Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
Синтетический рубин и сапфир имеет те же физические свойства и константы, что и природный, и главными диагностическими признаками у них являются линии роста, цветовая зональность, наличие включений, а также плотность, твердость, показатели преломления. Плотность синтетических корундов изменяется от 3,992 г/см3 для беспримесных лейкосапфиров до 4,013 г/см3 для темноокрашенных рубинов, содержащих 2,97% Сг2О3. Твердость синтетических и природных корундов одинакова. Наибольшая твердость (2200 кгс/см2) корунда проявляется вдоль направления, ориентированного под углом 60° к оптической оси; наименьшая (1940 кгс/см2) в направлении, параллельном ей.[2,7,16,]
Хотя корунд является оптически одноосным минералом, в синтетических кристаллах, как правило, отмечается оптическая аномальная двуосность, отчетливо фиксируемая по коноскопической фигуре и связанная с остаточными внутренними напряикают. Показатель преломления беспримесного корунда п0 при температуре 24° С для различных длин волн изменяется от 1,76884 для Х= 0,576960 мкм до 1,53638 для Л=5,577 мкм. Для линии натрия показатель преломления для обыкновенной волны п0=1,7681—1,7635 и для необыкновенной волны п. = 1,7599—1,7631. Двулучепреломление равно 0,0082. В рубинах при содержаниях Сг2О3 0,050; 1,50 и 1,97% показатель преломления п0 оказался равным соответственно 1,7681; 1,7751 и 1,7801.
В оптических спектрах синтетического рубина фиксируются широкие полосы поглощения с двумя максимумами вблизи 550 и 420 нм для обыкновенной волны и 540 и 400 нм для необыкновенной волны.
Различное поглощение обеих световых волн обусловливает плеохроичность кристаллов, проявляющуюся в изменении фиолетово-красной окраски (при рассмотрении рубина в направлении, перпендикулярном к оптической оси) до желтовато-красной (при рассмотрении кристалла вдоль оптической оси).
Для ванадийсодержащих корундов, имитирующих александритовый тип окраски, характерны две широкие полосы поглощения в желтом и синем свете. В оптическом спектре корундов, содержащих изоморфную примесь Ре3+, отмечается одна полоса поглощения с максимумом 260 нм. Титансодержащие бледно-розовые корунды имеют широкую полосу поглощения в видимой части спектра, а бесцветные (содержание Т»0,01%) — интенсивную узкую полосу поглощения в ультрафиолетовой области. В спектрах поглощения синих сапфиров, выращенных с добавкой к основной шихте окиси титана и окиси железа, наблюдаются две полосы поглощения — в ультрафиолетовой и видимой областях. Узкая полоса поглощения с максимумом 250 нм фиксируется и в корундах, дотированных кобальтом. Для желтых (до желто-коричневых) никельсодержащих корундов характерны две широкие полосы поглощения в коротковолновой части спектра. Спектры поглощения желтовато-розовых корундов, содержащих примесь марганца, содержат широкую полосу поглощения в видимой области спектра.
Схема 3.1 Кривые спектрального поглощения кристаллов корунда, содержащих ионы группы железа.
А-хром (рубин), б- ванадий (александрит); в- ванадий и хром (аметист); г-железо, д – железо и хром; е-титан; ж –железо и титан (сапфир); з- кобальт; и- кобальт и хром; к- никель (желтый берилл); л- марганец. Сплошные красные линии – обыкновенная волна, штриховые черные- необыкновенная. В спектрах е и л образцы перпендикулярны оптической оси; в остальных параллельны ей.[2]
В инфракрасной области спектра рубины и другие окрашенные разновидности корунда, выращенные из расплава, прозрачны до длин волны 6000—7000 нм. Однако кристаллы, синтезированные в гидротермальных растворах, характеризуются появлением в ИК- спектрах серии отчетливых полос поглощения в интервале 3000— 3600 см, связанных с присутствием в кристалле гидроокисных групп.
Кроме того, кристаллы рубина, выращенные в гидротермальных условиях, характеризуются повышенным поглощением в ультрафиолетовой области. Это объясняется вхождением в них (от сотых до десятых долей процента) примеси, поступавших в раствор за счет коррозии стальных стенок автоклава.
Кристаллы корунда с изоморфной примесью хрома, марганца, титана и ванадия обладают люминесценцией, причем присутствие каждого из этих элементов вызывает свой характерный свет люминесценции. Так, кристаллы с примесью хрома и марганца люминесцируют ярко-красным, а с примесью титана и ванадия соответственно — розовым и желтым светом. В хромсодержащих рубинах наиболее яркие линии наблюдаются вблизи 690 нм, «Слабые и широкие — около 680 и 676 нм; в корундах с примесью марганца отмечается широкая полоса спектра люминесценции, а яркая узкая полоса находится вблизи 680 нм, между 690 и 640 нм. Титансодержащие корунды имеют сплошной спектр люминесценции примерно между длиной волн 480—670 нм, а ванадийсодержащие — в области от 510 до 660 нм с наиболее яркой люминесценцией в интервале 590—610 нм. Указанные особенности спектров люминесценции позволяют идентифицировать по ним входящие в корунд примесные элементы.
