Sinteza de pietre prețioase, cu metode moderne de îmbunătățire a calității materialelor sintetice și a acestora

Istoria contemporană crearea pietre artificiale a început în 1857, când chimist francez Mark Goden, fuziune două săruri - alaun (sulfat de potasiu și aluminiu) și Cromat de potasiu, cristale de rubin obținute cu o greutate de aproximativ 1 carat.

În prezent, există diferite metode de sinteză a geme și creștere bijuterii de cristal, cele mai importante sunt grupul de topitură (metode Verneuil, Czochralski, zona și topire a craniului) și metodele de soluții în topitură (metode fondant sinteză hidrotermală și sinteza de diamante gem la presiuni ridicate) precum și unii pe alții.

Metoda Verneuil. In 1896, omul de știință francez Ogyust Verneyl construit un cuptor special cu un arzător de hidrogen-oxigen pentru sinteza rubine și epoca producției industriale de geme sintetice.

geme de sinteză realizate dintr-o topitură obținută prin topirea încărcăturii (în cazul sintezei rubiniu amestec este un amestec de oxizi de aluminiu și crom). Cuptorul este conceput astfel încât amestecul este improscat în porțiuni mici, într-un flux de oxigen care intră în camera de ardere, unde se alimentează hidrogen, și unde se află arzătorul. Aici, taxa este topit, iar scăderea rezultată cade pe un substrat ceramic, pe care mai întâi un con, apoi rulare într-un cilindru - un singur cristal. The lingourilor cristal obținute numite (vezi. Photo1), mărimea care este de obicei 5-10 cm lungime, cu un diametru de aproximativ 2 cm (tehnologiile moderne permit să primească Boule la 60-70 cm lungime). Este nevoie de aproximativ 4 ore pentru a obține o boule de mărime medie. Cristalele rezultate au un stres intern puternic și de multe ori împărțit în mai multe bucăți.

Metoda de Verneuil a reușit până acum să crească mai mult de o sută de diferite tipuri de cristale. Cu toate acestea, cea mai mare valoare comercială are, de regulă, atunci când crescut rubin, safir, și alte soiuri colorate de corindon, inclusiv pietre în formă de stea, precum și spinel (A se vedea. Foto 2).

Metoda Czochralski. Această metodă face posibilă obținerea de cristale de calitate foarte înaltă. Materia primă (un amestec de oxizi de compoziție corespunzătoare) este topită într-un creuzet al unui metal refractar (de exemplu, platină sau iridiu), care este încălzit cu un încălzitor spirală înfășurată direct pe creuzet. Cristalizarea începe însămânțată cu privire la suprafața de topitură, care este rotit gradat și ridicat (trase) din topitură (la o viteză de 5-30 mm / h). Cristalele rezultate sunt tije cu diametrul de 2,5-6 cm și o lungime de 20-25 cm. Prin cristalele cultivate prin această metodă includ rubin, safir, YAG, GGG și alte granate sintetice și alexandrit.

Metoda Czochralski dă cristale care sunt frumoase materiale de bijuterii, deoarece acestea sunt mult mai omogene decât cristalele cultivate prin metoda Verneuil.

craniu metoda topirii. Metoda constă în topirea și cristalizarea substanței în propria „cămașă“ rece și este utilizat pentru cristale în creștere de refractare (zircon, corindon, YAG si altele). Substanțe utilizate pentru topirea de încălzire de înaltă frecvență. După încălzire, topitura este menținută timp de câteva ore (pentru striparea impurităților și pentru a stabili omogenitatea mediului), este apoi răcit încet, prin care cristalele columnare cristalizează (vezi. Figura 1).

Metoda de topire zonei. Metoda este următoarea: taxa inițială, care este un amestec pre-calcinate oxizilor componentelor inițiale cu impurități de bază și primer sunt plasate într-o barcă de molibden, care a fost apoi tras încet de-a lungul încălzitorului. Pe măsură ce traficul cu barca în încărcătura are loc o zonă topită destul de îngustă, care atunci când se deplasează ulterior barca solidifică pentru a forma un singur cristal. Lățimea cristalului obținut 8 cm, inaltime - 2 cm, lungime - 18 cm, creșterea de 4 zile. Printre defectele interne din cristalele cultivate de blocare și fracturarea observate.

Această metodă de sinteză a pietrelor prețioase este cristale simplu punct de vedere tehnic, singulare pot fi cultivate sub formă de plăci și a fost folosit cu succes pentru a produce cristale mari unice de corindon, diferite culori, YAG si alte granate sintetice.

O metodă de sinteză a unei soluții topite și o sinteză hidrotermală. Atunci când în creștere geme sintetice adoptate pe scară largă metode de soluție de cristalizare într-o topitură (tehnica de flux) și soluțiile hidrotermale.

Crystal metoda de creștere Flux este în principal folosit pentru materiale refractare, din care din topitură, sub răcire rapidă cristalizare nu este posibilă. Ca solvenți (flux) sunt în stare topită de oxizi de topire scăzut (plumb, molibden, bor, etc.) sau o sare (KF, PbF2, CaCl2i al.). Procesul de sinteză trece la platină, iridiu sau grafit creuzete din plasate într-un cuptor special. Cristalizarea are loc fie prin răcirea treptată a topiturii sau evaporare sub topitură sau metoda gradientului de temperatură. Această metodă permite obținerea de cristale de smarald, corindon, dimensiunea alexandrit de câțiva centimetri (cm. Foto 3).

Pentru creștere bijuterii de cristal este promițătoare în special metoda de sinteză hidrotermală. Cresterea cristalelor se realizează în vase de presiune inalta sigilate (autoclave), care permite realizarea procesului de sinteză, la temperaturi de 250-600 # 730; C și presiuni de zeci și câteva sute de mPa. Ca solvent în această metodă, se utilizează apă, a cărui putere solvent crește brusc, la temperaturi și presiuni ridicate prevăzute în autoclavă. Creșterea cristalelor se realizează pe semințe, ca urmare a diferenței de temperatură.

Metoda de sinteză hidrotermală este utilizat pe scară largă pentru cuarț în creștere culori diferite (A se vedea. imaginea 4) și smaralde. cristale de cuarț hidrotermal ating o greutate de mai multe kilograme, iar marimea smaralde la 10 cm. In ultimii ani început să utilizeze metoda pentru sinteza rubine.

Diamant bijuterii metodă de sinteză la presiuni ridicate.

Principala metodă de sinteză diamant industrial este soluție spunbond sinteza de metal-carbon la presiuni ridicate (# 1400-1600 temperatură 730 C, presiunea de 5000-6000 MPa). Deoarece încărcătura inițială utilizată în mod obișnuit grafit (deși altă substanță carbonice) și metale sau aliaje de fier, nichel, cobalt, platină și paladiu. Pentru a crea temperatura si presiune parametrii necesari folosiți prese hidraulice puternice, echipate cu o cameră de înaltă presiune.

În prezent, am realizat un mare progres în domeniul sintezei de diamant. Mărimea cristalelor de calitate bijuterie cultivate ajunge la 9.10 carate, acestea au diferite culori și caracteristici de înaltă calitate (A se vedea. Foto 5, 6).