Синтез искуственных камней

 
 

Синтез искуственных камней




                                                                                                                                

 

 

 

                                                         Чтобы выбрать FM Radio сначала нажмите на GIF картинку. 

kiss fm

Хіт FM

kiss fm

atmoradio

radio-shtorm.ru

melodiya

keksfm

vesti

psyradio

avtoradio

radiorelax

gtiradio

1.fm

bumblebeefm

jam.fm

uafm.km

galychyna.fm

ayurveda

           

                 

Гидротермальный синтез кристаллов


Основы и сущность метода гидротермального синтеза кристаллов, использование автоклавов для проведение опытов. Методические источники гидротермального синтеза на примере кварца. Особенности процессов получения кристаллов из растворов и из расплавов.


 

Ускоренный переход по странице

 

 

краткий __Исторический обзор за период ХХ века

Введение _В гидротермальный синтез

Глава 1.  _Сущность метода гидротермального синтеза кристаллов

Глава 2. _Выращивание кристаллов кварца гидротермальным методом

Глава 3. _Получение кристаллов изумруда

3.1 ___ Выращивание кристаллов изумруда из расплавов

3.2 ___ Выращивание кристаллов изумруда из растворов

Заключение

Список литературы

 

 

 

Исторический обзор за период ХХ века   в меню


Кварц синтетический синий

Нас не всегда удовлетворяют свойства и качества природных минералов, ведь некоторые из них крайне редко встречаются в природе в виде безукоризненных кристаллов. Поэтому люди научились сначала в лабораториях, а затем и промышленным путем искусственно получать аналоги природных соединений. Они не отличаются от природных ни составом, ни структурой, а следовательно, и свойствами. Все синтетические продукты, строго говоря, не являются минералами, мы их будем так именовать только для удобства изложения. Без синтеза монокристаллов просто немыслимо развитие космонавтики, приборостроения, телемеханики, радиоэлектроники, автоматики и других отраслей современной техники. Ведь само слово "техникос" означает "искусственный".


выключить радиоМинеральный синтез помогает выяснить условия образования в природе различных минералов и горных пород. Такие сведения нужны геологам поисковикам для того, чтобы знать, В какой геологической обстановке, по соседству с какими минералами и в каких горных породах могут залегать руды или камни, в том числе и самоцветные. В основе современных теорий минералообразования, генезиса горных пород, многих геофизических и космохимических построений лежат данные экспериментальной минералогии нового, быстро развивающегося направления В системе геологических наук.


Карборунд.

 

Случалось, что минерал вначале получали искусственно, а затем уже находили его в природе. Карборунд - искусственный карбид кремния, по твердости уступающий лишь алмазу и боразону, давно вырабатывали на заводах для нужд абразивной промышленности. Позднее такое же по составу природное соединение обнаружил выдающийся французский химик Анри Муассан (1852-1907) в метеоритных осколках Каньона-Дьябло - гигантского ударно-метеоритного кратера в штате Аризона (США), где 22 тыс. лет тому назад упал огромный метеорит. Минерал в честь первооткрывателя был назван муассанитом. Советские геологи в 1957 г. обнаружили его в кимберлитах, а позднее - и в алмазоносных россыпях.

 

В гигантском метеоритном кратере Нердлингер-Рис в Баварии (ФРГ) геофизики из Института Карнеги (США) в 1970 г. обнаружили новый минерал, состоящий на 99,9% из углерода. По структуре и свойствам он отличался от графита и алмаза. Исследования показали, что "новичок" является природным аналогом синтезированного несколькими годами раньше карбина.

 

Или еще такой пример. В 1961 г. С. М. Стишов и С. в. Попова получили искусственным путем соединение, по составу подобное кварцу, но более твердое и в 1,6 раза более плотное. Синтез был осуществлен при давлении 115- 145 тыс. атм и температуре около 1500°С‚ что соответствует условиям на глубине Земли примерно в 350- 400 км. Исследования показали, что получен чистый кремнезем, однако с кристаллической решеткой рутила, образованной из элементарных частиц не в виде тетраэдров, как у кварца, а октаэдров, тесно сгруппированных в пространстве, где каждый ион кремния окружен шестью ионами кислорода.

 

Стишовит

Американские ученые, узнав о синтезе "сверхтяжелого" кварца, предположили, что его природный аналог можно найти в районе Каньона-Дьябло. Предположение вскоре подтвердилось. Открытый в 1962 г. американцем Э. Чао новый минерал был назван стишовитом и щепотка его кристаллов отправлена в Москву советскому ученому. Стишовит был недавно обнаружен также в Попигайском метеоритном кратере в Сибири и в других астроблемах. В природе встречается еще одна разность кремнезема - коусит. Минералоги нашли его в Карской структуре ударно- взрывного происхождения (хребет Пай-Хой), имеющей поперечник 50 км. Стишовит и коусит обнаружены также в Украине, в Белоруссии и на Чукотке.

 

Основная масса производимых во всем мире искусственных минералов, самым распространенным из  которых является корунд, используется для научных и технических целей и лишь небольшая их часть в ювелирном деле.

 

Давным-давно жители южной Индии - тамилы - назвали

Давным-давно жители южной Индии - тамилы - назвали "корвиндой" (отсюда слово "корунд") кроваво-красный камень, известный теперь как рубин. По преданиям этот самоцвет возник из капель крови, пролитой добрым богом Ассурой в поединке со злым демоном Ланки. Слово "корунд" не было забыто, им называют природную окись алюминия. Корунд многолик: красный называется рубином, голубой и синий — сапфиром, бесцветный - лейкосапфиром, есть и другие цветные разности. Они издавна считались одними из самых дорогих камней и были соперниками изумруда и алмаза. Индийцы называли огненно-красный рубин "ратна-рай“ (царь драгоценных камней), розово-красный именовали "патпараджа" (цветок лотоса) и ценили, как и бирманцы, выше всех других самоцветов.

 

Согласно индийской легенде цвет рубина — отблеск огня, горящего внутри камня, и если его бросить в воду, она закипит. Французские ювелиры утверждают, что по цвету рубин лучшего качества должен быть подобен голубиной крови или центральной части красной линии в солнечном спектре.


http://gold.ua/

 

      Gold.ua - ювелирный on-line маркет

 

 

сапфирофое кольцо

В античные времена сапфир считался застывшей каплей напитка бессмертия, испить который могли только сами боги. Римляне называли его "цианус" - василек. Жрецы храма Юпитера в Древнем Риме носили в перстнях священные сапфиры.

 

 

Рубины и сапфиры чистой воды встречаются очень редко, да и то лишь в немногих уголках земного шара. Знаменитые бирманские месторождения первоклассных рубинов Могок-Вэпли почти полностью выработаны, качественные сапфиры тоже стали большой редкостью. На северо-востоке страны расположены рудники Могоу, где добывают рубины и сапфирыт В 1978 г. богатейшее в мире месторождение рубина обнаружено в районе Хунза в Западном Пакистане.

 

Посетивший в ХШ в. Шри Ланку Марко Поло упоминает о фантастическом по чисготе и величине рубине, который он видел у одного из местных владык.


