Синтетические алмазы широко применяются для производства алмазно-абразивного инструмента, брусков, кругов шлифовальных и отрезных, паст для шлифования, стеклорезов, резцов, буровых коронок, долот и т.д. В настоящее время более 80% потребности в технических алмазах по­крывается за счет синтетических.

Кроме перечисленных марок синтетических алмазов в СССР выпускаются поликристаллические алмазы типа карбонадо, балласы, СВС, ис­пользуемые в технике, а также ряд синтетических сверхтвердых материалов, приближающихся по своим физическим свойствам к природным ал­мазам – эльбор (или кубонит), гексанит и др. "Блестящее будущее рису­ется нам для алмаза, когда человек сумеет овладеть тайной искусственно­го его получения. Алмаз до сих пор упорно хранит эту тайну, и то немно­гое, чего добилась наука, еще далеко от разрешения проблемы в це­лом..." – так писал А.Е. Ферсман в 1945 г., а уже через несколько лет син­тетические алмазы заняли ведущее положение в технике.

Около 200 лет пытаются создать синтетические алмазы. Десятки лабораторий в различных странах продолжают поиски более рациональной и эффективной методики выращивания алмазов как для технических нужд, так и для ювелирных целей. Нерешенных проблем в этой области очень много, однако каждый день приближает нас к цели и не исключено, что в скором времени будут найдены экономичные способы получения синтети­ческих алмазов любой формы, размера, цвета и качества. Природные дра­гоценные камни в десятки, а иногда и в сотни раз стоят дороже своих син­тетических аналогов, несмотря на то что синтетические камни по качеству и цвету часто значительно превосходят природные. Г. Банк пишет: "Тем не менее и синтетические камни принадлежат к миру драгоценных камней. Каждому дано решить для себя, как он представляет себе свой мир драго­ценных камней: намерен ли он удовлетвориться хорошей копией или же по прежнему ценит лишь оригинал!".

Глава 5. Как отличить природные ювелирные камни от их синтетических аналогов

Все синтетические материалы, применяемые в ювелирных целях, можно разделить на две группы: первую – синтетические камни – аналоги при­родных ювелирных камней и вторую – новые синтетические материалы, не имеющие аналогов среди природных камней и имитирующие ювелир­ные камни иного состава. Идентификация камней второй группы основы­вается на применении методов диагностики, описанных выше с учетом их свойств. Идентификация камней первой группы более слож­на, так как состав и структура природных и синтетических камней этой группы идентичны. В настоящее время получены и имеются на мировом рынке синтетические корунды, шпинель, изумруд, кварц (в том числе аметист и цитрин), бирюза, в меньшем количестве александрит, опалы, ко­раллы и др.

В связи с получением синтетических аналогов ряда природных ювелир­ных камней остро встал вопрос о методах их отличия. Остановимся на не­которых, наиболее распространенных камнях.

Рубин и сапфир. Получаемые по методу Вернейля, рубин и сапфир в настоящее время наиболее широко применяемые в ювелирных изделиях камни. Стоимость синтетических корундов ниже природных в десятки и даже сотни раз.

Основные физические свойства синтетических корундов весьма близки к природным (коллектив авторов под руководством М. М. Классен-Неклюдовой и Х. С. Багдасарова, 1974 г.). Плотность синтетических корундов 3,992 г/см3. Примесь хрома повышает плотность до 4,013 г/см3, а титана, кальция и ряда других элементов – понижает. Показатели преломления: 1,7681 – 1,7635, у высокохромистого рубина – до 1,7681 – 1,7801. Иногда в синтетических корундах появляется аномальная двуосность, связанная с остаточными внутренними напряжениями.

В спектрах поглощения синтетических фиолетовых, синих и зеленых сапфиров в отличие от природных отсутствуют некоторые полосы поглощения (454, 467, 473 нм). Это можно обнаружить даже у ограненных кам­ней при довольно несложном исследовании на спектрофотометре СФ-18, оснащенном приспособлением для записи спектров поглощения огранен­ных камней.

Отличительный признак синтетических рубинов, полученных при гид­ротермальном синтезе, – наличие в ИК-спектрах серии полос поглощения в интервале 3000 – 3600 см–1, вызванных гидроксильными группами.

