Алхимики от науки
Всю историю своего существования люди пытались не только обрести чудо, но еще и заработать на нем, например получить из свинца золото или превратить горный хрусталь в бриллианты. Самым легендарным алхимиком считается француз Николя Фламель, которому приписывают получение философского камня (кристаллического белого порошка), способного превратить свинец в золото. И хотя научные труды Фламеля до нас не дошли, в парижских архивах сохранились документы, подтверждающие, что скромный книготорговец внезапно разбогател: скупил 13 домов, большие участки земли в Париже и Булони, построил 12 церквей и несколько больниц.
Впрочем, ученые в то, что кому-либо в Средние века удалось получить настоящее золото или бриллианты, разумеется, не верят — это все сказки. Революция случилась в веке двадцатом, когда техника и технологии достигли необходимого развития. Никакой алхимии, исключительно научный подход.
Как известно, настоящие (природные) драгоценные камни — всего лишь твердые соли различных металлов, молекулы которых организованы в упорядоченную структуру, т.н. кристаллическую решетку. В природе кристаллы образовывались в течение миллионов лет, в глубине земной коры, при высоких температурах (до 2000 °С) и под колоссальным давлением сотни тысяч атмосфер. Мест, где складывались такие условия, крайне мало, чем и объясняется редкость драгоценных камней (за что, собственно, они и ценятся). Чтобы синтезировать аналог природных минералов, ученым необходимо было в лабораторных условиях воспроизвести природные явления, причем в ускоренном варианте. Получить столь высокие температуры и давление стало возможным лишь в начале прошлого века.
Это дело оказалось весьма высокотехнологичным и затратным, но не лишенным смысла — добывающие компании не могли по объективным причинам удовлетворить спрос на камни, а активно развивающаяся промышленность требовала новых алмазов, сапфиров и рубинов. Сейчас мировой рынок синтезированных камней оценивается более чем в $6 млрд; примерно 86% приходится на кристаллы, полученные для нужд промышленности, 14% идет на удовлетворение потребностей ювелиров.
Практически все виды кристаллов синтезируют и в России, но в незначительных объемах. В подмосковном Троицке выращивают алмазы, в Зеленограде — сапфиры, гранаты, рубины, под Нижним Новгородом — рубины, в Новосибирске — изумруды. Михаил Борик,
старший научный сотрудник Научного центра лазерных материалов и технологий ИОФАН им. А.М. Прохорова: Так исторически сложилось: в каком городе в советское время разработали метод получения того или иного кристалла, там его до сих пор и синтезируют. Новых производств практически не возникло. Но потребность в искусственных кристаллах постоянно растет, и специалистов не хватает.
Хачик Багдасаров: "Оборудование для выращивания кристаллов стоит $300-400 тысяч и начинает окупаться уже на второй год"
Рубиновая лихорадка
В 1902 году французскому инженеру Вернейлю после многочисленных неудачных попыток наконец удалось синтезировать небольшой кристалл рубина весом 6 г. Фактически он стал самым первым искусственным драгоценным камнем, идентичным природному. С точки зрения коммерции стремление Вернейля получить именно рубин было вполне оправданно — в природе рубинов крайне мало. Сейчас в мире добывается около пяти тонн рубинов ежегодно, между тем спрос исчисляется сотнями тонн (в основном они нужны не ювелирам, а часовщикам).
Исходное вещество, т.н. шихту (порошок окиси алюминия с примесью хрома), Вернейль пропустил через газовую горелку с температурой 2150 °С, и полученный расплав при понижении температуры начал медленно кристаллизоваться, превращаясь в рубин. Очевидные простота и надежность метода Вернейля привели к быстрой организации промышленного производства кристаллов рубина сперва во Франции, а позднее практически во всех высокоразвитых странах. Именно благодаря синтетическим рубинам стал возможен ряд открытий. Например, на основе рубина был изобретен лазер, позволивший точно измерить расстояние от Земли до Луны, использовать космическое пространство для коммуникации и др.
Позже оказалось, что с помощью технологии синтеза рубинов возможно получать и другие ценные кристаллы — сапфиры и гранаты: вначале исходное вещество плавится при высоких температурах, затем переохлаждается и в результате кристаллизуется. Технология проста и, что самое интересное, доступна, как уверяет Хачик Багдасаров,
заведующий отделом высокотемпературной кристаллизации Института кристаллографии им. А.В. Шубникова РАН (занимается синтезом сапфиров, рубинов и гранатов). Тем более странно, что в России синтезом кристаллов занимаются считанные компании и лаборатории при НИИ. Сейчас наиболее рентабельным считается метод Багдасарова, изобретенный в НИИ кристаллографии РАН. Хачик Багдасаров: Я первым применил так называемую горизонтально направленную кристаллизацию для синтеза гранатов еще в 1965 году, и эта технология оказалась существенно экономичнее по сравнению с распространенным методом Вернейля. Объясняется все просто: в себестоимости кристаллов большую часть занимает электроэнергия из-за необходимости поддержания высокой температуры и давления. Когда же синтезируется горизонтальная пластина, а не вертикальный стержень, энергии затрачивается существенно меньше.
