Jak se pěstují umělé kameny?

Obliba šperků s vložkami z drahých kamenů každým rokem roste. Ale těžba přírodních minerálů z podloží je pracný proces a vyžaduje hodně času, což může vést k jejich nedostatku. Nedostatek krystalů pomáhají zakrýt umělé kameny, které mají podobnou krystalovou mřížku a vzhled jako jejich přírodní předobrazy. Navíc pro jejich vzhled není třeba zasahovat do přírodního prostředí a vytvářet „měsíční krajiny“ v těžebních oblastech.

Umělý kámen je minerál vytvořený v laboratorních podmínkách, který má všechny fyzikálně-chemické a optické vlastnosti svého přírodního prototypu. Nejsou to padělky, protože podmínky jejich vytvoření zcela napodobují přirozené. Pouze díky moderním technologiím a vytváření speciálních faktorů dochází k tomuto procesu mnohem rychleji.

Uměle pěstované bižuterní kameny mají oproti přírodním řadu výhod:

• neuvěřitelná čistota, žádné praskliny, vysoké optické vlastnosti
• schopnost vytvořit kámen se stanovenými parametry a ideálním brusem;
• pohodlné nošení. Syntetické minerály nereagují na mastné prostředí a neblednou při kontaktu s tělem;
• relativně nízká cena umělého kamene, která zpřístupňuje svět šperků širokému spektru lidí.

V laboratoři také vznikají syntetické vložky, které nemají své prototypy v přirozeném prostředí. Řeč je o kubické zirkonii, krystalech Swarovski, sklokeramice, safírovém skle, yttrium-hliníkovém granátu a gallium-gadoliniovém granátu. Existuje další druh umělého šperkového kamene – imitace kamene. Takové syntetické drahokamy kopírují vzhled přírodních minerálů, ale mají odlišnou krystalovou mřížku a podle toho i jiné vlastnosti.

Historie vzhledu syntetizovaných šperkových kamenů

V přirozených podmínkách se krystaly tvoří hluboko v zemské kůře za vysokých teplot a pod kolosálním tlakem stovek tisíc atmosfér. A aby bylo možné syntetizovat analog přírodních minerálů, museli vědci uměle vytvořit stejné podmínky. Získat tak vysoké teploty a tlaky bylo možné až na konci 19. století. Udělal to francouzský vědec – chemik Auguste Victor Louis Verneuil, který v roce 1892 vyvinul unikátní technologii a zařízení, které umožnilo vypěstovat rubínové krystaly o hmotnosti až 30 karátů v řádu hodin. Po 18 letech byly touto technologií získány umělé safíry, a to nejen modré, ale i bezbarvé, žluté, zelené a růžové. Během tří let se objem safírů vytvořených v laboratoři zvýšil na 6 milionů karátů.

Umělé smaragdy byly poprvé vytvořeny v roce 1935 a dlouhou dobu se vyráběly pouze v laboratoři sanfranciské chemičky Carol Chatham. V roce 1948 byla tato technologie aplikována na rutil.

Koncem dvacátého století se vědcům z USA podařilo poprvé získat umělé alexandrity, které nebylo možné rozeznat od přírodních. Brzy byly vyvinuty unikátní syntetizované klenotnické kameny, které neměly žádné prototypy v přírodním prostředí – granát a kubická zirkonie. V poslední době byl seznam uměle pěstovaných kamenů doplněn o fluorit, scheelit, tyrkys a opál.

Největší potíže nastaly s umělým diamantem. První syntetický kámen byl vytvořen v laboratoři General Electric Corporation v roce 1954. Ale vytrvalé pokusy zaměstnanců této laboratoře vytvořit kámen klenotnické hodnoty skončily úspěchem až v květnu 1970.

Stojí za zmínku, že proces pěstování diamantu je tak drahý, že může stát až 90 % ceny přírodního kamene podobné hmotnosti, nebo dokonce přesáhnout jeho cenu. Proto není ekonomicky možné pěstovat diamanty v kvalitě drahokamů.