Из других физических свойств необходимо отметить довольно высокую по сравнению с другими тугоплавкими окислами теплопроводность корунда, составляющую 0,055 и 0,060 кал/град, см. с в направлении соответственно перпендикулярном и параллельном оптической оси. [2]
Распознавание ограненных синтетических и природных рубинов и сапфиров обычно не представляет трудной задачи. Однако оно усложняется, когда камни изготовлены из весьма совершенных кристаллов, не имеющих включений, трещин и других дефектов, поскольку физические свойства природных и синтетических кристаллов весьма сходны.
Одним из наиболее надежных способов отличия природных и синтетических камней продолжает оставаться самый древний способ их распознавания по включениям. По данным Р. Вебстера, в природных рубинах и сапфирах часто наблюдаются так называемый «шелк» и «перистость» в виде волнистых струй и изогнутых причудливых плоскостей. При больших увеличениях видно, что эти струи и плоскости представлены сближенными многочисленными мелкими твердыми механическими или газово-жидкими включениями. Твердые включения представлены иголочками рутила, ильменитом, пиритом, слюдой, цирконом, шпинелью, гематитом и фанатом. Газово-жидкие включения состоят из жидкости (прозрачная часть вакуоли), в которой находится непрозрачный (в проходящем свете) пузырек газа.
В синтетических кристаллах могут обнаруживаться твердые включения рутила и окислов других металлов, вводимых в корунд в качестве легирующих присадок, частички не прореагировавших продуктов синтеза, мелкие кристаллики иридия, молибдена, вольфрама и других металлов, используемых в качестве тиглей и нагревателей в кристаллизационных установках.
Важным отличительным признаком синтетических корундов, как и других веществ, полученных методом Вернейля, являются многочисленные газовые пузырьки, в том или ином количестве всегда присутствующие в камне. Форма газовых пузырьков самая разнообразная: сферическая, колбообразная, удлиненная и т. П. Пылевидные скопления очень мелких пузырьков местами сгруппированы в виде полос, повторяющих слои роста. Иногда они принимают самые причудливые (дендрито – видные, сетчатые), очертания, напоминающие газово-жидкие включения в природных корундах. Отличительная особенность мелких газовых включений состоит в том, что при любом положении камня под микроскопом они в проходящем свете не прозрачны; в более крупных газовых пузырьках отмечается прозрачное ядро или яркая точка в центре.
Среди других отличительных признаков в природных и синтетических рубинах и сапфирах Р. Вебстер выделяет характер распределения окраски. В природных камнях можно наблюдать зоны различной интенсивности окраски, образующие между собой угол 120° и обрывающиеся иногда в средней части камня. Такой характер распределения окраски связан с зонально- секториальным строением кристаллов. Действительно, подобное распределение окраски нельзя увидеть в синтетических кристаллах, выращенных методами Вернейля, Чохральского и направленной кристаллизации, но оно вполне возможно в камнях, изготовленных из синтетических кристаллов, характеризующихся гранным ростом (кристаллизация из раствора и газовой фазы).
Надежным отличительным признаком корундов, полученных методом Вернейля, является наличие в них взаимно параллельных (иногда слегка волнистых) слоев, напоминающих линии на граммофонной пластинке. Возникновение таких слоев обусловлено самим методом кристаллизации, предусматривающим подачу шихтового порошка мелкими дробными порциями на вершину були. Каждая новая порция расплавленного порошка кристаллизуется и откладывается в соответствии с поверхностью були. Иногда эти слои видны невооруженным глазом, однако лучше всего их наблюдать, погружая камень в прозрачный бесцветный сосуд с высокопреломляющей жидкостью, например монобромо – нафталином, и рассматривать его на белом фоне. Эти слои иногда видны невооруженным глазом лучше, чем под микроскопом, так как в последнем случае они могут оказаться слишком широкими и размытыми. В синтетическом сапфире эти линии, представляющиеся в виде широких цветных полос, обычно выражены более отчетливо, чем в рубине.
В более трудных случаях можно выявить характер слоев роста лишь с помощью светочувствительной фотопленки. С этой целью рекомендуется помещать исследуемый камень в стеклянную кювету с йодистым метиленом, имеющим показатель преломления 1,74, близкий сапфиру (1,76— 1,77). Под кювету помещают мелкозернистую фотопленку. Снимок получают при экспозиции порядка 15 сек. При освещении образца пучком параллельных лучей света. Образец фотографируют в различных положениях и затем изучают характер слоев роста, проявившихся на фотопленке.
