Синтетические сапфиры широко распространены на ювелирном рынке. Природный камень считается драгоценным и имеет высокую цену. Альтернативный вариант тоже благородно смотрится в изделиях, а по эстетическим характеристикам мало чем уступает первому варианту.
Что это такое?
Натуральный самоцвет формируется в специфической среде миллионы лет. Цена на него заоблачно высокая, а спрос все равно хороший.
Природные минералы образуются в земной коре благодаря некоторым геологическим операциям, которые связаны между собой во времени и пространстве.
Вода, высокая температура и мощное давление образуют рудные жилы. Они служат местами скоплений различных кристаллов. В месторождениях сапфиров присутствуют еще и жидкие газы, которые циркулируют в закрытом пространстве много лет.
В лабораториях создания наноминералов ученые воссоздали природные условия. Но чтобы выращенный кристалл был приличных размеров, требуется несколько месяцев. Нано сапфиры растут быстрее, а потому дешевле природных аналогов. Стоимость искусственных камней ниже, но не настолько, чтобы сравнивать их с обычными стекляшками. Чистота и глубина цвета искусственных кристаллов лучшая, чем у подлинных минералов. Гидротермальный сапфир не требует дополнительного облагораживания, как камень с подлинными свойствами. Эти методы, кстати, дороги и требуют дополнительных инвестиций.
Искусственный сапфир камень, значит, разновидность корунда. Он же является основой для рубинов и изумрудов. Синий цвет у сапфиров получается благодаря титану и железу. В синтезе также участвует нагретый берилл. С учетом условий производства можно сказать, что синтетический камень не выращивают, а варят. В базе одной из смесей оксид алюминия, который выглядит обычным белым веществом. В сапфир он превратится только при температуре 2200 градусов Цельсия. Скорость кристаллизации искусственных сапфиров 4 мм в час. Для больших кристаллов нужно немало времени. В дальнейшем, при необходимости, их разрезают на кусочки и обрабатывают, придавая схожесть с натуральными отложениями.
Производство синтетического сапфира
Основной метод производства искусственных кристаллов требует специальной печи Вернейля. Она применяется десятилетиями. По данному методу оксид алюминия расплавляется в пламени водородно-кислородной горелки. В печи Вернейля делают жидкие капли. При постепенном охлаждении они образуют кристалл. Кроме сапфира, данная технология подходит и для производства рубина, а также других драгоценных камней. Разница состоит в добавлении примесей различных оксидов металлов, которые дают подходящий цвет.
Технология, изобретенная в начале XX века, используется и сейчас. Она претерпела лишь небольшие изменения, позволив развернуть процесс до условий масштабных производств.
Повсеместное распространение технологии началось примерно с 1932 года, а особенно активизировалось в годы Второй Мировой. При производстве используется смесь исходных материалов с заданными физическими и химическими качествами. Однородные компоненты, загружаемые в агрегат, называются «шихта».
Размер микрочастиц в составе шихты от 1 до 20 мкм. Порция порошковых веществ засыпается в бункер, в котором есть отверстия. Через них вещества поступают в печь, где сгорает водород. Шихта расплавляется и наращивается затравочный кристалл. Емкость для затравки вращается, обеспечивая равномерный рост и прогрев. По мере роста, затравка оказывается внизу, а верхняя часть преобразуется в грани.
Форма, в которой находится шихта, напоминает расширяющийся конус. В зависимости от расхода основного материала в ней получаются длинные кристаллы. Кроме расхода, важными являются такие параметры, как подача газов и скорость вращения, качество прогрева. Метод обладает характерными преимуществами:
- возможность контроля роста кристаллов визуально;
- температура горения регулируется автоматически;
- флюсы и дорогостоящие тигли в готовом материале отсутствуют.
Недостатки метода:
- из-за высокой температуры в кристалле появляются внутренние напряжения;
- из-за нарушения системных правил при составлении шихты летучие вещества могут улетучиться, а последующие восстановление процесса невозможно.