Диффузионный сапфир: принципы и способы обработки

Содержание

Принципы и способы обработки диффузионных сапфиров

В нашей стране наблюдается такое явление, что большинство из тех, кто хоть немного знаком с драгоценными камнями, пытаются купить натуральный, не диффузионный сапфир или другой самоцвет. Многие методы облагораживания минералов входят в таблицы классификации, и ежедневно придумываются новые методы обработки. С чем это связано?

По мере того как добываются в природе драгоценные камни — а происходит это довольно быстро — их запас на земле исчерпывается. Поскольку многие из них не обладают достаточным качеством даже для использования в недорогих украшениях, а высококачественных камней немного, то удовлетворить аппетиты всех желающих невозможно.

Диффузионные сапфиры

Причем многие готовы купить натуральный самоцвет не слишком хорошего качества, чем отдать предпочтение обработанному, а зря.

Обратите внимание

Методов обработки, в том числе и диффузионной, существуют тысячи, и не все они как-либо ухудшают качество минерала и делают его не настоящим.

В некоторых случаях без этого и вовсе нельзя обойтись, например, у сапфиров с оптическими эффектами; поэтому нельзя сказать что облагораживание — это зло. Более того, не совсем корректно делить камни по методам обработки на натуральные и нет.

Как бы там ни было, а из списка методов облагораживания камней часто удаляется механическая обработка. Но она также оказывает влияние на поверхностные слои минерала, как, например, в случае с диффузией титана.

Происходит это потому, что при обработке камень нагревается. Но первое означает полностью необработанный натуральный камень, а второе — чуть ли не фальшивку.

Поэтому грамотнее рассматривать такой вопрос, какая именно обработка применялась и как это влияет на стоимость изделия.

Диффузионная обработка сапфиров

В природе редко встречаются камни ювелирного качества и большого размера. Поэтому большинство из них подвергаются обработке, чтобы придать им хоть как-то товарный вид. В некоторых случая такой подход является нормальным явлением, а иногда он изменяет внешний вид камня ненадолго и вследствие некоторого воздействия может испортиться.

Для того чтобы камни обработать, их нагревают до высоких температур. Это необходимо и в случае внутренней и внешней диффузии. Даже чтобы заполнить чем-то трещины в камне, его греют.

Последнее применяется для того, чтобы улучшить прозрачность камня. Этого же можно добиться и обычным нагреванием без примесей. Во время повышения температуры сапфира многие включения расплавляются, при этом некоторые из них обладают способностью заполнять трещины. Корунды очищаются путем достижения температуры 1200 градусов.

Важно

Еще одна цель, которая преследуется при нагревании камней, — это усиление цвета. Большинство минералов от природы бледные и имеют неоднородную окраску. Любой цвет камням дают примеси, которые в них содержатся. Во время нагревания такие примеси начинают диффундировать по объему камня и равномерно распределяться, что делает оттенок минерала более выразительным.

Последний метод обработки заключается в диффузии вещества, которое попадает в камень снаружи. Обычно происходит это следующим образом. Во время температурной обработки камень покрывается специальным флюсом, в который можно добавить вещество. В зависимости от того, какой эффект пытаются получить, это может быть бериллий, хром, железо, титан или литий.

Лучший эффект достигается при диффузионном окрашивании бериллием и литием. Эти вещества обладают довольно небольшим размером атомов, что позволяет им проникать достаточно глубоко внутрь самого минерала, поэтому окрашивание получается равномерное. Но даже в этом случае не все так просто.

Красителем заполняются в основном небольшие трещины, поэтому окончательный эффект зависит от изначального расположения этих самых трещин.

Кроме того, многие примеси, которые оказывают влияние на цвет и структуру камня, в этом случае остаются неизменными, поэтому качественная обработка получается для некоторых конкретных минералов.

Раньше считалось, что все сапфиры, которые содержат бериллий, подверглись обработке. Но не так давно обнаружили, что некоторые из них изначально его содержат. Поэтому было сделано допущение, что в натуральных сапфирах должно быть бериллия не более пяти миллионных долей.

Не так давно случился некоторый скандал, связанный с сапфирами. В 2001 году на рынке стали появляться необычные оранжевые сапфиры, как впоследствии оказалось, это были розовые камни, которые обработали диффузией бериллия, хотя множество специалистов утверждало, что камни настоящие.

Титан, хром и другие вещества окрашивают сапфир только поверхностно, причем речь идет о долях микрона. Такое тонкое покрытие может сойти при любом, даже относительно небольшом, воздействии. При перепланировке или повторной огранке камня оно также уходит.

Совет

Украшения с диффузионными сапфирами

Идентификация такого окрашивания тоже не представляет большой проблемы. Достаточно рассмотреть камень в иммерсионной жидкости или в диффузном цвете.

Сапфиры с оптическими эффектами

Как известно, высокой ценой и популярностью обладают сапфиры, которые имеют заметные оптические эффекты, наиболее часто это звезда в центре камня. Их обрабатывают кабошоном, чтобы подчеркнуть всю красоту явления, и многие задаются вопросом, являются ли такие камни обработанными.

Необработанные корунды природного происхождения содержат тонкие иголочки рутила в виде усов. Такие эффекты, как шелк, который выглядит как распространение тоненьких иголок по всей толще камня, а также астеризм и кошачий глаз проявляются вследствие нагревания этих камней. Происходит это благодаря растворению усов рутила и высвобождению из-под них пустых канальцев.

Если камни обрабатывают кабошоном с гексагональной симметрией с нижним основанием, перпендикулярным оси шестигранной ячейки это и приводит к возникновению такого эффекта. Получается, что если рутил из канальцев не растворен, то их почти не видно. Для того чтобы отобразить эти эффекты четко, необходимо произвести термообработку минерала.