Тем не менее, как утверждают специалисты, до сих пор в мире спрос на рубины, сапфиры и гранаты, подстегиваемый развитием электронной промышленности, не удовлетворен. Сапфировые стекла необходимы не только часовым фирмам (особенно швейцарским), для производства иллюминаторов космических кораблей и головок самонаводящихся ракет, но и производителям мобильных телефонов, чья ежегодная потребность порядка 6 млрд стекол! С помощью граната, активированного ионами неодима, производят лучшие лазеры. У ювелиров сейчас особенно ценится гранат зеленого и розового цветов, которые получаются благодаря добавкам соответственно тулия или эрбия (1 кг — $20-25).
Однако спрос на тугоплавкие кристаллы растет только со стороны западных компаний, в России он стремится к нулю из-за упадка производства электроники. Хачик Багдасаров: Больше всего сапфир востребован корейскими (для нужд часовой промышленности) и японскими (для оптики) фирмами. Всего в мире ежегодно синтезируют порядка тысячи тонн сапфиров. Россия в этом деле явный аутсайдер. Например, если до 90-х годов в СССР выращивалось порядка 180 тонн рубинов и порядка 50 тонн сапфиров, то сейчас всего 10-20 тонн рубина, порядка 20 тонн сапфира и 100-120 кг гранатов.
По словам Игоря Алябьева, заместителя директора компании "РОКОР" (занимается производством изделий из сапфира), себестоимость выращивания 1 кг кристаллов сапфира порядка $600, из него можно получить 100 пластин весом 5 г и стоимостью $12 каждая. Синтетический рубин для ювелирной промышленности стоит порядка $60 за килограмм (для сравнения: один карат (0,2 г) природного камня — $50), для технических целей — от $70 за килограмм. При этом чем больше монокристалл, тем он дороже, а себестоимость синтеза ниже. Так, монокристалл сапфира весом до 6 кг оценивается в $5-10 тыс., при этом себестоимость одного килограмма порядка $200 (а продажная цена 1 кг — $500). Рентабельность бизнеса нетрудно подсчитать, и такой порядок цифр касается всех трех упомянутых выше кристаллов. Мировой объем синтеза сапфира около тысячи тонн.
Сейчас наиболее крупные производства синтетических рубинов (сотни миллионов каратов в год) сосредоточены в Швейцарии, Франции, Германии, США и Великобритании. Специальные установки кристаллизации выпускает Таганрогский завод электротермического оборудования. Хачик Багдасаров: Отечественное оборудование стоит порядка $50 тыс., западное — $300-400 тыс. Важный момент: имеет смысл создавать производство минимум с десятью установками для рентабельных объемов. Один цикл производства занимает два-три дня, за которые с одной установки удается снять 2 кг кристаллов. "Отобьется" оборудование уже на второй год.
Идентификация камня
Как уверяет Багдасаров, структура искусственного и натурального камней (как и внешний вид) идентична, и вполне естественно, что лабораторно синтезированные драгоценные минералы интересуют фальсификаторов. "Ко мне лет десять назад приезжал один индус, просил синтезировать неотличимые от натурального камня рубины. Но через какое-то время индус пропал, говорят, его убрали добытчики природных камней. Тем не менее драгоценный камень, идентичный натуральному, для нас не составляет особого труда вырастить. И покупатель никогда не отличит его от природного",— рассказывает он.
Михаил Борик: В ювелирных магазинах хватает изделий из рубинов и сапфиров, полученных в лабораторных условиях. Обычный покупатель на глаз их точно не отличит. Даже большинство продавцов в ювелирных магазинах сами не знают, что продают. Правда, известные производители ювелирной продукции, дорожащие репутацией, никогда не скрывают, где синтетика, а где природа. Тем не менее при покупке дорогого украшения надо всегда требовать сертификат на подлинность камня.
Как уверяет Хачик Багдасаров, когда в середине 50-х наука вплотную подошла к синтезу алмазов, при минфинах всех развитых стран были созданы специальные отделы, контролирующие успехи ученых. Представим, что на рынок хлынут синтетические, неотличимые от природных алмазы — экономика ряда стран просто рухнет, а стратегические запасы алмазов ряда стран превратятся в пыль.
