В настоящее время на рынке широко представлены ювелирные изделия с синтетическими камнями. Объем их производства постоянно растет, одновременно совершенствуются и технология синтеза.

Среди искусственных камней, представленных сегодня на рынке, выделяются две группы:

1)Полные аналоги природных камней. Синтетическим аналогом ювелирного камня называется минерал или горная порода, которые по своему химическому составу, физическим и оптическим свойствам полностью соответствует природному камню (искусственно выращенный изумруд, корунд-рубин, сапфир);

2)Искусственные камни, полученные в лаборатории и не имеющие природных аналогов (

, ГГГ и др.). Такие камни представляют собой имитацию ювелирных камней.

Фианитовое сырье
Ограненные фианиты различных цветов

            Общие представления о методах выращивания кристаллов

            Существует ряд способов изготовления синтетических камней. Синтез ювелирных камней по методу М. Вернейля считается классическим и является первым промышленным методом выращивания корунда, шпинели и других синтетических камней. В мире ежегодно производится около 200 тонн синтетического корунда и шпинели.

            Метод Вернейля состоит в следующем. В печи особой конструкции при температуре 2000 градусов Цельсия плавится порошкообразный глинозем (оксид алюминия) с красящими добавками, служащий сырьем для получения  искусственного корунда. Для получения рубина к порошку окиси алюминия добавляют окись железа и титана, для синтеза александритоподобного корунда  — соли ванадия. Капельки расплава падают на небольшую подложку, где они застывают ( кристаллизируются) и постепенно формируют грушевидное образование — булю. Примерно за 4 часа вырастают були толщиной 1,5 см и высотой в несколько сантиметров

Второй распространенный метод выращивания синтетических кристаллов — метод Чохральского. Он заключается в следующем. Расплав вещества, из которого предполагается кристаллизовать камни, помещают в огнеупорный тигель из тугоплавкого металла и нагревают в высокочастотном редукторе. В расплав опускают затравку из материала будущих кристаллов,  и на ней наращивается синтетический материал.

Очень эффективен гидротермальный метод выращивания кристаллов драгоценных камней. Процесс осуществляется в автоклавах при температуре 300-900 градусов Цельсия. Автоклав заполняют раствором соответствующего материала. В нижней части автоклава температура более высокая.  Когда насыщенный раствор поднимается вверх и попадает в условия с пониженной температурой, вещество осаждается на затравку природного кристалла. Гидротермальный рост кристаллов из щелочных водных растворов при умеренно высоких температурах и давлениях является процессом, наиболее близким к природному. Так получают кварц, рубин, изумруд.

Метод зонной плавки впервые предложен отечественными специалистами в 1973 году, используется для выращивания фианита. Шихта плавится в высокочастотной печи с последующим медленным охлаждением.

В таблице ниже названы методы искусственного выращивания некоторых кристаллов, а также хронологическая последовательность появления синтетических драгоценных камней на мировом рынке.

Метод получения и год появления на мировом рынке синтетического камня

Наименование камня Метод получения Год появления на мировом рынке
рубин «Женевский» 1885
рубин Вернейля 1905
сапфир Вернейля 1910
шпинель Вернейля 1910
звездчатые рубин и сапфир Вернейля 1947
рутил Вернейля 1948
изумруд термодиффузии в расплаве 1950
кварц гидротермальный 1950
титанат стронция Вернейля 1955
изумруд гидротермальный 1965
гранатит Чохральского 1968
алмаз высокого давления 1970
бирюза из керамической массы 1972
александрит термодиффузии в расплаве 1973
опал коплексный метод 1974
цитрин гидротермальный 1974
аметист гидротермальный 1975
фианит метод высокочастотного давления тугоплавких окислов 1976
лазурит из керамической массы 1976
коралл из керамической массы 1976

Ювелирные камни, полученные в лабораторных или заводских условиях, например рубины, сапфиры, изумруды, по своим внешним признакам и физическим свойствам почти неотличимы от природных образований аналогичного состава. У тех и у других очень похожие окраски, одинаковые твердость и плотность, тождественный химический состав и показатели преломления. Так как синтетические камни характеризуются в основном такими же свойствами, как и их природные аналоги, небольшие отличия от природных камней обусловлены специфическими условиями их образования (кристаллизации). В природе кристаллы растут медленно под давлением из горячих водных растворов или из расплавленной магмы. Обязательным является также присутствие многих химических соединений, которые в определенных условиях вступают во взаимодействие, образуя ряд различных минералов. Поэтому при осмотре природного камня можно наблюдать мелкие включения других минералов, образовавшихся вместе с ним, или следы окружающей жидкости, в которой он формировался.

Синтетические камни выращивают в химически более «чистых» условиях. Характерные признаки синтетических камней во многом связаны с наличием газовых пузырей, остатков шихты или металлических пластинок от производственного оборудования. Исключение из этого правила составляют те случаи, когда кристаллы выращиваются на затравке из природного минерала с характерными для него включениями.