Таким образом, при покупке звездчатого корунда можно быть уверенным, что он обработан. В ином случае звезда проявляется еле-еле и очень размыта. Если изначально в камне содержалось много рутила, то его просто нагревали в боросиликатном флюсе, если рутила было мало, то во флюс добавляли оксид титана. Главное при этом — ориентирование перпендикулярно главной оси кристалла.

Многих покупателей уверяют в природном происхождении минерала, который имеет отчетливо видную звезду. Причем часто можно услышать, что такой качественный и необработанный камень можно приобрести только у них, а остальные продают диффузионные. Не стоит верить такому утверждению. В любом случае камень обработан, а если нет, то он, скорее всего, вообще, синтетический.

Коды обработки сапфиров

Очень часто корунды подлежат обработке, потому что в природе практически не встречается идеальных экземпляров, а если таковые имеются, то стоят они очень дорого. Помимо нагревания и диффузии, сапфиры залечиваю стеклом и так далее. В зависимости от того, как был обработан сапфир, в документах будут указаны коды, которые означают следующее:

N — необработанные. К этой категории относятся практически все камни, которые от природы имеют эффект изменения цвета. Кроме того, не обрабатывают камни либо очень светлых тонов, либо очень темных. Конечно, если цвет самоцвета насыщенный, то необработанным он будет стоить дорого. Признаки, которые можно увидеть невооруженным глазом: в многоцветных корундах резкая граница, высокая прозрачность, неяркий цвет.
H — термически обработанный камень. Производится для улучшения цвета. Обычно делается под слоем боросиликатного флюса, чтобы кристаллы не загрязнялись фоновыми примесями.
U — облагорожен диффузией. Обычно используется диффузия титана, бериллия или лития. Последняя не позволяет себя обнаружить множеством доступных геммологам методов.
F — корунд с лечением трещин. Чаще всего для этого применяется свинцовое стекло, которое представляет собой стеклообразный расплав оксидов свинца, обладающий высокой прочностью и твердостью. Обычно такая категория камней является наиболее дешевой.

Признаки диффузионной обработки

Для того чтобы не попасться и не приобрести по цене натурального диффузионный сапфир, необходимо знать методы отличия и признаки обработанных сапфиров.

В первую очередь речь пойдет о гретых камнях, так как этот способ обработки условно также можно отнести к диффузии, однако не внешней, а внутренней, когда окрашивающий пигмент распространяется в толще камня. Признаками этого являются:

В корундах синего оттенка равномерное замутнение кристалла микродефектами, которые будут заметны только в лупу с 20-кратным увеличением. Вокруг таких микродефектов могут быть образованы гало, шаровидные, плоские и другие.
В термически обработанных сапфирах и рубинах — локальные, неоднородно распределенные облака гало и красной ваты.
Иногда результатом термического отжига также является залечивание микроскопических трещин, в этом случае при большом увеличении в них можно будет заметить капли флюса. Могут быть белые канальца от растворенного рутила.

Признаками диффузионной обработки являются:

Диффузия титана в некоторых случаях проявляется расширением лучей звезды у корундов с эффектом астеризма. Синие сапфиры с поверхностной диффузией имеют определенный цвет, который почти не меняется под разными освещениями.
Бериллий оставляет только один след и то не всегда. Вокруг рудиниста обработанного камня можно заметить контур другого цвета, соседнего по спектру. Отсутствие такого контура не говорит о необработанном сапфире, а вот его наличие однозначно указывает на обработку бериллием.
Признаков подкрашивания корундов литием, видимых без приборов, нет.

В большинстве случаев нет ничего плохого в диффузионной обработке сапфира.

Если это сделано качественно и на высшем уровне, а для окрашивания использовали литий и бериллий, то такое воздействие будет совсем незаметным.

Недостатком является то, что этими веществами нельзя получить красный рубин и синий сапфир, а методы, которые используются для окрашивания корундов в эти цвета, дают менее долгосрочный эффект.

Виды диффузионного сапфира и технология его производства

Сапфиры редко в природе встречаются высокого качества и любимого всеми, насыщенного синего цвета. Наиболее распространены прозрачные камни со множественными включениями и дефектами.

Поскольку они редко находят применение, годами разрабатывались разные методики их облагораживания. Одна из таких методик — диффузионная обработка.

В зависимости от того, с помощью какого вещества получают диффузионный сапфир, может кардинально меняться его качество и стоимость.

Диффузия как метод облагораживания

С физической точки зрения, процесс диффузии представляет собой проникновение молекул одного вещества в другое. Что касается облагораживания, то это сомнительный способ. Происходит он таким образом: камень нагревают в присутствии каких-либо активных добавок.

В зависимости от размера молекул этих добавок, цвет поменять может либо поверхность камня, либо он весь. Для того чтобы проникнуть в вещество глубоко, молекулы должны быть маленького размера. Если они крупные, то при попытке переогранить камень это будет заметно.

Тем не менее такой метод считается приемлемым для некоторых видов сапфиров, например, звездчатых. В данном случае диффузия проявляет эффект астеризма и, кроме этого свойства, процесс нагревания не затрагивает другие, что сохраняет естественный вид. Переогранка или переполировка в этом случае также невозможны.

Если процесс диффузии проходит с солями бериллия, то такой метод считается вполне приемлемым. Во время этого процесса камень в печи нагревают до высоких температур и создают высокое давление, предварительно поместив около него соли бериллия. Метод хорош тем, что молекулы этого вещества пропитывают камень насквозь, поэтому его можно переогранять, повторно полировать и даже разрезать.