Лучшие друзья бурильщика
Ежегодно в мире добывается в среднем 100-110 млн карат (примерно 20 тонн) алмазов, и на мировом рынке 1 карат природного алмаза стоит от $55, правда, большая часть камней для ювелирки не подходит по причине дефектов, трещин и посторонних вкраплений, но зато востребована в промышленности, в первую очередь обрабатывающей, нуждающейся в высоких прочностных характеристиках минерала. Тем не менее, как утверждают специалисты, инструментальной, металло- и камнеобрабатывающей отраслям необходимо примерно в четыре раза больше алмазов, чем их добывается, а в ряде высокотехнологичных областей (при изготовлении элементов электроники, датчиков ультрафиолетового излучения) природное сырье использовать практически невозможно по причине присутствия в 98% природных алмазов вкраплений азота. Искусственные алмазы лишены всех дефектов природных, т.к. человек сумел создать для них идеальные условия синтеза.
В 1953-1954 годах ученым из двух независимых исследовательских групп — шведской компании ASEA и американской General Electric впервые удалось синтезировать алмазы размером менее 1 мм. Для этого расплавили смесь графита с железом при температуре около 2500 °С, а затем полученный расплав поместили в твердую сжимаемую среду при давлении 70-80 тыс. атмосфер. Василий Бугаков,
замдиректора Института физики высоких давлений (Троицк; занимается синтезом алмазов): Синтетический алмаз, как и природный, измеряется в каратах, а стоит на мировом рынке порядка $10 за карат, в пять раз дешевле природного. При этом затраты на сырье и электроэнергию составляют всего $5 на карат. Сейчас по выращиванию синтетических алмазов Россия занимает третье место, ежегодно производя 25 млн карат.
Правда, пока алмазы синтезируют только в интересах промышленности — искусственные камни ювелирного качества по своей себестоимости пока превосходят природные. К тому же размер синтезируемых алмазов ограничен 3 мм, т.к. пока просто отсутствуют материалы, способные выдержать столь высокие температуру и давление при больших объемах камеры. Установку для синтеза 200 кг алмазов в месяц можно приобрести за $30 тыс.
В отличие от алмазов синтезированные изумруды используются исключительно для ювелирной продукции, хотя, если объективно, они не отличаются особой красотой из-за отсутствия дисперсии, т.е. разложения солнечного света на спектр, и ценятся исключительно из-за своей редкости, а также небольших объемов производства (ежегодно в мире добывается всего 500 кг природного изумруда, из них 300 кг на российском Урале).
Получают изумруд в отличие от основной массы кристаллов не из расплава сырья (изумруд разлагается при нагревании), а из раствора борного ангидрида, синтезируя в специальных гидротермальных камерах при относительно низких температурах (около 400 °С) и давлении (около 500 атмосфер). Гидротермическая установка для синтеза изумрудов относительно недорога ($5-10 тыс.), но малопроизводительна (до 10 кг кристаллов ежемесячно). Себестоимость 1 кг изумруда — $100-200, а продажная цена одного карата примерно равна цене камня природного — около $2.
Ежегодно в России, на предприятии в Новосибирске, синтезируется до 100 кг изумрудов, в мире не более одной тонны.
Вопреки природе
В 1968 году российские физики получили прозрачный кристалл, не имеющий природного близнеца, и назвали его фианитом в честь своего Физического института Академии наук (ФИАН), хотя первые опыты по синтезу подобных кристаллов осуществлялись еще в 20-х годах французскими химиками.
Целью синтеза фианита было получение кристалла для применения в лазерах. Правда, превзойти гранат по своим "лазерным" свойствам фианит не смог, но его необычную красоту, многоцветность и дешевизну по достоинству оценили ювелиры (до 98% фианитов производится для их нужд). Для хирургии выпускается скальпель с фианитом ($500) — дело в том, что некоторые люди страдают аллергией на металл, а лезвие из фианита позволяет избежать аллергической реакции.
Фианиты синтезируются из смеси окисей циркония, алюминия, натрия. Процесс практически безотходный, т.к. осколки и неудачные кристаллы переплавляются заново. Из 100 кг сырья за сутки с помощью высокочастотного генератора (порядка $50 тыс.) получают до 30 кг кристаллов фианита. Прозрачность камня зависит от температуры плавления — чем выше температура, тем прозрачнее кристалл. Елена Ломонова,
заведующая лабораторией Научного центра лазерных материалов и технологий ИОФАН: Выращивать фианиты легко и приятно, а добавление тех или иных примесей позволяет создавать уникальные кристаллы не встречающихся в природе цветов, например лаванды, или добиваться необычных оптических эффектов, таких как смена цвета при изменении освещения — т.н. александритовый эффект.
СССР долгое время оставался монополистом по выпуску фианитов, диктуя цены, поначалу доходившие до $3 тыс. за килограмм (хотя вопрос приоритета производства фианитов весьма спорный, американцы его даже оспаривали в судебном порядке). Вячеслав Осико,
директор Научного центра лазерных материалов и технологий ИОФАН: Обманным путем из СССР стали вывозить фианиты, выдавая их за бриллианты. Для борьбы с ювелирными махинациями даже сотрудников КГБ обучали отличать драгоценные камни от подделок.
