Menu

Синтетические камни

Перевод с сайта Американского геммологического института

Синтетический камень - это материал, который синтезирован в лаборатории. При этом синтетическому камню присущи практически все химические, оптические и физические характеристики природного минерала-аналога. В некоторых случаях, например в синтетической бирюзе или синтетическом опале, могут дополнительно присутствовать и другие соединения.

Синтетические кристаллы драгоценных камней впервые были получены уже в конце 1800-х годов и их производство чаще всего удовлетворяло потребности разных отраслей промышленности, но синтетические камни не использовали в ювелирном деле. Первый успех был достигнут, когда удалось получить синтетический рубин, который можно было гранить. Синтетические кристаллы широко используют в лазерной технике, средствах коммуникации, микроэлектронике и для производства абразивных материалов. Синтетический камень для ювелирных изделий сейчас можно сделать «на заказ (т.е. соответствующего цвета и формы кристалла), взяв правильные ингредиенты и соблюдая все условия синтеза кристалла. Однако синтетические камни, конечно, будут не столь редки как натуральные камни того же размера, цвета, его насыщенности и чистоты. Так как может возникнуть путаница и их могут принять за натуральные камни, существуют строгие правила относительно того, как их следует покупать и продавать.

В Соединенных Штатах Федеральная комиссия по торговле требует, чтобы любые драгоценные материалы, полученные в лаборатории описывали иначе, чем натуральные камни. Если происхождение синтетического драгоценного камня на момент продажи не отслеживается прозрачно по всему каналу дистрибуции от производителя к потребителю, это считается серьезным нарушением и квалифицируется как обман.. Есть также ряд отраслевых организаций, таких как Американская ассоциация торговли драгоценными камнями (AGTA), Международная ассоциация цветных драгоценных камней (МКА), и Всемирная ювелирная конфедерация (CIBJO), которые также сформулировали конкретные рекомендации для своих членов в отношении раскрытия происхождения синтетических камней при продаже.

В последнее десятилетие все меньше новых видов искусственных драгоценных материалов поступали на рынок. Это наводит на мысль, что ассортимент синтетических драгоценных материалов близок к достижению своего предела, но он не ограничен по объему продукции, который до сих пор весьма значителен. В течение прошлого века исследователи разработали целый ряд различных способов синтеза драгоценных материалов в лаборатории. Большинство этих методов делятся на две основные категории - получение из расплава или из раствора.

При кристаллизации из расплава химический состав расплава такой же, как и состав получаемого кристалла. При синтезе из раствора химический состав раствора или расплава другой, чем у кристалла. Составляющие компоненты растворяют или расплавляют при повышенной температуре и после охлаждения выпадает кристалл определенного состава. Основные способы синтеза камней:

Пламенная кристаллизация или процесс Вернейла (процесс плавления)

Первые коммерчески успешные синтетические драгоценные камни были созданы в процессе синтеза в пламени. Этот процесс заключается в вертикальном пропускании порошкообразных химикатов сквозь пламя высокой температуры, в пламени они плавятся и падают на вращающуюся подставку, где и образуется синтетический кристалл. На сегодняшний день это наименее дорогой и наиболее распространенный способ получения драгоценных камней, таких как синтетический корунд и шпинель.

Вытягивание кристалла или процесс Чохральского (процесс плавления)

Способ возник в начале 1900-х годов. Составляющие вещества расплавляют в тигле и синтетический кристалл растет из затравки, которую погружают в расплав, а затем медленно вытягивают из расплава по мере его роста. Таким способом выращивают синтетические александриты, хризобериллы, корунды и гранаты.

Рост из флюса (процесс роста из раствора)

На сегодняшний день некоторые синтетические драгоценные камни, такие как изумруд, рубин, сапфир, александрит, и шпинели получают с помощью процесса роста из флюса. Флюс представляет собой твердый материал, который в расплавленном виде растворяется в других материалах таким же образом как вода растворяет сахар. По мере остывания раствора выпадают образующиеся синтетические кристаллы.

