Спартак Ахметов - Беседы о геммологии

— Начали!

Первый лаборант придвигает к печке массивную изложницу (нечто вроде мелкого каменного корыта). Второй лаборант длинными щипцами снимает с печи крышку. Свыше тысячи кельвинов выплескиваются в комнату ярким светом и палящим жаром. Наступает решительная минута. Непонятно, как лаборанты извлекут из этого вулкана платиновый тигель с расплавом…

И в это мгновение экспериментатор, словно бабочка, подпархивает к огненному зеву и длинными щипцами выхватывает тигель. Кажется, что яростное пламя опалило тонкие крылышки и бабочка погибла. Зашипел, запенился расплав, подергиваясь тончайшей черной корочкой. А экспериментатор уже выбирает из него пинцетом округлые кристаллы и складывает в тигель. Затем тигель снова водворяется в печь, где кристаллы медленно охлаждаются. Их размеры достигают 3–5 сантиметров. Они чистые, прозрачные, сверкающие. Огранили такой камень и ахнули: он играл, словно бриллиант!

Казалось, новый метод хорош. Всего за месяц вырастают ювелирные кристаллы таких размеров, о которых Фуко и Мишель-Леви только мечтали. Но ученые стали привередами. Они выявили изъяны метода, которые не позволяли применить его при массовом выращивании кристаллов ИАГ.

Остался последний, изначальный метод кристаллизации — магматический. Тем более что необходимая аппаратура уже была.

Вначале попробовали применить метод Вернейля. К сожалению, для гранатов он не подошел. Монокристаллы росли некрасивыми, мутными из-за множества включений. При охлаждении они растрескивались. Тогда обратились к способу, который придумал чешский ученый Й. Чохральский в 1918 году. Он вводил в расплавленное вещество охлажденный затравочный кристалл и медленно вытягивал его. Расплав соприкасался с затравкой, охлаждался и застывал в виде кристалла, похожего на сосульку. Методом Чохральского были выращены довольно крупные кристаллы ИАГ. Но вот беда — для удержания расплава подходил только иридиевый тигель. А этот металл дороже и дефицитнее платины. Поиски продолжались.

Ученые чувствовали, что стоят на правильном пути. Рано или поздно крупные кристаллы граната вырастут именно из расплава, из искусственной магмы. Нужна только свежая идея…

Проницательный читатель понимает, что такая идея во благовремении появится — иначе не было бы смысла писать об ИАГ вообще. Тем не менее мы сделаем здесь интригующую паузу и вспомним тысячелетней давности спор между поэтом и ученым. Персидский поэт Мансур Муваррид ал-Фариси писал:

Бируни прокомментировал эти строки так: «Правда, все в мире способно перейти из одного состояния в другое. Но в данном случае это один из приемов, которым пользуются поэты для чрезмерного восхваления с помощью лжи». Другими словами, Бируни сомневался в возможности получения рубина из пепла.

Но солгал ли Мансур? Нет! Что такое оксиды алюминия и хрома, входящие в состав рубина? Это продукты сгорания соответствующих металлов в атмосфере кислорода. То есть не что иное, как пепел. Гранат тоже состоит из оксидов различных металлов. Следовательно, и из пепла возникают самоцветы.

…Между тем ожидаемая нами идея давным-давно была высказана. Искомый способ кристаллизации из расплава уже существовал. Его изобрели в конце 40-х годов советские ученые В. И. Лихтман и В. М. Масленников. Они получили монокристалл олова путем перемещения узкой расплавленной зоны вдоль образца. Способ был хорош тем, что в процессе роста кристалл становился чище, так как все вредные примеси оттеснялись к его концу.

После того как в 1952 году американец Дж. Пфанн более углубленно разработал теорию процесса зонной очистки, новый метод нашел широчайшее применение при выращивании кристаллов.

Промышленное производство кварцаначалось в 1958 году. В Северном Эндаворо (штат Массачусетс) был пущен опытный завод, который обеспечивал потребности радиоэлектронной промышленности. Кристаллы росли в автоклавах емкостью 45 литров с температурным перепадом 37 кельвинов. Скорость разрастания затравок составляла 2,5 миллиметра в сутки. В дальнейшем скорость немного снизили, а емкость автоклавов увеличили до 200 литров.

Через некоторое время уже несколько крупных фирм США занимались выращиванием кварца. Кристаллы широкого ассортимента синтезировала компания «Термо Дайнемикс». Выращивание вели в двухсотлитровых автоклавах в щелочной среде. В 1955 году эксперименты по синтезу кварца начала японская фирма «Тойоком». Через пять лет здесь был сконструирован автоклав емкостью 500 литров, а еще через несколько лет объем автоклава увеличился втрое. В городах Фукушима и Сагами были построены крупные заводы, оборудованные серийными автоклавами. В 1975 году фирма «Тойоком» организовала в ФРГ японо-германское коммерческое предприятие по производству синтетического кварца.

Таким образом дела на Западе обстояли хорошо. А у нас?

После разработки во ВНИИПе лабораторного процесса синтеза кварца можно было приступать к организации опытно-промышленного производства. Задерживало отсутствие емких сосудов, Было принято смелое решение: в качестве автоклавов использовали колонны аммиачного синтеза, рабочий объем которых достигал нескольких кубометров. Именно в них впервые получили сравнительно крупные партии кристаллов в одинаковых условиях. В 1958 году вступили в строй промышленные автоклавы емкостью 4000 литров, способные выдержать рабочую температуру 673 кельвина. Они были детищем конструкторской мысли ученых ВНИИПа, который в 1963 году был преобразован во Всесоюзный научно-исследовательский институт синтеза минерального сырья (ВНИИСИМС). Под этим названием он и поныне существует в г. Александрове Владимирской области.

Современные автоклавы представляют собой гигантские цилиндрические сосуды объемом 12 000 л. В них можно работать при температуре 773 кельвина и давлении до 280 мегапаскалей. Вес полученных высококачественных кристаллов кварца измеряется десятками килограммов. Успешно работают в институте М. И. Голиков, Л. А. Гордиенко, В. Е. Хаджи, Л. И. Цинобер. В 1965 году они стали лауреатами Ленинской премии.

В 70-х годах во ВНИИСИМСе интенсивно развивались исследования по получению окрашенных кристаллов кварца. Выращены аметист, дымчатый кварц, морион, цитрин. Эти кристаллы не уступают по качеству и устойчивости окраски лучшим природным образцам. Кроме того, получены окрашенные разновидности, не имеющие природных аналогов. В минералогическом музее ВНИИСИМСа экспонируются зеленые, медово-желтые, коричневые, голубые кристаллы. А рядом лежит большая золотая медаль Лейпцигской ярмарки 1972 года — знак международного признания работы советских ученых. В ноябре 1979 года газеты сообщили о новых лауреатах Государственной премии СССР. Среди них были и ученые ВНИИСИМСа: В. Е. Хаджи, Л. И. Цинобер, Ю. А. Белякова, М. И. Самойлович и другие. Премия присуждена за разработку и промышленное освоение методов синтеза и облагораживания камнесамоцветного сырья.