Различия в условиях образования минералов, используемых в ювелирных изделиях, и синтезе их аналогов отразились на некоторых особенностях их роста и внутреннего строения. Это проявилось в  характере распределения окраски (цветовая зональность)  и типах включений.

Линии роста и цветовая зональность. Изогнутые линии роста и криволинейную цветовую зональность обычно можно увидеть только в окрашенных корундах, выращенных методом Вернейля, и в полученной этим же методом красной шпинели. Их появление связано с прерывистым падением капель расплавленного оксида алюминия на верхнюю часть були и с большой летучестью окрашивающих оксидов по сравнению с оксидом алюминия.

Отсутствующую в корундах , выращенных методом Вернейля , прямолинейную цветовую зональность можно увидеть во многих природных камнях, включая кварц, рубин, сапфир и изумруд ( обычно она соответствует горизонтальным осям кристалла).

Типы включений. Наиболее полезной для идентификации  особенностью природных драгоценных камней  является наличие включений, так как они непосредственно связаны со средой минералообразования. Включения в природных драгоценных камнях можно разделить на три условные группы.

1. Протогенетические включения (уже существовавшие раньше, чем образовался кристалл). Они состоят из минералов ( иногда в виде хорошо ограненных мельчайших кристаллов), которые образовались до того, как  начал расти кристалл-хозяин. Сюда в корунде, кварце и изумруде, рутил в кварце.

2. Сингенетические включения (образовавшиеся одновременно с кристаллом). Они состоят из материала, который существовал одновременно с кристаллом – хозяином (могли расти из того же раствора, что и кристалл-хозяин). Они могут присутствовать в виде кристаллов, в виде захваченных жидких включений или в виде жидкости, попавшей в трещины, которые затем закрылись растущим кристаллом-хозяином ( так называемые «залеченные трещины»).Такие трещины обычно заполнены рассеянными группами отдельных жидких капель и хорошо видны в корунде, перидоте, шпинели, топазе. Если захваченное жидкое включение содержит газовый пузырек, или миниатюрный кристаллик, или то и другое, оно называется соответственно двухфазным или трехфазным.Двухфазные и трехфазные включения встречаются в изумрудах и топазах. Обычные кристаллические включения этого типа — иглы рутила в корунде и кварце, оливин в алмазе, шпинель и циркон в корунде.

Полости в кристалле-хозяине могут быть результатом перерыва в росте. В этом случае образовавшиеся пустоты часто имеют правильную форму и заполнены жидкостью или газом.

3. Эпигенетические включения ( возникшие после кристаллизации минерала-хозяина). Они появляются в результате перекристаллизации в трещинах инородных материалов, возникновения астеризма или радиационных изменений в кристаллической решетке.

Рыночные цены на искусственные камни

Синтетические камни представляют собой отдельный сегмент рынка ювелирных камней. Исторически синтез искусственных камней развивался во Франции, Швейцарии, Японии, США, СССР.  В последние годы Китай постоянно совершенствует технологии синтеза и увеличивает производство  синтетических камней.

Соотношение цен на природные камни и их искусственные аналоги сильно варьируется в зависимости от камня. Например, синтетические рубины могут быть дешевле природных в 1000 раз, изумруды в 10 раз, искусственные аметисты  и цитрины почти сравнялись по цене с природными. Большим спросом на рынке в последнее время пользуется муассонит.

              Рыночные цены на искусственные камни на российском рынке

Наименование камня Стоимость в сырье за грамм  ( руб.) Стоимость в ограненном виде за карат (долл. США)
рубин 1 -2 1 -2
сапфир 1 -2 3 -5
изумруд гидротермальный 120 10 -15
александрит 150 -180 10 -20
аметист 10 -15 1 -3
цитрин 10 -15 1 -4
1 -2 1 -3
гранатит 2 -3 1 -5
опал   3 -5
алмаз технический   40 -50
алмаз оранжево-желтый, розовый   1000-3000

                          Рыночные цены на муассонит в России ( Кр-57)

Диаметр, мм Цена , долл. США за штуку
3,00 25
3,30 35
4,00 65
4,50 90
5,00 150
5,50 250
6,00 250
6,50 340
7,00 470
8,00 830
9,00 1500
9,50 1900
10,50 3000

Идентификация имитаций ювелирных камней

В отличие от синтетических ювелирных камней, которые имеют такие же химический состав, кристаллическую структуру и физические свойства, как их природные аналоги, имитации должны обладать  только внешним сходством с соответствующими драгоценными камнями. Вследствие этого константы имитаций, как правило, сильно отличаются от констант натуральных камней.

Наиболее обычной недорогой имитацией природных ювелирных камней является стекло. Оно распознается по его некристаллическому строению, присутствию напряжений, низкой теплопроводности (теплое на ощупь), относительно низкой твердости (выражается в округленности и потертости ребер граней), наличию раковистого излома, неравномерному распределению цвета ( свили) и газовым пузырям.