г. Москва, Духовской пер., д. 17, этаж 1, помещение 1

Метод Вернейля при выращивании кристаллов

Рассказываем, как выращиваются синтетические драгоценные камни методом Вернейля: как происходит процесс роста (синтеза) кристаллов в лабораториях России.

На сегодняшний день это один из самых популярных и массовых в мире способов создания драгоценных камней. С его помощью получают:

  • сапфиры (синие, желтые, зеленые, оранжевые, белые, фиолетовые);
  • двухцветные сапфиры;
  • рубины (с середины XX века также звездчатые сапфиры и рубины);
  • корунды нехарактерных цветов (например, имитирующие александрит или кунцит);
  • шпинель (голубую, зеленую, розовую);
  • фабулит (ранее популярная имитация бриллианта);
  • рутил (камень с самой сильной игрой цвета).

В англоязычной литературе этот способ называется газопламенной кристаллизацией («flame fusion») – наиболее привычный международный вариант.

Как и в более дорогих технологиях, в методе Вернейля также используют натуральное сырьё низкого качества и затравку – маленький фрагмент природного минерала. Однако в основе метода не горячий расплав, а измельчённый сухой порошок – шихта.

Её постепенно сыпят в специальную печь, оснащённую горелкой. При участии водородно-кислородной термической реакции шихта плавится и в таком виде оседает вниз на затравку. При соприкосновении с затравкой шихта охлаждается и превращается в кристалл. По мере роста кристалла затравку опускают, формируя так называемую «булю» (англ. «boule») – сужающийся книзу цилиндр. Диаметр були может меняться от нескольких миллиметров до 25-30 см в зависимости от материала и оборудования.

Схема установки для выращивания кристаллов по методу Вернейля:

1 — механизм опускания кристалла
2 — кристаллодержатель
3 — растущий кристалл
4 — муфель
5 — горелка
6 — бункер
7 — механизм встряхивания
8 — катетометр

У каждого выращенного кристалла своя специфика: например, шпинель будет иметь немного квадратную форму и чуть больший размер; кристаллы фабулита и звездчатых корундов — самые маленькие диаметры (до 18 мм), а були синтетического сапфира требуется раскалывать на 2 части сразу на фабрике, чтобы в дальнейшем при огранке не возникали трудности. из-за высокого внутреннего напряжения.

Существует также модернизированная версия этого метода, с помощью которой можно получать целиковые були, не имеющие существенного внутреннего напряжения. Плюс в том, что это позволяет выполнять крупные огранки или резьбу.

Метод Вернейля уникален тем, что в своём первоначальном виде крайне прост. Он позволяет выращивать сотни килограмм кристаллов в весьма короткие сроки (месяц). При этом себестоимость невысока, а ассортимент цветов, напротив, велик. Кроме того, Вернейль позволяет синтезировать красный рубин — цвет, который недоступен или дорог в других синтетических исполнениях.

Однако есть ряд значительных минусов.

Во-первых, это неравномерный цвет в рамках одного кристалла. Шихта высыпается, плавится и опускается на кристалл довольно хаотично. Красители-металлы, входящие в состав шихты, могут весьма сильно влиять на её поведение. Она может стекать, группироваться и кристаллизоваться в удобном направлении. И на выходе в некоторых цветах корунда мы получаем градиент красителя от центра к краям и иногда островки цвета – пятна, снижающие качество продукции.

Кроме того, из-за непредсказуемого хаотичного поведения шихты, в кристаллах часто присутствуют пузыри и трещины, свидетельствующие о высоком внутреннем напряжении. Всё это уменьшает полезный объём для огранки, увеличивая потери сырья.

В-третьих, малый размер буль. Из-за неравномерной окраски в синем сапфире Вернейля площадка камня (наибольшая ровная поверхность, которая при закрепке находится сверху изделия) всегда располагается только от внешнего края були. При этом помним, что буля является только половинкой от целой. Таким образом, высота и общие размеры камня будут сильно ограничены.

Метод Вернейля относится к разряду «недорогих методов», в мире существует несколько крупных производителей данного материала, сегодня камни гранятся в основном машинным способом. Именно такие камни являлись ювелирными вставками в золотых и серебряных украшениях в СССР. К сожалению, натуральные камни почти не продавались, а разнообразия синтетики Вернейля было достаточно.

Преимущества метода:

  1. отсутствие флюсов и дорогостоящих материалов тиглей,
  2. отсутствие необходимости точного контроля температуры,
  3. возможность контроля за ростом,
  4. высокая скорость роста (несколько часов).

Недостатки:

  • нарушения и деформация кристаллической решётки,
  • внутренние напряжения в булях,
  • неоднородность состава,
  • неравномерная окраска,
  • наличие посторонних примесей и частиц нерасплавившейся шихты.
Rusgems