Основные методы выращивания синтетических ювелирных камней

В настоящее время существует ряд способов изготовления синтетических камней.

Синтез драгоценных ювелирных и технических камней по способу М.А. Вернейля считается классическим и является первым промышлен­ным методом выращивания кристаллов корунда, шпинели и других син­тетических кристаллов. В мире ежегодно выпускается около 200 т синте­тического корунда и шпинели. Метод Вернейля заключается в следующем: к горелке с направленным вниз соплом через внешнюю трубу подводится водород, а через внутреннюю – кислород. В ток кислорода подается из­мельченный порошок окиси алюминия зернистостью около 20 мкм, полу­ченный прокаливанием алюмоаммиачных квасцов, который при этом на­гревается до определенной температуры и затем попадает в водородно-кислородное пламя гремучего газа, где он расплавляется. Внизу под соп­лом располагается стержень из спеченного корунда, выполняющего роль кристаллоносителя. На него стекает расплавленная окись алюминия, образуя шарик расплава. Стержень кристаллоносителя постепенно опускается со ско­ростью 5 – 10 мм/ч, при этом обеспечивается постоянное нахождение рас­плавленной растущей части корунда в пламени. На рисунке показана прин­ципиальная схема установки для выращивания кристаллов этим методом. Диаметр образовавшихся кристаллов ("булек") обычно достигает 20 мм, длина 50 – 80 мм, иногда их размер гораздо больше. Бульки представляют собой поликристаллы. Для получения монолитного монокристалла буль­ку оплавляют путем подачи кислорода. При этом на оплавленной поверх­ности бульки часть кристаллов остается неразрушенной и они при после­дующем охлаждении бульки начинают расти за счет оплавленных разру­шенных кристаллов.

Для получения рубина к порошку окиси алюми­ния добавляют окись хрома, для синтеза сапфира – окись железа и титана, для синтеза александритопо-добного корунда – соли ванадия. Этим же методом выращивают синтетический рутил и титанат стронция.

Рис. 1. Схема аппа­рата Вернейля:

1 – шихта; 2 – до­затор; 3 – кристал­лизационная каме­ра; 4 – кристаллодержатель; 5 – кри­сталл; 6,8 – подача кислорода; 7 – по­дача водорода.

Второй распространенный метод выращивания синтетических кристаллов драгоценных камней – способ Чохральского. Он 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. В расплав на вытяж­ном валу опускают затравку из материала будущего кристалла, и на ней наращивается синтетический ма­териал до нужной толщины. Вал с затравкой посте­пенно вытягивают вверх со скоростью 1 – 50 мм/ч с одновременным выращиванием при частоте вращения 30 – 150 об/мин. Вращают вал, чтобы выровнять температуру расплава и обеспечить равномерное рас­пределение примесей. Диаметр кристаллов до 50 мм, длина до 1 м. Методом Чохральского выра­щивают синтетический корунд, шпинель, гранаты, ниобат лития и другие искусственные камни.

Часто применяется метод кристаллизации из раствора в расплаве с использованием флюсов. При этом камни кристаллизуются из смешанного распла­ва, состоящего из раствора соединения и флюсов – молибдатов, боратов, фторидов, окиси свинца и др. Кристаллизуют вещества обычно в платино­вом тигле при температуре от 600 до 1300 °С (в зависимости от вида кристаллов). В расплав опускают затравку, а затем его охлаждают со скоростью 0,1 – 1 °С/ч. На затравке постепенно наращивается кристалл. Скорость роста невелика – за несколько недель кристалл вырастает на 3 – 4 см. Этот метод по эффективности не может конкурировать со способом Чохральского и применяется в тех случаях, если кристалл плавится инконгруэнтно или испытывает деструктивное фазовое превращение в твердом состоянии.

Copyright © 2025 - All Rights Reserved - www.chemicalnow.ru