Top.Mail.Ru
Камни и минералы

Искусственные сапфиры: что это такое и как получают?

Искусственные сапфиры: что это такое и как получают?

включайся в дискуссию

 
Содержание
  1. Что это такое?
  2. Производство синтетического сапфира
  3. Обработка после выращивания
  4. Чем отличается от природного?
  5. Свойства
  6. Выбор и уход

Синтетические сапфиры широко распространены на ювелирном рынке. Природный камень считается драгоценным и имеет высокую цену. Альтернативный вариант тоже благородно смотрится в изделиях, а по эстетическим характеристикам мало чем уступает первому варианту.

Что это такое?

Натуральный самоцвет формируется в специфической среде миллионы лет. Цена на него заоблачно высокая, а спрос все равно хороший.

Природные минералы образуются в земной коре благодаря некоторым геологическим операциям, которые связаны между собой во времени и пространстве.

Вода, высокая температура и мощное давление образуют рудные жилы. Они служат местами скоплений различных кристаллов. В месторождениях сапфиров присутствуют еще и жидкие газы, которые циркулируют в закрытом пространстве много лет.

В лабораториях создания наноминералов ученые воссоздали природные условия. Но чтобы выращенный кристалл был приличных размеров, требуется несколько месяцев. Нано сапфиры растут быстрее, а потому дешевле природных аналогов. Стоимость искусственных камней ниже, но не настолько, чтобы сравнивать их с обычными стекляшками. Чистота и глубина цвета искусственных кристаллов лучшая, чем у подлинных минералов. Гидротермальный сапфир не требует дополнительного облагораживания, как камень с подлинными свойствами. Эти методы, кстати, дороги и требуют дополнительных инвестиций.

Искусственный сапфир, значит, разновидность корунда. Он же является основой для рубинов и изумрудов. Синий цвет у сапфиров получается благодаря титану и железу. В синтезе также участвует нагретый берилл. С учетом условий производства можно сказать, что синтетический камень не выращивают, а варят. В базе одной из смесей оксид алюминия, который выглядит обычным белым веществом. В сапфир он превратится только при температуре 2200 градусов Цельсия. Скорость кристаллизации искусственных сапфиров 4 мм в час. Для больших кристаллов нужно немало времени. В дальнейшем, при необходимости, их разрезают на кусочки и обрабатывают, придавая схожесть с натуральными отложениями.

Производство синтетического сапфира

Основной метод производства искусственных кристаллов требует специальной печи Вернейля. Она применяется десятилетиями. По данному методу оксид алюминия расплавляется в пламени водородно-кислородной горелки. В печи Вернейля делают жидкие капли. При постепенном охлаждении они образуют кристалл. Кроме сапфира, данная технология подходит и для производства рубина, а также других драгоценных камней. Разница состоит в добавлении примесей различных оксидов металлов, которые дают подходящий цвет.

Технология, изобретенная в начале XX века, используется и сейчас. Она претерпела лишь небольшие изменения, позволив развернуть процесс до условий масштабных производств.

Повсеместное распространение технологии началось примерно с 1932 года, а особенно активизировалось в годы Второй Мировой. При производстве используется смесь исходных материалов с заданными физическими и химическими качествами. Однородные компоненты, загружаемые в агрегат, называются «шихта».

Размер микрочастиц в составе шихты от 1 до 20 мкм. Порция порошковых веществ засыпается в бункер, в котором есть отверстия. Через них вещества поступают в печь, где сгорает водород. Шихта расплавляется и наращивается затравочный кристалл. Емкость для затравки вращается, обеспечивая равномерный рост и прогрев. По мере роста, затравка оказывается внизу, а верхняя часть преобразуется в грани.

Форма, в которой находится шихта, напоминает расширяющийся конус. В зависимости от расхода основного материала в ней получаются длинные кристаллы. Кроме расхода, важными являются такие параметры, как подача газов и скорость вращения, качество прогрева. Метод обладает характерными преимуществами:

  • возможность контроля роста кристаллов визуально;
  • температура горения регулируется автоматически;
  • флюсы и дорогостоящие тигли в готовом материале отсутствуют.

Недостатки метода:

  • из-за высокой температуры в кристалле появляются внутренние напряжения;
  • из-за нарушения системных правил при составлении шихты летучие вещества могут улетучиться, а последующие восстановление процесса невозможно.

Обработка после выращивания

    Полученная форма и размеры кристаллов обычно мало соответствует параметрам изготавливаемых деталей. Поэтому почти всегда необходима обработка материалов. Для механической обработки не применяются обычные токарные, фрезерные или сверлильные станки. Изделия отличаются хрупкостью, поэтому в работе возможны только абразивы. Применяться могут алмазные диски или шлифовальники, суспензии или специальные пасты.

    Обычно частицы абразивного материала вдавливают в поверхность обрабатываемого материала. В нем образуются микротрещины, которые в ходе процесса перемещаются вглубь. Дальнейшие действия приводят к получению целой сети трещинок. Они смыкаются, вызывая сколы отдельных участков. Их послойно удаляют с поверхности, придавая изделию нужную форму.

    Абразивные материалы, предназначенные для обработки, не зря разделяются по твердости.

