Методом Чохральского из расплава получают камни высокого ювелирного качества. Они аналогичны природным по своему физико-химическому составу и оптическим свойствам. Но показатели чистоты и прозрачности у выращенных камней в среднем гораздо выше.
Вы можете выбрать и купить рубины выращенные методом Чохральского в нашем интернет-магазине с доставкой по всей России.
История метода Чохральского
Польский химик Ян Чохральский изобрел этот метод в 1916 году. Он изучал кристаллизацию металлов, применяя тигель с их расплавами. Согласно легенде, ученый уронил в расплав олова свою ручку. Вынув ручку из расплава, он обнаружил, что за ней тянется нить твердого металла. Оловянная нить имела монокристаллическую структуру.
Действительно ли ручка стала виной открытия или это было придумано впоследствии, но метод вытягивания кристаллов из расплава по Чохральскому применяется уже более 100 лет. Первый кристалл, полученный таким методом, имел 1.5 мм в длину и 1 мм в диаметре.
Характеристики метода
Оборудование для роста кристаллов по Чохральскому представляет собой камеру с нагревательным элементом. Внутри нее помещен тигель из тугоплавкого (иногда даже драгоценного) металла, а также стержень для закрепления кристалла-затравки. Печь имеет механизмы вытягивания, охлаждения и вращения растущего кристалла, контролируемые с пульта управления.
Вначале в тигель помещается порошок-шихта, полученный из природного минерала неювелирного качества (например, для роста сапфира используется природный сапфир). В тигле при температуре обычно выше 1000°C шихта плавится, получается «жидкий» сапфир. Далее к поверхности расплава опускается стержень с небольшим природным кристаллом (затравкой), закрепленным на его конце. Затравка нужна для того, чтобы кристаллизация происходила по “правильным” параметрам. Она, по сути, носитель “ДНК” будущего кристалла.
Кристаллизация из расплава происходит в атмосфере инертного газа или вакууме. В процессе роста кристалл не соприкасается со стенками тигля. Это обеспечивает его качество и чистоту. Поверхность расплава доступна для дополнительных операций, например, подпитки или легирования, что позволяет динамично регулировать процесс роста.
Стержень очень медленно поднимается вверх, вытягивая из расплава кристалл. При этом обеспечивается непрерывное вращение стержня. Частота вращения растущего кристалла и температура регулируются. Скорость роста в среднем от 1 до 20 мм в час.
Весь процесс может занимать несколько суток. Диаметр полученного кристалла может превышать 200 мм, а длина – более 300. Рост кристалла контролируем от начала до конца. При необходимости вносится коррекция. Выращенный камень содержит минимальное количество включений (в основном это газовые включения в виде мелких пузырей) по сравнению с природным.
Достоинства метода
Метод Чохральского является одним из самых эффективных и надёжных технологий.
Преимущества метода:
- между стенками тигля и кристаллом отсутствует контакт, примеси не попадают в растущий камень, поэтому он отличается высокой чистотой;
- заданность параметров позволяет заранее знать, какого размера и цвета кристалл получится на выходе;
- контролируемость процесса: на любом этапе роста можно вносить корректировки или извлекать кристалл из камеры;
Современное оборудование позволяет получать камни с минимальным количеством включений, что очень ценится при изготовлении ювелирных изделий.
Недостатки
Любая технология не лишена определенных недостатков, есть они и у метода Чохральского:
- стоимость выращивания кристаллов высока из-за использования дорогостоящих сопутствующих материалов, тигли изготавливают из дорогостоящих металлов, таких как платина, иридий, молибден и др.;
- неидеальная однородность роста кристалла от центра к краям;
- процесс высокотехнологичный и сложный, необходим постоянный контроль параметров.
Кроме того, нередко в центральной части кристалла могут образовываться газовые включения. В таком случае приходится высверливать центр камня по всей длине, это уменьшает выход готового продукта.
Какие минералы выращивают методом Чохральского
Для ювелирных целей методом Чохральского ыыращивают:
- рубины;
- сапфиры;
- александриты, хризобериллы;
- форстериты;
- шпинели,
- рутилы;
- иттрий-алюминиевые гранаты (ИАГ).
На сегодняшний день кристаллы, выращенные по методу Чохральского, могут достигать веса в несколько десятков тысяч карат. В природе кристаллы такой величины с подобными высокими оптическими свойствами не встречаются.