Рубін і сапфір - мінерали, які хоча і розрізняються за зовнішнім виглядом, мають
ідентичною кристалічною структурою і властивостями, за винятком присутності
незначних концентрацій елементів-домішок, які надають їм характерні кольору.
Рубін і сапфір складаються в основному з окису алюмінію Al2O3 кристалічну форму
якої мінералоги називають корундом. Застосування терміну "глинозем" до цих
матеріалами нерідко призводить до плутанини, оскільки він відноситься до всіх форм
окису алюмінію, а назва корунд використовують тільки для кристалічного
матеріалу. Чистий корунд безбарвний і носить назву - "білий сапфір". більшість
людей вважає, що сапфір - це дорогоцінний камінь синього кольору, але він може бути
жовтим, рожевим, оранжевим, синьо-зеленим і безбарвним. Рубін ж це тільки
"Червоний сапфір". Характерний колір рубіну надає домішка хрому, а присутність
інших елементів домішок змінює забарвлення. Найбільш високо цінується відтінок має
колір "голубиної крові", хоча найімовірніше у ювелірів немає звички різати голубів,
щоб подивитися, наскільки колір їх каменю відповідає цьому ідеалу.
Все Фоми корунду мають високу твердість, що в поєднанні з чудовим
кольором призвело до великої популярності рубіна і сапфіра, якими прикрашають кільця
та інші ювелірні вироби.
Технологія отримання рубіна, сапфіра і шпінелі.
Метод Огюста Вернейля. Кристали вирощені за методом Вернейля, відомі як
Були, по видимому, в зв'язку з тим, що спочатку вони мали приблизно округлу
форму. Цей термін, введений Годеном і застосовувався Вернейлем, тепер став
звичайним в лексиконі фахівців з вирощування кристалів, незважаючи на те що
Зараз кристали мають циліндричну форму.
Технологія Вернейля полягала в застосуванні вертикальної пальника з подачею порошку глинозему в полум'я через потік кисню. Порошок струшується в потоці газу під дією вібратора електричним приводом. Використання газонепроникного гумового сальника дозволяє передавати поштовхи вібратора до посудини, що містить порошок глинозему, без витоку кисню. У холодній частині полум'я поміщений керамічний штифт, на якому збираються краплі рідкого глинозему, що утворюються при плавленні порошку, прокидається через гарячу зону полум'я. Полум'я оточується керамічним, що грає роль ізолятора і захищає зростаючу Булю від "протягів". Цей муфель забезпечений оглядовим вікном, яке в оригінальному
апараті Вернейля, зашпаровують слюдою. Надмірний нагрів верхній частині апарату за рахунок потоку тепла з гарячою зони запобігає застосуванням водяного охолодження.
У початковій стадії росту Були порошок, потрапляючи на штифт, твердне і утворює
конус з матеріалу відносно невисокою щільності. Надалі конус
переміщують в гарячу зону полум'я де його вершина починає плавитися. В цей
момент утворюється кілька кристалів, але один з них орієнтуванні в
напрямку найбільшої швидкості росту. Він пригнічує ріст інших кристалів і
служить запалом для розвивається Були. На ранній стадії зростання надзвичайно важливо
майстерність оператора, оскільки під час селекції кристалів може знадобитися
регулювання температури полум'я або швидкості подачі порошку.
Після того як в центральній частині почнеться переважний ріст одного кристала,
щоб збільшити діаметр Були підвищують швидкість подачі напруги порошку і
поступово збільшують температуру полум'я регулюванням швидкості потоку
кисню. Верхня поверхня Були стає округлої, і на неї подають свіжі
порції глинозему у вигляді падаючих крапель розплаву. Далі підставку зі штівтом
опускають зі швидкістю, що відповідає швидкості росту Були.
Найбільш важливою умовою для вирощування кристалів високої якості є
рівномірна подача порошку, тому великі зусилля витрачаються на приготування
для живлення з тим, щоб він мав гарну сипучістю. якщо порошок
занадто грубий, впровадження великих холодних частинок може викликати затвердіння
тонкого розплавленого шару. Тоді зароджується багато дрібних кристалів і Буля
втрачає структуру монокристала.
Застосування занадто дрібного порошку пов'язано з небезпекою випаровування глинозему в
полум'я. Оптимальні розміри частинок лежать в субмікронних інтервалі (менше
тисячних часток міліметра). Частинки повинні мати правильну форму, так як
тільки в цьому випадку вони однаково реагують на вплив вібратора. Вернейль
отримував глинозем з амонієвих квасцов, що містять близько 2,5% домішки хромових
квасцов. (Ця концентрація хрому забезпечувала отримання каменів червоного кольору)
Порошок такого складу нагрівався до розкладання квасцов і утворення окислів,
які подрібнювалися і просівали через дротове сито для селекції частинок
Вернейль протягом 2 годин вирощував Були вагою 2,5 - 3 м (12 - 15 карат). були були
округлої форми, і деякі з них мали діаметр 5-6 мм. Більш детальний опис
В останні роки з'явилася велика кількість наукових робіт з вирощування корунду і
шпінелі методом плавлення в полум'я. Головну увагу в них приділяється
співвідношенню між дефектами в кристалах і умовами, при яких вирощується
Буля. Основне недосконалість цього методу вирощування кристалів полягає в
наявність ступеневої градієнта температур між гарячою між гарячою областю
полум'я, де розташовується розплавлена вершина Були, і більш холодної нижньої
частиною. Різка зміна температури уздовж осі Були створює сильні напруги в
кристалі і, при і вилученні з печі Були часто розтріскуються (уздовж) з
утворенням двох напівциліндричних фрагментів. Температурний градієнт може
бути зменшений введенням в піч додаткових нагрівачів.
Для цих цілей можна використовувати електричний нагрівач, змонтований уздовж
осі в нижній частині полум'я, або чотири маленькі киснево-водневі пальника,
розташовані під прямим кутом.
Оскільки встановити, що рубіни вирощені при плавленні в полум'я, досить
просто, робилися спроби отримати матеріал, більше відповідний
природному, для чого застосовувалися різні методи. Рубіни, які мають найтісніший контакт
природним, виходили тими методами, в яких використовувалися плавні.
Як розчинник використовують фтористий свинець і суміш цієї солі з окисом
свинцю або окисом бору. Кристали вирощувались при охолодженні розчину від 1300 до
900 С зі швидкістю 2 С за годину. Використовую цю технологію отримують кристали рубіна
розміром 4х4х1,2 см. Затравочний кристал підвішувався на дроті в середній
частини розчину, а в нижню частину поміщали дрібні уламки рубіна, які служили
годує матеріалом для зростаючого кристала.