Я тут недавно писал про САПФИР ЛОГАН, очень большой, красивый и безумного дорогой, и мне в комментах написали, что сегодня из расплава оксида алюминия можно искусственно вырастить сколь угодно много таких же.
Формально это так, хотя и здесь всё тоже не просто. Но, самое главное, здесь тоже есть эпоним, а ведь, как говорится, "кто о чём, а вшивый о бане".
Итак, ПРОЦЕСС ВЕРНЕЙЛЯ (или МЕТОД ВЕРНЕЙЛЯ) - это такой способ выращивания монокристаллов Al2O3 из их расплавов в специальной ПЕЧИ ВЕРНЕЙЛЯ. Учитывая то, что природные сапфиры и рубины - это те же самые кристаллы того же самого оксида с примесями (рубин - с ионами хрома, сапфир - с ионами железа и титана), только выросшие в естественных условиях, на выходе мы получаем примерно одно и то же, только значительно дешевле. Кстати, чистый оксид алюминия даёт корунд - тоже драгоценный и очень твёрдый (9 по ШКАЛЕ МООСА). Единственный деликатный момент состоит в том, что в природе драгоценные камни бывают самых разных оттенков, что делает каждый камень уникальным и неповторимым.
Температура плавления металлического алюминия - 660°C. А вот его оксид Al2O3 превращается из белого порошка в жидкость при температуре 2044°C. Подобные условия можно создать, используя, например, водородно-кислородную горелку. Но проблема, на самом деле, вовсе не в этом, а в том, как заставить жидкий оксид "самоорганизоваться" и выстроить его молекулы виде стройного кристалла. И вот именно это - самое сложное, иначе бы мы, действительно, уже давно наладили поточное производство сапфиров и рубинов вагонами.
Первые микроскопические рубины из расплава оксида алюминия были получены ещё в 1837 году, спустя 50 лет удалось разработать технологию производства камней ювелирного качества - правда, кристаллы получались достаточно маленькие. Их называли "женевскими рубинами" (позже, правда, выяснилось, что тут тоже было место мошенничеству).
В 1886 году французский химик Огюст Вернейль сконструировал специальную печь, в которой можно было бы не только плавить оксид алюминия, но и выращивать кристаллы рубина очень большого, по тем временам, размера. И всё благодаря той самой водородно-кислородной горелке.
Напрашивается пример, знакомый ещё со школы: в насыщенный раствор поваренной соли мы помещаем на нитке кристалл того же вещества и через несколько дней он вырастает во много раз.
Увы, здесь то же самое не работает, точнее, так происходит, наверное, в природных условиях и процесс занимает тысячи лет. А в ПЕЧИ ВЕРНЕЙЛЯ всё совсем иначе.
Шихта высокой чистоты (не менее 99,9995%) измельчается до частиц размером 1-20 мкм и засыпается в бункер с отверстиями на дне. Из вибрирующего бункера порошок просыпается в печь через отверстия, вместе с ним в печь подаётся кислород. Порция порошка и кислород идут по трубке, находящейся внутри другой трубки, по которой подаётся водород. В печи водород сгорает, расплавляя шихту. Расплав наращивает затравочный кристалл; по мере роста кристалла затравка опускается вниз, чтобы верхняя грань кристалла всегда оставалась на одном уровне, и вращается для равномерного роста и прогрева.
Кристалл растёт в форме вначале расширяющегося конуса, а затем цилиндра. Метод позволяет получить длинные кристаллы со скоростью несколько миллиметров в час, но требует очень точного согласования расхода шихты, подачи газов и скорости вращения кристалла.
Размер полученного кристалла (на профессиональном жаргоне он называется булей) обычно составляет в длину 5-10 см при диаметре около 2 см. Современные технологии позволяют получать були до 60-70 см в длину. Для получения були среднего размера требуется около 4 часов. Полученные кристаллы обладают сильным внутренним напряжением и часто раскалываются на несколько частей.
Лаборатория Вернейля превратилась в промышленное производство и уже в 1907 году произвела тонну рубинов в 30 печах. К 1910 году производство возросло до 3200 килограммов.
А на сегодняшний день одна только фабрика в Монте, Швейцария, производит не менее 250 тонн искусственных сапфиров, рубинов и корундов в год.
Огюст Виктор Луи Верней (3 ноября 1856 – 27 апреля 1913) - французский химик, технолог.
Родился в Дюнкерке, Франция, в семье часовщика-механика. Начал работать лаборантом, затем пошёл учиться, стал бакалавром, магистром и доктором философии.
Занимал должность профессора прикладной химии в секции органической химии Музея естественной истории в Париже. Изучал методы синтеза драгоценных камней, занимался химией селена, интересовался процессом фосфоресценции цинковой обманки, искал способы очистки глицерина и производства стекла с высоким показателем преломления, преподавал химию в различных средних школах и колледжах.
Несмотря на то, что технологию синтеза рубинов методом плавления в пламени Вернейль открыл еще в 1886 году и пришел к результату в течение шести лет, передав свои запечатанные записи в Парижскую академию наук в 1891 и 1892 годах, о своем открытии он объявил только в 1902 году.