Изготовление искусственного камня в домашних условиях

Драгоценные камни используются не только для создания украшений. Их приобретение — популярный способ инвестировать заработанные средства. Цена на алмазы, сапфиры, изумруды и рубины остается стабильно высокой, а сами камни могут храниться многие годы и передаваться по наследству. Чтобы сделать драгоценности более доступными, ученые разрабатывают и совершенствуют технологии получения синтетических ювелирных камней. Некоторые любители драгоценностей тоже ищут способы, позволяющие вырастить алмаз и другие кристаллы в домашних условиях.

Технологии производства драгоценных камней

Первые попытки изготовления искусственных самоцветов относятся к 4000 г. до н. э. Это были бусины, покрытые синей эмалью, имитирующие лазурит. Позже аналоги драгоценных камней изготавливались из цветного стекла, потом — из пластика. Первый эксперимент, в результате которого ученым удалось вырастить минерал, относится к XIX веку. В своей лаборатории француз Марк Годен получил небольшие кристаллы рубина, пытаясь воспроизвести природные процессы кристаллизации.

Современным ученым доступны все знания предшественников, точные приборы и установки, способные создавать очень высокую температуру и давление. Химики и физики практикуют много методов для производства синтезированных камней, в том числе алмазов. Основой для их получения могут быть:

• расплавы;
• растворы;
• газовые среды.

Соответственно, кристалл можно вырастить как преобразованием исходного твердого вещества, так и созданием образца из жидкой или газообразной фазы.

Одной из самых сложных технологий является получение алмаза. Разработка методов его синтеза отталкивалась от того, что бриллиант имеет тот же состав, что и графит. Но заставить одно вещество превратиться в другое непросто. Чтобы сделать алмаз, потребуется температура 1600 ℃ и выше и давление около 110 000 атмосфер. Существуют непроверенные народные методы получения алмаза из графита в домашних условиях с использованием электричества или взрывчатых веществ, но вероятность их успешного применения стремится к нулю.

Чтобы добиться от полученного алмаза ювелирного качества, потребуется еще более сложная промышленная методика, особенности которой производители не раскрывают.

Впервые камни ювелирного качества были получены в 1970 году в Америке

Наиболее безопасный способ, который можно опробовать, чтобы вырастить алмаз вне лаборатории, требует применения следующих компонентов и приспособлений:

• грифель из карандаша;
• провод;
• жидкий азот или вода;
• источник напряжения.

Каждый из концов кусочка графита нужно обмотать проводом и заморозить грифель в жидком азоте. Если жидкого азота нет, можно поместить заготовку в емкость с водой и заморозить. Следующий шаг — соединить концы провода с источником напряжения и провести через грифель ток. В результате графит должен превратиться в алмаз, то есть приобрести его твердость.

Изготовление искусственного изумруда

Чтобы сделать искусственный изумруд в домашних условиях, следует воспользоваться гидротермальным способом выращивания этого камня. Этот метод потребует купить соответствующее оборудование – автоклав, который в состоянии выдержать большие температуры и давление. Здесь, как и в случае с агрегатом для выращивания рубинов, необходимо обратиться к специалистам – в любом случае, автоклав высокого давления необходимо покупать правильно спроектированный и изготовленный в промышленных условиях.

Сам процесс роста кристаллов изумруда происходит следующим образом:

1. Автоклав постепенно нагревается.
2. В горячем отсеке растворяется дробленый берилл, который используется в качестве затравки. Процесс происходит в водной среде с добавлением ванадия и хрома, предающих природную окраску будущему камню.
3. Как только температура достигает 600 C, а давление 1,5 Кбар, растворившийся в горячем отсеке дробленый берилл переносится в холодную зону автоклава, где оседает слой за слоем на затравках, образуя искусственный изумруд.

Технология изготовления занимает четыре недели. Размеры искусственного изумруда, полученного таким способом, ограничены объемом автоклава. Не смотря на дорогостоящий процесс производства, окупаемость невероятно высокая! К тому же, используя этот метод, можно вырастить бериллы и сапфиры разнообразных оттенков, а также аквамарин и рубин.

Факт! Мировое сообщество торговцев драгоценными камнями ставит искусственный изумруд, изготовленный гидротермальным способом, в один ряд с природными аналогами!

Органические соли

Чтобы синтезировать кристаллы из растворов, в качестве основы используются органические соли. Из этих веществ, называемых квасцами, Марк Годен получил кристаллы рубина. Для этого он сплавил сульфат калия и алюминия с хроматом калия.

Используя некоторые из веществ, любители химии выращивают кристаллы самостоятельно. Например, в домашних условиях получают красивые ярко-синие кристаллические образования из медного купороса. Кроме того, для самостоятельного выращивания минералов различных цветов можно использовать:

• хлорид калия;
• железный купорос;
• сульфат никеля;
• алюмокалиевые квасцы;
• соль Мора;
• калиевую селитру и некоторые другие.