выключить радиоКорунд не является редким минералом, его встречают в гранитных пегматитах и вторичных кварцитах. Его часто находят и в Украине, но в подавляющей массе кристаллы невзрачны, обычно незначительны по размерам, мутноватые или слабо просвечивают, часто имеют зональное строение и желтовато-серую окраску с синеватым отливом. В недрах Побужья обнаружены И яркокрасные рубины, но находка эта представляет только минералогический интерес.

 

В Бирме когда-то был найден кристалл рубина весом 690 г (3450 кар). Лучшие ювелирные сапфиры добываются в россыпях Австралии, Индии и Шри Ланки. В Музее естественной истории в Нью-Иорке хранится уникальный сапфир "Звезда Индии" весом 543 кар, добытый 350 лет тому назад.

 

 

БулькаКак же заставить окись алюминия кристаллизоваться в ювелирные камни? Впервые эту сложную задачу разрешил французский ученый М. Вернель, который еще в конце прошлого века изобрел безтигепьный способ получения самоцветного корунда. Почти десять лет автор не разрешал распечатать конверт с описанием своего открытия - он хранился в сейфе Французской академии наук. Лишь на Всемирной выставке в Париже в 1900 г. впервые демонстрировался искусственный рубин. Его изготовляют так. Белую пудру окиси алюминия, полученную при прокаливании атоме-аммиачных квасцов, пропускают тонкой струйкой через кислородно-водородное пламя. Расплавленная окись капает на тугоплавкий стержень, на котором и кристаллизуется в виде конусообразной прозрачной "бульки".

 

В СССР этот способ усовершенствован инженером С. К. Поповым и академиком А. в. Шубниковым (1887-1970). Разработаны установки, на которых корунд полируется не алмазом, а пламенем и может выращиваться в виде тонких стержней. Малиново-красным и кроваво-красным корунд становится в результате добавки в шихту окиси хрома, приобретает окраску лаванды от примеси окиси титана, от добавки ванадия окрашивается в фиолетово- аметистовый цвет.

 

Есть рецепты получения корундов таких расцветок, какие не встречаются в природе. При надобности могут быть выращены рубиновые цилиндры длиной в десятки сантиметров. По сравнению с природой человек ускорил создание самоцветов в миллионы раз. Синтетические рубины имеют блеск, показатели преломления и плотность у них такие же, как и у их природных собратьев. Они обладают теми же свойствами, столь же красивы и долговечны, но в сотни раз дешевле природных камней. Только по твердости природные рубины несколько превосходят синтетические.                          в меню

 

Английский профессор Чарлз Банн справедливо заметил: "При покупке сапфиров или рубинов совершенно нет смысла настаивать на том, чтобы они были природными камнями. Что касается красоты, долговечности или подлинности кристаллического образца, то синтетические камни в этом смысле столь же подлинны, как и натуральные". Ведь никто не сомневается в подлинности инкубаторского цыпленка.


         Синтетические аналоги драгоценных и полудрагоценных камней

Искусственные камни

http://gold.ua/


    Gold.ua - ювелирный on-line маркет


 

Искусственный рубин

Профессор М. П. Шаскольская в книге "Кристаллы" пишет: "Искусственный камень не только не хуже природного: тот же цвет, та же игра красок, та же твердость, тот же блеск. Но он и лучше природного. Природные кристаллы самоцветов малы. Природный рубин весом в два-три грамма - это уже величайшая редкость и драгоценность. Человек же оказался куда более умелым, чем природа: в лабораториях и на заводах растят рубины и сапфиры длиной до метра, весом в килограммы. Никаким султанам древности не снились такие самоцветы. Побывал бы этот султан или волшебник из старой сказки на современном заводе, где в десятках печей растут не караты или граммы - нет, килограммы, тонны драгоценных камней!".

 

Научно-техническая революция превратила благородный корунд, алмаз, изумруд и гранат из камней-"вельмож", украшавших царские скипетры и короны, в камни-"труженики". Мировое производство синтетического соперника природного рубина составляет более 1 млн. кар в сутки. Он используется в качестве нестирающегося подшипника или подпятника в часах, в различных электрических и радиоприборах.

 

лазер

Он нашел применение в квантовой электронике. Согласно древне-индейским легендам рубин способен осветить Землю ярче Солнца и звезд. Можно считать, что это пророчество сбылось. Созданы оптические квантовые генераторы - лазеры, активным элементом которых является синтетический рубин, а также синтетические флюорит, гранат, фтористый барий, кадмий, стронций и т. д. Лазерный луч с ювелирной точностью пробивает микроскопические отверстия в алмазе, корунде и любом ином материале, сваривает металлы и режет стекло, керамику, ткани и т. п. Ведь температура луча может превышать 50 000°С, тогда как температура поверхности Солнца составляет всего лишь 6000°С.

 

В 1965 г. впервые в мире советские ученые методом лазерной локации измерили расстояние от участка лунной поверхности Внутри кратера Фламмарион до Земли, лучом лазера определяли положение наших "Луноходов". Отражение лазерного излучения от поверхности Луны подтверждает, что и в наше время происходит дрейф континентов, равный нескольким сантиметрам в год. С помощью лазерного луча передаются телевизионные изображения и телефонные разговоры, производятся бескровные хирургические операции и даже "иглоукалывание", технологии современного интернета также во многом построены на передаче информации при помощи лазера. Когда вы читаете эту страницу, подумайте - практически наверняка она была доставлена вам именно благодаря оптиковолоконным технологиям с применением лазера.

 

С помощью лазерного луча скоро будут изучать далекие миры Вселенной, осуществлять связь и передавать энергию на огромные расстояния в космосе, управлять термоядерной реакцией, разделять изотопы, прокладывать тоннели в горах, определять степень загрязненности атмосферы, прогнозировать грозы и пр. Лазер уже позволяет создать движущиеся голографические изображения.

 

Часы <<Восток прецизионные>>

В механических часах оси колес вращаются в подшипниках, которые прежде изготовлялись из алмаза, рубина, сапфира, почему были названы камнями. В морских хронометрах камни делались только из алмаза. Теперь в механизме наших часов сверкают искусственные рубины. Чем больше камней в часах, тем они точнее и долговечнее. Не случайно искусственный рубин целиком вытеснил своего природного собрата из часовой и приборостроительной промышленности. Рубины теперь почти не добывают из недр, их выращивают на заводах. Жаль, что в Х1Х веке качественные синтетические рубины стало практически невозможно встретить в ювелирных украшениях.


искусственный сапфир

Долго не могли синтезировать сапфир. Метод его получения разработан в Институте кристаллографии им. А. В. Шубникова АН СССР Х. С. Багдасаровым. Первая попытка синтезировать голубой самоцвет была произведена в этом институте. И вот однажды на ладони исследователя засверкал голубой камень - яхонт лазоревый, как называли его в старину. На Международной Лейп-цигской ярмарке 1969 г. советские синтетические сапфиры удостоились Большой золотой медали. Хотя основное назначение их - служить промышленным целям, ювелиры тоже дали высокую оценку этим камням.   в меню

 

Искусственные сапфиры выдерживают температуру свыше 2050 °С, они очень твердые и применяются в металлургии, машиностроении, химии, оптике, электронике и других отраслях промышленности. При высоких температурах, когда плавится металл, обычные оптические сгекла мутнеют, синтетический сапфир сохраняет утреннюю прозрачность.