Ионы бериллия проникают на всю глубину поверхности, через практически любую ее точку, но неравномерно.

В мелких камнях и в центре кристалла бериллия находится огромное количество, что делает затруднительным его увидеть даже с помощью оптических приспособлений.

Обратите внимание

Глазами увидеть бериллий в желтых и красных камнях практически невозможно, но можно обнаружить следы термической обработки. А это уже дает основание заподозрить и другие виды облагораживания и отдать на анализ в химическую лабораторию.

Когда этот метод появился, то геммологи восприняли его с огромным сопротивлением. Но, спустя годы, его приняли как данность. Единственное условие: при продаже такого камня покупатель должен быть осведомлен о том, что он подвергался обработке. Большинство сапфиров фантазийных цветов проходят облагораживание именно этим методом. Для справки: фантазийными считаются все цвета, кроме синего.

Усиление цвета камня

Помимо диффузионного метода, корунд для изменения цвета может быть заполнен сырьем. Дело в том, что многие камни от природы имеют трещины.

В процессе обработки их заполняют металлическим стеклом или другими веществами, чтобы повысить прозрачность камня. Если это делается красящим веществом, то камень усиливает свой цвет.

Такого эффекта можно добиться и пропиткой камня красителем на масляной основе, которая чаще всего применяется для сапфиров, или водной, спиртовой и так далее.

Природный и обработанный сапфир

Такой метод тоже далеко не совершенен, цвет корунда становится нестабильным, а краситель может вытечь по мере эксплуатации.

Проверить камень на наличие в нем красителя довольно просто, необходимо взять вату, смоченную в ацетоне и приложить к сапфиру. Окрашенный красителями самоцвет оставит на ней следы.

Более того, такая пропитка не только долго не продержится, она еще значительно ухудшает блеск сапфира.

Диффузионная обработка дает, конечно, намного более устойчивый результат. Этот процесс проходит при очень высокой температуре, порядка 1800 градусов, и для окраски камней с помощью этого метода применяют чаще всего такие вещества, как титан, хром и бериллий.

Важно

Если в корунде достаточно имеется трехвалентного железа, диффузия титаном может повысить интенсивность синего оттенка. Этот процесс начали использовать еще в середине восьмидесятых годов.

С помощью диффузии хрома получают дополнительные оттенки начиная от розового и до красного.

Но из-за того, что атомы титана и хрома имеют большую атомную массу и размер, они глубоко в слой кристалла не проникают, и поэтому создается только поверхностное покрытие.

На такой процесс затрачивается сравнительно небольшое время, и стоит он, конечно, дешевле. Но такая окраска не проникает на достаточную глубину и ничего гарантировать нельзя. Она может сохраняться недолго, если камень подвергается постоянному механическому воздействию. Кроме того, любое серьезное повреждение может стереть поверхностный слой.

Такой слой имеет толщину всего лишь несколько тысячных долей миллиметра, поэтому его можно сравнить с покраской сапфира кисточкой в синий цвет.

Конечно, поцарапав камень, можно будет легко определить, облагорожен ли он таким образом. Но сапфир имеет высокую твердость, поэтому сделать это можно только с помощью алмаза.

Естественно, не рекомендуется устраивать такие проверки из-за возможности повредить камень, если он настоящий.

Цена камня при таком методе покраски составляет приблизительно таковую для искусственных корундов.

Совет

В принципе этот метод можно использовать для того, чтобы изменить цвет на синий любому камню, так как под поверхностным слоем титана не будет видно оригинального оттенка самоцвета.

В лаборатории идентифицируют такие окрашенные титаном или хромом сапфиры при осмотре в диффузном свете или погружении в инерционную жидкость.

Небольшая атомная масса бериллия и малый размер дает более глубокое окрашивание. Например, экспертами были обследованы камни диаметром в 3 мм, и у них не видно было границ окраски. Бериллий обеспечивает корунду желтый компонент. Более того, новый цвет может перекрыть ранее существовавший. Например, розовые сапфиры могут быть полностью окрашены в оранжевый цвет.

Однако нельзя забывать, что на рынке имеются термически обработанные желтые сапфиры, которые производятся без добавления бериллия. Существуют и еще сапфиры, которые от природы в своем составе содержат небольшое количество бериллия. Иногда сложно различить их с обработанными, но считается, что если бериллия содержится до 5 ppm, то это природное его содержание.

Сейчас идентификация облагораживания с помощью диффузии бериллия не является проблемой. Всем известно, что ее могли использовать, поэтому существуют приборы и технологии. Такие методы чувствительны, они могут идентифицировать даже невысокий уровень концентрации вещества.

Некоторые сапфиры, добытые в Шри-Ланке, в которых наблюдается эффект обесцвечивания на краях, на деле не содержали бериллия, хотя это считалось косвенным признаком обработки. Но позже пришли к заключению о том, что причинами такого результата являются особенности термического облагораживания.

Может также быть, что какое-то количество бериллия при облагораживании могло попасть вследствие остаточного загрязнения печки. Это может быть в том случае, если эта печь была также использована для диффузии бериллием.

Ранее было замечено, что у камней, которые прошли обработку, остаются небольшие беловатые кольца.

Однако было доказано, что это не является следствием обработки и такие же кольца могут присутствовать и у необработанных камней.

Обычно сапфиры делятся на натуральные и имитацию. Некоторые виды обработки оставляют камень натуральным, другие же причисляют его к другому виду.

Обратите внимание

Если камень не подвергался обработке, был облагорожен с помощью термического воздействия или диффузионного, но с микродозами бериллия, то он считается натуральным.

К имитации относятся: заполненные свинцовым или силикатным стеклом, поверхностная диффузия с помощью титана или хрома, иногда также используется для этой цели кобальт.