Особенно важно для распознавания синтетических и природных рубинов и сапфиров (в частности, ограненных) наличие включений, трещин, каналов, характер распределения окраски, двойникование, выявляемых при рассмотрении камня под сильной лупой или при микроскопи­ческих исследованиях. Для этой цели применяются стереомикроскопы (МБС, "Джемолайт" и др.), с мощным освещением – отраженным и про­ходящим светом. Для большей четкости изображения используется вода, спирт или иммерсионные жидкости (монобромнафтален, йодистый мети­лен и др.). Исследуемый камень опускают в жидкость, налитую в стакан. Чтобы уменьшить испарение жидкости, стакан накрывают стеклом. Так как показатели преломления иммерсионной среды и калия близки, то последний становится полностью прозрачным, что позволяет хорошо рас­смотреть его внутреннее строение.

Установлено, что в природных руби­нах (в частности, в кристаллах из Бирмы и Шри-Ланки) наблюдаются включения рутила, отдельные кристаллики, коленчатые двойники или микроскопические параллельные тонкие иголочки которого образуют так называемый "шелк", а расположенные под углом 60 и 120° – "сетку". Рубины Бирмы, очень богатые включениями, со­держат также октаэдрические кристаллы шпинели, короткопризматические кристаллы апатита, оливин, кальцит, желтый сфалерит, сфен, муско­вит. В рубинах Шри-Ланки можно увидеть включения правильных кри­сталликов циркона, часто окруженных "плеохроичными двориками", гра­натов, пирита, пирротина, гематита, апатита, кальцита. В рубинах Таиланда рутил встречается довольно редко. Для них характерны альмандин, апа­тит, пирротин, для рубинов Танзании – апатит, графит, пирротин, паргасит, шпинель, цоизит.

Иногда в природных рубинах наблюдаются жидкие и газово-жидкие включения, которые заполняют трубообразные каналы и трещины. Осо­бенно распространены газово-жидкие включения, расположенные по тре­щинам разнообразной формы и образующие замысловатые узоры; в ру­бинах Таиланда трещины и каналы могут быть также декорированы буры­ми включениями окислов и гидроокислов железа.

Еще одна отличительная особенность природных рубинов (в частности, Бирмы) – неравномерное пятнистое распределение окраски. В звездчатых рубинах проявляется гексагональная зональность окраски. В ряде ру­бинов отмечается тонкая трещиноватость в виде параллельных полос, связанная с двойникованием.

В природных сапфирах, как и рубинах, наиболее частое твердое включение – рутил. Вместе с тем в сапфирах Бирмы отмечаются апатит, циркон, монацит, флогопит, фергюсонит; Шри-Ланки – гранат, шпинель, слюды, пирит, халькопирит, циркон, окруженный "плеохроичными двориками"; Таиланда – плагиоклаз, колумбит, пирротин, халькопирит; Танзании – циркон, апатит, графит, пирротин; Кашмира – роговая обманка, турмалин; Кампучии – красный гатчетолит, торит, полевой шпат.

Очень характерная особенность природных сапфиров – обилие газово-жидких включений, образующих причудливые узоры, напоминающие соты, сетки, отпечатки пальцев, и расположенных по веерообразным, кулисообразным и неправильным трещинам. Иногда жидкие включения запол­няют трубообразные каналы. В трещинах и каналах могут находиться бу­рые окислы и гидроокислы железа.

Важный диагностический признак природных сапфиров – зональное и зонально-секториальное распределение окраски в виде чередующихся чет­ких параллельных полос с различной интенсивностью окраски, располо­женных по одной прямой, под углом 120° или по сторонам правильного гексагона.

Как и в рубинах, в природных сапфирах может наблюдаться двойнико­вание. Очень характерны для природных и синтетических корундов так на­зываемые "огненные знаки" – мелкие механические трещины около ребер или в периферийных частях фасет ограненных камней, возникающие при обработке.

Синтетические корунды, в том числе рубины и сапфиры, обладают рядом общих внутренних особенностей (речь идет прежде всего о корундах, выращенных по методу М.А. Вернейля). Наиболее характерны для них газовые включения различного размера и формы (округлой, овальной, удлиненной, веретенообразной), одиночные и образующие скопления в виде пятен, полос, облаков. Такие пузырьки газа кажутся темными в проходя­щем свете, в отраженном же свете они имеют вид ярких концентрически-зональных колец.

Твердые включения в синтетических корундах могут быть представле­ны "непроплавами" – непрореагировавшими частичками продуктов син­теза, пылью металлов, вводимых в корунд как легирующие присадки или случайно попадающих из тиглей и нагревателей. В звездчатых синтетиче­ских корундах наблюдаются ориентированные включения рутила.