Выбирая подходящий реагент, учитывают, что он должен отвечать таким требованиям:

• растворяться в воде или другом растворителе;
• быть стабильным к повышению температуры;
• не представлять опасности для здоровья при правильном использовании.

Методика выращивания кристаллов из органических солей основана на приготовлении перенасыщенных растворов с последующей кристаллизацией в открытой емкости. Процесс получения красивого «камня» занимает не один месяц и состоит из нескольких ключевых шагов.

Приготовление маточного раствора

Этот этап включает ряд действий:

1. В термостойкий стакан объемом 1 л налить 700–800 мл достаточно горячей воды, температура которой равна 50 ℃.
2. Постепенно — по 1 столовой ложке — добавлять выбранное вещество и перемешивать состав до полного растворения порошка.
3. Когда раствор станет насыщенным, то есть вещество перестанет растворяться, добавить еще 2 столовые ложки и оставить на 24 часа.
4. Чтобы в жидкость не попали посторонние частички пыли, емкость можно накрыть листом фильтровальной бумаги.

Получение затравки

Включает в себя несколько шагов:

1. Для начала понадобится перелить полученную жидкость в термостойкую колбу, пропуская ее через фильтр, и добавить 1 чайную ложку вещества, в качестве которого могут выступать выпавшие в первоначальном растворе кристаллы.
2. Чтобы вещество растворилось, рекомендуют нагревать емкость на водяной бане при температуре не выше 60–70 ℃.
3. Чистую емкость ополоснуть кипятком, чтобы она нагрелась до той же температуры, что и раствор, и перелить жидкость в посуду.
4. Обернуть емкость тканью, например, полотенцем, накрыть фильтровальной бумагой и дать остыть.
5. Когда состав станет прохладным, на дне и стенках стакана образуются небольшие кристаллы, из них надо выбрать один, который и станет основой будущей «драгоценности».

Получение камня

Выращивание монокристалла будет производиться из полученной затравки:

1. Понравившийся образец надо плотно обмотать ниткой или леской.
2. Другой конец нити можно намотать на палочку или карандаш, которые будут служить опорой.
3. Опустить затравку в стакан с раствором комнатной температуры.
4. Кристалл растет постепенно, в течение этого периода его нельзя вытаскивать или поворачивать. Если жидкость будет испаряться, обнажая «камень», потребуется долить раствор.
5. После того как кристалл достигнет желаемых размеров, его следует аккуратно достать и положить на салфетку.

Иногда выращенные образцы подвержены выветриванию, то есть разрушаются при испарении кристаллизационной жидкости и превращаются в порошок. Сохранить их можно в парафине или под слоем растительного масла.

Некоторые специалисты рекомендуют покрывать поверхность кристалла 2 слоями бесцветного лака

Метод Огюста Вернейля

В конце XVIII — начале XIX века году ученый из Франции Огюст Вернейль разработал новый метод получения искусственных рубинов, называемый также «плавление в пламени». Этот способ обозначил начало этапа промышленного синтеза драгоценных камней. Их стали использовать не только в ювелирном деле, но и в производстве часов, измерительных приборов и для других технических целей.

Вернейль сконструировал и испробовал конструкцию, состоящую из кислородно-водородной горелки, дозатора порошка, из которого будет синтезироваться самоцвет, и керамического основания. В такой печи за 3–4 часа можно вырастить кристалл длиной 40–50 мм. В зависимости от химического состава порошка получают камни различных цветов, а также их звездчатые разновидности.

Однако вырастить с помощью этой методики бриллиант в домашних условиях не получится — таким образом синтезируют, как правило, корунды (рубины и сапфиры), шпинель. В устройстве Вернейля получают синтетические титанит стронция и рутил, которые по блеску могут соперничать с бриллиантами, однако обладают меньшей твердостью. Качественными имитациями алмазов также являются гранатиты, ниобат лития и фианит.

Как вырастить кристаллы рубинов синтетически?

Выращивание кристаллов рубина может даже стать вариантом домашнего бизнеса. Ведь красивые синтетические камни уже сегодня пользуются большим спросом среди покупателей, поэтому в случае успешной реализации проекта могут принести вам неплохую прибыль. Синтетически выращенные камни используются ювелирами, а также имеют широкое применение в технике.

Кристаллы рубина можно выращивать по стандартной методике, подобрав правильные соли. Но это будет не столь эффективно, как в случае с солью или сахаром, при этом намного дольше по длительности является процесс роста. Да и качество будет сомнительное. Ведь натуральный рубин по шкале твердости Моосу уступает только Алмазу занимая почетное 9-е место. Естественно, если речь идет о бизнесе, в большинстве случаев используют другой способ, разработанный более 100 лет назад во Франции.

Аппарат для работ на дому

Чтобы освоить выращивание драгоценных камней в домашних условиях, потребуется собрать аппарат, используя образец Вернейля, или приобрести готовый. Устройство должно включать в себя:

• механизм, обеспечивающий постепенное поступление вещества в бункер и потом в горелку;
• муфель;
• катетометр;
• 2 отдельные системы подачи кислорода и водорода;
• кристаллодержатель и механизм его опускания.