Облагораживание методом термообработки

Если синий сапфир слишком светлый или даже от природы имеет белый оттенок, то придать ему насыщенность может нагревание.

Происходит это так: когда камень нагревают до высокой температуры, растворяются включения, которые обычны для кристалла. Эти включения содержат в себе хром и титан, в некоторых случаях также присутствует железо.

При растворении они диффундируют в соседние области, таким образом, окрашивая камень.

Данный процесс фактически также относится к диффузии, но к так называемой внутренней диффузии.

Такой процесс позволяет получить куда более качественные образцы, которые будут окрашены полностью по всему объему, и могут быть подвергнуты повторной полировке или огранке.

Однако такие камни по своей природе имеют включения и различный их состав, таким образом, к ним должны быть применены разные способы обработки.

В отличие от диффузно обработанных сапфиров, к нагретым, то есть при применении внутренней диффузии, мировой рынок относится вполне благосклонно. Это допустимо, и камни будут отличаться в цене от полностью необработанных, но не сильно. Конечно, в таком случае уведомлять покупателя об обработке камня нужно обязательно.

Важно

Этот же процесс может создавать включение в виде звезды. Оно представляет собой оптический эффект, который создают рутиловые иглы.

Рутиловые иглы, которые представляют собой оксид титана, формируются при температуре 1300–1400 градусов. Улучшают таким образом цвет и розовых сапфиров, а также рубинов.

В последнем случае идентификация обработанных камней является проблематичной, так как проходит при низкой температуре и не оставляет следов.

Происходит это благодаря тому, что часто камни красного цвета содержат в себе и синие компоненты, то есть от природы имеется синий оттенок. Чтобы сделать их цвет более насыщенным, их необходимо разрушить. Для этого камень помещают в кислую среду и нагревают. Похожий процесс используется и для осветления камней.

Иногда для предотвращения повреждения камня при нагреве на него наносится бура. Во время того, как происходит сам процесс нагрева, образуются трещины и расплавленная бура попадает в них. Нагрев используется очень часто, так как он может сделать цвет камня намного привлекательней и улучшить его чистоту.

Таким образом, диффузионные сапфиры — это не всегда плохо. Не слишком хорошо, когда это делают поверхностным методом, но и у таких камней найдутся свои покупатели. А вот если пытаются выдать покрытый тонким диффундированным слоем камень за натуральный, — это уже обман.

Рекомендуем похожие статьи

Способы облагораживания сапфира. Термообработка, диффузия

Природный сапфир чаще всего представляет собой полупрозрачный слоистый и трещиноватый минерал всевозможных оттенков всех цветов радуги. Случается ему бывать и бесцветным. Легко ли добыть сапфир ювелирного качества? Очень нелегко: высокая твердость минерала, его неподатливость геометрическим деформациям становится причиной нарушения целостности кристаллов. Внутрикристаллические примеси, дающие эффект оцвечивания минерала, нередко концентрируются в камне неравномерно. Заполнение трещин чужеродными растворами и расплавами превращает изначально монолитные образования корунда (техническое наименование сапфиров и рубинов) когда в склады, а когда и в свалки загрязнений. Вот почему львиная доля сапфиров, попадающих на ювелирный рынок, проходит облагораживание. Сегодня методы облагораживания сапфира многочисленны и хитры. Старые мастера Шри-Ланки, признанного центра добычи синих камней, пользуются термическим способом сгущения цвета.

От природы ланкийские сапфиры в большинстве своем слабо окрашены, и не слишком похожи на сверкающие вставки в перстнях и серьгах. Называемые термином «геуда», эти камни не имеют сколько-нибудь серьезной первоначальной цены. Однако высокотемпературное облагораживание превращает геуду в настоящий синий сапфир. Не переживают островитяне, если вдруг случается перегрев заготовленного сырья. Корунды, нагретые до 1300 и даже до 1400°C, обретают эффект астеризма. Их шлифуют кабошонами – чтобы шестилучевые звезды ярче играли на поверхности камня.

Красные корунды, или рубины, нередко изначально весьма заметно «синят». Особенно сильно подобный дефект портит прекрасные розовые камни. Нагревание в кислой среде до 800°C помогает избавиться от ненужной синевы. Применяется этот метод и к излишне темным синим сапфирам. Это ведь только изумруд чем гуще цветом, тем дороже. Следы такого облагораживания сапфиров практически неразличимы при обычном осмотре камня, что позволяет видоизмененным кристаллам поступать в ювелирные мастерские под видом полностью природного сырья. Бич натурального корунда – трещиноватость. Чтобы «заживить» глухие и выходящие наружу трещины, мастерам приходится идти на ухищрения. Иногда оказывается эффективным метод нагревания камня в окисноалюминиевой среде. Не нужно забывать, что по своей химической сути корунд – это оксид алюминия Al2O3. Расплавленное вещество способно приникать в трещины и цементировать их лучше любого клея.

