Как изготавливаются выращенные в лаборатории драгоценные камни?

Введение

Выращенные в лаборатории драгоценные камни, также известные как синтетические или культивированные драгоценные камни, производятся в контролируемой лабораторной среде с теми же химическими и физическими свойствами, что и их природные аналоги. Популярность этих искусственных драгоценных камней возросла благодаря их доступности, этичному источнику происхождения и минимальному воздействию на окружающую среду. В этой статье мы углубимся в увлекательный процесс изготовления выращенных в лаборатории драгоценных камней, изучим различные техники и методы, используемые для создания этих потрясающих альтернатив натуральным драгоценным камням.

Основы выращенных в лаборатории драгоценных камней

Итак, как производятся выращенные в лаборатории драгоценные камни? В отличие от природных драгоценных камней, формирование которых происходит в глубине земной коры в течение миллионов лет, выращенные в лаборатории драгоценные камни создаются за значительно более короткий период времени с использованием передовых технологий. Этот процесс обычно включает в себя воспроизведение геологических условий, в которых образуются природные драгоценные камни, что позволяет контролировать рост кристаллических структур.

Процесс роста кристаллов

Рост кристаллов является фундаментальным аспектом создания выращенных в лаборатории драгоценных камней, и для этого используется несколько методов. Давайте рассмотрим некоторые из наиболее распространенных методов:

1. Метод пламенной сварки

Метод пламенной сварки, также известный как процесс Вернейля, является одним из старейших и наиболее широко используемых методов производства синтетических драгоценных камней. Этот метод, разработанный в 1902 году французским химиком Огюстом Вернейлем, включает в себя плавление порошкообразных материалов, из которых состоит драгоценный камень, а затем их затвердевание в кристалл.

Процесс начинается с нагревания на небольшом пьедестале порошкообразной формы основного материала драгоценного камня, такого как оксид алюминия, для создания выращенных в лаборатории рубинов, сапфиров или шпинелей. Материал плавится в гремучем пламене, при этом расплавленный материал по мере спуска затвердевает в цилиндрическую булю. Затем булю медленно вращают, постепенно поднимая, позволяя кристаллу расти.

Хотя метод пламенной сварки относительно прост и экономически эффективен, полученные драгоценные камни часто содержат видимые линии роста из-за процесса быстрого охлаждения. Несмотря на это, многие выращенные в лаборатории драгоценные камни, созданные с помощью Flame Fusion, по-прежнему высоко ценятся за свою чистоту и яркие цвета.

2. Метод Чохральского

Метод Чохральского, часто называемый методом Чохральского, был разработан в 1910-х годах польским учёным Яном Чохральским. Этот метод обычно используется для производства высококачественных монокристаллических драгоценных камней, в том числе выращенных в лаборатории бриллиантов.

Процесс Чохральского начинается с плавления желаемого материала в тигле, который затем постепенно охлаждается, чтобы небольшой затравочный кристалл того же материала можно было погрузить и вытащить из расплавленной массы. Поскольку зародыш медленно вытягивается, он действует как ядро ​​для роста кристалла, позволяя материалу затвердевать в единую непрерывную кристаллическую структуру.

Метод Чохральского обеспечивает отличный контроль над процессом роста, в результате чего получаются высококачественные драгоценные камни с превосходной прозрачностью и небольшим количеством примесей. Однако из-за сложных требований к оборудованию и более медленной скорости роста по сравнению с методом пламенной сварки процесс Чохральского обычно используется для производства более ценных драгоценных камней.

3. Гидротермальный метод.

Гидротермальный метод широко используется для создания в лаборатории изумрудов, аквамаринов и других бериллов, а также некоторых видов кварца. Этот метод, разработанный в 19 веке французским химиком Огюстом де Сенармоном, предполагает моделирование естественных условий, в которых формируются драгоценные камни, с использованием камер высокого давления и высокой температуры (HPHT).

При гидротермальном процессе металлический контейнер, известный как автоклав, заполняется раствором, содержащим необходимые химикаты и затравочный кристалл желаемого драгоценного камня. Затем контейнер герметизируют и помещают в камеру HPHT, где он подвергается сильному нагреву и давлению в течение длительного периода времени. Эта контролируемая среда позволяет кристаллу медленно расти вокруг семени, образуя высококачественный драгоценный камень.

Одним из преимуществ гидротермального метода является то, что с его помощью можно производить драгоценные камни исключительной чистоты и цвета, очень похожие на свои природные аналоги. Однако этот процесс может занять много времени, часто занимая недели или даже месяцы, что делает его менее подходящим для крупномасштабного производства.

4. Метод потока

Метод Flux, также известный как метод Flux Fusion, обычно используется для создания выращенного в лаборатории александрита, уникального драгоценного камня, известного своими свойствами менять цвет. Этот метод предполагает растворение необходимых химикатов в расплавленном флюсе, который действует как растворитель для растущего драгоценного камня.

Метод флюса начинается с нагревания флюса, часто буры, вместе с нужными химикатами в тигле. Как только смесь расплавляется, в нее вводят затравочный кристалл и тщательно контролируют температуру, чтобы позволить драгоценному камню медленно расти внутри флюса. Когда кристалл достигнет нужного размера, его вынимают из флюса и тщательно очищают.

Хотя методом флюса можно получить красивый александрит, выращенный в лаборатории, полученные драгоценные камни могут содержать крошечные включения или трещины, вызванные флюсом. Однако с развитием технологий и методов очистки качество выращенного в лаборатории александрита постоянно улучшается.

5. Химическое осаждение из паровой фазы (CVD)

Метод химического осаждения из паровой фазы, также известный как CVD, представляет собой относительно современный метод, используемый в основном для создания выращенных в лаборатории алмазов. Этот процесс включает использование углеводородного газа, обычно метана, в камере низкого давления.

В процессе CVD газ нагревается для создания плазмы, которая расщепляет молекулы углеводородов на атомы углерода. Эти атомы углерода затем слой за слоем оседают на алмазном семени, образуя синтетический кристалл алмаза. Рост можно контролировать с большой точностью, что позволяет создавать крупные бриллианты высокого качества.

CVD приобрел значительную популярность благодаря своей способности производить алмазы, визуально неотличимые от природных алмазов. Кроме того, этот метод обеспечивает большую гибкость при формировании бриллиантов, что делает его идеальным для создания драгоценных камней по индивидуальному заказу.

Заключение

В заключение отметим, что выращенные в лаборатории драгоценные камни произвели революцию в ювелирной промышленности, предоставив потребителям этичную и доступную альтернативу натуральным драгоценным камням. Благодаря различным методам выращивания кристаллов, таким как методы пламенного синтеза, метода Чохральского, гидротермальный, флюсовый и CVD, эти потрясающие драгоценные камни, выращенные в лаборатории, тщательно обрабатываются в контролируемых лабораторных условиях.

Благодаря развитию технологий и методов очистки качество выращенных в лаборатории драгоценных камней продолжает улучшаться, предлагая широкий выбор синтетических драгоценных камней, которые конкурируют со своими природными аналогами с точки зрения красоты и долговечности. Поскольку спрос на этичные и экологичные ювелирные изделия растет, ожидается, что выращенные в лаборатории драгоценные камни будут играть все более важную роль в отрасли, обеспечивая экологически чистый и социально ответственный выбор для энтузиастов ювелирных изделий во всем мире.