Выращивание синтетического драгоценного камня таким способом требует терпения и значительных инвестиций. Рост кристаллов может занять до одного года, а оборудование стоит очень дорого. Но результаты, особенно когда речь идет об изумрудах, стоит затраченных времени и усилий.

Гидротермальное выращивание (процесс роста из раствора)

Как и в предыдущем способе, процесс гидротермального выращивания является медленным и дорогим. Но это единственный способ для успешного выращивания синтетического кварца. Он требует высокой температуры и давления и имитирует естественные процессы, происходящие в природе глубоко в земле, которые приводят к образованию природных драгоценных камней. Исходные вещества растворяют в воде и синтетические кристаллы образуются при остывании раствора.

Кроме вышеперечисленного в качестве эксперимента пытались синтезировать и другие камни, такие как малахит, изменяющую цвет синтетическую шпинель и другие. Но природа производит эти продукты с большей готовностью, поэтому не часто можно видеть такую синтетику. Из часто встречающихся синтетических камней:

Синтетические алмазы

Эти алмазы, выращенные в лаборатории, разделяют большинство характеристик их природных аналогов: они по существу состоят из углерода.

Химическое осаждение из газовой фазы (CVD) - это рост алмаза в вакуумной камере вследствие химической реакции, которая высвобождает атомы углерода и те осаждаются на пластине с алмазной затравкой.


Несколько синтетических алмазов, полученных химическим осаждением из паров (CVD).

Рост алмазов с помощью высокого давления и высокой температура (НРНТ) - это рост алмаза из растворенного в расплаве флюса углерода с последующим осаждением его на затравках при понижении температуры.

Коллекция алмазов различных цветов, полученных при помощи высокого давления и высокой температуры.

Синтетический корунд

Синтетический корунд: рубин и сапфир, можно получить наибольшим числом процессов. Поэтому синтетический корунд может стоить по-разному: встречаются экземпляры как по высокой цене, так и по вполне доступной.

Синтетический корунд может быть сделан в различных формах, включая эту красочную коллекцию кристаллов, полученных пламенной кристаллизацией.

В конце 1800-х годов рубин стал первым драгоценным камнем, созданным в лаборатории Огюста Вернейля. В 1902 году он объявил о разработке своего процесса пламенной кристаллизации для синтеза этого прекрасного драгоценного камня.

Синтетический рубин может быть получен с помощью выращивания из флюса (кристалл и граненый камень слева) и с помощью пламенной кристаллизации (буля и граненый камень справа).

Некоторые из самых ранних синтетических сапфиров встречаются в виде вставок в ювелирные изделия стилей модерн и арт деко. Многие синтетические сапфиры по-прежнему производятся путем пламенной кристаллизации. Выращенные из флюса сапфиры стали доступны с 1960-х годов. Выращенные из флюса, вытянутые и гидротермальные синтетические сапфиры могут быть очень убедительными заменителями натурального драгоценного камня. Изменяющий цвета синтетический сапфир, в подражание александриту, был популярен с начала 1900-х годов. Полученные включения вызывают эффект звездчатости в некоторых синтетических рубинах и сапфирах.

Синтетические сапфиры могут быть изготовлены так, чтобы проявить астеризм (звездчатый эффект). Коллекция сапфировых кабошонов.

Синтетический изумруд и другие бериллы

Синтетический берилл доступен во многих цветах, включая желтый, красный, синий (аквамарин) и зеленый (изумруд). В конце 1980-х и 1990-х Россия стала крупным производителем этих синтетических драгоценных камней и по-прежнему является основным поставщиком гидротермально выращенных драгоценных камней, таких как синтетический берилл и синтетический корунд, а также синтетического алмаза и синтетического александрита.

Примеры синтетических кристаллов берилла и ограненные камни (в том числе синтетический изумруд различных зеленых оттенков).

В конце 1930-х годов ученые, наконец, разработали коммерчески выгодный способ получения изумрудов желательно темно-зеленого цвета. Синтетические гидротермальные изумруды для ювелирных изделий появились на сцене в 1960 году.

Синтетические кварцы

Камни из кварца хорошего качества, такие как цитрин, розовый кварц, дымчатый кварц, аметист очень привлекательны. Но естественные кварцы ювелирного качества многочисленны, поэтому исследователи стали разрабатывать способы синтеза не из-за редкости камней, а потому что они играет ключевую роль в технологии. Использование кварца в высоких технологиях началось с 1880 года, когда братья Пьери Жак Кюри открыли пьезоэлектрический эффект у горного хрусталя – свойства кристаллов при сжатии их создавать на ребрах граней электрические заряды. Было отмечено также, что если к ребрам граней подвести импульсы электрического тока, то кристаллы начинают несколько деформироваться, а при подводе переменного тока – вибрировать. Причем оказалось, что частотой вибрации можно управлять, если вырезать из кристаллов определенной формы пластинки. Эти добродетели находят практическое применение в оптических приборах, в генераторах ультразвука, в телефонной и радиоаппаратуре (как пьезоэлектрик), в электронных приборах («кварцем» в техническом сленге иногда называют кварцевый резонатор — компонент устройств для стабилизации частоты электронных генераторов, в часах, средствах связи.

Аметист

Выращенный в лаборатории аметист и другие разновидности синтетического кварца нашли свой путь в ювелирные изделия после того, как их разработали для промышленного применения. Первый гидротермальный кварц появился в лабораториях в 1890-х годах. После Второй мировой войны синтетический кварц стал широко доступен на коммерческой основе.

Природные кристаллы аметиста и горный хрусталь кварц (слева),и синтетический аметист и синтетический кристалл горного хрусталя (справа).

Синтетическая шпинель

В начале двадцатого века, исследователи пытались вырастить синтетический голубой сапфир, но совершенно случайно у них получилась синтетическая синяя шпинель. С тех пор синтетическая шпинель широко используется в качестве замены многих природных камней. В 1990-е годы в России были синтезированы выращенные из флюса синтетические шпинели различных цветов, включая красный, цвет, который трудно получить старым способом пламенной кристаллизации.

Синтетические шпинели показаны здесь в таком виде, каком они получаются в результате синтеза у производителя. Гранёные камни могут синтезироваться любых цветов и часто используются для имитации других природных камней.

Синтетический опал

В 1970 году компания Gilson разработала трехступенчатый процесс для получения синтетического опала. Во-первых, осаждение микроскопических сфер диоксида кремния. Затем выдерживание полученных шариков в кислой водной среде в течение более года. И, наконец, гидростатическое давление соединяет сферы, без деформации укладывая их друг на друга, создавая характерную для опала игру цветов.

Синтетические опалы иногда появляются на рынке, и не натренированному глазу может показаться, что это весьма ценный натуральный белый и черный опал.

Синтетический александрит

Натуральный александрит достаточно редок, чтобы полностью удовлетворить спрос на него. Поэтому за последние несколько десятилетий на рынке появились синтетические александриты. Александрит был синтезирован с помощью целого ряда различных процессов, в том числе, процессом Чохральского, зонной плавкой и выращиванием из флюса. Кроме того, изменяющий цвет синтетический корунд часто используется для имитации естественного александрита. В редких случаях встречается изменяющая цвет шпинель.

Синтетические александриты, такие, как этот камень (показан в свете лампы накаливания и дневном) встречаются редко. Менее редкими являются имитирующие александрит, такие как изменяющие цвет синтетическая шпинель и сапфир.