За способность играть всеми цветами радуги ювелиры называют фианит наглым камнем. Теперь во всем мире синтезируют свыше 1 тыс. тонн фианитов ежегодно, а цена их снизилась до $60 за 1 кг. При этом себестоимость килограмма фианита, как утверждают специалисты, порядка $30.
Кристалл будущего
Впрочем, по росту мировых объемов производства и рентабельности за синтезируемым кремнием, незаменимым в микроэлектронной промышленности, солнечных батареях и прочих технологичных устройствах, в обозримом будущем не угнаться ни одному кристаллу. Ежегодно в мире выпускается более 30 тыс. тонн кремния, а по прогнозам, к 2010 году эта цифра удвоится (сейчас кристаллы кремния занимают 80% мирового рынка всех искусственных кристаллов). Тем не менее, как утверждают специалисты, кремния в мире катастрофически не хватает из-за роста производства компьютерной и микропроцессорной техники.
Вячеслав Осико:"В свое время фианиты вывозили, выдавая их за бриллианты"
В России потребление кремния, как и его производство, крайне незначительны все по той же причине сокращения производства электроники. И если в 1990 году в СССР было выращено 360 тонн кремния, то в прошлом году в РФ всего 270 тонн, из которых лишь 50 тонн для внутреннего рынка. Сейчас 1 кг кремния стоит $100, при этом рентабельность производства, по словам специалистов, превышает 100%.
Как уверяет Хачик Багдасарян, инвестиции в производство кремния и в продукты, для выпуска которых он необходим, могут оказаться золотым дном, а сырье для его синтеза (обычный песок) буквально под ногами: "Года три назад в Германии я познакомился с молодым предпринимателем, начинавшим производство солнечных батарей буквально с одного паяльника, а сейчас имеющим ежегодную прибыль €20 млн. Кремний уже давно стал стратегическим материалом, определяющим научно-технологическое развитие страны".
Завлабораторией Государственного научного центра редких металлов Михаил Мильвидский утверждает, что ученые всего мира работают над наращиванием объемов производства кремния, ведь солнечная энергия по сравнению с нефтью, газом и углем дешевая, экологически чистая и бесконечная. Хачик Багдасарян: По прогнозам многих ученых, к концу XXI века до 80% мировой электроэнергии будет вырабатываться из солнечной или ветровой энергии. И кремний в первом случае — материал незаменимый.
Правда, "атомное" лобби в России в этом не заинтересовано, и поэтому, если в мире движение в сторону безопасных и экологически чистых способов выработки электроэнергии давно очевидно, у нас процессы обратные.
ОЛЕСЯ ДЕЙНЕГА, ДМИТРИЙ ТИХОМИРОВ
|
ПОЛЕВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Кое-что о бриллиантах Самый дорогой природный камень — алмаз, чья добыча сейчас ведется в 26 странах (крупнейшие из них — Россия, Ботсвана и ЮАР). Ежегодно в мире добывается в среднем 100-110 млн карат (20 тонн) алмазов. Их высокая цена ($55 за карат) объясняется не только характеристиками камней, но и уровнем монополизации в торговле: как известно, корпорация "Де Бирс" контролирует 70-80% поставляемых на рынок природных алмазов. По данным Минфина, объем добычи алмазов в России в первом полугодии 2005 года составил 17,7 млн карат при средней цене $51 за карат. Экспорт необработанных природных алмазов с территории РФ за январь--сентябрь 2005 года составил 23,6 млн карат, из них доля ювелирных алмазов — 20-25%. ПРЕДРАССУДКИ Тайная сила камней Драгоценные камни исстари служили украшениями и талисманами. Например, египтяне охотно носили украшения из изумрудов, бирюзы, аметистов и горного хрусталя. Римляне выше всего ставили алмазы и сапфиры. Нередко камень указывал на профессию своего обладателя. Моряки верили, что изумруд охраняет от опасностей в дальних плаваниях, турмалин вдохновлял художников, аметист оберегал духовных лиц от соблазна. Считается, что талисманом может быть только тот камень, который был подарен или передан по наследству. |
С развитием технологий человечество научилось ускоренными методами производить многое из того, на что природе нужны тысячелетия. Не стали исключением и драгоценные камни. Так как многие из природных минералов имеют не только ювелирную ценность, но и применяются в различных областях науки и производства, возможность получить кристалл с точно заданными характеристиками оказалась очень привлекательной. Не миновала сия судьба и корунды, известные большей части человечества как . Как получают искусственный сапфир и можно ли отличить его от настоящего камня?
История
История искусственных корундов началась в 1904 году, когда Огюст Верней обнародовал метод получения искусственных минералов при помощи вертикальной горелки, потока воздуха и порошка глинозема. Что интересно, ученый совершил открытие намного раньше, но не стал сразу его обнародовать.