Правда, бесцветный стекловидный материал (так называемый лейкосапфир), получаемый в результате этой манипуляции и заполняющий микроскопические полости в камне, обнаруживается при помощи электронного микроскопа. Тем не менее, ювелирное качество «вылеченных» таким образом сапфиров оказывается много более высоким, нежели качество кристаллов, облагороженных при помощи масла, смолы или воска. Эксперты не видят большой разницы в качестве сапфиров, трещины которых подверглись заполнению расплавленными силикатами той или иной разновидности. Такой метод облагораживания сапфиров, придя в уже далеком прошлом на смену древним масляно-восковым ваннам, может применяться и в наши дни. Вошедшая в ювелирные технологии в середине ХХ века эпоксидная смола дает примерно такой же визуальный эффект, как и стеклянные цементы в сапфировых трещинах. Луч света, преломляясь на границах сред чужеродных корунду материалов, вспыхивает яркими искрами от густо-фиолетового до ярко-розового цвета. Пропитка корундов веществами, активно диффундирующими во внешние слои минерала, и таким образом меняющими природный цвет камня, особенно часто применяется для облагораживания сапфиров красного и синего цвета. Нередко улучшение цвета, достигнутое подобным способом, происходит с одновременным снижением блеска – что недопустимо для камней ювелирного качества. Превращение невыразительных слаборозовых сапфиров в яркие оранжевые камни обусловлено термодиффузионной пропиткой корунда бериллием. За счет малой атомной массы бериллий проникает в кристаллическое тело сапфира достаточно глубоко: корундовые ювелирные вставки размером до 3-х миллиметров могут быть насыщены бериллием на всю толщину камня. Куда менее привлекателен эффект облагораживания сапфиров бериллием, если кристалл велик, и бериллий образует лишь оцвеченный слой на поверхности камня. Не отрицая действенности термодиффузной обработки корундов, современная геммология требует обязательного указания факта применения метода при сертификации готовых изделий. Вписанное в документ выражение beryllium treated означает насыщение корунда ионами бериллия в целях получения теплых оттенков цвета. От природы желтоватые или едва розоватые сапфиры после beryllium treated становятся прекрасными самоцветами желтого и оранжевого цвета. А вот выражение diffusion чаще применяется для документирования «посинения» камня. Методом diffusion в толщу самоцвета вводятся ионы железа и ванадия, обуславливающие изменение пропускной способности кристаллической решетки касательно электромагнитного излучения видимого спектра. Впрочем, специалисты и без сертификатов отличают корунды, прошедшие термодиффузную обработку. Поскольку диффузия не затрагивает центрального объема камня, в середине самоцвета достаточно большого размера всегда остается небольшой объем кристалла природной окраски. Специальные светофильтры, надетые на объектив микроскопа, позволяют с уверенностью определить первоначальный цвет минерала. Диффундировавшие вглубь камня вещества не слишком сильно меняют природу сапфира. Иное дело – стеклование минерала. Для облагораживания корундов красного цвета (рубинов) используется метод led-glass filling, или заполнение пустот в камне свинцовым стеклом (хрусталем). Делается это еще и потому, что до 70% объема природного рубина может являть собой разнообразные пустоты. Рубины, прошедшие залечивание пор и трещин стеклом, выглядят гораздо презентабельнее невзрачных от природы кристаллов. Стоит отметить, что не менее 95% рубинов, реализуемых в розницу, являются стеклонаполненными. Потребитель счастлив покупать яркие и чистые камни по цене от 20 до 50 долларов за карат, однако специалисты сетуют: краснота таких самоцветов не дает пламенных всполохов, не сравнима густотой с кровью, не светится потаенным огнем – зато искрит голубым и оранжевым. Что тоже вполне декоративно, но… искусственно. Совсем небольшая часть ювелирных рубинов (примерно 4%) создается методом термодиффузного введения бериллия. Яркость оранжево-красного сияния этих камней ценится выше хрустальной монолитности блеска стеклонаполненных рубинов. Дешевле ста долларов за карат такие камни не стоят ни при каких условиях, а нормальная цена начинается у отметки в 500 долларов за карат. Необлагороженные рубины ювелирного качества настолько редки, что их стоимость многократно превосходит стоимость бриллиантов, и может исчисляться поистине астрономическими суммами.

Все камни

Маргарита Хомрач: Диффузионное облагораживание корундов: сапфиров и рубинов

Рубины и сапфиры — на протяжении многих веков, пожалуй, одни из самых излюбленных камней на любом ювелирном рынке. И Россия — не исключение. Рубин и сапфир являются разновидностями минерала корунда.

Наряду с природными камнями используются синтетические рубины и сапфиры, а также подвергнутые различным видам облагораживания (термообработка, термообработка с применением химических добавок (флюсов), различные виды диффузионной обработки, заполнение трещин и полостей стеклом, прокрашивание и промасливание, нанесение покрытий). Именно облагороженные камни часто доставляют геммологам больше всего хлопот при диагностике.

Рассмотрим диффузионно-облагороженные корунды. Диффузионная обработка подразумевает привнесение атомов, вызывающих окрашивание, которые проникают в камень, из внешнего источника.

Если движение происходит в объем камня, насколько бы мелко оно ни приникало, то это явление правильнее называть объемной диффузией, или диффузией в кристаллическую решетку.

Элементы диффундируют в решетку ювелирных камней из внешних источников для того, чтобы создать цвет или получить эффект астеризма. Это могут быть титан и хром или более легкие элементы, такие как бериллий.

Совет

Необходимо помнить, что данные камни по российскому законодательству относятся к драгоценным. Для облагороженных методом диффузии рубинов и сапфиров существует Стандарт организации «Сапфиры, рубины, облагороженные, методом диффузии и/или заполненные стеклом (ограненные вставки). Технические условия.

СТО 45866412-15-2013», который относится к нормативно-технической документации Федерального казенного учреждения «Государственное учреждение по формированию Государственного фонда драгоценных металлов и драгоценных камней Российской Федерации, хранению, отпуску и использованию драгоценных металлов и драгоценных камней» (Гохран России).

Данный стандарт распространяется на облагороженные методом диффузии и/или заполненные стеклом природные сапфиры, природные рубины (ограненные вставки) (обозначаются как рубины/сапфиры Д/С). Стандартом устанавливаются основные показатели качества, применяемые для классификации, аттестации и сортировки сапфиров/рубинов Д/С в соответствии с нормами действующего законодательства.