Имитаторы и симулянты

Перевод с сайта Американского геммологического института

В ювелирной промышленности используются специальные термины для искусственно полученных драгоценных камней и их двойников: синтетический камень и имитатор. Различия между ними являются тонкими, но очень важными. Синтетический камень изготавливают из разных материалов, но он того же химического состава, что и натуральный камень. У него та же кристаллическая структура, оптические и физические свойства, что и естественного драгоценного камня. Однако есть также материалы, которые просто выглядят как природные драгоценные камни. Эти продукты называются симуляторы или имитации, и могут быть как природного, так и искусственного происхождения. Старый термин таких материалов - заменитель.

Искусственные имитаторы

Синтетическая шпинель

Синтетическая шпинель часто используется в качестве симулятора, поскольку она может имитировать внешний вид многих природных камней (например, сапфира, циркона, аквамарина и перидота), в зависимости от её цвета. Точное воспроизведение цветовой гаммы других камней делает её частым выбором для имитации камней по знаку зодиака.

Группа булей синтетических шпинелей и ограненных камней иллюстрирует как сделаны эти материалы, чтобы они выглядели как рубин и сапфир.

Синтетический рутил

Синтетический рутил был произведен в конце 1940-х и использовался в качестве раннего имитатора алмазов. Его делают по методу пламенной кристаллизации. Получается почти бесцветный, с небольшим желтоватым оттенком камень, но его можно сделать различных цветов путем легирования красящими ионами.

Натуральный алмаз (слева), а также различные алмазные имитаторы: (слева направо) синтетический рутил, галлий-гадолиниевый гранат (или GGG), синтетическая шпинель, титанат стронция, синтетический корунд, иттрий-алюминиевый гранат (или YAG), и бесцветный циркон.

Титанат стронция

Этот бесцветный искусственный материал стал популярным имитатором алмазов в 1950 году. Тем не менее, его дисперсия (оптическое свойство, которое создает огонь в граненом драгоценном камне) более чем в четыре раза превышает показатели алмаза. Титанат стронция чаще всего получают методом пламенной кристаллизации и его можно сделать различных цветов, таких как темно-красный и коричневый, добавляя определенные химикаты в процессе роста.

Иттрий-алюминиевый и галлий-гадолиниевый гранаты

YAG и GGG - искусственные материалы, которые на протяжении многих лет использовались как имитаторы алмазов. В 1960 году иттрий-алюминиевый гранат (YAG) и его «кузен» галлий-гадолиновый гранат (GGG) присоединились к классическим симуляторам алмазов, таким как стекло, натуральный циркон, и бесцветная синтетическая шпинель. YAG и GGG также доступны в различных цветах.

Иттрий-алюминиевые гранаты (или YAG) могут быть изготовлены различных цветов, как и показано на этом снимке. В середине: бесцветный неграненый кристалл имитатора.

Синтетический кубический цирконий (CZ)

Бесцветный синтетический кубический цирконий (CZ) в течение последних трех десятилетий почти полностью заменил другие имитаторы алмаза. Его получают с помощью процесса, называемого гарнисажная плавка. CZ можно сделать практически любого цвета, в том числе и темных тонов и, таким образом, имитировать фиолетовые, зеленые и даже черные драгоценные камни.

Циркон (или CZ), изготовленный в различных цветах, хотя бесцветный CZ является самым убедительным имитатором алмазов.

Синтетический муассанит

Синтетический муассанит был разработан в конце 1990 года как имитатор алмазов. Он больше всего похож на алмаз, чем все предыдущие аналоги. Однако, так как натуральный муассанит на Земле не встречается, его можно извлечь только из метеоритов, то он сам по себе очень ценный камень. И синтетический муассанит имитирует чаще всего самого себя.

Природный алмаз (слева) и (слева направо) выращенные в лаборатории муассаниты, бесцветные и зеленоватые.

Стекло

Стекло, наверное, самый древний имитатор драгоценных камней. Его можно изготовить любого цвета, что делает стекло очень популярным заменителем многих драгоценных камней. Стекло используется для имитации таких камней, как аметист, аквамарин, и перидот. Из него можно даже сделать имитацию таких особенных камней, как тигровый глаз и опал, а слиянием слоев стекла можно имитировать агат, малахит или панцирь черепахи.