В зависимости от выбранного вещества можно вырастить камни различной окраски:

• оксид кобальта — синие и зеленые;
• оксид железа — розовые;
• оксид ванадия — зеленые и серые.

Потребляемая мощность прибора составляет около 3 кВт. Для производства синтетического рубина весом 5–6 г потребуется примерно 3 часа, 0,2 г окиси хрома и 6 г порошка окиси алюминия.

Экономические расчёты

Домашние технологии всегда дешевле. Можно рассчитать стоимость всех компонентов, затрат, и определить примерную стоимость получаемых образцов. Что берут в расчёт рубина:

• стоимость частей прибора;
• затраты на электроэнергию;
• цена на приобретение порошков для основы кристалла.

Даже примерные расчёты покажут выгоду. Стоимость всех составляющих не составит и 500 рублей. За такие деньги сложно купить ювелирное изделие из рубина красивого вида и отличного качества. Процесс не должен пугать домашних экспериментаторов и законностью. Регулируются государством природные минералы, синтетические под действие документов не попадают. Если принято решение открыть небольшое производство, его следует зарегистрировать в установленном порядке. Душа будет на месте, работа принесёт только удовлетворение.

Драгоценный камень, созданный самостоятельно, станет гордостью. Умелец постепенно научится менять оттенки рубинов. Следующим шагом будет творческая работа над полученными образцами, преобразование их предметы дизайна интерьера и оригинальные украшения.

Как выращивать алмазы в домашних условиях

Выращивание «аналогов» алмазов можно организовать, используя доступные на любой кухне сахар или соль. Для начала эксперимента потребуются:

• дистиллированная или кипяченая чистая вода;
• соль;
• нитка или леска;
• карандаш.

Процесс состоит из следующих шагов:

1. Создать перенасыщенный раствор: в воду комнатной температуры постепенно добавлять соль и перемешивать ее до тех пор, пока крупицы не перестанут растворяться.
2. Нить намотать на карандаш так, чтобы конец ее не доходил до дна емкости. Опустить нить в жидкость.
3. Через несколько дней нить покроется кристалликами. Надо выбрать самый крупный образец, прикрепить его к новой нити и опустить в профильтрованный раствор.
4. Постепенно «алмаз» будет увеличиваться. Если вода перестанет покрывать алмаз, надо сделать перенасыщенный раствор и долить его в емкость с образцом.

Если добавить в раствор пищевые красители, можно будет вырастить разноцветные кристаллы. Поскольку все используемые в эксперименте вещества не представляют угрозы здоровью, выращивать алмаз из соляного или сахарного раствора можно вместе с детьми.

Советы для домашних экспериментов

Чтобы повысить вероятность успешного создания алмаза своими руками, потребуется соблюдать некоторые рекомендации:

• брать дистиллированную воду — в жидкости не должно быть примесей;
• при работе с химическими веществами надо использовать перчатки и специальную посуду;
• лабораторный фильтр можно заменить марлей, ватой или бумагой;
• вода для раствора должна быть теплой, но не очень горячей;
• в комнате, где будет стоять емкость, должна поддерживаться постоянная температура, без резких перепадов, иначе кристалл вырастет быстро, но будет хрупким;
• при добавлении нового раствора его температура и температура основного должны быть одинаковыми;
• при выращивании прозрачных кристаллов не стоит торопиться — при ускоренном росте они становятся мутными.

Синтетические ювелирные камни обладают всеми достоинствами природных аналогов. Более того, полученные в лаборатории алмазы имеют даже большую твердость и чистоту. Пока ученые не придумали недорогие и доступные каждому способы получения самоцветов в домашних условиях, поэтому любители драгоценностей могут вырастить красивые разноцветные кристаллы из растворов соли или сахара и создать из них собственную коллекцию.

Автоклав

Для изготовления других драгоценных камней, например, изумруда, потребуется способ выращивания, подразумевающий помещение сырья в воду. Для этого необходимо приобрести специальный прибор автоклав, а также берилл, ванадий и хром. Преимущество аппарата в том, что он может выдерживать высокие давления и температуры. Процесс производства следующий:

1. Нагревание аппарата.
2. Помещение измельчённого берилла, воды и дополнительных элементов в горячий отсек автоклава.
3. При достижении 600°C растопленный берилл перемещается в холодный отсек, где и оседает на дне, образуя изумруд.

Примерные сроки изготовления — четыре недели. И хотя прибор и материалы довольно дорогостоящие, итоговая прибыль будет очень высокой.

С помощью автоклава можно выращивать не только изумруды, но и другие драгоценности.

Экспериментируя, не стоит забывать, что работа идёт с химическими реактивами, которые могут быть опасны. Не стоит использовать препараты без инструкций или помощи специалистов. И конечно, при работе с химическими элементами необходимо носить защиту. Результат того сто́ит — домашних кристаллов не уступают купленным по красоте.