В соответствии с вышеуказанным стандартом облагораживание — это искусственная обработка драгоценных камней и органических веществ с целью изменения их свойств и внешнего вида путем нанесения покрытий, заполнения трещин, нагревания, облучения и использования других видов физического и/или химического воздействия.

Для описания облагороженных методом диффузии рубинов и сапфиров в стандарте применяются следующие обозначения:
Сапфир/рубин, облагороженный методом диффузии (сапфир Д, рубин Д), — природный сапфир/рубин, подвергшийся комбинированному облагораживанию с применением высоких температур и химических веществ, вызывающему проникновение химических элементов в поверхностные слои с целью изменения цвета и/или оптического эффекта.

Диффузионно-облагороженные корунды впервые появились на мировом рынке в конце 1970-х годов. Этот процесс радикально отличался от всех более ранних способов термической обработки корундов тем, что благодаря диффузии создавался внешний тонкий слой насыщенного синего цвета на бесцветном или бледно окрашенном сапфире.

Процесс был первой успешной попыткой добавить цвет из внешнего источника. Технология была разработана корпорацией Union Carbide. Возможно, что обработчики в Таиланде также использовали этот процесс. Практически все сапфиры, обработанные этим методом, имели синий цвет (за счет диффузии титана).

При диффузионной обработке с внедрением титана в кристаллическую решетку происходит окрашивание неглубокого приповерхностного слоя на глубину около 0,4–0,6 мм.

Подвергнутые данному виду облагораживания синие сапфиры могут иметь необычный «водянистый» вид, в них отсутствует характерная для сапфиров выраженная зональность окраски при внешне насыщенном цвете.

Обратите внимание

Обработанные сапфиры можно легко диагностировать по неоднородной окраске, которая может выглядеть пятнистой за счет того, что наведенный окрашенный слой может частично или даже полностью удаляться при переполировке.

Кроме того, наблюдается концентрация окраски вдоль ребер и по рундисту, а также концентрация цвета вокруг ямок и достигающих поверхности трещин (так называемые «ссадины»).

Диффузионная обработка с внедрением титана также может обнаруживаться в синтетических сапфирах.

В таких камнях иногда выявляются криволинейная цветовая зональность и мелкие газовые пузыри, типичные для синтетических камней, выращенных методом Вернейля, а также неоднородность цвета на разных гранях, что характерно для диффузионной обработки.

Но стоит помнить, что диффузионный слой может создаваться и на бесцветных синтетических корундах. В этом случае криволинейной зональности не обнаружится.

Облагораживание методом диффузии труднее идентифицировать в кабошонах по сравнению с ограненными камнями, так как в них отсутствуют грани, на которых можно видеть неоднородность окраски. В кабошонах эту обработку лучше всего диагностировать по концентрации цвета вдоль рундиста.

Диффузионная обработка может также использоваться для наведения астеризма за счет добавления оксида титана в поверхностный слой камня. Такая обработка идентифицируется по ненатурально четкой «звезде», неоднородному цвету и «цветовым ссадинам» у ямок, полостей и трещин. В некоторых камнях наведение эффекта астеризма может также сопровождаться усилением цвета.

Редко на рынке встречаются синие природные или синтетические сапфиры, обработанные методом диффузии кобальта. Они имеют несколько неестественную окраску и очень высокие значения показателей преломления.

Важно

В 1993 году исследователи GIA сообщили об экспериментальном получении «диффузионно-обработанных» корундов красного цвета. Эксперимент можно считать неудачным, так как глубина окрашенного слоя была очень мала, и окрашенный слой часто практически полностью удалялся при переполировке. Цвет камней получался неярким, и окраска выглядела неоднородной.

Рис. 1. Пятнистость окраски и неодинаковая окраска разных фасет в облагороженных методом диффузии корундах[5]

В начале 2000-х гг. в Чантабури (Таиланд) был разработан новый метод облагораживания, позволяющий преобразовывать цвета синевато-красных камней из месторождения Сонгеа (Танзания) в привлекательные оранжевые или красно-оранжевые.

Этим методом можно изменять цвет в светло-желтых, желтовато-оранжевых, розовых, коричневатых, пурпурновато-красных, синих, пурпурных, зеленых, коричневых, серых камнях.

В результате данной обработки создается окрашенный в желтый цвет приповерхностный слой, и, в зависимости от изначального цвета камня, получают корунды ярко желтого, оранжевого, оранжевато-розового или оранжевато-красного цвета. Этот процесс можно использовать также для осветления темно-синих сапфиров. Возможно получение бесцветных, зеленых, пурпурных камней.

Рис. 2. Процесс бериллиевой диффузии может оказывать влияние на многие цвета в корунде, включая рубины и сапфиры. Размеры показанных ограненных камней, обработанных методом бериллиевой диффузии, от 0,40 до 5,05 карат [1]

Диагностика обработанных бериллием корундов с помощью стандартных геммологических приборов затруднена.

Единственным визуальным признаком является наличие цветовой зоны по контуру камня: желтая, оранжевая при обработке красных камней или бесцветная при обработке синих сапфиров.

Глубина окрашенной зоны меняется в зависимости от времени обработки и может доходить до окрашивания камня на всю глубину.

На большую вероятность обработки камня методом диффузии бериллия указывают сильные изменения внутренних включений, которые не отмечались прежде в термически обработанных камнях.

Совет

Так, например, включения циркона приобретают вид белесых бесформенных скоплений, часто содержащих газовые пузырьки, а в трещинах, образующихся вокруг них, наблюдаются характерные древовидные структуры кристаллизации расплава, вокруг включений рутила возникают синие ореолы внутренней диффузии, которые крайне редко наблюдались в желтых термически обработанных сапфирах из месторождения Рок Крик (Монтана).