Некоторую дополнительную информацию для распознавания природных и синтетических рубинов и других разновидностей корунда могут дать спектроскопические исследования. В частности, в ультрафиолетовой области пропускание синтетических рубинов, выращенных из расплава, несколько выше (до 220 нм), чем у природных рубинов (до 290 нм). Это может быть использовано как дополнительный признак различия природного и синтетического камня.
Изучаемые и эталонные камни помещают на светочувствительную поверхность фотобумаги, погружают в воду и далее в течение 5 с облучают коротковолновой (254 нм) УФ –лампой, находящейся на 25—30 см выше исследуемых образцов. Затем бумагу проявляют. Участки фотобумаги под синтетическими корундами темнеют, а под природными остаются светлыми. Однако следует иметь в виду, что присутствие в синтетическом рубине примеси железа, титана и некоторых других элементов, вводимых для усиления цветовых оттенков кристаллов, могут снижать пропускание света в УФ –области до границ, характерных для природных образцов. Еще большее смещение полосы поглощения в длинноволновую область отмечается в синтетических рубинах и других разновидностях корунда, выращенных в гидротермальных растворах. Поэтому к предлагаемому способу отличия природных и синтетических рубинов следует относиться весьма осторожно.
Как уже отмечалось выше, по спектрам поглощения в ИК –области можно совершенно безошибочно отличить кристаллы, сформировавшиеся в сухих расплавах и в гидротермальных растворах по характерным полосам поглощения в интервале 3200— 3600 см-1 для гидротермально образованных кристаллов. Более надежно по спектрам поглощения идентифицируются синие сапфиры. В природных чистых синих сапфирах видна тонкая полоса поглощения 450 нм, а в зеленовато-синих и зеленых еще две полосы поглощения — 460 нм и 471 нм. Все эти полосы обязаны присутствию в минерале железа. У синтетических же синих сапфиров полоса поглощения 450 нм обычно отсутствует или представлена очень слабо, что довольно неожиданно, так как именно железо в сочетании с титаном вводится в шихту при выращивании таких сапфиров.[1,2,16, 21]
На протяжении многих лет синтетический корунд с примесью ванадия, обладающий александритовым эффектом окраски, применяется в ювелирном деле как заменитель хризоберилла. Такие синтетические камни, серо-зеленые при дневном свете и красные при искусственном освещении, имеют полосу поглощения 475 нм в голубой части спектра. В то же время у них отсутствуют полосы поглощения в красной части спектра, характерные для природного александрита. Полоса поглощения 475 нм обусловлена присутствием в синтетических корундах-имитациях александрита ванадия и в природных корундах проявляется крайне редко.
Значительную трудность представляет распознавание очень чистых розовых, желтых, оранжевых и коричневых сапфиров. Эти корунды под воздействием рентгеновских лучей не обнаруживают фосфоресценции, что связано, по-видимому, с наличием в них даже очень незначительной примеси железа; а синтетические'(за исключением окрашенных в коричневый цвет), как правило, фосфоресцируют. Кроме того, при коротковолновом ультрафиолетовом облучении синтетические розовые корунды проявляют характерное фиолетовое свечение, в то время как природные камни с подобной окраской обладают темно-красным отливом.[2,16,17]
Наиболее трудно отличить природные рубины от «реконструированных», т. Е. дорощенных в растворах. Е. Н. Гюбелин, детально исследовавший несколько таких кристаллов, выращенных (предположительно) фирмой Чатэма, сообщил, что их основные физические свойства не отличаются от природных рубинов и не позволяют выявить отличительных диагностических признаков. Определить происхождение таких камней представляется возможным только при выяснении деталей внутреннего строения и характера включений.
С помощью теста Плато –доктор, разработан метод идентификации синтетических корундов, выращенных методом Вернейля, которые не содержат диагностических включений, линий роста или цветовой зональности. В нем сначала при помощи полярископа с коноскопом определяют направление в камне, соответствующее оси с. Его отмечают на камне фломастером. Затем камень в найденном направлении просматривают в скрещенных поляроидах. При этом камень помещают в иммерсионную жидкость. Если видны две серии полос, пересекающиеся под углом 60 оС, этот камень является синтетическим корундом Вернейля.
Методом рентгеновской флюоресценции. Можно отличить по примесям корунды природные от синтетических. Присутствие (Mo, La,W,Pt, Pb,Bi) характерно только для синтетических корундов, полученных раствор-расплавным методом, тогда как Ni и Cu встречаются в гидротермальных синтетических рубинах. Если эти элементы не обнаружены, тогда присутствие Ti,V,Fe и Ca говорит о природном происхождении рубина.[16]
Дата публикования: 2014-11-03; Прочитано: 1758 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!