Рис.7. Схема камеры типа "чечевица":
1 – пуансоны; 2 – реакционная смесь графита с никелем; 3 – пирофилитовая прокладка; 4 – муфта.
В мире выпускаются синтетические алмазы следующих видов: АСО – алмазы обычной прочности, АСР – алмазы повышенной прочности, АСВ – алмазы высокой прочности, АСК и АСС – алмазы монокристаллические.
Размер алмазов АСО, АСР и АСВ 0,04 – 0,63 мм. Кроме того, выпускаются две марки микропорошков – АСМ и АСН с размером зерен 1 – 60 мкм. Монокристаллические синтетические алмазы АСК и АСС имеют размер зерен до 1 мм.
Эксплуатационные свойства шлифовальных порошков из синтетических алмазов зависят от формы зерен, характера их поверхности и механической прочности. Наиболее развитая поверхность характерна для алмазов АСО, а наименее развитая – для алмазов АСС. Механическая прочность алмазов АСС приближается к прочности природных алмазов.
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.