Klenotnictví nabízí krásné diamantové prsteny, náušnice, náhrdelníky a další šperky s tímto drahým kamenem. Totéž platí pro krystaly topazu, peridotu a červených granátů. Jejich přírodní analogy jsou levnější.

Metody vytváření umělých kamenů

K syntéze drahokamů se používají různé metody. Ty se od sebe samozřejmě liší, ale mají společnou myšlenku – mletí nekvalitních přírodních minerálních surovin, stabilizace barvy, roztavení vsázky (suchý prášek) a vytvoření pevné fáze (krystal).

Na základě vztahu k fázovému stavu a složení média lze tyto metody rozdělit do 3 typů:

1. získané z tavenin;
2. získané z roztoků;
3. napařený.

Stojí za zmínku, že mnoho metod pro vytváření umělých minerálů není veřejnosti plně známo a je obchodním tajemstvím.

Růst taveniny.

Existují následující metody:

1. Verneuilova metoda. Jedná se o první a ve šperkařské historii nejrozšířenější způsob vytváření krystalů z taveniny náboje, pomocí kterého bylo možné získat rubíny netypických barev, dvoubarevné a hvězdicové safíry, rutily, spinely a fabulity.
2. Metoda tavení lebky spočívá ve spojení roztavené vsázky s pevnou fází s následným pomalým poklesem teploty. Tímto způsobem vznikají umělé kubické zirkonie, korund a safíry.
3. Czochralského metoda zahrnuje „vytažení“ krystalu z taveniny. Díky této metodě vzniká mnoho minerálů – rubíny, spinely, safíry, granáty, alexandrity, scheelity a fluority.

Tyto metody se velmi často používají v laboratořích. S jejich pomocí se pěstuje více než polovina všech syntetických kamenů.

Růst z řešení

1. Metoda toku. K tvorbě krystalů dochází buď při odpařování taveniny za izotermických podmínek, nebo při zpětném rozdílu teplot. Tímto způsobem vzniká korund a jeho barevné variety, smaragd a alexandrit.
2. Metoda zónového tavení. Syntetické drahokamy vznikají pomalým pohybem roztavených zón svisle nebo vodorovně po celé délce ohřívače a poté pěstováním monokrystalu. Touto metodou se pěstuje korund, scheelit, yttrium-hlinitý granát, fluorit a alexandrit.
3. Hydrotermální syntéza. Hydrotermální kameny vznikají za podmínek podobných přírodním (vysoké teploty a kolosální tlak). Je velmi oblíbený pro pěstování smaragdů, korundů a křemene různých barev. Když teplota klesne na 180˚C, vytvoří se ideální podmínky pro výrobu malachitu.

Krystalizace z roztoků se využívá při růstu minerálů, které nekrystalizují z taveniny a rozkládají se při teplotách pod bodem tání.

Napařování

Technologie chemického napařování CVD byla poprvé vynalezena harvardským chemikem Royem Gordonem. Jedná se o pěstování šperkových kamenů ve vakuové komoře, během kterého drahokam roste díky ukládání uhlíku na semínko (malý fragment přírodního minerálu) z plynné směsi vodíku a uhlíku. Diamanty, rubíny a safíry se pěstují touto metodou.

Výroba imitací kamenů

Přírodní imitace drahého kamene spočívá ve vytvoření minerálu z odpadních přírodních krystalů jejich lepením, lisováním, usazováním a kalcinováním.

Pro simulaci lze také použít:

• tavitelné průhledné sklo;
• keramika;
• kubický oxid zirkoničitý;
• plast;
• Nastal.

Syntéza drahokamů

Každý umělý kámen má svou vlastní historii vzhledu. Podívejme se na pár skvostů, jejichž vznik navždy změnil trh se šperky.

Umělé rubíny

První syntetické rubíny byly kousky přírodních minerálů tavených dohromady, vyrobené koncem 19. století ve Švýcarsku. Říká se jim Ženeva. Právě oni inspirovali Augusta Verneuila k vytvoření originální pece s hořákem, do kterého byla umístěna směs oxidů hliníku. Látka se vlivem vysoké teploty roztavila a její kapky vytvořily jasně červené krystaly. Tato technologie umožnila získat rubín 30 karátů již po 3 hodinách.

V současnosti se umělé kameny vyrábí Czohalského metodou, zónovým tavením, hydrotermální metodou a mnoha dalšími. Komerčně nejpoužívanější technologií je CVD.

Umělé safíry

Stejně jako rubíny jsou safíry klasifikovány jako korund a v krystalové struktuře jsou oxidem hlinitým. Verneuilova metoda, se kterou byly v roce 1910 získány první safíry, se kvůli vysokému procentu nekvalitních výrobků používá stále méně.

Dnes je nejpopulárnější způsob výroby safíru hydrotermální. Je poměrně složitý, ale zároveň umožňuje zlepšit barvu, průhlednost a pevnost kamene. Rychlost krystalizace drahokamu je čtyři milimetry za hodinu. Nejčastěji se pěstuje velký kámen, který se následně řeže a fasetuje. Zpočátku jsou safíry bezbarvé. K jejich barvení se impregnují barvivy a používá se difúzní úprava v kombinaci s vysokou teplotou.

Stejně jako rubíny mohou být safíry pěstovány z tavenin, z roztoků a také z napařování (CVD).

Syntetické smaragdy

Umělé smaragdy byly poprvé vyrobeny v roce 1928 ve Frankfurtu společností IG-Farbenindustry. Poté byla založena výroba kamenů ve Francii a Rusku.

Hlavní metodou výroby umělých smaragdů je hydrotermální, která vytváří přirozené podmínky pro pěstování kamene. Jako surovina se používá beryl. Celý proces trvá 4 týdny.

Syntetický smaragd získává svou barvu pomocí nečistot – chrómu a vanadu. Sytost a čistotu barev je možné zlepšit ozařováním, tepelným zpracováním, impregnací speciálními oleji, voskem a epoxidovou pryskyřicí.

Syntetické alexandrity

První pokusy syntetizovat alexandrit byly provedeny ve druhé polovině 19. století a vyústily v tavení oxidů hliníku a berylia. Ale výsledné krystaly byly drobné a obsahovaly četné inkluze toku.

V polovině 1. století začali vědci E. Farrell a J. Fang na Massachusetts Institute of Technology pěstovat syntetické alexandrity metodou „roztok v tavenině“. Velikost vzniklých krystalů však dosahovala pouze 2-4 mm. Vědcům W. Bonnerovi a L. Van Eutertovi se stejnou metodou v Bellově laboratoři podařilo zvětšit velikost kamenů na XNUMX cm.

Výroba alexandritu metodou tavidla byla poprvé provedena v roce 1964 v USA a o 8 let později dosáhla průmyslového rozsahu. Největší krystaly (až 120 mm na délku a do 40 mm v průměru) lze získat pouze Czochralského metodou, která byla poprvé použita v roce 1970.

Kultivované perly

První pokusy o pěstování perel se datují do Číny ze 1893. století. Technologie výroby umělých perel je ale plnohodnotným výdobytkem Japonska. V roce 1935 představil Kokichi Mikimoto první kulatý korálek vypěstovaný lidmi v přírodních podmínkách. V roce 350 bylo v Japonsku 10 perlových farem, které produkovaly XNUMX milionů kultivovaných korálků ročně.

K získání kultivovaných perel se cizí předmět (korálky) umístí do skořápky a poté se na speciální síti vypustí do moře nebo řeky. Proces znečištění korálku perletou trvá až 7 let za předpokladu, že měkkýš cizí předmět neodmítne.

Katalog náušnic s perlami má působivý výběr šperků, klenotnictví skladuje také prsteny, náramky a přívěsky s perlovými vsadkami.