В дальнейшем учеными разных стран были запатентованы другие способы производства искусственных кристаллов. Большой вклад в развитие этих технологий внесли ученые из СССР. В институте кристаллографии Академии Наук СССР им. А.В. Шубникова был разработан способ выращивания корундов с заданными размером и направлением кристаллизации.
В середине ХХ века американской компанией «Линде» был запатентован способ выращивания искусственных сапфиров, обладающих эффектом астеризма.
Различные способы получения
Сегодня существует три самых распространённых метода выращивания кристаллов. Стоит сразу отметить, что они используются для получения не только корундов, но и других минералов, использующихся в ювелирном деле и промышленности.
Метод Вернейля
По принятым сейчас стандартам фамилия этого ученого читается как Вернее, но наименование метода уже прижилось. Суть метода в том, что под воздействием кислорода глиноземная смесь проходит через пламя, плавится и собирается на специальном штифте. После этого штифт снова помещают в пламя, и успевший застыть материал снова плавится, при этом образуются несколько кристаллов. Тот из них, который ориентирован в сторону самого быстрого роста, и становится затравкой для нового камня.
Кристаллы, выращенные таким образом, называются Були. Возможно, это связано с тем, что первые полученные образцы имели округлую форму.
Основан на сильном нагревании вещества, из которого планируется вырастить кристалл в огнеупорном контейнере. После преодоления точки плавления, внутрь помещается затравка будущего кристалла, вокруг которой он начинает образовываться. Во время роста кристалла затравку постепенно поднимают вверх, одновременно вращая вокруг своей оси. В итоге получается узкий и довольно длинный кристалл.
Метод зоной плавки
Еще один способ, ставший в последнее время довольно популярным, это метод зоной плавки. Части контейнера с материалом для будущего камня последовательно нагревают. Благодаря этому растет кристалл.
Научились люди и изготавливать самые ценные сапфиры, звездчатые. Технология была разработана подразделением фирмы «Юнаон Карбайд Корпорейшн» и подразумевает добавление рутила в глинозёмную смесь. Контролировать размер и расположение рутиловых иголок можно, регулируя скорость потока кислорода, проходящего по сосуду с расплавом. Создание кристалла в этом случае осуществляется методом Вернейля.
Как отличить?
Несмотря на то, что современные искусственные сапфиры мало чем уступают природным, некоторые покупатели желают быть уверенными, что приобретают именно натуральный камень.
Существует несколько признаков, по которым можно определить происхождение корунда:
- Цена. Несмотря на то, что искусственные минералы имеют сравнительно высокую стоимость, она всё же намного ниже, чем стоимость природных корундов. Поэтому, если какое-то изделие стоит намного меньше, чем обычно стоят украшения с сапфирами, это искусственный камень. Главный недостаток метода в том, что он работает только в честных ювелирных магазинах
- Сертификат. У каждого камня, использованного в ювелирных целях, есть сертификат, в котором перечислены все манипуляции, которые с ним проводились. Если сапфир искусственный, то это тоже будет указано. Нежелание или неспособность продавца предоставить сертификат – признак того, что покупателю предлагают не природный камень. Причем речь может идти не только о искусственном сапфире, который драгоценным камнем все-таки является, а о более грубых подделках.
- Внешние данные. Как бы парадоксально это не звучало, но искусственные кристаллы намного красивее естественных. Современные технологии позволяют проконтролировать каждый момент роста камня и вырастить кристалл с точно заданными характеристиками. В них не бывает посторонних включений, которые встречаются абсолютно во всех природных сапфирах. Единственное, что может быть заметно в искусственном камне – пузырьки газа.
- Если говорить о кристаллах, обладающих эффектом астеризма, то у естественных звезда на поверхности будет перемещаться , у искусственных – нет.
- Поместить кристалл в емкость, наполненную водой, и поставить на белый лист. Направить освещение сбоку. Прямые полосы – натуральный , искривленные – искусственный.
- В ультрафиолетовых лучах натуральные кристаллы демонстрируют белые блики. У искусственно выращенных этот эффект отсутствует.
Справедливости ради стоит отметить, что искусственный сапфир, все-таки является сапфиром и по своему химическому составу, и по характеристикам. Большую проблему составляют попытки некоторых недобросовестных дельцов выдать за корунды другие, более дешевые ювелирные камни, стекляшки или своеобразные композитные кристаллы, называемые «дуплет» или «триплет». Это склеенные между собой куски природного сапфира (сверху) и стекла или более дешёвых кристаллов (снизу). Обнаружить подделку можно под лупой.
Искусственные корунды – полезный материал, использующийся не только в ювелирных украшениях, но и во многих производственных отраслях. Промышленными методами можно создать идеально чистые бесцветные сапфиры, с которыми хоть раз сталкивался каждый современных человек. Например, из них производят усиленные стекла для различных гаджетов или наручных часов. А цветные искусственные кристаллы весьма достойно смотрятся в различных ювелирных изделиях, при этом они доступны большинству покупателей.