    От этого свойства зависит абразивная способность, которая выражается механической или химической стойкостью.

    Специалисты выбирают нужный абразив по минералогической шкале Мооса. По принципиальным отличиям минералов алмазу соответствует десятый класс, а корундам – девятый. Для обработки сапфиров подойдут специальные шлифовальники или суспензии.

    Шлифовальники представляют собой чугунные, стеклянные, стальные, медные или латунные детали с абразивными микропорошками. Зернистость микропорошков может составлять от М14 до М5. После шлифовки выращенного кристалла нужна его полировка. Для этого процесса выбирается абразивная суспензия, которая втирается в поверхность до полного равномерного распределения. Полировка проводится в два этапа, для которых выбираются разные абразивы с грубым или тонким размером зерна.

    Чем отличается от природного?

    Искусственный корунд, как и природное отложение, синего или темно-синего оттенка. Лабораторный аналог – популярная имитация, отличить которую бывает сложно. Специалисты выращивают синтетический продукт без сколов и повреждений, а такое качество нравится ювелирам. Проверить изделие можно по внешним показателям:

    • у искусственного минерала более безупречный и чистый оттенок;
    • внутренних дефектов в нем практически не бывает;
    • жидкостные образования если и есть, то они правильно сферической формы, тогда как в натуральном отложении таковых практически нет;
    • если предельно внимательно рассмотреть подлинные и синтетические сапфиры, их можно отличить именно по качественному признаку, а натуральные камни обязательно содержат различные природные включения, которых нет в лабораторном камне.

    При этом химические и физические свойства обоих видов полностью похожие. Специалисты различают нюансы, которые скрываются в неправильной структуре роста. Твердость подлинного и лабораторного камня разная.

    Чтобы проверить похожий на сапфир камень, нужны специальные установки, например, рефрактометр, которым производится измерение параметров светового преломления.

    Подлинные минералы выдают 1,762 – 1,778.

    Еще один способ предполагает применение специальной жидкости. Монобромнафталин помещается в емкость, которая устанавливается на фоне белой бумаги. Видимые искривленные цветные полоски говорят об искусственном происхождении камня. Также может быть применен коротковолновый ультрафиолет. Под его действием настоящий камень не изменит окраски. Выращенный образец отсветит белым или грязно-зеленым. Свечение может быть и красного оттенка. Это зависит от используемых примесей в составе шихты.

    В связи с развитием технологий выращивания искусственных сапфиров, различить их подручными методиками становится затруднительно. Полноценные выводы могут сделать только профессионалы, которые обладают соответствующими навыками. Помочь может и знание определенных свойств камня.

    Свойства

    Искусственный сапфир имеет внутренние свойства, идентичные натуральному камню. Кроме ювелирной промышленности, его широко используют в часовом производстве или в качестве полупроводникового материала. Для всех полупроводников характерна высокая чувствительность электрофизических качеств. Полупроводники активно применяются в схемах к различной технике. Почти все современные интегральные микросхемы содержат в своем составе полупроводниковые элементы.

    Кристаллические вещества имеют способность к проведению электротока, но при температурных переменах, действии световых лучей, присутствии примеси других веществ. Области применения полупроводников обширны: радиотехника, оптическая электроника. В альтернативной медицине сапфир известен как антидот против многих ядовитых веществ. Целебные качества сапфира издревле применялись для обретения чистых помыслов, духовного спокойствия и равновесия, для обретения бескорыстия.

    Выбор и уход

    Один из самых сложных для лабораторного воспроизведения камней считается васильковый сапфир. Создание этого оттенка невозможно без тщательной профессиональной подготовки. Технические данные должны быть соблюдены в точной мере. Натуральный камень подобного оттенка имеется только в Индии. В этой стране он ритуальный и обрядовый оберег. Его выбирают для лечения сердечной недостаточности, обретения психологической устойчивости. Если камень держать в доме, то обязательно придет благополучие, а владельцу жилья лидерство. Самые красивые природные образцы сапфиров хранятся в специальных фондах таких стран как:

    • Таиланд – 16 кг;
    • Шри-Ланка – 18 кг;
    • США – 15 кг.

    В России имеется васильковый сапфир, произведенный в XIX веке, он хранится в алмазном фонде страны. Камень отличается невероятной прочностью и долговечностью. В домашних условиях украшения с сапфиром требуют дополнительного ухода. Для украшений вредны регулярная влажность, воздействие прямых солнечных лучей, пыль. Изделия можно облагородить регулярной чисткой. Для замачивания подойдут обычные мыльные растворы или гели для душа. Используемые средства нужно затем смыть холодной водой.

    В ювелирных магазинах можно найти специальные средства по уходу за драгоценными камнями. Они обычно в виде спреев или одноразовых салфеток. Средства дорогие, поэтому их использование ликвидно при сильном загрязнении ювелирных изделий. Поскольку сапфир редко теряет первоначальный внешний блеск, достаточно использования обычных домашних чистящих средств, которые найдутся у каждой хозяйки.

    Смотрите видео, чтобы узнать, как происходит выращивание искусственных сапфиров.

    Написать комментарий
    Информация предоставлена в справочных целях. Не занимайтесь самолечением. По вопросам здоровья всегда консультируйтесь со специалистом.