Когда мы перестаем делать, мы перестаем жить.

Б. Шоу

Искусcтвенные кристаллы пробовали выращивать еще в XVI веке, но научились этому делу только в середине XX столетия.

Современная промышленность не может обойтись без самых разнообразных кристаллов. они используются в часах, транзисторных приемниках, вычислительных машинах, лазерах и многом другом. Великая лаборатория - Природа - уже не может удовлетворить спрос развивающейся техники, и вот на специальных фабриках выращивают искусственные кристаллы: маленькие, почти не заметные, и большие - весом в несколько килограммов.    Сегодня растят не только то, что необходимо для промышленного применения, но и просто красивые камни для украшений, типа фианитов и изумрудов. Значение сверхчистых кристаллических материалов в нашей жизни огромно. Электроника использует особо чистые кристаллический кремний, сапфир, рубин и кварц, машиностроение - искусственные алмаз,  корунд, рубин, нитевидный углерод и кевлар.   

Рубиновый стержень для твердотельного лазера.

 Новые технологии получения искусственных алмазов. Компактирование взрывом.

К числу контактных взрывных технологий относится взрывное компактирование. Одним из наглядных примеров таких операций является взрывное компактирование ультрадисперсных алмазов (УДА). УДА с размерами частиц 2 - 20нм получаются во взрывных экспериментах за счет углерода, входящего в состав взрывчатых веществ. Однако для практических целей частицы таких малых размеров не нужны. Для создания, например, абразивных инструментов требуется алмазный порошок с размерами более 10мкм. Спекание (компактирование) УДА до таких размеров - сложная технологическая задача. В последние годы разрабатываются эффективные способы ее решения. Один из очевидных путей - создание давлений  ~10ГПа (10ГПа — прочность алмаза) для пластического спекания порошка. Основная трудность этого направления — обеспечить отсутствие обратного перехода (алмаз à  графит), который неизбежно начинается при таких давлениях ударного сжатия. Второй путь, недавно освоенный экспериментаторами, - создание сравнительно небольших ударных давлений, но действующих большое время (~100 - 400мкс). При этом из-за малой температуры ударного сжатия не происходит указанного обратного перехода и получается >90% прозрачных алмазных частиц с размерами до 1мм, что дает возможность использования их и для декоративных целей. Оба этих направления реализованы  в  разработанных в последние годы специальных взрывных устройствах, позволяющих сохранять укрупненные алмазные частицы после нагружения.  

Фуллерит как исходный материал для получения алмаза

Совсем недавно было показано, что поликристаллический фуллерит можно превратить в алмаз при давлении всего лишь 2•105 атм и при комнатной температуре. Пока же, как известно, для превращения поликристаллического графита в алмаз необходимо давление (3 - 5)•106 а.т.м и температура 1200°С. Таким образом, фуллериты являются наиболее перспективным сырьем для синтеза самого твердого и дорогого материала - алмаза.

САПФИРОВЫЙ ДЕТЕКТИВ.

Четыре геммы знает мир: прозрачный , как вода, бесцветный алмаз, зелёный , подобно листве, изумруд, горящий, подобно угольку, пурпуровый рубин и небесно – голубой сапфир. Последние два драгоценных камня относят по их химическому составу к разновидностям минерала корунда AI2O3 (на санскрите это слово означает “красный цвет” и “ рубин”), в чистейшем своём виде являющегося бесцветным.
Рубиново–красный или небесно–голубой цвет корундам придают примеси: в рубине – железо и хром, а в сапфире – железо и титан. Название “сапфир” появилось у нас вместе с этими драгоценными камнями из далёкой Индии.
Основной центр добычи непревзойдённых по своей ценности сапфиров находится, конечно же , на юго–западе острова Шри–Ланка. Люди со всего света едут в г. Ратнапура (“город драгоценных камней”), чтобы купить у местных торговцев драгоценные камни.

Но мало кто знает , что причуды природы встречаются и неподалёку от нас. Неплохие сапфиры находят иногда в горах Чехии!
Самый крупный до сих пор сапфир был добыт в 1929 г. Его вес составлял 958 карат – почти 200г! Камню дали название ”Драгоценность джунглей”. Его купил известный лондонский ювелир А. Рамсей, изготовивший из этого сапфира после обработки и огранки девять ювелирных камней. Рубиновая разновидность корунда встречается значительно чаще сапфировой. Поэтому ланкийцы издревле занимались подделкой сапфиров. Арабские купцы, ходившие с караванами чуть ли не до Китая, ещё в середине XIII в. доносили халифам Дамаска и султанам Стамбула, что хитроумные цейлонцы для придания голубого цвета рубинам бросали красные камни в жаркие угли костра…
Анализ камней , которые практически ничем не отличались от истинных кристаллов синего корунда, показал, что толщина сапфировой “ корки” составляет не более 200 мкм (1 мкм =10-6м). Даже опытные специалисты не могут отличить такие камни от настоящих, используя только лупу. Однако если человек, купивший такой “сапфир”, захочет переогранить его, то камень “вдруг” покраснеет…
При исследовании выяснилось, что технология прогрева малоценных мутновато–молочных камней была создана в начале 1970–х гг. в Таиланде. Прогревание до температуры 1500ºС в специальном растворе,  содержащем титан, приводит к диффузии ионов последнего в камень, что и придаёт ему благородный голубой цвет.
В 2001 г. на восточных рынках драгоценных камней появились редкие по своей красоте сапфиры  "падпарадша”- с оранжево–розовым цветом! Изучение этих камней под микроскопом показало наличие тепловой обработки – следов плавления и реструктуризации поверхности кристаллов.
Определение массы примеси в камнях “падпарадша” показало, что их цвет обусловлен наличием добавок бериллия , которого нет в настоящих сапфирах. На допросах торговцы признались, что грели дешёвые розовые сапфиры с хризобириллом (BeAI2)O4 , которая обычно встречается в породах при добыче камней на Мадагаскаре.
Для придания благородного цвета камням “падпарадша” вполне достаточно внести всего лишь 10 – 35 атомов двухвалентного бериллия на миллион атомов трехвалентного алюминия.

В апреле 2004 года метаморфозу розовых кристаллов в благородные оранжево-розовые осуществили, прогрев камни при температуре 1850ºС в атмосфере азота, кислорода и водорода, а затем продержав их в течение десяти дней в электрической печи при 1600-1700ºС.

Так что теперь можно поехать на Мадагаскар, закупить там дешевые розовые "стекляшки" и из них в "домашних" условиях изготовить сапфиры "падпарадша"...

Современное состояние и перспективы техники определяются возможностями используемых в них кристаллов. Возникла мощная отрасль промышленности, сосредоточенная на производстве различных кристаллов, используемых в электронике, радиотехнике, оптике, лазерной технике, технике измерений - практически везде. В свою очередь приборы, в которых главной частью является тот или иной кристалл проникли всюду — от космического корабля до домашней кухни (пьезоэлектрическая зажигалка для газовой плиты). Это победное шествие кристаллов-тружеников, природных и искусственных, продолжается, и замены им пока не видно.