Перспективным бизнесом, который требует небольшого первоначального капитала и может приносить стабильный доход, является выращивание кристаллов искусственного происхождения для ювелирных изделий. Они широко применяются в современной бижутерии, организации праздников и имеют значительные преимущества перед природными камнями. Они обладают прочностью, привлекательным внешним видом, меньшей стоимостью. Как же можно заняться выращиванием кристалла и насколько это выгодно?
Согласно российскому законодательству для этого бизнеса не нужны разрешительные документы и лицензии. Их производство является минимально затратным. Популярность этих изделий постоянно возрастает, так как они доступны по цене массовым покупателям, в отличие от натуральных камней.
Такие кристаллы идеально подходят для декоративных целей: создания новогодних елочных игрушек, снежинок, украшения вместо дождика. Ими можно украшать праздничные костюмы. Есть реальная возможность задавать форму будущего изделия из кристалла.
Выращивание кристаллов - расчеты доходности
Около 21 руб. будет стоить необходимое исходное сырье для создания кристалла, похожего на рубин: окись алюминия – 7 г, оксид хрома – 0,3 г. Для нагревания воды будет затрачено 3 кВт/ч в течение 1,5 часа. Это стоит около 5 руб. Всего затраты на производство одного кристалла составляют 26 руб. В итоге вы можете получить высокорентабельное производство кристаллов, реализуя эти искусственные самоцветы значительно дороже их себестоимости.
Выращивание кристаллов в домашних условиях, требует много терпения и большие временные затраты. Но это все окупится достойными доходами.
Как вырастить красивый искусственный кристалл
Исходным сырьем для готового продукта является обычная поваренная соль, медный купорос, бура и другие вещества.
Технология изготовления такого самоцвета очень проста
1. Необходимо создать в стеклянной банке очень насыщенный раствор соли, чтобы кристаллы вещества перестали растворяться.
2. Чуть-чуть подогреть, пока соль не растворится полностью, поставив банку с раствором соли в емкость с теплой водой.
3. Раствор перелить в другую банку. Поперек ее горлышка положить перемычку, прикрепив к ней на нитке готовый небольшой кристалл соли. На нем через три дня вырастет новый искусственный кристалл.
4. Чтобы получить нужную форму кристалла, на карандаше нужно привязать и опустить в раствор заготовку в виде снежинки или другого изделия. Форма должна висеть свободно, не касаясь дна.
5. Этот сосуд нельзя сотрясать, поворачивать, поднимать. Он должен находиться в теплом месте.
6. Когда кристалл достигнет нужного размера, его следует достать, осторожно высушить, используя бумажную салфетку либо мягкую тряпку.
7. Затем нитка обрезается, а кристаллы покрываются бесцветным лаком.
Чтобы кристаллы получались более высокого качества, похожие на настоящие, нужно использовать затравку, которую помещают в раствор (алюминиевые либо хромокалиевые квасцы).
Выращивание кристаллов - нюансы
Искусственные камни могут быть различного цвета
1. Из поваренной соли, сахара получится бесцветный кристалл.
2. Лучше всего для получения кристаллов использовать медный купорос, чтобы получить кристаллы ярко-голубого цвета, похожие на бирюзу. Это дешевое вещество легко приобрести в любом магазине для огородников и садоводов. Он применяется для борьбы с вредителями растений, и стоит очень дешево.
3. При использовании хромокалиевых квасцов получаются удивительные фиолетовые кристаллы, подобные аметисту.
Чтобы создать искусственный самоцвет, которым могут заинтересоваться профессиональные ювелиры, следует приобрести необходимое оборудование. Таким способом можно производить искусственные самоцветы до 400 карат.
Если творчески подойти к делу, выращивание кристаллов может стать интересным делом, за которое вы получите немалый доход.
Вырастить настоящий кристалл – довольно просто, интересно и познавательно. В этой статье говорится о том, как это сделать в домашних условиях.
Кристаллы образуются из любых веществ, чьи атомы и молекулы группируются в упорядоченную структуру. Для их выращивания не нужна лаборатория или специальные приспособления. Подойдут самые простые реактивы, которые всегда под рукой.
Выращивание кристалла - один из самых легких и безопасных химических экспериментов, доступных в домашних условиях. Провести его сможет даже ребенок младшего школьного возраста под присмотром взрослых.
Наградой за усилия станет предмет необычайной красоты, который вы создадите собственными руками.
Виды кристаллов
- Монокристалл – это цельный большой кристалл, например, искусственный камень. Он образуется при условии, что процессы кристаллизации проходят предельно медленно.
- Поликристалл формируется тогда, когда кристаллизация протекает быстро. В таком случае образуется много крошечных кристалликов. Так себя ведут металлы.
Способы выращивания кристаллов дома
Один из самых простых путей выращивания кристалла – охлаждение насыщенного раствора. Какие при этом происходят процессы?
- В теплой воде вещество, выбранное для опыта (например, соль), растворяется полностью.
- Температуру раствора понижают: это снижает растворимость соли. Образуется нерастворенная соль, которая выпадает в осадок.
- Образование осадка начинается с формирования мелких крупинок и в самом растворе, и на поверхности емкости, в которую он помещен.
- Если в растворе нет посторонних включений (обыкновенных пылинок, ворсинок и т.п.), а остывание происходит постепенно, эти крупинки-кристаллики срастаются в более крупные и правильные по форме кристаллы.
- Быстрое охлаждение вызывает образование сразу множества крошечных кристаллов неправильной формы, которые не соединяются между собой и сдерживают рост друг друга.
Кристалл также вырастет, если из насыщенного раствора будет постепенно удаляться растворитель (вода). Как это сделать и что будет происходить в сосуде?
- Посуду с насыщенным раствором нужно достаточно долго выдерживать при постоянной температуре.
- Следует исключить попадание сора и пыли, а также замедлить испарение воды (для этого достаточно накрыть емкость бумагой).
- Вырастить кристалл можно на каком-либо подвесе посередине емкости (тогда он приобретет правильную форму), либо на дне емкости.
- Если кристалл будет расти на дне, его нужно периодически поворачивать, чтобы добиться симметрии.
- На место испарившейся воды следует добавлять раствор такой же консистенции, что был в начале эксперимента.
Основной принцип в данном случае остается прежним: чем медленнее идут процессы, влияющие на кристаллизацию, тем красивее, крупнее и правильнее получатся кристаллы. Если первоначальный кристалл, выступавший как основа для выращивания, имел неправильную форму, он дополнит недостающие части в ходе роста и примет конфигурацию, типичную для природы его вещества. Так медный купорос в итоге вырастет в ромб, а соли хромокалиевых квасцов образуют октаэдр.
Считается, что дома из подручных средств может вырасти только небольшой кристаллик. Это не так: при должном внимании есть все шансы вырастить дома кристалл любого размера и веса. Фактически для этого достаточно продолжать процедуру кристаллизации, пока не будет достигнут желаемый результат. Конечно, необходимо сразу подобрать подходящую по размеру емкость.
Сохранность кристаллов
Несоблюдение условий хранения может привести к разрушению кристалла. Необходимо ознакомиться с характеристиками выбранного вещества заранее, чтобы избежать разочарования в конце такого долгого и кропотливого труда.
Так, точеные грани кристалла квасцов под действием обычного сухого воздуха потускнеют из-за потери влаги и рассыплются, образовав серый порошок. То же произойдет с сульфатом и тиосульфатом натрия, солями марганца, цинка, никеля, сегнетовой солью. Единственный выход – поместить кристаллы в закупоренные прозрачные сосуды. Некоторые рекомендуют покрывать кристаллы прозрачным лаком, но это только оттягивает срок гибели. А еще - лакированные грани теряют свой первоначальный блеск и выглядят искусственно.
От высокой температуры разрушаются кристаллы, выращенные из медного купороса и алюмокалиевых квасцов. Срок жизни таких кристаллов может продлить хранение в бытовом холодильнике. Однако и тут они продержатся порядка 2-х лет.
Еще одна проблема кристаллов водорастворимых веществ – они разрушаются от перепадов температурного режима из-за влаги, которая в небольшом количестве сохраняется внутри них. По этой причине появляются пятнышки, сколы, происходит оплывание граней, потеря блеска.
Пожалуй, самое устойчивое из популярных для выращивания кристаллов веществ – поваренная соль.
С давних времен человечество использует кристаллы. Изначально это были природные кристаллы, которые использовались в качестве орудия труда и средства для лечения и медитации. Позже редкие камни и драгоценные металлы начали выступать в роли денежных средств. Фундаментальные научные исследования и открытия XX столетия позволили разработать методы получения искусственных кристаллов и существенно расширить области их применения.
Монокристалл — это однородный кристалл, который имеет непрерывную кристаллическую решетку и анизотропию свойств. Внешняя форма монокристалла зависит от атомно-кристаллического строения и условий кристаллизации. Примерами монокристаллов могут послужить монокристаллы кварца, каменной соли, исландского шпата, алмаза, топаза.
Если скорость выращивания кристалла будет высокой, то будут образовываться поликристаллы, которые имеют большое количество монокристаллов. Монокристаллы высокочистых веществ имеют одинаковые свойства независимо от метода получения.
На сегодняшний день насчитывают около 150 способов получения монокристаллов: паровая фаза, жидкая фаза (растворов и расплавов) и твердая фаза.
На кафедре высокотемпературных материалов и порошковой металлургии последним методом выращиваю монокристаллы гексаборид лантана и различных эвтектических сплавов на его основе. С монокристаллов этих соединений изготавливают катоды, используемых в эмиссионной технике.