Syntetické diamanty

15. září 1953 byly v instalaci navržené švédským vědcem Balzarem von Platenem vyrobeny první umělé diamanty na světě.

Dnes se tyto drahé kameny syntetizují pomocí následujících metod:

• HPHT je metoda vytváření kamenů za kolosálních termobarických parametrů (teplota nad 1500˚C, tlak nad 5000 MPa).
• CVD – technologie nízkotlaké syntézy,
• Pomocí ultrazvuku. Jedná se o inovativní metodu, která je demonstrována především v laboratorních podmínkách a dosud nebyla komerčně využita.

kubické zirkonie

Kubické zirkonie jsou krystaly oxidu zirkoničitého, které jsou vzhledově podobné diamantům, ale jsou zcela odlišné z hlediska chemického složení. Technologie pro jejich pěstování byla vyvinuta v roce 1968 v Sovětském svazu vědci z Lebedevova fyzikálního institutu (FIAN). Stejně jako diamanty mají téměř stejný index lomu, takže když jimi prochází světlo, jasně se třpytí a třpytí.

Kubický oxid zirkoničitý se vyrábí kelímkovou metodou, při které se práškový oxid zirkoničitý taví pomocí energie generované vysokofrekvenčním generátorem. Látka zůstává v roztaveném stavu několik hodin, poté teplota postupně klesá. Z krystalizující taveniny se stává kubický oxid zirkoničitý. Kameny se barví přidáním různých látek do taveniny.

Rozdíl mezi přírodními a syntetickými kameny

Jak rozeznat syntetický kámen od přírodního, těženého z hlubin země? Je nemožné nezávisle určit přesný původ kamene, a to je fakt. Technologie pěstování krystalů je nyní tak rozvinutá, že i gemolog (specialista na kameny) má někdy potíže určit, zda jsou kameny ve špercích syntetické nebo přírodní. Co můžeme říci o lidech bez specializovaného vzdělání?

Existuje však několik způsobů, které mohou naznačit historii původu kamene:

1. Vizuální kontrola. Většina přírodních kamenů (akvamarín, tyrkys, granát, rubín, safír, smaragd) má nerovný povrch s mnoha inkluzemi, prasklinami, bublinami a dutinami. Lze je identifikovat zkoumáním kamene přes lupu. Syntetické kameny jsou obvykle dokonale hladké.
2. Světlá kontrola. Přírodní kameny při vystavení světelnému zdroji mění barvu. Například alexandrit vykazuje fialový nebo mírně žlutý odstín.
3. Kontrola tepelné vodivosti. Přírodní kameny mohou zůstat chladné, i když je držíte v teplé ruce. Ametyst, diamant, horský křišťál, rubín a obsidián vykazují takové vlastnosti.
4. Kontrola skla. Přírodní minerály s hodnotami tvrdosti vyšší než 7 mohou zanechat škrábance při přechodu přes sklo. Jedná se o turmalín, granát, křemen a diamant. Před provedením takového testu se však musíte ujistit o tvrdosti materiálu, protože minerály s menší tvrdostí nejenže nezanechají škrábance na skle, ale také se poškodí.
5. Vystavení UV záření. Přírodní kameny při vystavení UV záření mění barvu. Ametyst je zcela vybělený, smaragd dává hnědou svatozář, alexandrit poskytuje slabou tmavě červenou barvu.
6. Test vody. Po ponoření do vody některé syntetizované kameny změní barvu vody, svůj tvar a vlastnosti. Například umělá granátová jablka ve vroucí vodě se zmenší/zvětší, změní barvu nebo se úplně rozpustí. Nekvalitní padělek lapis lazuli mírně změní barvu tekutiny.

Ale neměli byste dělat závěr o přirozenosti kamene pouze na základě těchto ověřovacích metod. Konečný verdikt o původu krystalu udělá specialista, který pomocí mikroskopu, refraktometru a dalších přístrojů dokáže přesně diagnostikovat jeho původ.