 

В Харькове были освоены методы выращивания корундовых деталей сложной конфигурации, не требующих никакой дополнительной доводки. Способ выращивания непосредственно из расплавов готовых кристаллических изделий заданной формы и профиля разработан членом-корреспондентом АН СССР А. В. Степановым. На установках, на которых изучается термоядерная реакция, тоже используются искусственные сапфиры, способные противостоять высоким температурам и радиационному облучению. В технике сапфиром называют не только синие, но и бесцветные кристаллы корунда.

 

Небесной голубизны синтетические сапфиры украшают кольца, серьги, подвески. Даже опытный ювелир не отличит их от природных, о которых А. И. Куприн писал: "Одни из них похожи на васильки в пшенице, другие - на осеннее небо, иные - на море в ясную погоду".


Александрит

Часто в ювелирных магазинах можно встретить элегантные и красивые украшения с так называемым александритом. Что это за самоцвет? В известных своими сокровищами Изумрудных копях на Урале в 1834 г. вместе с изумрудами и фенакитами был найден диковинный камень, который, как хамелеон, в зависимости от освещенности и направления света менял свою окраску. При дневном свете, богатом сине-зелеными лучами, самоцвет выглядел изумрудно-зеленым, при свете же лампы или свечи он вдруг становился вишнево›малиновым, пурпурно-красным, фиолетовым, вспыхивая, словно аметист, сиреневым пожаром. "Новичок" был передан гофмейстером Л. А. Перовским на исследование Н. Норденшельду.

 

Он оказался дихроирующей разностью редкого в природе минерала хризоберилла, по составу представляющего собой сложный окисел алюминия и бериллия с примесью хрома, которая и обусловливает необычную окраску. Ученым из Суоми новый самоцвет был назван александритом в честь наследника русского престола, будущего императора Александра 11. Красный и зеленый - русские национальные цвета. Александрит, помимо Урала, известен еще в Бразилии, Бирме, США и Танзании, близ озера Маньяра, а также в россыпях Ратнапура (в перевод с сингальского - город самоцветов) в Шри Ланке.

 

Уральские александриты являются большой редкостью, по яркости окраски и контрастности цветного перехода им нет равных в мире. Самая крупная в мире друза из 22 тройников кристаллов уральского александрита весом 5 кг, когда-то принадлежавшая князю П. А. Кочубею, хранится ныне в Минералогическом музее им. А. Е. Ферсмана АН СССР в Москве. Ювелирные образцы александрита - "двуликого Януса"- ценятся наравне с алмазами, изумрудами и огненными опалами. Разумеется, разговоры о том, что александрит обязательно нужно носить "в паре", что это "вдовий камень", не стоит принимать всерьез. Кстати, в Шри Ланке александрит называют "камнем процветания".

 

Если при выращивании благородных корундов в шихту добавить окись хрома или ванадия в определенном соотношении, то получатся корунды, окраской схожие с апександритом. Такой искусственный камень условно назвали "апександритом", хотя по составу он ничего общего не имеет с природным редчайшим александритом. Однако название настолько прижилось, что его никто не собирается менять. "Александрит" современных ювелирных украшений - это рукотворный корунд, хотя от этого его прелесть и красота нисколько не уменьшаются.     в меню

 

Гордостью коллекции Государственной корпорации драгоценных камней в Шри Ланке является граненый александрит весом всего лишь 15 кар (3 г); самый же крупный панкийский образец этого самоцвета весит 1876 кар.


http://gold.ua/

 

      Gold.ua - ювелирный on-line маркет

 

 

В природе есть и другие камни, которые при изменении освещения выглядят по-разному. Это свойство названо александритизацией (плеохроизм). Им обладают некоторые образцы хромистого пиропа из кимберлитовых трубок, редкая разность турмалина - хамелеонит, который из опивково-зеленого при солнечном свете превращается в коричнево-красный при искусственном освещении. Редко встречается и природный сапфир с эффектом александритизации. Такой камень описала де Жанпис в рассказе "Великолепный сапфир". Этот голубой самоцвет в ХУШ в. находился в коллекции польского дворянина Валицкого, а затем принадлежал герцогу Орлеанскому, принявшему во время Французской революции имя Филиппа Эгалите. На Руси светло-голубой сапфир с отливом павлиньего пера называли таусинным камнем (от персидского "таусин" или арабского "тавус" - павлин). Н. С. Лесков в рассказе "Пугало" (1885) упоминает, что в сгарину камень таусень считался спасительным талисманом. к обладавшему им человеку "никакая беда неприступна". У царя Ивана Грозного такой талисман был в кольце - "напалке", как тогда говорили: "Напалка золотая жуковиною, в ней камень таусень, а в том муть и как бы пузырина зрится".


искуственный хрусталь

Хотя в природе и встречаются чистейшие кристаллы горного хрусталя, ученые долго трудились над тем, чтобы получить возможность искусственно выращивать их. Если из кристалла горного хрусталя в определенном кристаллографическом направлении вырезать пластинку, то под действием давления или растяжения можно получить на ее поверхности положительный либо отрицательный заряд. Кварц обладает особыми пьезоэлектрическими свойствами (по-гречески "пьезо" - давлю). Если через кварцевую пластинку пропустить переменный ток, она придет в колебательное состояние - возникнет ультразвук.


кварц используется в электронике как её <<сердце>>

Из кристаллов кварца изготавливают стабилизаторы радиоволн. При помощи пьезокварца измеряют давление, получают ультразвук, который сверлит и шлифует различные детали, самоцветы, дробит горные породы и обнаруживает дефекты в металлических изделиях, паяет алюминий и диагностирует болезни, искусственно сосгаривает вино, коагулирует дымы, облака, изготовляет эмульсии и т. д. Кварц используют как материал для лазера, излучающего инфракрасный свет.

 

Идеально прозрачные кристаллы кварца весом 5- 10 кг, выращенные искусственно в течение многих месяцев, обходятся в десятки раз дешевле природных. Природный же горный хрусталь по цене лишь ненамного уступает золоту, а в ювелирных изделиях стоит даже дороже. Наряду с пьезокварцем налажен выпуск разностей синтетического кварца, окрашенных в фиолетовый, синий, зеленый и бурый цвет. Они широко используются ювелирной промышленностью взамен дефицитных и дорогих природных самоцветов.

 

В ювелирных магазинах есть украшения со вставками из искусственного желтого цитрина (под топаз), голубого (под аквачарин и сапфир) и зеленого (под берилл) синтетического кварца. Синие кристаллы кварца имеют особое коммерческое название - перунит.


