Рутил

Первым синтетическим камнем, появившимся в продаже после второй мировой войны, был рутил, впервые полученный в качестве побочного продукта при научных исследованиях по изготовлению новых белил. Монокристаллы рутила потребовались для более тщательного изучения титановых пигментов, в частности для определения их смачиваемости и оптических свойств. Рутил — это стабильная окись титана (ТЮг), встречающаяся в природе в виде непривлекательного коричневого или черного минерала, обычно содержащего высокие концентрации железа. Первый рутил ювелирного качества был изготовлен компанией «Нэйшнл лид индастрис» [1] в США в 1948 г. Наиболее характерное свойство рутила — его дисперсия (0,28), более чем в шесть раз превосходящая дисперсию алмаза. Игра цветов у рутила выше, чем у всех драгоценных камней, поэтому ограненный рутил выглядит восхитительно. Он имеет более высокий показатель преломления, чем алмаз, однако этот камень страдает недостатком, обусловленным высоким двупреломленнем, что делает «затуманенными» тыльные грани. Твердость рутила меньше 7, поэтому кристаллы, ограненные в такой форме, когда наиболее ярко проявляются его необычные оптические свойства, весьма недолговечны. Несмотря на эти недостатки, замечательный вид камней привел к широкой популярности рутила, особенно в 50-х годах. Чаще всего он продавался под названием «титания», однако использовалось и много других торговых наименований, один только перечень которых дает возможность ощутить как популярность, так и необыкновенные свойства этого камня [2]: «астрил», «бриллианте», «даймотист», «гава гем», «джарра гем», «кения гем», «кнма гем», «йоханнес гем», «кимберлит гем», «люстерлит», «миридис», «рейнбоу даймонд» («радужный алмаз»), «рейнбоу гем» («радужный камень»), «рейнбоу мэгик даймонд» («ра-Дужный волшебный алмаз»), «сапфирайзед титания», «тания-стар», «гания-,59», «тайрум гем», «титангем», «титания бриллианте», «титания Мнднайт стоун» («полночный камень титания»), «титаниум», «титаниум рутил», «титан стоун», «заба гем». Название «радужный камень», вероятно, лучше всего соответствует рекламным описаниям этого камня.' Следует отметить, что рушл — первый действительно новый Драгоценный камень в современной ювелирной промышленности.

Рутил плавится при температуре 1925е С, и для его выращивания пригоден метод Вернейля. Первоначально в экспериментах использовалась кислородно-ацетиленовая горелка с двумя соплами, расположен-йЫмв под углом 45° [1]. Главная трудность, с которой столкнулись спецвалнеты, заключалась в том, что для расплавленного рутила Характерна тенденция к потере кислорода, так что отношение кислорода к титану не соответствует идеальному 2:1, а может возрастать, Скажем до 2,02:1. Кристаллы рутила с дефицитом кислорода не бесцветные,   а   черные   или   темно-синие,   поэтому   для   получения

прозрачных ювелирных камней их необходимо отжигать в течение нескольких часов в окислительной атмосфере при температуре 800— 1200° С- Однако даже после такой процедуры рутил не становится полностью бесцветным, а сохраняет бледный соломенно-желтый опенок. Потери кислорода в процессе роста були можно уменьшить использованием горелки с -гремя трубками, предложенной Леоном Меркером из «Нэйшнл лнд индастрис» в Амбое, Нью-Джерси. Так же как и при синтезе рубина, порошок рутила подается в поток кислорода через центральную трубку, однако вокруг нее для создания окислительной атмосферы поддерживается отдельный поток кислорода, что предотвращает тенденцию к восстановлению материала були водородом из промежуточной трубки. Наличие двух реакционных Зои увеличивает завихрения пламени, содействуя расширению зоны постоянных температур. Порошок окиси титана получают нагреванием аммоний-титанового сульфата, и он должен быть столь же тонким и сыпучим, как прн синтезе рубина или шпинели. Было установлено, что лучше использовать очень чувствительный к колебаниям бункер с приводом от вибратора, чем молоточек, предложенный Вернейлем. Вибрация делает поток порошка более равномерным и таким образом предотвращает периодическое охлаждение поверхности кристалла, что имеет место, когда шихта поступает порциями. Неравномерность подачи порошка ведет к появлению слоистой структуры, характерной для кристаллов, выращиваемых по методу Вернейля (сам Вернейль считал, что слоистая структура неизбежна). В отличие от первых аппаратов для плавления в пламени, в которых опускание кристаллов по мере их роста вы полн я лось вручную, сейчас это прои звод ится автоматически. Выполнены также и другие условия, необходимые для выращивания кристаллов хорошего качества: тщательно контролируется поток газа и выдерживается прямой ось растущего кристалла. Типичные кристаллы синтетического рутила имеют вес 20 г (100 карат).

В различных патентах |3] описывалось получение окрашенных кристаллов рутила. Сообщалось, что при добавлении пятиокиси ниобия (NboOs) в количестве 0т05%, окиси галлня (GasCb) или окиси алюминия (АЬО3) в количестве от 0,005 до 0,05% образуются почти бесцветные кристаллы рутила. С другой стороны, добавки окиси хрома (Сг^Оз) или пятиокиси ванадия (V2O5) в количестве около 1% окрашивают кристаллы в красный цвет. Окись кобальта (СоО) придает желтый цвет при низких концентрациях (0,005—0,05%), янтарный—-при концентрации 0,1% и красновато-янтарный, если концентрация увеличивается до 0,13%. Окись никеля (NiO) также дает желтую окраску при низких концентрациях, янтарную — при концентрациях 0,05—0,1% и темно-красную — при содержании 0,1—0,13%. Сообщалось, что введение в шнхту окисей молибдена, вольфрама, урана или бериллия, если их концентрация не превышает 0,005%, приводит к образованию голубого рутила. Увеличивая концентрации этих добавок до 1%, можно получить камни от голубых до темно-синих цветов, а при более высоких содержаниях—сине-черные рутилы.

Бесцветный рутил сохранил некоторую популярность, однако в кольцах его можно увидеть относительно редко. Один из недостатков этого материала кроме невысокой твердости заключается в трудности удаления желтоватой окраски. Точно не известно, почему рутил остается светло-соломенного цвета даже тогда, когда содержание в нем кислорода приближается к идеальному для ТЮт количеству. Такой цвет может быть обусловлен или присутствием очень небольшой остаточной примеси иона Ti +, или другими дефектами, которые называют центрами окраски.

В принципе выращивать прозрачные, бесцветные кристаллы рутила можно paciBOp-расплавным способом при температурах существенно ниже точки плавления. Действительно, во многих сообщениях о пыращивании кристаллов с использованием различных плавней говори-;юсь о синтезе бесцветного или почти бесцветного рутила. Недостаток же этого метода в том, что рутнл растет в виде игольчатых кристаллов, которые непригодны для огранки, хотя они могут найти другое применение. Наиболее крупные, выращенные этим методом кристаллы имеют размеры 10x3x3 мм [5], и хотя получают и более длинные кристаллы, они все равно имеют малый диаметр.