Синтез на скъпоценни камъни с модерни методи за подобряване на качеството на синтетични материали и тяхното

Съвременна история създаване на изкуствени камъни започва през 1857, когато френски химик Mark Goden, сливане на две соли - стипца (калиев сулфат и алуминиеви) и калиев хромат, рубин кристали, получени с тегло около 1 карат.

В момента има различни методи за синтез на камъни и отглеждане кристал бижута, основните от които са от групата на стопилка (методи Verneuil, Czochralski, зона и черепа топене) и разтвор на топене методи (методи поток хидротермална синтез и синтез на скъпоценни диаманти при високо налягане) както и някои други.

метод Verneuil. През 1896, френски учен Ogyust Verneyl конструирана специална пещ с горелка водороден кислород за синтез на скъпоценни камъни, и ерата на промишленото производство на синтетични скъпоценни камъни.

Синтез камъни, извършени от стопилка получава чрез топене на заряд (в случая на синтеза на рубин смес е смес от окиси на алуминий и хром). Пещта е проектирана така, че сместа се заливат в малки порции в поток от кислород въвеждане на горивната камера, където се подава водород, и където е разположена горелката. Тук, зарядът се стопява и получената падат върху керамична подложка, на която първият конус, след подвижен в цилиндър - единичен кристал. получен кристални заготовки за наречени (вж. photo1), размерът на която обикновено е 5-10 cm в дължина, с диаметър от около 2 cm (модерни технологии позволяват да се получи Буле до 60-70 см дължина). Тя изисква около 4 часа, за да се получи Буле от среден размер. Кристалите имат силно вътрешно напрежение и често разделени на няколко части.

метод Verneuil досега успя да растат повече от сто различни видове кристали. Въпреки това, най-голямата търговска стойност тя е, като правило, когато се отглежда рубин, сапфир, както и други цветни разновидности на корунд, включително звезда с форма на камъни, както и шпинел (Вж. Снимка 2).

метод Чохралски. Този метод дава възможност да се получат кристали с много високо качество. Изходният материал (смес от оксиди на подходящ състав) се стапя в тигел от огнеупорен метал (например, платина или иридий), която се загрява от спирален нагревател, навита директно на тигела. Кристализацията започва посяват относно стопилка повърхност, която постепенно се завърта и повдигнат (извади) от стопилката (при скорост от 5-30 мм / ч). Получените кристали са пръти с диаметър от 2.5-6 cm и дължина 20-25 см. По кристалите отглеждат по този метод, включват рубин, сапфир, YAG, GGG и други синтетични гранати и александрит.

метод Чохралски дава кристали, които са красиви бижута материал, тъй като те са много по-хомогенна от кристалите, отглеждани по метода на Verneuil.

череп топене метод. Методът се състои в топене и кристализация на веществото в своя студен "риза" и се използва за отглеждане на кристали от огнеупорен (цирконии, корунд, YAG и някои други). Веществата, използвани за топене висока честота отопление. След загряване, стопилката се поддържа в продължение на няколко часа (за отстраняване на онечиствания и да се установи хомогенност на средата), след това бавно се охлажда, при което колонни кристали кристализират (вж. Фигура 1).

Методът на топене зона. Методът е както следва: начално зареждане, която е предварително накалена смес от оксиди на първоначалните компоненти с основните примеси, и праймер се поставят в молибден лодка, която след това бавно се извади по нагревателя. Както се случва трафика лодка в обвинението доста тесен разтопена зона, която, когато впоследствие се движи лодката се втвърдява за формиране на единна кристала. Ширината на получения кристал 8 cm, височина - 2 cm, дължина - 18 см, растежа на 4 дни. Сред вътрешни дефекти в отглеждат кристали наблюдавани блокиране и разбиване.

Този метод за синтез на скъпоценни камъни е технически прости, единични кристали могат да се отглеждат във формата на плочи и е бил използван успешно за получаване на големи единични кристали от корунд, различни цветове, YAG и други синтетични гранати.

Метод за синтез на стопения разтвор и синтез на хидротермичната. Когато нараства синтетични камъни широко приети методи на кристализация разтвор в стопилка (поток техника) и разтвори хидротермични.

Кристал метод растеж поток е предимно използвани за огнеупорни материали, кристализация от които от стопилката при бързо охлаждане не е възможно. Като разтворители (поток) са стопени оксиди ниска точка на топене (олово, молибден, бор, и т.н.), или сол (KF, PbF2, CaCl2i др.). Процесът на синтез отива платина, иридий или графитни тигели поставени в специална пещ. Кристализацията се извършва или чрез постепенно охлаждане на стопилката или изпаряване при метод градиент стопилка или температура. Този метод позволява да се получат кристали антракс, корунд, александрит размер на няколко сантиметра (cm. Фото 3).

За отглеждане кристал бижута е особено обещаващи метод хидротермална синтеза. Растеж на кристалите се извършва в запечатани съдове с високо налягане (автоклав), което позволява да се извърши процеса на синтез при температури от 250-600 # 730 С и налягане от десетки и няколко стотици megapascals. Като разтворител в този метод, се използва вода, силата на разтворител, който увеличава рязко при високи температури и налягания, предвидени в автоклава. растеж на кристал се извършва на семената в резултат на температурна разлика.

метод Хидротермална синтез е широко използван за отглеждане на кварцови различни цветове (Вж. Снимка 4) и антракс. Хидротермален кварцови кристали достигнат тегло от няколко килограма, и изумруди размер до 10 см. През последните години са започнали да използват метода за синтеза на рубини.

метод синтез бижута диамант при високи налягания.

Основният метод за промишлен синтез диамант е разтвор-Spunbond метал въглероден синтез при високи налягания (# 1400-1600 температура 730 ° С, налягане от 5000-6000 МРа). Като начално зареждане обикновено се използва графит (въпреки друг въглерод вещество) и метали или сплави от желязо, никел, кобалт, платина и паладий. За да се създадат необходимите температура и налягане параметри използват мощни хидравлични преси, оборудвани с камера за високо налягане.

В момента сме постигнали голям напредък в областта на синтеза на диамант. Размер на качествени скъпоценни кристали, отглеждани достига 9.10 карата, те имат различни цветове и характеристики високо качество (Вж. Снимка 5, 6).