Ювелирные изделия с цитрином


Необработанный аметист аметист, кристаллы

 

 

Впервые в мире синтез фиолетового аметиста из гидротермальных растворов в полупромышленных условиях осуществлен в СССР, причем по ювелирным качествам он превосходит знаменитый ланкийский и бразильский аметисты и уральскую "фиалку". Синтетический аметист в отличие от природного одинаково привлекателен и днем при солнечном свете, и вечером при электрическом освещении, его сочная окраска цвета персидской сирени с красноватыми отблесками не боится прямых солнечных лучей и не блекнет со временем. Причем ученые научились выращивать бездефектные ювелирные монокристаллы длиной до 15 см и шириной 5-6 см. Попробуйте сыскать в природе такие совершенные кристаллы аметиста - ничего не получится.

 

выключить радиоДля нужд лазерной техники выращивают алюминиевые гранаты с добавками эрбия, гольмия, тулия, иттербия, гадолиния и других редкоземельных элементов. Иттрий-алюминиевые и гадолиниево—галлиевые гранаты благодаря красоте и многообразию окраски, а также алмазному блеску и твердости успешно используются для выделки различных украшений. Такие синтетические камни имеют неудачное коммерческое название "гранатит". Это искусственные бескремниевые соединения со структурой граната. В природе аналоги "гранатитов" не встречаются.

Серьги фианит голубой (родий)

Кубическая окись циркония, впервые выращенная в СССР, получила название "фианит" в честь Физического института имени П. Н. Лебедева АН СССР (сокращенно ФИАН). Этот материал находит применение в электронике, оптике, химической и ювелирной промышленности. Цветовая гамма фианитов охватывает все участки спектра. Используя в определенной композиции добавки ионов-хромофоров, можно получить кристаллы самых разнообразных цветов и оттенков. Лицензию на получение фианита приобрели фирмы Австрии, Канады, ФРГ, США и Японии.

 

Ученые и инженеры научились синтезировать также шпинель, флюорит, фенакит, рутил, турмалин, ганит, гринокит, периклаз, шеелит, прустит и многие другие аналоги редких в природе минералов. Прав был академик А. Е. Ферсман, который еще в 1935 г. предсказывал: "Через несколько десятков лет геологи не будут больше с опасностью для жизни взбираться на вершины Альп, Урала или Кавказа в погоне за кристаллами, не будут добывать их в безводных пустынях Южной Бразилии или в наносах Мадагаскара. Я уверен, что мы будем по телефону заказывать нужные куски кварца на государственном кварцевом заводе".

 

В США разработан способ изменения окраски самоцветных камней в результате их облучения радиоактивным изотопом 10 Не. Этим способом можно придать сапфиру зеленый цвет, изумруду - синий, топазу - красный, а алмазу - голубоватый оттенок. Теперь ученые могут обыкновенный берилл превратить в аквамарин, а морион и горный хрусталь - в цитрин и дымчатый кварц.


Индра

 

Успешно проводятся опыты по облагораживанию некондиционной бирюзы, в результате чего вместо природного грязно-зеленого цвета она приобретает чисто-голубой. Были получены белая и черная имитации опала, которые по лучепреломлению, твердости и компактности превосходят натуральные опалы. Разработана технология искусственного получения халцедона, нефрита, жадеита, турмалина, сподумена и полевошпатового "лунного камня", но некоторые из этих минералов достаточно широко распространены в земных недрах и пока нет необходимости "добывать" их из автоклава в условиях заводского синтеза.

искуственный изумруд

 

Чистейшей воды изумруды выращивают теперь современные ученые. Они получают прозрачные изумруды величиной с куриное яйцо. Люди не только восторгаются красотой изумруда, но продолжают проникать все глубже в его тайны. Он нужен не только ювелирам, но и физикам. Изумруд стали применять в качестве основного материала в мазерах (источниках когерентного излучения, работающих в диапазоне радиоволн), с помощью которых осуществляется сверхдальная космическая связь.

 

Кристаллы зеленого изумруда, голубого аквамарина, желтого гелиодора и малинового морганита растят на затравках в горячих растворах, сложных по составу и содержащих фториды.

 

На одном из корпусов Института сверхтвердых материалов АН Украины установлена мемориальная доска с такой надписью: "В этом здании в 1961 г. выпуском первых 2000 каратов алмаза было положено начало промышленному производству синтетических алмазов в СССР". Если для изготовления первых 2000 кар алмаза понадобилось девять месяцев, то теперь такое же количество алмазов может изготовить за смену оператор на одной установке!

 

В последнее десятилетие синтетические алмазы произвели подлинную революцию в технике. Американские специалисты подсчитали, что если из промышленности страны изьять все алмазные инструменты, то ее промышленный и военный потенциал сократится вдвое.        в меню

 

Часто спрашивают, нельзя ли искусственно получать алмазы такой величины, чтобы можно было из них гранить бриллианты? На заводе Института сверхтвердых материалов производится отбор самых крупных кристалликов алмаза. В цеху-лаборатории подрагивают наклонные желоба, сверкающей струйкой текут по ним молочно-белые и желтоватые алмазные зернышки, Самые крупные из синтезированных здесь алмазов весят до 1 кар. Для сравнения отметим, что общий вес бриллиантов в ордене "Победа" составляет 16 кар, а общий вес 31 бриллианта "Маршальской Звезды” Маршала Советского Союза составляет 7 кар, самый же крупный из них - центральный - весит 2,62 кар. Из рукотворных киевских алмазов в 1967 г. в Антверпене Джосом Бонруа были огранены первые бриллианты.


Синтетические алмазы

Пока синтетические алмазы ювелирного качества обходятся дороже природных или сопоставимы с ними по цене. Быть может, уже скоро благодаря стремительному техническому прогрессу алмазодобывающая промышленность прекратит свое существование. А пока для буровой техники, металлообработки и ювелирного дела нужны не мелкие кристаллики алмаза - продукты заводского синтеза, а крупные кристаллы, которые "производит" только природа, хранящая эту свою тайну за семью замками. Нет сомнения, что ученые со временем подберут и к ним ключи.

 

Размеры синтетических алмазов всего около  3-4 мм, кроме того, они окрашены, и потому ювелиры оценивают их невысоко. Однако такие алмазные зернышки имеют прямое отношение К ювелирному делу. Любое современное камнерезное изделие ИЛИ ювелирное украшение выполнено с помощью алмазного порошка и алмазного круга. Искусственный алмаз превосходит по прочности и твердости Даже природный алмаз. Все ювелирные фабрики для огранки бриллиантов из уральских и якутских  алмазов используют синтетические алмазы.

 

В Украине производится синтез около 30 искусственных минералов. Технологию их выращивания разрабатывают в лабораториях Харьковского научно-исследовательского института монокристаллов, сцинтилляционных материалов и особо чистых химических веществ, а также в других организациях. В распоряжении исследователей имеется оборудование, позволяющее воспроизводить различные сложные природные явления, имитировать вулканическую и гидротермальную деятельность, получать "солнечные" температуры и давления земных глубин.

 

Человек не просто слепо подражает природе, а получает кристаллы с нужными свойствами, даже такие, которые не образуются в земных недрах или превосходят природные по качеству и гамме оттенков. В лабораторных условиях, например, получены старилиан (или фабулит) - титанат стронция поразительной красоты. По игре цветов и блеску он, как и синтетический ярко-красный рутил, не уступает даже бриллианту.


http://gold.ua/

 

      Gold.ua - ювелирный on-line маркет

 

Голубой пруд Биэй в Японии летом.

 

Гидротермальный синтез кристаллов

 

 

Введение  ↑в меню

Для большого количества веществ растворимость при сравнительно низких температурах -- ниже 100° С, столь мала, что выращивание кристаллов становится практически невозможным. Один из путей увеличения растворимости -- повышение температуры раствора. Разнообразные способы кристаллизации веществ из высокотемпературных водных растворов при высоких давлениях пара (раствора) объединяют общим термином «гидротермальный способ» выращивания кристаллов. Этот способ характеризуется наличием водной среды, температур выше 100° С и давлений выше атмосферного.

Термин «гидротермальный» геологического происхождения. Минералы, образованные в постмагматической стадии минералообразования в присутствии воды при повышенных температурах и давлениях, относят к минералам гидротермального происхождения. Первые попытки искусственного получения кристаллов в гидротермальных условиях были предприняты минералогами с целью изучения условий природного минералообразования; размер кристаллов в таких исследованиях обычно не превышал тысячных -- сотых долей миллиметра. Первые разработки гидротермального метода выращивания монокристаллов были сделаны Сенармоном и Специя, выращивавшими кристаллы б-кварца. 

 В настоящее время синтетические кристаллы широко используют в ювелирных изделиях, квантовой электронике(составляющие лазеров), телефонной и радиоаппаратуре в стекольной и керамической промышленности.

Цель работы: изучить специфику гидротермального синтеза. Выяснить его значение в повседневной жизни.

Задачи:

* ознакомиться с основами гидротермального синтеза кристаллов

* рассмотреть по методическим источникам гидротермальный синтез на примере кварца

* ознакомиться с особенностями процессов получения кристаллов из растворов и из расплавов

 


Глава 1. Сущность метода гидротермального синтеза кристаллов  в меню

 


Гидротермальный синтез кристаллов и минералов самый сложный в создании искусственных минералов. В экспериментальной минералогии он занимает особое место, так как именно в таких условиях из минерализованных водных растворов при высоких температурах и давлениях в природных условиях образуется большинство минералов.

В поисках сред для выращивания кристаллов учёные обратились к сведениям оприродных гидротермах. В естественных кристаллах ряда минералов были обнаружены мелкие пузырчатые включения, заполненные жидкими растворами. Анализируя их, геологи и минералоги установили, что в них сохраняются летучие и нелетучие компоненты подходящего кристаллизационного раствора, из которого вырастал минерал, содержащий эти включения. Хотя состав включений родственен и связан с вмещающим их минералом, тем не менее, он не всегда соответствует первоначальному составу кристаллизационного раствора. Но это относится, как правило, к тем элементам, которые находились в гидротермальном растворе в крайне незначительных количествах. Главные компоненты минерализованного раствора, породившего исследуемый материал, наиболее полно представлены в жидкостных включениях.

Косвенные сведения о природе гидротермальных растворов дополняются анализами вулканических и природных гидротермальных вод, встречаемых там, где продолжается вулканическая деятельность (Камчатка, Курильские острова) и обнаруживаемых при бурении скважин в зонах современной тектонической активизации земной коры (на Кавказе, Тянь-Шане, Памире, и т. д.).

Проводя многочисленные исследования, ученые установили, что минералы из гидротермальных растворов образуются при температурах выше 100°С. В их составе обнаружены катионы и анионы, указывающие на присутствие солей в природных гидротермах. Установлено также, что растворы, в которых образуются природные минералы, много компонентны и имеют сложный состав. И все же ученые пришли к выводу, что природные гидротермальные растворы по качественному составу не особенно разнообразны. Среди них различаются хлоридные, бикарбонатные и сульфатные [2].

Изучив природные образования, ученые перешли к лабораторным опытам. Родился гидротермальный синтез -- процесс создания искусственных минералов путем химических реакций в герметических сосудах при температуре, превышающей 100°С, но не достигающей обычно 1100°С, высоком давлении в присутствии воды. Впоследствии гидротермальный синтез приобрел важное значение в производстве технических монокристаллов. Главным преимуществом их выращивания из гидротермальных растворов является то, что таким путем удается получить наиболее совершенные и чистые монокристаллы любой величины, разнообразной формы, с заданными свойствами. В частности, на этом методе основано производство всех кристаллов кварца и некоторых других минералов, хотя другими методами, о которых говорилось выше, эти минералы в ряде случаев могут быть получены проще и быстрее. Кроме того, оказалось, что гидротермальный метод обеспечивает кристаллизацию тугоплавких и термостойких минералов при относительно низких (сотни градусов) температурах. При этом могут быть получены наиболее однородные и слабо напряженные монокристаллы [2].

Существует три основных варианта гидротермального синтеза минералов: гидротермальная обработка, гидротермальное превращение и метод перепада температур [4].

В первом случае гидротермальной обработке при высоком давлении подвергаются несовершенные кристаллы природных минералов. При этом удаляются нежелательные примеси и нередко уменьшаются дефекты кристаллической решетки -- свойства кристалла улучшаются [4].

Во втором случае путем гидротермальной обработки в автоклавах при высоком давлении можно превращать одни минералы в другие. Так, например, известно, что в природе в процессе гидротермального изменения оливин (широко распространенный породообразующий минерал ультраосновных и основных пород) превращается в серпентин -- минерал из группы силикатов, разновидностью которого является хризотил-асбест (горный лен). Оба минерала относятся к одной группе силикатов типа солеобразных химических соединений, содержащих кремнезем, но отличаются друг от друга внутренним строением кристаллических решеток. Если в оливине компоновка атомов и ионов объемная, то в серпентине -- послойная. При обработке оливина в лабораторных условиях растворами углекислой соли и сернистого натрия при температуре 300°С взаиморасположение атомов и ионов в кристаллической решетке изменяется и он превращается в асбест (серпентин). Из асбеста при нагревании до 600°С отделяется часть кремнезема (SiO2) и вновь образуется оливин. Если продолжить нагрев, то при 1000°С оливины вновь реагируют с избытком кремнезема и образуется энстатит -- минерал группы силикатов, но уже с цепочечным расположением атомов и ионов [4].

Известны случаи, когда в процессе подобного изменения кристаллической структуры минералов искусственным путем в них заменяются одни ионы на другие. Однако природа этого явления не ясна и гидротермальный синтез с использованием метода замены катионов и анионов не получил распространения [4].

Метод перепада температур, является основным для выращивания совершенных крупных монокристаллов с наиболее ценными свойствами. На этом методе основано промышленное производство крупных монокристаллов кварца. При методе перепада температур существует зависимость между растворимостью шихты, температурой, давлением, концентрацией растворителя и теми свойствами кристаллов, которые мы желаем получить. Поэтому исследования по гидротермальному синтезу минерального сырья начинаются с определения этих зависимостей: построения по опытным данным математической модели процесса, составления, в конечном итоге, графика растворимости того или иного минерала в растворе солей, кислот и щелочей. Многократные опыты позволяют наметить пути достижения первых положительных результатов в сложных и длительных поисках способов получения каждого нового искусственного минерала. Таким способом можно выращивать сапфиры, рубины, изумруды, рутил, турмалин и другие ценные кристаллы многих минералов [4].

Гидротермальные реакции протекают при температуре 100--800°С, когда давление в лабораторных установках достигает 4--5 тысяч атмосфер. Для проведения опытов используются герметически закрытые сосуды (автоклавы) из особых жаростойких сортов стали. Объем автоклавов, в зависимости от поставленных задач опыта, варьирует в больших пределах. Они применяются в начальной стадии изучения процесса роста кристаллических веществ, при промышленном гидротермальном синтезе искусственных минералов[2].

Обычно автоклавы имеют удлиненную цилиндрическую форму. В нижнюю часть их загружается исходная смесь природных минералогических веществ в твердом состоянии (шихта), а в верхней части на проволоке подвешивается затравочный кристалл. Затем сосуд заполняется раствором подобранного реагента (жидкости со строго определенным химическим составом) в количестве и объеме, которые при достижении требуемых для данного опыта давления и температуры обеспечат необходимые условия термодинамического режима проводимого эксперимента[2].

Автоклав для гидротермального синтеза

Автоклав, заполненный исходными материалами, герметически закрывается и помещается в электрическую печь с донным нагревателем. При нагревании жидкость в автоклаве расширяется и вскипает, образуя весьма агрессивный газово-жидкий раствор (флюид), который существует при высоком давлении в замкнутой системе. Ничего похожего в окружающем нас мире мы наблюдать не можем, но глубоко в недрах земли происходят аналогичные процессы[2].

Рис.2. Устройство автоклава

В автоклаве благодаря использованию данного нагревателя температура в верхней его части устанавливается на несколько градусов (15--30°С) меньше, чем в нижней. Образованный газово-жидкий раствор (флюид) вступает в физико-химическую реакцию со смесью химических веществ, помещенных на дне автоклава, в результате чего в нижней части сосуда получается насыщенный кристаллизационный раствор. Он близок по составу с затравочным кристаллом, подвешенным в верхней части автоклава. Пересыщенный раствор горячими конвекционными токами, образующимися в замкнутом сосуде, поднимается в зону более низких температур-в верхнюю часть автоклава. Здесь он становится пересыщенным и избавляется от излишка растворимого вещества, которое отлагается на затравочном кристалле. Рост последнего продолжается до тех пор, пока существует шихта (твердые химические соединения на дне автоклава) и поддерживаются необходимые для образования кристалла давление, температура, перепад температур внутри сосуда. Поскольку все эти величины не постоянны и изменяются в процессе проведения опыта, становится очевидной вся сложность гидротермального синтеза минералов и выращивания монокристаллов[2].

При гидротермальном способе выращивания искусственных кристаллов на их рост кроме температурного режима в значительной степени влияют состав и концентрация образующегося газово-жидкого раствора, высота расположения и площадь затравочного кристалла, его кристаллографическая ориентировка и т. д. Нарушение хотя бы одного из этих требований приводит к отрицательным результатам. Условия протекания гидротермального синтеза весьма сложны. Пока еще не существует научной теории, которая могла бы с математической точностью объяснить процессы кристаллизации твердых минералов из газово-жидких растворов[4].

гидротермальный синтез кристалл автоклав

 

http://gold.ua/


      Gold.ua - ювелирный on-line маркет

 

Китай, Сычуань, Озеро Пяти Цветов, Five Flower Lake, Цзючжайгоу, Китай природа, Национальный парк Цзючжайгоу, самые...

 

Глава 2. Выращивание кристаллов кварца гидротермальным методом  в меню

 


Среди минералов, которые представляют собой промышленно важный объект, на первом месте стоит кварц. Кварц используется 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 больших количествах потребляется стекольной и керамической промышленностью (горный хрусталь и чистый кварцевый песок). Также применяется в производстве кремнезёмистых огнеупоров и кварцевого стекла. Многие разновидности используются в ювелирном деле. Казалось бы, не стоит синтезировать кварц только из-за его декоративных свойств, однако синтез кварца для поделочных целей широко распространен, и некоторые его искусственные разновидности трудно отличить от их природных аналогов. Дело в том, что техническая ценность кварца способствовала развитию его промышленного синтеза в широких масштабах. Если к монокристаллу кварца приложить давление в соответствующем направлении, то на кристалле возникает электрический заряд, а если к вырезанной из кварца пластинке приложить переменное напряжение, эта пластинка начнет вибрировать заданным образом. Однако большая часть природных кристаллов кварца не соответствует требованиям, предъявленным промышленностью, поскольку в них часто развиты двойникование и другие несовершенства (это портит пьезоэлектрические свойства кварца). В период второй мировой войны природного кварца оказалось недостаточно, чтобы удовлетворить растущую потребность, жизненно необходимыми стали работы по получению синтетического материала. К концу войны из природных кристаллов изготовлялись кварцевые пластинки общей стоимостью 1млн.долл. И дальнейшее снабжение промышленности сырьем становилось затруднительным. Хотя кварц является широко распространенным минералом, найти пригодные для разработки месторождения подходящего для технических целей сырья нелегко.

Выращивание гидротермальным методом. Процесс, используемый в лабораторных условиях для выращивания кристаллов кварца, почти всегда по своей сущности тот же, что и в природе. Кварц растворяется в воде при достаточно высокой температуре (необходимые температуры воды могут быть достигнуты, только под давлением). Помещенный в сосуд высокого давления (автоклав) с соответствующим образом контролируемыми температурой и давлением, кварц будет растворяться в одной части сосуда и отлагаться - в другой. Это метод транспортного гидротермального роста. В качестве шихты используется крошка из природного кварца, а новые кристаллы образуются на специально подготовленной затравке.

Лабораторное выращивание кварца начали проводить в середине XIX в., и первым, кому удалось вырастить кварц гидротермальным методом, был Сенармон. Он пользовался запаянной стеклянной трубкой, в которой были вода, бикарбонат натрия, щелочной силикат и одно из соединений мышьяка, по-видимому, реальгар. Трубка помещалась в ружейный ствол, который затем нагревался. В результате образовались микроскопические кристаллики кварца[5].

Кварц, не растворимый в воде при комнатной температуре, начинает растворяться по мере приближения температуры и давления к критической точке воды в замкнутой системе. Повышения температуры до точки кипения недостаточно, поскольку растворимость при этом почти не увеличивается. Кристаллизационный сосуд обычно заполняют водой на 85%, герметически закупоривают и нагревают. При температуре выше 100?С давление начинает возрастать, поскольку вода частично закипает. Это повышает точку кипения воды. При 200?С большая часть воды превращается в пар, который при дальнейшем увеличение температуры становится перегретым. Давление растет за счет расширения пара, приближаясь к 1360 кг/смІ при 300°С [5].

