Гранаты

Гранаты, встречающиеся в природе, представляют собой сложные окислы кремния—силикаты, такие, как, например, Mg3Al2Si3O12 (пироп). Большинство хорошо известных гранатов имеют красновато­-коричневую окраску, хотя они также бывают привлекательного зеленого цвета (демантоид). В природе не встречаются бесцветные гранаты потому, что, хотя идеальный пироп должен быть бесцветным, практически все гранаты содержат железо, которое придает им красный цвет.

Бесцветные искусственные гранаты можно получать, если синтез проводить без участия железа и других окрашивающих примесей. В последние годы они стали очень популярными заменителями алмаза. Можно получить кристаллы силикатных гранатов, близкие по составу к природным, однако расплавленные силикаты обладают высокой вязкостью, и поэтому при охлаждении для них характерна тенденция к образованию стекол. Это побудило исследователей найти более подхо­дящий состав, когда при синтезе вместо кремнезема использовался алюминий, а магний замещался каким-либо трехвалентным элементом, например иттрием. Иттрий-алюминиевый гранат Y3Al5O12 давно царствует как наиболее популярный синтетический камень.

Приверженцы строгих правил утверждают, что такие соединения нельзя называть гранатами, так как природные гранаты обязательно содержат кремний. Однако кристаллически структура этих соедине­ний и природных гранатов настолько идентична, что наименование «гранат» было принято в научных кругах и, может быть, несколько неохотно большинством геммологов.

В иттриево-железистом гранате (ИЖГ) ученых в первую очередь привлекли магнитные свойства. Железосодержащие гранаты— наиболее важные члены класса магнитных материалов, называемых ферритами, которые обладают магнитными свойствами и являются электрическими изоляторами. Они широко применяются в технике связи и в еще больших масштабах используются в элементах памяти компьютеров, калькуляторов и телефонных систем в виде пленок, содержащих цилиндрические магнитные домены.

С ювелирной точки зрения железосодержащие гранаты представ­ляют небольшой интерес, потому что, хотя тонкие пленки ИЖГ имеют зеленый цвет, в целом кристаллы всегда черные.

Первые патенты на выращивание кристаллов гранатов [9] были выданы в начале 60-х годов Джиму Нилсену и Джо Ремейке из лаборатории «Белл». Они выращивали иттриево-железистые гранаты из раствора в расплаве окиси свинца или из смеси окиси свинца с фторидом свинца или окисью бора. В это же время появился интерес к иттриево-алюминиевым гранатам (И А Г), когда стало известно о возможности применения этого материала в лазерах. Первые кристал­лы были выращены раствор-расплавным методом, но более крупные кристаллы можно получать только вытягиванием из расплава, что обеспечивает более высокие скорости роста и более экономично.

Хотя показатель преломления и дисперсия ИАГ заметно ниже, чем у алмаза, они все же достаточно близки, что делает этот гранат приемлемым заменителем алмаза. Кроме того, ИАГ прекрасно полиру­ется. Поэтому он пользовался большим успехом, будучи первым синтетическим заменителем алмаза, внедренным в весьма консерватив­ную торговлю драгоценностями в Лондоне. Часть этого успеха следует отнести за счет рекламной шумихи вокруг копии знаменитого груше­видного алмаза весом 69,42 карата, который Ричард Бартон подарил известной киноактрисе Элизабет Тэйлор. Этот алмаз, который обычно носят как кулон, был куплен в 1969 г. более чем за 1 млн. долларов. Страховка при ношении природного камня в течение одного вечера обходилась Тэйлор примерно в 1000 долларов, а стоимость копии составила только 3500 долларов. Не составляло труда опознать алмаз, когда его помещали рядом с копией, но только эксперт мог определить синтетический камень, если рассматривать их отдельно. Таким обра­зом кинозвезда способствовала расширению торговли заменителями алмазов, и производители могут быть благодарны грабителям (или страховым компаниям) за содействие в распространении их продукции.

Наиболее крупным поставщиком ИАГ является отделение «Эйртрон» компании «Литтон индастрис» в Моррис-Плейнс, Нью- Джерси, которое первым стало продавать свои камни в октябре 1969 г.

Их торговая марка «Даймонэр» часто используется как синоним ИАГ, однако ряд других производителей, главным образом в США, также продают (или продавали) такие камни под различными торговыми наименованиями, например «даймон», «даймоник», «даймонит», «ди ИАГ», «геминэр», «Линде симулэйтэд даймонд», «ригелэйр» и «траймонд». ИАГ продаются по цене, составляющей примерно 1/20 от стоимости алмаза среднего качества. Конечно, это не значит, что кольцо с ИАГ стоит в двадцать раз дешевле, чем кольцо с алмазом, так как стоимость оправы и отделки камня в обоих случаях одинакова. Однако покупатель может предпочесть истратить свои деньги на приобретение более крупного ИАГ, чем маленького алмаза.