Когда используются легкие элементы (бериллий), обработку обнаружить нелегко, так как проникновение диффузного слоя может быть на всю глубину камня и элементы, вызывающие окрашивание, могут не обнаруживать стандартными методиками химического анализа.

Обнаружить более легкие элементы (Be или литий) можно только при помощи более чувствительных аналитических методов, таких как LA-IPC-MS (масс-спектрометрия индуктивно-связанной плазмы в режиме лазерной абляции), SIMS (масс-спектрометрия вторичных ионов) или LIBS (метод лазерно-индуцированного пробоя).

Авторы

Хомрач Маргарита Владимировна, зав. лабораторией и доцент Автономной некоммерческой организации дополнительного профессионального образования «Геммологический институт», Graduate Gemologist GIA (+7 (495) 438-15-04, +7 (985) 959-75-95; e-mail: gigem.edu@gmail.com; URL: www.gemology-edu.ru)

Романова Екатерина Ивановна, доцент Автономной некоммерческой организации дополнительного профессионального образования «Геммологический институт», доцент кафедры геммологии МГРИ-РГГРУ, Graduate Gemologist (+7 (495) 438-15-04, +7 (985) 959-75-95; e-mail: gigem.edu@gmail.com; URL: www.gemology-edu.ru)

Список использованной литературы

1. John L.Emmett, K.Scarratt и др. (2003) «Beryllium Diffusion of Ruby and Sapphire. Gems&Gemology,Vol.39, No.2, pp. 84-135. 2. Michael S. Krzemnicki, Henry A. Hanni, Roy A. Walters.(2004) «A New Method for Detecting Be Diffusion-Treated Sapphires: Laser-Induced Breakdown Spektroscopy (LIBS). Gems&Gemology,Vol.40,No.4, pp.

314-322. 3. Robert E. Kane, Robert C. Kammerling, John I. Koivula, James E. Shigley, and Emmanuel Fritsch «The identification of blue diffusion-treated sapphires» Gems & Gemology, Summer 1990, рр. 115-133. 4. Shane F. McClure, Robert C.

Kammerling, and Emmanuel Fritsch «Update on diffusion-treated corundum: red and other colors», Gems &. Gemology, Spring 1993, рр 16-29. 5. Gübelin E. J. Koivula J.I Photoatlas of inclusions in Gemstones, vol. 2, Opinio Publishers, Basel, Swizerland, 2005.

Обратите внимание

Стандарт организации «Сапфиры, рубины, облагороженные, методом диффузии и/или заполненные стеклом (ограненные вставки). Технические условия. СТО 45866412-15-2013».

Способы облагораживания сапфиров

Драгоценный камень сапфир по своему химическому составу относится к оксидам алюминия, геммологи называют этот минерал корундом. Особенности его кристаллической решетки и созревания таковы, что встретить природный корунд ювелирного качества можно не так часто.

В природе это слоистое вещество, покрытое мелкими трещинами, обычно встречается полупрозрачным, не имеющим того насыщенного оттенка, за который высоко ценят сапфиры. Еще одна проблема, с которой сталкиваются ювелиры — неравномерная концентрация примесей. А в естественных трещинах скапливаются различные загрязнения.

Чтобы улучшить качество камня и придать ему ювелирную ценность, мастера пользуются различными приемами, цель которых — облагораживание сапфира.

Традиционные методы

Самый древний метод улучшения качества сапфиров — это их погружение в кипящее природное масло, смолу или воск. Этот способ давно остался в истории, в отличие от другого, также известного еще мастерам древности, — прокаливания корундов с использованием высоких температур.

Этот способ позволяет значительно сгустить цвет и добиться от не насыщенного камня насыщенности, достойной кашмирских сапфиров. Наибольшее распространение прокаливание получило у мастеров острова Шри-Ланка, так как местные сапфиры обычно слабо окрашены.

Повышение температуры нагревания корунда позволяет получить камень с эффектом астеризма, проявляющейся на поверхности 6- или 12- лучевой звезды.

С развитием технологий прокаливание обрело новые формы. Сейчас минералы нагревают в электромагнитной печи, при необходимости повышая давление. Для того чтобы осветлить излишне темные синие корунды, их нагревают до 800°С в среде с повышенной кислотностью.

Заживление трещин

Мастерам, обрабатывающим камни, часто приходится сталкиваться с проблемой трещиноватости корундов. Чтобы улучшить качество и повысить ювелирную ценность камня, используют несколько специальных методов.

Самый распространенный и эффективный — нагревание сапфира в кислородно-алюминиевой смеси. Такая смесь идентична химическому составу минерала и отлично цементирует трещины.

Единственный минус процедуры — в итоге трещины заполняются лейкосапфиром (его бесцветной разновидностью), что легко обнаруживается при большом увеличении.

Важно

Тем не менее, плюсов у такого заживления трещин существенно больше, чем минусов.

В середине XX столетия в ювелирном деле стали использовать эпоксидную смолу. Она также способна надежно заполнить трещины в корунде, при этом несколько изменяя его цвет. Преломленный на гранях чужеродного вещества луч света вспыхивает яркими насыщенными цветами от фиолетового до розового. Такой же эффект дает заполнение полостей минерала различным стеклом.

Пропитка и диффузирование

Для улучшения оттенков, придания большей глубины и насыщенности сейчас разработаны технологии пропитки бериллием и введения в минерал ионов железа и ванадия. Первый метод чаще называют пропиткой, второй — диффузной обработкой.