Закупоренный сосуд будет содержать пар с удельным весом 0,85, поскольку изначальное заполнение водой составляло 85%. Если допустить дальнейший подъем давления, то сосуд может взорваться (отсюда его второе название- «бомба»). Величина растворимости в 0,1% по массе достигается при давлении около 1400 бар, но для хорошего роста кристалла требуется более высокая растворимость. Чтобы ее повысить, к воде добавляют минерализаторы. Можно взять любой минерализатор, лишь бы он реагировал с кварцем с образованием устойчивого соединения. На практике большей частью применяется едкий натр или сода (NaOH или Na2CO3 )[5].

Шихта в виде раздробленного природного кварца помещается на дно сосуда, а тонкие затравочные пластинки (толщина их может быть около 1 мм) располагается над шихтой на серебряной решетке. Добавляется минерализатор и сосуд закупоривается. Так как при росте давление повышается, были разработаны специальные запорные устройства. Нагреватель располагается вокруг сосуда, и вся система помещается на нагреваемую плиту внутри хорошо закрывающегося бокса из стальных листов. Нередко весь аппарат помещают под землю, чтобы свести к минимуму последствия возможного взрыва, или же применяют защиту в виде брони [5].

Нагреватель и нагреваемая плита должна создавать температурный градиент около 40°С. Тогда в нижней части сосуда будет образовываться насыщенный кварцем раствор; происходящее при этом повышение плотности компенсируется увеличением температуры, вызывающим термическое расширение и снижение плотности. Различие в плотности приводит к образованию конвекционных потоков и заставляет насыщенный раствор подыматься кверху. При достижении верхней части сосуда этот раствор уже не может удержать весь содержащийся в нем кварц, и избыточное количество кварца осаждается на затравочных пластинках. Охлажденный раствор вновь спускается вниз, и процесс повторяется[5]. Чтобы достичь более быстрого роста нижних затравочных пластин и обеспечить равномерное отложение кварца, между нижней и верхней частями сосуда помещается перегородка. Она имеет форму пластинки с многочисленными отверстиями. Ее назначение-регулировать конвекцию. Скорость роста варьирует в значительных пределах в соответствии с условиями роста и требованиями к кристаллу, однако для получения высококачественных кристаллов оптимальная скорость роста-около1 мм в сутки [5].

 Футерованный серебром автоклав, для гидротермального выращивания кварца.

Рис.3 Футерованный серебром автоклав, для гидротермального выращивания кварца. 1 - термоизоляция; 2 - затравочные пластинки; 3- дырчатая перегородка; 4- исходный материал (шихта); 5 - обогащенный кремнеземом водный раствор; 6-серебряная футеровка; 7-электрический нагреватель

 

Применяя затравочные кристаллы разной кристаллографической ориентировки, можно определить удельные относительные скорости роста разных граней. Независимо от условий выращивания выдерживается следующий порядок скоростей. Очень быстро растет базис (так называемый Z-срез || {0001}), затем следует малый ромбоэдр (r-срез || {01 1 1}), основной ромбоэдр (R-срез || {10 1 1}) и призма (m-срез || {10 1 0}) [3].

Обычно в качестве затравочных пластинок применяют Z-срезы. После выращивания базисные грани с обеих сторон зародыша покрыты мозаикой, состоящей из отдельных бугров. Стороны бугров являются гранями пирамиды. В центре бугра в большинстве случаев можно обнаружить треугольные ямки, которые кристаллографически ориентированы. При возрастании пересыщения отдельные бугры становятся крупнее. Грани пирамиды и треугольные ямки отсутствуют. С возрастанием толщины слоя роста увеличивается также поперечное сечение бугра [3].

В качестве шихты применяют крупные куски (длина ребра 4мм) бразильского кварца- во многих случаях только так называемые lascas, головки кварца- которые могут попасть в камеру роста. Кварц худшего качества применять в качестве шихты можно при работе с растворами Na2CO3 -- NaOH -- NaF с добавкой Al+3(0,05 -0,125%)[3].

Небольшая добавка олеата натрия может существенно повысить качество и выход кристаллов кварца. Часто после вскрытия автоклава кристаллы растрескиваются. В большинстве случаев это объясняется адсорбцией пузырьков углекислого газа на поверхности растущих кристаллов. Включенный газ находится под высоким давлением предшествующего процесса выращивания и при снятии внешнего давления разрушает кристалл. Олеат натрия, очевидно, препятствует адсорбции пузырьков газа. Растрескивание кварца после процесса выращивания может быть вызвано также механическими напряжениями, если применяются затравочные пластинки, которые вырезаны из кварца, возникшего при другой температуре, нежели температуре выращивания. Конечно, здесь оказывают также влияние поверхностные нарушения затравочных пластинок. Вхождение в кварц Mn+4вызывает сходную с аметистом окраску. CO-2 замещает Si+4и дает синюю окраску. Группы [ AlO4 ] в комбинации с щелочными ионами, очевидно, обусловливают окраску синтетического дымчатого кварца. В общем можно констатировать: 4-валентные катионы встраиваются равномерно в решетку кварца с замещением Si, однако концентрируются в определенных зонах роста. Ионы Fe+3вызывают желтые, а Fe+2- зеленые полосы. Содержание примесей в различных кристаллографических направлениях различно; это отчетливо видно на кристаллах кварца, окрашенных рентгеновским облучением[3].

Гидротермальный процесс кристаллов кварца в целом достаточно эффективен; единственным затруднением является ежегодное сокращение ресурсов подходящего для шихты природного материала. Поскольку большая часть кристаллов кварца выращивается для нужд радиотехники и электроники, получаемая продукция должна иметь такую форму, которая в дальнейшем потребовала бы минимальной механической обработки. Самые медленно растущие грани наиболее развиты на кристалле после полного окончания процесса роста. Однако при выращивании промышленных кристаллов процесс роста не всегда доводится до естественного окончания, когда грани кристалла уже полностью развиты; в этих условиях преобладают быстро растущие грани. Для синтетического кварца особенно характерна бугристая или неровная поверхность, которая не встречается в природе [5].

Выращенный гидротермальным методом синтетический кристалл кварца с характерной бугристой поверхностью

 

Рис.4. Выращенный гидротермальным методом синтетический кристалл кварца с характерной бугристой поверхностью

 

 

 

 

 

 

 



 

 

Глава 3. Получение кристаллов изумруда 

 


3.1 Выращивание кристалловизумруда из расплавов   в меню


Сущность данного способа выращивания кристаллов заключается в том, что исходный материал расплавляют, а затем кристаллизуют при тщательно контролируемых условиях (температуры и давления). Данный способ может быть реализован несколькими методами, которые различаются некоторыми технологическими особенностями и применяемой аппаратурой

Метод расплав-реакционный. Отличается от методов, когда кристаллы растят при медленном охлаждении растворов или когда испаряют растворитель, тем, что в нем используется реакционное взаимодействие между составляющими кристалла. В этом методе два главных компонента изумруда, окиси бериллия (ВеО) и алюминия (Al2O3), растворяют в плавне ( растворителе), молибдате лития, а третья составляющая, кремнезем плавает (SiO2), плавает на поверхности раствора. Для того чтобы быть уверенным, что кремнезем плавает, а не погружается, необходимо тщательно регулировать состав плавня, чтобы его плотность была близка к 2,9 , т.е. меньше, чем у изумруда, но больше, чем у кремнезема. Поскольку изумруд относительно легкий минерал, помещали сетчатый платиновый экран для предотвращения всплывания кристаллов, так как в области обогащения расплава кремнеземом растут кристаллы очень низкого качества [4].