Хороший диагностический признак синтетических корундов - криво­линейное распределение окраски, связанное с получением их по методу Вернейля. Кривизна полос с различной интен­сивностью окраски может быть различной, и в мелких камнях она мало заметна.

Иногда в синтетических корундах наблюдаются свили – текстуры в виде потоков, обусловленные оптической неоднородностью камня.

Диагностика по внутренним особенностям корундов, синтезированных гидротермальным методом, более сложна в связи с тем, что в них могут отмечаться включения и текстуры, характерные для природных камней. Однако внимательное изучение включений, формы и характер заполнения трещин, наличие "затравок" и другие признаки позволяют решить этот вопрос.

Определить синтетические корунды, имитирующие алмазы, александриты, изумруды, аквамарины, топазы и др., нетрудно, так как их основ­ные физические свойства отличаются от природных корундов. Среди реко­мендуемых методов диагностики в ряде случаев имеет значение определе­ние цвета люминесценции. Например, александритоподобный синтетический корунд в отличие от натурального александрита в ультрафиолетовых лучах светится оранжево-коричневым цветом.

Шпинель. Синтетическая шпинель может быть самой различной окраски, и поэтому она имитирует не только природную шпинель, но и алмаз, сапфиры, рубин, изумруд, аквамарин, гранаты, турмалин, циркон, топаз, но все же имеются и некоторые различия. Так, синтетическая шпинель в отличие от природной характеризуется совершенной спайностью по ку­бу. В поляризованном свете при скрещенных николях у синтетической шпинели наблюдаются аномальное двупреломление, проявляющееся "муаровым" угасанием, а также узоры в виде тонких волосовидных по­лос, сеток или размытого черного креста.

Под микроскопом также видна неоднозначность природной и синтети­ческой шпинели. Для природной шпинели характерны включения октаэдрических кристаллов шпинели, доломит, игольчатый сфен, альбит, апатит. Синтетическая шпинель, выращенная по методу Вернейля, как правило, не содержит каких-либо включений. Только изредка в ней наблюдаются овально вытянутые мелкие газовые пузырьки. Криволинейная зональность окраски для синтетической шпине­ли менее характерна, чем для вернейлевских корундов.

Изумруд. Умение отличить природный изумруд от синтетического имеет принципиальное значение. Дело не только в стоимости (за рубежом природный кристалл стоит в среднем в 2 – 3 раза больше синтетического, в нашей стране – изумруды одного цвета и качества стоят одинаково).

Изумруд выращивают двумя основными методами: раствор-расплавленным и гидротермальным. Существуют различные варианты этих мето­дов. Соответственно возможно и получение различных свойств. Плотность синтетических изумрудов, выращенных раствор-расплавным методом, 2,64 – 2,67 г/см3, выращенных гидротермальным, – 2,67 – 2,69 г/см3, что в целом несколько ниже плотности природных изумрудов.

Спектры поглощения синтетических изумрудов отличаются от природ­ных наличием двух полос поглощения с максимумами 420, 425 или 430 – 440 нм. В ИК-спектрах поглощения в синте­тических изумрудах, полученных раствор-расплавным методом, отсутст­вует широкая полоса поглощения в интервале 3000 – 4000 см-1, что объяс­няется присутствием воды, а также отсутствует характерная для природ­ных и гидротермальных синтетических изумрудов ли­ния поглощения при 2400 – 2500 см-1, обусловленная двуокисью уг­лерода.

Синтетические изумруды часто люминесцируют в ультрафиолетовых лучах глубоким постепенно усиливающимся красным цветом, нетипич­ным для природных. Однако в последние годы стали выращивать изумру­ды (П.Жильсон) с добавками железа, гасящими красную люминесценцию. Под светофильтром синтетические изумруды в отличие от природных, ста­новятся ярко-красными.

Ряд отличий можно установить, исследуя камень под микроскопом. Природные изумруды часто имеют кулисо- и веерообразные или неправильной формы трещины с газово-жидкими включениями, что создает узор, называемый ювелирами "садом". Газово-жидкие и твердые включе­ния гидроокислов и окислов железа бурого цвета могут заполнять кана­лы, ориентированные параллельно осям. В изумрудах также встречаются включения актинолита, тремолита, флогопита (в ураль­ских и индийских), углистые непрозрачные включения, кальцит, доломит, биотит, молибденит (в южноафриканских, Трансвааль), тремолит, биотит, эпидот, турмалин, рутил, апатит (в австрийских). В природных изумру­дах наблюдается прямолинейная зональная или зонально-секториальная окраска.