Кристаллы ИАГ для ювелирных целей получают главным образом методом Чохральского—вытягиванием из расплава. Затравочный кри­сталл, помещенный в иридиевый тигель, погружают в расплав массой около 2 кг. Его разогревают до температуры около 2000°С (выше точки плавления) с помощью высокочастотного генератора мощностью в несколько киловатт. Кристалл вытягивают из расплава с постоянной скоростью, а температуру расплава регулируют таким образом, чтобы обеспечить равномерное увеличение диаметра, пока он не достигнет величины в 1,5 дюйма. В дальнейшем диаметр кристалла выдерживают постоянным. Кристаллы могут достигать в длину 1 фута. В целом процесс протекает в полуавтоматическом режиме, и рост диаметр» кристалла контролируется датчиком перемещения. Принцип его рабо­ты основан на том, что мениск жидкости вокруг кристалла испускает более интенсивное инфракрасное излучение, чем твердое тело или плоская поверхность расплава, и любое изменение положения этого яркого кольца регистрируется инфракрасным детектором.

Один оператор может обслуживать несколько установок, так как экономическая эффективность — жизненно важный фактор, определя­ющий успех производства ввиду жесткой конкуренции со стороны действующих и потенциальных производителей. В 1972 г. я посетил производственные помещения завода «Эйртрон». Мне позволили войти в запертую комнату, где растят кристаллы НАГ, только вместе с менеджером Доном Лепором. «Эйртрон» и другие производители в США очень боятся конкуренции со стороны японских предпринимате­лей, поэтому у меня был бы весьма малый шанс увидеть производ­ственные печи, будь я японским промышленником! Весьма благопри­ятным обстоятельством для американских производителей было то, что первоначальные работы, направленные на развитие производства ИАГ, финансировались из правительственных фондов, поскольку ощущалась острая потребность в кристаллах для использования в лазерах. Применение ИАГ в качестве драгоценных камней развивалось в значительной мере в качестве «побочной линии» научного интереса к этому материалу как кристаллу для лазеров.

Окрашивание ИАГ можно производить путем введения соответ­ствующих добавок. Обычно лазерные кристаллы содержат редкозе­мельный элемент неодим, благодаря которому они приобретают приятный сиреневый цвет, сходный, но легко отличимый от цвета аметиста. Присутствие большинства других редкоземельных элементов придает камням желтые или желто-зеленые цвета, хотя камни с эрбием имеют розовый, а с празеодимом—бледно-зеленый цвет. Повышенный интерес вызывают хромсодержащие ИАГ: они имеют зеленую окраску, которая делает их наиболее привлекательными среди всех природных и синтетических зеленых самоцветов, исключая изумруд. Поскольку в природе зе­леные гранаты встречаются редко, весьма вероятно, что такие синте­тические зеленые камни станут очень популярными, если приобре­тут более широкую известность.

 

Гранаты, выращенные раствор- расплавным методом, часто обладают более сочной окраской, чем полущенные методом вытягивания из расплава, потому что при мед­ленных скоростях роста и низких температурах концентрация окрашивающих элементов в кристаллах становится выше. Гранаты из ра­створа-расплава невозможно растить со скоростью, большей чем 1 мм в сутки, тогда как при вытягивании из расплава можно достичь Яростей роста до нескольких миллиметров в час. Раствор-расплавные кристаллы могут содержать включения, которые весьма желательны для тех, кто растит кристаллы, но часто любимы геммологами потому, что такие камни после огранки более близки к продуктам природы!

Гадолиний-галлиевый гранат (ГГГ) — другой бесцветный гранат, который не только вызвал большой научный интерес, но и произвел сенсацию среди специалистов по драгоценным камням. В этом гранате к отличие от ИАГ вместо иттрия присутствует редкоземельный элемент гадолиний (Gd), а алюминий замещен галлием (Gа); его формула Cd3Ga5O12. Научный интерес к ГГГ возник в основном в связи с тем, что его константа решетки близка к таковой иттриево-железистого граната. Константа решетки — это длина так называ­емой элементарной ячейки кристалла, представляющей собой наимень­шую единицу кубической решетки граната, которая повторяется в направлениях, образуя кристалл. Исходя из этого, кристалл ГГГ используют в качестве «хозяина», на который можно нанести тонкую пленку магнитного ИЖГ. Эти пленки используются для магнитных запоминающих устройств, о чем кратко упоминалось в гл. 1. Сходство констант магнитного ИЖГ и немагнитного ГГГ является необходимым  условием для получения тонких пленок хорошего качества.

