Глава 1. Рубины, сапфиры, изумруды – «плоды» лабораторных изысканий.
Многие цветные драгоценные камни можно воссоздать в лабораторных условиях. История их искусственного производства гораздо длиннее, чем у бриллиантов. Тема Главы 1- искусственные (синтетические) рубины, сапфиры, изумруды, шпинель и кварц, и технологии синтеза.
Рубины и сапфиры
По химическому составу рубин – это оксид алюминия, красную окраску которому придает присутствие хрома. Часто искусственные рубины получают методом простого расплава оксида алюминия с небольшими добавками хрома. На выходе мы имеем кристалл с точно такой же атомарной структурой, с точно такими же оптическими свойствами, твердостью и химическим составом, как и у настоящего природного рубина. Но лишь с одной существенной разницей: местом происхождения. В одном случае это лаборатория, а в другом – недра земли. Как видно на фото ниже, внешний вид синтетических камней может быть идеальным и совершенным.
Долгое время рубин и сапфир считались наиболее ценными и востребованными драгоценными камнями. К тому же никогда этих драгоценных камней не добывали в достаточном количестве, чтобы полностью покрыть мировой спрос на них. Ничего удивительного нет в том, что амбициозная цель их искусственного создания вполне оправдывала средства. Самые первые опыты в этой области были проведены Марком Годеном в середине 19 века во Франции, хотя ему так и не удалось создать корунд ювелирного качества.
В середине 1880-х впервые на рынке появляются рубины, которые поначалу приняли за природные, однако позднее, в ходе тщательного расследования, выяснилось, что они были получены искусственным образом. Многие из этих камней, известных под названием “Женевских рубинов” (считалось, что их сделали в окрестностях Женевы, Швейцария), были проданы по высокой цене под видом природных рубинов. Столетие спустя, на рынке снова появляется очередной «симулякр» рубина. Под гордым названием “восстановленный рубин”. «Легенда» гласила, что камень был получен в результате сплава кусочков природного рубина. Сравнительно недавно было установлено, что таким способом восстановить природный рубин никак нельзя, так что, по всей вероятности, эти рубины также были получены искусственным путем из химического сырья.
Коммерческая технология производства искусственных рубинов была разработана в Париже, Эдмундом Фреми. Все полученные им рубиновые кристаллы были очень мелкими и могли полностью уместиться в тонком и неглубоком блюдце. Но их производство было дешевым. В больших количествах такие рубины широко применялись в часовых механизмах и в приборных подшипниках. Однако технология не позволяла вырастить крупный и насыщенный по цвету драгоценный камень. В последнее десятилетие 19 века, один из ассистентов Фреми, Огюст Вернейль, разработал новую технологию выращивания искусственных рубинов. Метод Фреми предполагал растворение оксида алюминия в соляном расплаве, и в процессе постепенного охлаждения происходила кристаллизация рубинов. Принцип метода Вернейля уже был описан выше.
Иными словами, получить рубин можно, добавив щепотку хрома в оксид алюминия. Для получения сапфиров требуется больше компонентов, так как сапфиры имеют более разнообразную цветовую палитру. Технология Вернейля годится для выращивания кристаллов всего семейства корунда, главное – правильно составить исходную смесь и экономическая целесообразность, которая в случае с рубинами и сапфирами очевидна и не вызывает сомнений.
Интересно отметить, что конструкция плавильной печи Вернейля не претерпела принципиальных изменений с момента ее первого представления широкой публике - с 1904 года. Ее с тех пор автоматизировали, так что теперь задействовано минимальное количество персонала для обслуживания множества таких электрических печей.
В настоящее время существуют производства в Германии, Франции и Швейцарии, которые имеют в своем распоряжении порядка 1,000 единиц оборудования, работающих круглосуточно. Крупные промышленные производства есть в Китае, России, Таиланде и много где еще в мире. Производительность всех этих заводов измеряется не в каратах, а в тоннах, и цена драгоценного искусственного корундового сырья очень низкая – в пределах нескольких центов ( USD ) за карат. Кристалл, выращенный таким образом, называется буля. Дальше происходит его машинная или ручная (там, где стоимость рабочей силы низкая) огранка, и камни массово поступают в ювелирные торговые сети.
Существуют и другие технологии искусственного получения корундов. Рубины для лазерного производства можно выращивать методом “вытягивания» кристаллов из расплава (метод Чохральского), который дает на выходе единичные прозрачные кристаллы сантиметровой ширины и метровой длины.
Ограниченное применение нашел усовершенствованный метод Ферми. В настоящее время он получил название флюсового синтеза, и на выходе получают рубины прекрасного цвета и прозрачности, хотя этот метод на порядок дороже, чем технология Вернейля. Флюсовый синтез рубинов был опробован несколько десятилетий назад Юдит Осмер, эти рубины можно и сейчас заказать в ограниченном количестве под торговой маркой «Рамаура».
Синтетические сапфиры и рубины часто продаются в коммерческих ювелирных магазинах, обычно в перстнях и в ювелирных украшениях с камнями рождения (по знаку зодиака). Как правило, если на ценнике кольца название камня взято в кавычки, то это доказательство того, что камень искусственный (синтетический). Так называемые «александриты», которые повсеместно продают туристам по цене несколько долларов за штуку, на самом деле являются синтетическими корундами, которые меняют цвета так же, как и настоящий александрит. В огромных количествах производятся так называемые «белые сапфиры» - бесцветные корунды. Их применяют в ювелирной отрасли как бесцветные камни, в производстве подшипников для электроизмерительных приборов, в электронике и даже и военной промышленности.
Драгоценные синтетические корунды, полученные методом кристаллизации в пламени
Звездчатые рубины и сапфиры (с эффектом астеризма) можно синтезировать, добавив оксид титана в исходное сырье для плавильной печи Вернейля. По мере остывания корунда, оксид титана образует кристаллы рутила в породе корунда. Кристаллы рутила внешне имеют игольчатую структуру, с ориентацией по кристаллической решетке корунда, а именно в форме шестиугольника. При огранке «кабошон» видна шестиконечная звезда. Игра цвета у синтетического звездчатого корунда такая же, как у ограненных камней.
Синтетический корунд имеет отличительные свойства. Технология Вернейля всегда дает изогнутые линии роста, которые хорошо различимы при увеличении и при правильной подсветке. Многие ювелирные лупы оснащены таким источником света. Ни один природный минерал никогда не образует таких изогнутых линий роста (их называют еще «шелком»), и их наличие гарантировано подтверждает искусственное происхождение драгоценного камня. У натурального природного камня линии роста плоские. Другой отличительной особенностью стеклянного или синтетического камня является наличие идеально ровных пузырьков, иногда с небольшим «хвостиком», как у головастика. Выращенные из расплава рубины могут также содержать включения расплава.
Синтетическая шпинель
Первая искусственная шпинель была получена чисто случайно, из-за попадания небольшого количества оксида магния в основное корундовое сырье для плавильной печи Вернейля. Шпинель никогда не считалась особо ценным драгоценным камнем, поэтому с того момента минуло более 20 лет, прежде чем искусственную шпинель начали производить в промышленных объемах для коммерческого использования. Природная шпинель не имеет широкого распространения в торговле драгоценными камнями, однако ее синтетический аналог встречается практически повсеместно. Ее широко применяют для имитации более ценных и популярных драгоценных камней, таких, как изумруды, аквамарины и турмалины.
Обычный метод синтеза шпинели – это все та же плавильная печь Вернейля, в которой выращивают були впечатляющего разнообразия размеров, цветов и оттенков. Такая цветовая палитра получается благодаря химическим примесям, так как природная чистая шпинель, так же, как и сапфир, бесцветна. К тому же, если исходную смесь для синтеза шпинели смешать с оксидом кобальта и поместить в электрическую плавильную печь, то на выходе получится материал насыщенного ярко-синего цвета, очень сильно похожий на лазурит. В 1957 году была синтезирована шпинель, похожая внешне на лунный камень. Иногда шпинель получают методом флюсового синтеза, и вот тогда действительно очень сложно идентифицировать ее как искусственную.
Так как у синтетической шпинели могут и не просматриваться изогнутые линии роста, которые отчетливо видны в синтетическом корунде, выращенном по методу Вернейля. Однако камни все же можно идентифицировать как шпинель (по коэффициенту преломления), а расцветки искусственной шпинели сильно отличаются от цвета природного камня.
Искусственный кварц
Природный кварц широко распространен и стоит дешево. Но стоимость его производства в промышленных масштабах настолько низкая, что это имеет экономический смысл. Цитрин, желтая разновидность кварца, получает свою окраску благодаря присутствию железа. Аметист получают, добавляя особые примеси, которые придают коричневатый оттенок. Фиолетовый цвет возникает при радиоактивном облучении кварца. Бесцветный кварц (горный хрусталь) производят тоннами для нужд электронной промышленности, и редко используют с огранкой в ювелирной отрасли. Зеленый кварц также производят в небольшом количестве. Кварц синтезируют гидротермальным методом. Именно таким образом в природе в естественных условиях образуются многие минеральные кристаллы, в жилах и полостях недр земли. Однако в природе эти процессы протекают медленно и занимают продолжительное время, а химические соединения могут быть очень слабой концентрации. В лабораторных условиях все эти природные процессы получают радикальное ускорение.
Искусственный берилл
Бериллы отличаются разнообразием цветов, но наибольшую ценность представляет, конечно же, изумруд – ярко-зеленая разновидность этого драгоценного минерала. Искусственные изумруды начали синтезировать, начиная с 1848 года, но кристаллы свыше одного карата смогли вырастить лишь в 1912 году. Ричард Накен, который также является автором базовой технологии синтеза кварца, вырастил маленький кристалл изумруда методом гидротермального синтеза, очень близким по своей природе к технологии выращивания кварца. Позже немецким исследователям удалось получить маленькие изумруды прекрасной зеленой расцветки, которые в 1934 году получили маркетинговое название “Игмеральд” (концерн-производитель « I . G . Farbenindustrie »).
Искусственный изумруд
После окончания Второй мировой войны, Кэрол Чэтхэм из Сан-Франциско вывел на рынок крупные изумруды великолепного цвета. Это стало результатом кропотливой исследовательской работы, начатой в 1930 году. Весьма вероятно, что эти изумруды были получены методом выращивания из расплава. Над выращиванием синтетических изумрудов трудились не покладая рук многие: компания «Линд Эйр Продактс», Пьер Жильсон в Париже, компания «Церфасс» из Германии и далее по списку. Компания «Линд» выращивала свои изумруды гидротермальным методом, «высаживая» их на дисках бесцветного берилла. Кристаллы нарастают сверху и снизу этого диска. Так как нужны были камни значительной толщины, метод оказался не самым дешевым. Но это никого не могло остановить. Выращенные изумруды гранили и закрепляли в ювелирные изделия.
Большие изумрудные кристаллы насыщенного зеленого цвета выращивал Жильсон, и нередко крупные сростки кристаллов изумительных цветов выставляются на продажу как ювелирное сырье.
Синтетические изумруды можно отличить от природных благодаря присутствию в последних характерных примесей. Природные изумруды содержат своеобразные включения, по которым часто можно определить страну и даже месторождение их происхождения.
Иногда даже попадаются так называемые “трехфазовые” включения, представляющие собой полости, заполненные жидкостью, пузырьками газа, кристаллами поваренной соли или других солей. Синтетические изумруды, как правило, не содержат таких своеобразных включений, но в них могут быть остатки расплава или иные характерные внутренние маркеры. Для идентификации синтетического изумруда всегда потребуется микроскоп, а иногда еще и дополнительный инструментарий профессионального геммолога.
В целом можно сказать, что синтетические цветные камни прекрасно смотрятся в ювелирных украшениях и обладают хорошей «носкостью». Это хороший выбор, если такие камни продаются по сходной цене и не выдаются продавцом за природные.
Хотя, для лито-терапевтических целей, они вряд ли подойдут.
Продолжение следует.
В главе 2 будут рассмотрены:
· Синтетический опал, бирюза, лазурит, александрит,
· Общие свойства синтетических камней, полезные для их идентификации,
· Имитации бриллиантов,
· Дублеты и триплеты.