Стекло можно сделать похожим на различные драгоценные камни, на снимке: убедительная замена малахита (слева), и рутилового кварца (справа).
Стекло, известное как «Слокум камень», может имитировать внешний вид опала.

Пластмасса

Пластик часто используют для имитации драгоценных камней в недорогой бижутерии. Тем не менее, этот современный искусственный материал может убедительно выглядеть как натуральные органические камни, такие как янтарь, жемчуг, кораллы, а также агрегатные камни: нефрит, бирюза и ляпис. Пластик недолговечная и непрочная имитация, его легко повредить.

Закаленный кварц

Закаленный кварц - природный бесцветный кварц, который подвергли термическому удару с резким охлаждением. Бесцветный материал сначала нагревают, а затем подвергают закалке в холодной жидкости, например, в воде. Внезапное охлаждение и ,вследствие этого, мгновенная усадка, приводит к образованию множества трещин по всей поверхности камня. Затем камень погружают в раствор красителя и трещины заполняются окрашенной жидкостью. Это делает кварц убедительным имитатором таких природным драгоценных камней, как изумруд, рубин и сапфир, хотя такие камни быстро можно разоблачить, посмотрев под микроскопом.

Закаленный кварц имитирует изумруды и рубины.

Керамика

Термин «керамика» применяется для всех неметаллических материалов, полученных путем обжига при высокой температуре. Керамическим процессом изготавливают имитации двух популярных ювелирных камней: лазурита и бирюзы. Тонко измельченный порошок нагревают, иногда под давлением, чтобы при рекристаллизации получить твердый материал мелкозернистой структуры.

Имитация бирюзы

Холодные синие и зеленые цвета бирюзы привлекали людей в течение многих столетий. Более 5000 лет назад египетские фараоны украшали себя бирюзой. Знакомый камень является микрокристаллическим агрегатом, привлекательность которого обусловлена включениями жилок породы, называемой матрица. В начале 1970-х годов компания Gilson показала имитации бирюзы, а также имитации ляписа.

Имитация Gilson бирюзы и лазурита выглядит убедительной заменой натуральных камней.

Имитация ляпис лазури

Темно-синий ляпис, сокровище древних цивилизаций, добывали в Афганистане более чем 6000 лет назад. Камень представляет собой совокупность нескольких различных минералов. Иногда он содержит золотистые вкрапления пирита, делая его еще более привлекательным. Ляпис компании Gilson следует считать имитацией, поскольку он имеет некоторые ингредиенты и физические свойства, отличные от природного ляписа.

Композитные камни

Когда производители склеивают или спекают два или более различных камня вместе, такой камень называется собранным или композитным камнем. Отдельные его части могут быть как природного, так и искусственного происхождения. Плоские поверхности склеивают параллельно верхней площадке камня, чтобы сохранить однородность прохождения света при рассмотрении с лицевой стороны.

Дублет состоит из двух соединенных сегментов.

Дублет из двух соединенных бесцветным клеем драгоценных камней. Вид сверху и сбоку.

Триплет состоит из трех сегментов или двух, разделенных слоем цветного цемента.

Триплеты содержат два или более сегментов драгоценного камня или различных драгоценных камней, которые соединены слоями клея. На снимке камня сбоку видно, что в центре тонкий слой опала, снизу черный халцедон, а сверху кабошон кварца.

Хотя дублеты и триплеты используются для имитации природных драгоценных камней, композитные камни не всегда имитация. Иногда пластинка природного опала настолько тонкая, что ее необходимо армировать для прочности при использовании в ювелирном изделии. Для этого применяют черный оникс, пластик, или натуральную матрицу сверху или снизу кабошонов дублета или триплета. Триплет с опалом чаще всего венчает прозрачный купол из горного хрусталя, пластмассы, стекла или синтетического корунда.