Возможность использования ГГГ в качестве драгоценных камней стала очевидной, когда были измерены его оптические свойства.

Показатель преломления этого граната хотя и ниже, чем у алмаза, но существенно выше, чем у ИАГ, а дисперсия (0,038) на глаз неотличима от дисперсии алмаза. Он, так же как ИАГ, хорошо полируется, и если поместить рядом эти ограненные камни, то станет ясно, что ГГГ более привлекательный камень. К сожалению, твердость его составляет только 6,5 [10], поэтому ограненным камням трудно сохранить свою привлекательность в течение длительного периода использования. Другой недостаток ГГГ, так же как и ИАГ, заключается в способно­сти собирать пыль, что ведет к потере блеска, поэтому они требуют более частой чистки, чем другие камни. Еще один недостаток ГГГ— его хрупкость, и плоскости его ограненных кристаллов повреж­даются легче, чем у других камней.

На ранних стадиях работ производители ГГГ столкнулись с серьезной проблемой, заключающейся в способности камней изменять цвет под действием солнечного света. Хотя можно изготовить совер­шенно бесцветные камни, но и они имеют склонность приобретать впоследствии коричневую окраску, обусловленную образованием центров окраски. Об этом явлении широко не сообщалось в геммоло­гической литературе, хотя и отмечался коричневый оттенок некото­рых камней. Было установлено, что образование центров окраски связано с очень небольшими отклонениями отношения галлия к гадолинию в кристаллах от идеального значения, равного 3:5, ввиду испарения окиси галлия. В настоящее время найдена возможность исправить этот недостаток или изменением атмосферы, в которой растят кристаллы, или введением соответствующих добавок. Кристаллы ГГГ, так же как и ИАГ, выращивают методом Чохральского и сейчас производят в нескольких лабораториях. В соответствии с установившейся практикой крупные производители в настоящее время выращивают кристаллы до 3 дюймов в диаметре, очень высокого качества для нужд электронной промышленности. Выращивание же ГГГ для ювелирных целей сосредоточено в руках двух небольших специальных фирм — «Делтроник кристал индастрис» в Денвилле и «Синтетик кристал продактс корпорэйшн» в Лейк-Хопатконге, обе в штате Нью-Джерси, США. Расположение этих фирм не случайное совпадение, а объясняется тем, что их основатели Стюарт Самуэлсои и Эдвард Комперхио ранее работали на предприятиях электронной промышленности, сосредоточенных в Нью-Джерси. К сожалению, недостаточная твердость ГГГ может воспрепятствовать его продаже в широких масштабах. Время покажет, нужно ли агентам по рекламе выдумывать еще другие, возбуждающие интерес названия. До насто­ящего времени известно только одно — «галлиант».

Производство ГГГ значительно дороже, чем ИА Г, частично потому, что стоимость материалов шихты, окиси гадолиния и окиси галлия существенно выше, чем компонентов, используемых при изготовлении ИАГ. В зимнем 1973/74 г. выпуске журнала «Геме энд геммолоджи» Кроунингшидд высказал предположение, что оба грана­та не будут продаваться из-за высокой стоимости производства и падения интереса к заменителям алмаза. Существует не много доказа­тельств того, что ГГГ повлиял на былую популярность ИАГ, хотя он с великодушием был принят в семью материалов, используемых гранильщиками драгоценных камней. Окрашенные кристаллы ГГГ получают введением присадок: зеленые камни производят с добавками кобальта, а красные — марганца.

Этими минералами не исчерпывается семейство бесцветных синтетических гранатов, изготавливаются камни с другими комбинациями составляющих, например иттрий-галлиевый и гадолиний-алюминиевый гранаты. Они обладают близкими к ИАГ и ГГГ свойствами. Нельзя сказать, что семейство гранатов изучено настолько, что среди них не найдется лучших заменителей алмаза, и, вероятно гранаты смогут сделать еще много предложений ювелирам. Тем не менее в настоящее время есть все признаки того, что гранаты, равно как и другие заменители алмаза, вероятнее всего, будут вытеснены относительно новым искусственным материалом для изго­товления драгоценностей—кубической окисью циркония. С другой стороны, гранаты могут рассчитывать на сохранение части рынка хотя бы потому, что ИАГ, вероятно, будет значительно дешевле кубиче­ской окиси циркония.

 

Источник:  Д. Элуэлл «Искусственные драгоценные камни»

Гранаты
Пролистать наверх