В синтетических изумрудах иногда наблюдаются зеркальные веерообразные или неправильной формы трещины, возникающие при обработке камня. В синтетических изумрудах, полученных раствор-расплавным методом, отмечаются газовые пузырьки, непроплавленные частички ших­ты, фенакит, ильменит и др. Иногда в таких изумрудах наблюдается тон­кая зональность окраски, отличающаяся от природной.

В синтетических изумрудах, выращенных гидротермальным методом, иногда встречаются газово-жидкие включения, металлическая пыль, участ­ки затравки.

Бирюза. Идентификация бирюзы представляет особую сложность. Синтетическая бирюза, полученная Жильсоном, имеет плотность 2,68 – 2,75 г/см3, показатель преломления 1,61. Установлено, что под микроскопом в этой бирюзе видны темно-синие угловатые или сфериче­ские, сплющенно-овальные частицы, как бы погруженные в более светлый субстрат, твердость которого, вероятно, более низкая. Капля разбавлен­ной соляной кислоты впитывается природной бирюзой и скатывается с синтетической. Спектры отражения синтетической бирюзы в интервале 450 – 1300 см-1 отличаются от спектров природной, для нее характерны максимумы поглощения 1115, 1050, 1000 и 570 см-1 с более сглаженны­ми с широкими пиками.

Советская синтетическая бирюза полностью соответствует природной (по термическим свой­ствам, микротвердости), однако плотность ее 2,3 – 2,4 г/см3, т.е. понижен­ная по сравнению с природной.

Глава 6. Имитация драгоценных камней из стекла

Стекло – наиболее дешевый и распространенный заменитель драгоценных камней. В конце XVIII в. Штрасе предложил рецепт особого свинцового стекла, удачно заменяющего драгоценные камни: 38,2 % кремнезема, оки­си свинца 53,0 % и поташа 8,8 %. Кроме этого в смесь добавляли буру, гли­церин и мышьяковистую кислоту. Этот сплав назван стразом. Для него характерна высокая дисперсия, он хорошо поддается огранке. Такое стек­ло использовалось для имитации бриллиантов. Позже научились изготов­лять цветные стразы. Для получения рубинового цвета в стеклянную мас­су добавляли 0,1 % кассиевого порфира, сапфирового – 2,5 % окиси ко­бальта, изумрудного – 0,8 % окиси меди и 0,02 % окиси хрома. Были раз­работаны рецепты для получения имитаций гранатов, аметистов, шпинели.

В настоящее время стекла, имитирующие драгоценные камни, широко используются в ювелирных изделиях.

Итак, химический состав и физические свойства синтетических и соот­ветствующих им природных камней одинаковы. Однако синтетические камни – это продукт труда человека, и изготовить их можно сколько угодно.

Природные камни – творения природы, число их ограниченно, обнаружить и добыть – трудно. Именно поэтому драгоценный камень в десятки, а иногда и в сотни раз дороже своих синтетических аналогов, несмотря на то, что синтетические камни по качеству и цветовым характеристикам часто значительно превосходят природные камни.

Ювелирные камни – прекрасное творение природы и человека. Природа не поскупилась, создав глубокое спокойствие сочно-зеленых изумру­дов, умиротворенность синих сапфиров, пылкость красных рубинов, ска­зочную или страстную изменчивость белых и черных опалов, нежность ро­зовых и голубых топазов, безбрежное море цветов, оттенков, рисунков. Человек, вдохнув в них свою душу, бережно, с любовью обработав их, придал им завершенность, законченность, превратил их в настоящие про­изведения искусства, призванные нести людям радость, наслаждение, вдохновение, а не горе и слезы, не быть предметом наживы и обогащения, а свидетельством богатства и огромной духовной мощи народа.

Применяющиеся в качестве имитации стекла могут быть различной прозрачности (прозрачные, полупрозрачные, просвечивающие в тонких сколах, непрозрачные) и окраски. Физические свойства их зависят от состава, в основном от содержания свинца. Показатели преломления прозрачных стекол 1,44 – 1,77; твердость 5 – 7 по шкале Мооса; плотность 2 – 4,5 г/см3.

