциями высыпается из резервуара и, увлекаемый струёй кислорода, попадает в пламя горелки. Здесь происходит плавление частиц глинозёма.
В пламя вводится огнеупорный штифт. Частицы глинозёма спекаются с ним и, постепенно накапливаясь, образуют, остроконечный конус. Его вершина, вытягиваясь вверх, достигает зоны пламени с наивысшей температурой. В этой зоне под действием высокой температуры образуется микроскопический зародышевый кристалл. Зародыш принимает на себя непрерывный поток расплавленных частиц глинозёма и начинает увеличиваться в объёме. Так получается постепенно растущий в своём диаметре монокристалл.
 |
Схема аппарата для получения кристаллов рубина и сапфира: 1
— окись алюминия (глинозём); 2 — горелка; 3 — керамическая камера; 4 —
образующийся кристалл; 5 — огнеупорный штифт. |
Выращивание кристалла — очень тонкая работа, требующая большого практического опыта и сноровки. Мастер должен умело регулировать количество поступающего в пламя порошка и пропорцию сжигаемых газов. Многое зависит и от правильного выбора зоны кристаллизации.
*
Рост кристалла теоретически может протекать беспредельно. Но образование слишком крупного кристалла связано с опасностью растрескивания его в результате напряжений, которые возникают между нижней частью кристалла, относительно быстро остывающей, и верхней его частью, находящейся в зоне высокой температуры. Поэтому на практике ограничиваются получением камня примерно в 200 каратов (40 граммов) или несколько больше. Продолжительность кристаллизационного процесса составляет в среднем пять часов.
Готовый камень имеет каплеобразный вид. Его кристаллическая структура внешне, как правило, не проявляется. Но это не имеет значения: отсутствие внешних признаков кристалличности встречается в природе и у других тел, которые всё же являются кристаллами; примером может служить ледяная сосулька.
Остывший кристалл снимают со штифта и раскалывают пополам по вертикальной оси. Это необходимо для того, чтобы ослабить внутренние напряжения в кристалле. Последующая обработка искусственного камня заключается в его распиловке, огранке, шлифовке и полировке. Камню придаётся нужная конфигурация в зависимости от его назначения.
Основную продукцию фабрики драгоценных камней составляют обычно лейкосапфир, бесцветный кристаллический корунд, имеющий широкое техническое применение, и рубин, используемый преимущественно в виде часовых камней и других ювелирных поделок. Окраска рубина достигается незначительной добавкой к квасцам солей хрома.
Если к квасцам примешать соли железа и титана, то искусственный камень получается с красивой голубой окраской, как у натурального сапфира. Применяя различные окрашивающие соли и варьируя их друг с другом, практически можно получать камни всех цветов радуги.
*
Многочисленные исследования показали, что синтетические и натуральные камни совершенно тождественны по своему химическому составу и физическим свойствам, а также и в отношении кристаллографических показателей (структура кристалла, лучепреломляемость, светорассеяние).
Синтетические камни именно тем и интересны, что, в отличие от дешёвых подделок и имитаций из стекла, они в действительности являются драгоценными камнями со всеми их характерными признаками и свойствами. Отличить природный камень от синтетического после огранки в большинстве случаев невозможно. Только просвечивание рентгеном обнаруживает некоторую разницу.
С точки же зрения тех требований, которые предъявляются к рубинам и сапфирам промышленностью, синтетические камни во многом превосходят природные образцы. Искусственные камни обладают несколько большей твёрдостью, повышенной сопротивляемостью износу, более однородной структурой и, кроме того, могут быть получены стандартной формы, веса и качества. Последнее обстоятельство очень важно, так как это позволяет производить обработку камней не вручную, а на автоматических станках.
Комментариев нет:
Отправить комментарий