Благодаря развитию электротехники и электроники, использование монокристаллов увеличивается из года в год. Детали, выполненные из высокочистых монокристаллических материалов можно увидеть во всех новых моделях электронных приборов, от радиоприемников до больших электронно-расчетных машин.
В технике не хватает набора свойств природных кристаллов, поэтому ученые разработали сложный технологический метод создания кристаллоподобных веществ с промежуточным свойством, путем выращивания сверхтонких слоев (единицы-десятки нанометров) чередующихся кристаллов с подобными кристаллическими решетками — метод эпитаксии. Эти кристаллы получили название фотонных кристаллов.
В фотонных кристаллах есть запрещенные энергетические зоны — это значения энергии фотонов, которые не могут проникать в кристалл и растворяться в нем. Если же энергия кванта света имеет допустимое значение, то он успешно пройдет через кристалл. То есть фотонные кристаллы могут исполнять роль светового фильтра, который пропускает фотоны с определенными значениями энергии и отсеивает все остальные.
Фотонные кристаллы имеют 3 группы, которые определяются количеством пространственных осей, в которых изменяется показатель преломления. По этому критерию кристаллы делят на одно-, двух- и трехмерные.
Известным представителем фотонных кристаллов является опал, имеющий удивительный цветной узор, который появляется именно благодаря существованию запрещенных энергетических зон.
Монокристаллы искусственных сапфиров только в незначительной степени уступают твердости алмаза и имеют высокую устойчивость к царапанью, что позволяет применять их в качестве защитных экранов в электронных устройствах (планшетах, смартфонах и т.д.). Применение метода Чохральского позволяет получать огромные монокристаллы искусственных сапфиров.
В наше время ученые все чаще говорят о нанокристаллах . Нанокристаллы могут иметь размер от 1 до 10 нм, что зависит от вида нанокристаллов , а также от их метода получения. Обычно они имеют 100 нм для керамики и металлов, 50 нм для алмаза и графита, и 10 нм для полупроводников. Размер нанокристаллов влияет на появление необычных свойства в привычных веществах.
(Visited 1 333 times, 1 visits today)
Выращивание кристаллов рубина в домашних условиях доступно для всех желающих. Для работ не потребуется оборудованная лаборатория, получение теоретических и практических знаний в области минералогии, покупка специальных химических реактивов. Все необходимое найдётся на кухне.
Начинать выращивание рубинов советуют с небольших объёмов. Сначала приобретается опыт, понимается весь процесс, а затем уже начинается непосредственная систематическая работа. Синтетическое создание собственных рук не будет уступать в красоте и привлекательности природным минералам. Камни пользуются спросом у ювелиров, поэтому удачный опыт может принести дополнительный доход, если найти рынок сбыта.
Способов выращивания несколько. Советуют попробовать все варианты, затем остановиться на понравившемся.
Искусственные драгоценные породы, созданные человеком, по химическому содержанию и физическим свойствам не от натуральных. Преимущество домашних технологий в том, что они позволяют создать идеально чистые породы. В природе такое случается крайне редко. Ювелирные качества лабораторных образцов довольно хорошие. Другой плюс минерала – стоимость. Камни дешевле, чем их оригиналы, зарождающиеся в глубоких шахтах.
Органические соли
Вырастить кристалл рубина легко из различных солей:
- медного купороса;
- алюмокалиевые квасцы;
- обычная соль.
Самый длительный процесс на основе соли, самые красивые образцы получают из купороса. Производство кристаллов рубина строится по следующим этапам:
- Подготовка ёмкости. Она должна держать соль и насыщенный водно-солевой раствор. Берут горячую воду. Процесс постепенный. Две столовые ложки разводят водой, тщательно перемешивают. Затем добавляется соль и перемешивается. осыпать нужно до тех пор, пока соль не перестанет растворяться. Для соблюдения пропорций берут подсказку: таблицу растворимости разных солей в 100 мл воды, их взаимосвязь с температурой жидкости.
- Фильтрация раствора. Раствор должен быть чистым. Грязевые примеси испортят структуру камня. В нём будут видны дефекты. Раствор остаётся на 24 часа. За этот период на дне ёмкости образуются кристаллы. Они станут основой рубина.
- Рост искусственного минерала. К образовавшемуся на дне стакана камню привязывается леска. Она наматывается на карандаш или деревянную палочку. Приспособление устанавливается на ёмкости. Кристалл находится в растворе, в подвешенном состоянии. Вода имеет свойство испаряться, насыщенный солевой раствор выделяет излишки, которые закрепляются на получаемом образце.
- Добавление раствора соли. Воды всегда нужно определённое количество, если её станет мало, кристалл перестанет расти. При нормальной комнатной температуре добавление воды проходит один раз в 2 недели.
Loading...