Стекла изотропны, но со временем у них может появиться оптическая анизотропия. Дисперсия 0,010, в стеклах с большим содержанием свинца может быть выше.

Стекла можно отличить по присутствию газовых пузырьков различной формы, иногда свилей, сгустков красителей. Кроме чисто стеклянных имитаций применяют сдвоенные (дублеты) и строенные (триплеты) кам­ни, склеенные из стекла и натурального камня, из слабо- и густоокрашенных камней, из природного и синтетического камня. Такие подделки пре­красно видны под лупой или микроскопом: на поверхности склеивания наблюдаются пузырьки, расположенные в одной плоскости.

Стекла (и пластические массы) применяют для имитации полупрозрач­ных и непрозрачных камней: бирюзы, хризопраза, сердолика и др. Плот­ность и твердость их невысоки.

Авантюриновое стекло от авантюрина отличается физическими свойст­вами, а также наличием правильной трех- или шестиугольной формой включений медной стружки.

Выводы.

С древних времен человечество восхищалось драгоценными камнями, многие властители мира хотели владеть ими. Та же ситуация сохранилась и в наши дни. Многие конфликты в Африке и Индокитае своей причиной имеют перераспределение сфер контроля над алмазоносными и другими залежами драгоценных камней. Сейчас большинство добытых драгоценных камней используется уже не в виде украшений, не в виде ювелирных изделий, а для промышленных нужд, для алмазов, например, процент использования в промышленных нуждах составляет около 80%, и только около 20 % добытых алмазов используется в ювелирной промышленности. Поэтому с древних времен ученые старались добывать и изготавливать искусственные драгоценные камни, сначала для этого использовали стекло, разные виды его. В ХІХ веке первые работы по получению синтетических камней выполнил известный французский химик Анри Муассан, который в построенных лично печах при высоких температурах провел серию экспериментов по получению синтетических бериллов и корундов (изумрудов и рубинов), результаты были невелики. Муассану удалось получить только мелкие кристаллы камней. Но эти попытки были только началом. В ХХ веке удалось получить множество синтетических камней и их количество только возрастает. Сейчас большинство продаваемых в розничных сетях ювелирных изделий содержит именно синтетические камни, а природные довольно редки и дороги. Изготовление синтетических камней позволило населению приобщится к красоте камня.

Большие количества синтетических ювелирных камней используются не в ювелирной промышленности, а в приборостроении, точной механике, при производстве часов, в микроэлектронике.

Со временем будут разработаны новые виды кристаллов, которые найдут свое применение и в ювелирной практике.

Список использованной литературы.

1.             Андреев В.Н. Огранка самоцветов. М., Росгазместпром, 1957. 172 с.

2.             Балицкий B.C., Лисицына Е.Е. Синтетические аналоги и имитации природных драгоценных камней. М., Недра, 1981. 158 с.

3.             А. Банк Г.В. В мире самоцветов. М., Мир, 1979. 160 с.

4.             Барсанов ГЛ., Яковлева М.Е. Минералогия яшм СССР. М., Наука, 1978. 112 с.

5.             Власов К.А., Кутукова ЕМ. Изумрудные копи. М., Изд-во АН СССР, 1960. 220 с.

6.             Т.Жабин А.Г. Жизнь минералов. М., Сов. Россия, 1976. 220 с.

7.             Денискина Н.Д., Калинин Д.В., Казанцева Л.К. Благородные опалы, их синтез и генезис в природе. Новосибирск, Наука, 1980. 65 с.

8.             Киевленко Е.Я., Сенкевич Н.Н., Гаврилов А.Н. Геология месторождений дра­гоценных камней. М., Недра, 1974. 328 с.

9.             Минералы Узбекистана. Т. 2. Ташкент, ФАН УзССР. 1975. 335 с.

10.         Минералогия и кристаллофизика ювелирных разновидностей кремнезема. Под ред. В.Г. Балакирев, Е.Я. Киевленко, Л.В. Никольская и др. М., Недра, 1979. 150 с.

11.         Неверов О.В. Античные инталии в собрании Эрмитажа. Л., Аврора, 1976. 156 с.

12.         Орлов Ю.Л. Минералогия алмаза. М., Наука, 1974. 224 с.

13.         Платонов А.Н. Природа окраски минералов. Киев, Наукова думка, 1976. 764 с.

14.         Савкевич С.С. Янтарь. Л., Недра, 1970. 260 с.

Страницы: 1, 2, 3