Процесс формирования изумруда включает химическую реакцию между кремнеземом и растворенными в молибдатовом плавне окисью бериллия, окисью алюминия и небольшим количеством окиси хрома. Для протекания этой реакции необходимо, чтобы кремнезем сначала растворился в плавне, а затем диффундировал в ту область, где концентрация всех реагентов достаточна для кристаллизации изумруда. Основание тигля должно быть несколько холоднее, чем остальная часть раствора, если кристаллизация изумруда происходит в этой части. После того как начнут расти первые кристаллы, зарождение новых в других частях тигля маловероятно, так как кремнезем в область кристаллизации поступает с достаточно медленной скоростью и полностью расходуется на химическую реакцию, приводящую к росту уже зародившихся кристаллов изумруда. Поэтому успех этого метода определяется поддерживанием очень медленной скорости и очень медленной миграцией кремнезема через раствор. В альтернативном варианте окиси бериллия и алюминия помещают на дно тигля, а кремнезем также плавает в верхней части раствора. В этом случае изумруд растет в средней зоне, куда можно поместить и подвешенные затравочные кристаллы [4].

Схема затравки кристалла

Рис.5. Схема затравки кристалла

Используемый процесс характеризуется очень медленным ростом кристаллов, и для выращивания хороших изумрудов требуется время до одного года. В течении этого периода необходимо добавлять в раствор кремнезем, чтобы компенсировать его расход во время роста кристаллов. Полученные кристаллы имели размер до 2 см в поперечнике, но поскольку они содержали включения, вес ограненных камней составлял около 1 карата.


 

3.2 Выращивание кристаллов изумруда из раствора   в меню


В бериллиевой группе наиболее перспективным считается гидротермальный метод, который основан на перекристаллизации исходной шихты. Его суть заключается в растворении исходного материала и переноса растворенных компонентов в относительно менее нагретую зону, где и происходит рост кристаллов [4].

Гидротермальный изумруд также производился для коммерческих целей и ювелирных нужд. Было обнаружено, что вхождению хрома в кристаллическую решетку способствует добавление к водному растворителю кислоты. Такие добавки, которые изменяют характер роста кристаллов, но сами не входят в их состав, называют минерализаторами. Для выращивания изумрудов требуются температура 500-600 0С и давление 700-1400 атм [4].

Для предотвращения зарождения большого числа мелких кристаллов аналогично необходимо отделить реагенты друг от друга. Оксиды бериллия и алюминия помещают в нижнюю часть реакционного объёма, а кремнезем- в сетчатый контейнер вблизи поверхности раствора. Затравочные кристаллы подвешивают на проволоке в средней части, где они растут со скоростью 0,3 мм в день, то есть значительно быстрее, чем при выращивании кристаллов из раствора в расплаве. Максимальные скорости роста, достигающие 0,8 мм в день, отмечались, когда приготавливали очень кислый раствор [4].

Размер выращиваемых кристаллов ограничен внутренними габаритами сосуда высокого давления, так как применяя этот метод, нельзя добавить питающий материал без охлаждения раствора и сброса давления. Однако те же самые затравки можно помещать в новый раствор три или четыре раза. Более высокие скорости роста при использовании гидротермального синтеза возможны благодаря тому, что затравочные пластины вырезаются так, что кристаллографическая плоскость, для которой характерен наиболее быстрый рост, имеет наибольшую площадь [4].

Растворимость изумруда в воде при комнатной температуре или даже при температуре кипения очень низка, но быстро растет с увеличением ее до 300 или 400 0С. При таких температурах вода чрезвычайно быстро испаряется, поэтому для гидротермального метода необходимо использовать прочные сосуды, способные выдерживать высокие давления, создаваемые водяным паром при нагреве до высоких температур, превышающие атмосферное примерно в 1000-1500 раз [4].

Изумруд выращенный гидротермальным синтезом

 

Рис.6. Изумруд, выращенный гидротермальным синтезом

 

 

 

 

 

 Заключение   в меню


В данной работе я рассмотрела устройство автоклава, специфику устройства в действии, провела анализ зарождения кристаллов с помощью гидротермального синтеза и изучила три основных варианта гидротермального метода, по методическим источникам.

Гидротермальный синтез в противоположность большинству других методов выращивания обладает тем недостатком, что процессы, происходящие в автоклавах, особенно изменение концентрации растворов и рост кристаллов, не поддаются прямому измерению и наблюдению. Экспериментатор вынужден, с одной стороны, заранее по возможности точно рассчитать опыт, с другой стороны, после опыта должен реконструировать процесс путем исследования продуктов реакции в охлажденном состоянии и при отсутствии давления.

Гидротермальный метод открывает возможность проводить синтез в условиях, близких к равновесию, и получать кристаллы весьма высокого качества. Также этот метод используется не только для генезиса минералов, но и является эффективным способом получения новых неизвестных в природе соединений. В промышленном производстве уже давно используется гидротермальный метод для синтеза кристаллов, применяемых в современной технике.

Таким образом, гидротермальный метод оказался чрезвычайно перспективным как при поиске соединений с определенными физическими свойствами, так и при решении другой задачи, а именно, при систематическом физико-химическом исследовании сложных многокомпонентных систем в условиях повышенных температур и давлений.

Список литературы

1. Абдрахманова И.Ф. Поверхностная проводимость кварца в присутствии адсорбированных слоев / Дерягин Б.В ДАН СССР. 1958.- Т. 120. - №.1. -С.94-97.

2. Болман A.A. Гидротермальная кристаллизация Теория и практика выращивания кристаллов /Лодиз P.A. М.: Металлургия, 1968. - С.241-265.

3.Вильке К.Т. Методы выращивания кристаллов/Л.:Недра, 1968. - 600с.

4. Хаджи В.Е. Синтез Минералов в 2-х томах. Том1/ Л.И. Циннобер, Л.М. Штеренлихт. Под общей редакцией Хаджи В.Е. - М.: Недра, 1987 , 487 с.,

5. M. O'Donoghue. Quartz. Перевод с английского В.Б. Александрова. М.: Мир, 1990

 

http://gold.ua/


  Gold.ua - ювелирный on-line маркет

 

 

                                                                                                                       



Обновлен 06 апр 2018. Создан 20 мар 2018



  Комментарии       
Имя или Email


При указании email на него будут отправляться ответы
Как имя будет использована первая часть email до @
Сам email нигде не отображается!
Зарегистрируйтесь, чтобы писать под своим ником
 
Flag Counter
melusine.io.ua@gmail.com Украина онлайн Каталог webplus.info
Besucherzahler
счетчик посещений
помощь сайту