WikiSort.ru - Не сортированное

Метод Вернейля (также процесс Вернейля, названный по имени изобретателя) — способ выращивания монокристаллов с температурой плавления в пределах 1173-2773 К, использующийся для создания искусственных драгоценных камней, преимущественно синтетических рубинов и сапфиров.

Как рубин, так и сапфир состоят в основном из оксида алюминия Аl₂О₃, окраска порождается малыми примесями других оксидов металлов. По методу Вернейля, смесь оксидов расплавляется в огне водородно-кислородной горелки (печи Вернейля), получившиеся капли в процессе охлаждения образуют кристалл.

Изобретённая в самом начале XX века технология по-прежнему, лишь с небольшими изменениями, широко используется при производстве искусственных камней на основе корунда и шпинели.

История

Уже в 1817 году учёным удалось сплавить вместе два природных рубина, а в 1837 получить первые микроскопические рубины из оксида алюминия. В 1877 году Эдмон Фреми разработал эффективный метод коммерческого изготовления рубинов из расплава и создал первые камни ювелирного качества. Парижский химик Огюст Вернейль (англ.)русск. вначале работал вместе с Фреми, но затем самостоятельно разработал новый способ получения камней в пламени горелки. Вернейль вдохновлялся так называемыми «женевскими рубинами», которые в 1880 году продавались безвестным женевским торговцем. В настоящее время женевские рубины считаются первыми, изготовленными в пламени горелки, тем самым, кто-то открыл схожий метод за 20 лет до Вернейля. Осознание, что рекристаллизация позволяет выращивать большие камни и появление высокотемпературной водородной горелки привели Вернейля к изобретению «печи Вернейля», в которой мелкомолотая смесь чистого оксида алюминия и оксида хрома расплавлялась при температуре не менее 2000 °C и перекристаллизовывалась на расположенной под пламенем подставке, образуя большой кристалл. Вернейль объявил о своих результатах в 1902 году и опубликовал детали в 1904 году.

Лаборатория Вернейля превратилась в промышленное производство и уже в 1907 году произвела тонну рубинов в 30 печах. К 1910 году производство возросло до 3200 килограммов.

Существенное усовершенствование в процесс внёс С. К. Попов в СССР в 1932 году. В годы второй мировой войны европейские камни оказались недоступными, и США также развернули масштабное производство для военных нужд.

В 2000 году только фабрика в Монте (Швейцария) производила 250 тонн камней в год.

Технология

Шихта высокой чистоты (не менее 99,9995%) измельчается до частиц размером 1-20 мкм и засыпается в бункер с отверстиями на дне. Из вибрирующего бункера порошок просыпается в печь через отверстия, вместе с ним в печь подаётся кислород. Порция порошка и кислород идут по трубке, находящейся внутри другой трубки, по которой подаётся водород. В печи водород сгорает, расплавляя шихту. Расплав наращивает затравочный кристалл; по мере роста кристалла затравка опускается вниз, чтобы верхняя грань кристалла всегда оставалась на одном уровне, и вращается для равномерного роста и прогрева.

Кристалл растёт в форме вначале расширяющегося конуса, а затем цилиндра. Метод позволяет получить длинные кристаллы со скоростью несколько миллиметров в час, но требует согласовать расход шихты, подачу газов и скорость вращения кристалла. К преимуществам метода относятся:

• отсутствие флюсов и дорогостоящих тиглей;
• отсутствие необходимости точного контроля температуры при горении;
• возможность визуального контроля за ростом монокристалла.

К недостаткам относятся:

• появление внутренних напряжений в кристалле из-за высокой температуры процесса;
• нарушение стехиометрии состава из-за восстановления компонентов водородом и испарения летучих веществ.

Этот раздел статьи ещё не написан. Согласно замыслу одного или нескольких участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел. Вы можете помочь проекту, написав этот раздел. Эта отметка установлена 31 января 2017 года.

Литература

• Процесс Вернейля. // Научно-технический энциклопедический словарь.
• Вильке К.Т. Выращивание кристаллов, Л.: Недра. 1977, с.394.
• Nassau, K. (October 1969). “'Reconstructed' or 'Geneva' ruby”. Journal of Crystal Growth. 5 (5): 338—344. DOI:10.1016/0022-0248(69)90035-9.  (англ.)
• Harris, D. C. (September 2003). “A peek into the history of sapphire crystal growth”. Proceeding of SPIE. 5078: 1—11. DOI:10.1117/12.501428.  (англ.)
• Levin, I. H. (June 1913). “Synthesis of precious stones” (PDF). The Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 5 (6): 496—500.  (англ.)
• Scheel, H. J. (April 2000). “Historical aspects of crystal growth technology”. Journal of Crystal Growth. 211 (1—4): 1—12. DOI:10.1016/S0022-0248(99)00780-0.  (англ.)
• Imel, D. (May 2005). “What is the procedure by which synthetic rubies are produced?” (PDF). The Rock Collector. 105 (5): 6—8. Архивировано из оригинала (PDF) 2005-10-25.  (англ.)
• R. T. Liddicoat Jr., Gem, McGraw-Hill AccessScience, January 2002, Page 2.  (англ.)
• Hughes, R. W. Dangerous Curves: A Reexamination of Verneuil Synthetic Corundum (неопр.) (October 2005).  (англ.)

Ссылки

• Метод Вернейля. // Сайт juwelir.info

Это заготовка статьи о технике. Вы можете помочь проекту, дополнив её. Это примечание по возможности следует заменить более точным.