Бериллий обычно используют для улучшения цвета розоватых и желтоватых камней. После обработки они приобретают насыщенный желтый или оранжевый оттенок. Причем, если минерал не больше 3 мм, то бериллий пропитает его полностью. Совершенно изменить цвет больших сапфиров пока невозможно, в центре все равно останется не прокрашенный участок.

Метод диффузной обработки применяют для придания слабо окрашенным синим корундам большей глубины и насыщенности цвета. Суть этого метода в том, что атомы железа и ванадия влияют на способность кристаллической решетки пропускать видимый спектр излучения. Такая обработка тоже не затрагивает центральные области и легко определяется при большом увеличении.

Несмотря на то, что любые способы изменения цвета сапфиров не влияют на их свойства и, в целом, не сильно изменяют камень, международные правила требуют указывать в сертификате, каким из двух методов был обработан минерал.

Способы повышения ювелирного качества сапфиров являются необратимыми. Они не теряют полученного в ходе обработки цвета, материалы, которыми были заполнены трещины, останутся в камне навсегда. Не требуют облагороженные минералы и специального ухода.

Сапфир

Химический состав: Al2O3;

Сингония: Тригональная, дитригонально-скаленоэдрический класс симметрии (точечная группа);

Цвет: Синий, синий с фиолетовым оттенком, синий со слабым зеленым оттенком.

Синий цвет в сапфире обусловлен изоморфным вхождением в состав решётки пары ионов Fe2+ – Ti4+.

Диагностические свойства

Физические свойства

Твёрдость по шкале Мооса:
9

Плотность:
4,00±0,03 гр/см3

Спайность:
отсутствует

Излом:
раковистый

Оптические свойства

Оптический характер:
анизотропный, одноосный, отрицательный

Коэффициент преломления:

ne = 1,760-1,764,

no = 1,768-1,772

Двупреломление:
0,008 – 0,009

Дихроизм:
от слабого до отчётливого в фиолетовых, жёлтых, зелёных тонах

Дисперсия света:
0,018 (BG)

Блеск:
стеклянный

Характерные включения и структурные неоднородности

Включения апатита и циркона в не облагороженном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Группа минеральных включений в не обработанном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Включения группы кристаллов апатита в не облагороженном сапфире.
Режим просмотра – проходящий свет.

Цветовая зональность в природном сапфире.
Режим просмотра – проходящий свет.

Совет

Группа минеральных включений в не обработанном сапфире.
Режим просмотра – проходящий свет.

Плеохроичные “дворики” вокруг включения циркона в природном не облагороженном сапфире(район добычи – о. Шри-Ланка).

Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Вуали включений в не облагороженном природном сапфире. (район добычи – о. Шри-Ланка).

Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Группа кристаллов рутила в природном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Минеральное включение в не облагороженном природном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Минеральные включения в природном не облагороженном сапфире.(район добычи – о. Шри-Ланка)

Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Включения рутила в не облагороженном природном сапфире.(район добычи – о. Шри-Ланка)

Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Минеральные и двухфазные включения в не облагороженном природном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Включения рутила в не облагороженном природном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Включение кристалла ильменита в природном не облагороженном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Метод облагораживанияЦель

Термическая обработка
Устранение «нежелательных» оттенков (зеленоватого, желтоватого, фиолетового), а также для преобразования микровключений бёмита, которые визуально улучшают восприятие качественных характеристик чистоты

Термическая обработка в среде флюса
«Заращивание» («лечение») открытых трещин

Гидротермальное наращивание слоя синтетического сапфира
Улучшение характеристик цвета и чистоты

Диффузионная обработка (как поверхностная, так и диффузия в полном объёме)
Получение синей окраски

Диффузионная обработка
Осветление излишне тёмной окраски

Заполнение открытых полостей и трещин высокопреломляющими стёклами или окрашенными составами
Улучшение качественных характеристик

Поверхностное окрашивание
Изменений цветовых характеристик

Расплавленные минеральные включения в термообработанном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Разрушенное включение в термообработанном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Разрушенное минеральное включение в термообработанном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Обратите внимание

Частично разрушенное трубчатое включение в термообработанном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Включение типа “разрушенный шелк” в термообработанном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Блокирование в природном термообработанном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Разрушенное включение кальцита и группа не разрушенных включений циркона в природном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Разрушенное минеральное включение в природном термообработанном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Не разрушенное включение рутила и разрушенное включение апатита в природном термообработанном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

“Облако” в природном термообработанном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Трещины типа “гало” в природном термообработанном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Цепочка газовых пузырьков, образовавшихся на месте разрушенного термообработкой включения бёмита.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Важно

Разрушенные игольчатые включения бёмита в природном термообработанном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Вуаль буры, выполняющей трещину в природном термообработанном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Разрушенное включение кальцита на фоне вуали буры, выполняющей открытую трещину в природном термообработанном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение

Важно

Остаточная поверхность со следами плавления в природном термообработанном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Тензорные трещины вокруг минеральных включений с характерной каймой в природном термообработанном сапфире.
Режим просмотра – тёмнопольное освещение.

Заполнение полостей в природном сапфире цветным стеклом.
Режим просмотра – проходящий свет.

Совет

Неравномерное распределение окраски в синтетическом дифузионно окрашенном сапфире.
Режим просмотра – проходящий свет.

Синтетический сапфир для ювелирной промышленности производится несколькими методами, основанными на различных физических принципах:

газопламенный метод кристаллизации расплавленной фазы (метод Вернеля);
методы, основанные на принципе «вытягивания» из расплава (метод Чохральского и др.);
методы, основанные на принципе зонной плавки (методы Багдасарова, Стокбаргера и др.);
методы кристаллизации из раствора в расплаве (группа флюсовых методов)
методы кристаллизации из водных растворов (группа гидротермальный метод).

В качестве имитаций сапфира используются: