Granat de ytriu aluminiu. Pietre sintetice

Titanat de stronțiu (fabulit)

În comparație cu rutil, această piatră sintetică este mai potrivită pentru a înlocui diamantul Bijuterii. Este complet incolor, optic izotrop și are un indice de refracție (2,41) similar cu diamantul. Dispersia fabulitei (0,1 - 0,2) este mai mare, ceea ce asigură un joc frumos atunci când unghiul de incidență al razelor de lumină sau al luminii se modifică. Duritatea fabulitei este de 5,5 - 6,5, deci este indicat sa o folosesti pentru realizarea de cercei sau pandantive, si nu in inele, unde se va uza mai repede.

Sinteza titanatului de stronțiu se realizează după metoda binecunoscută a lui M. A. Verneuil.

După creștere, cristalele trebuie recoapte într-un curent de oxigen la temperatură scăzută. În străinătate, producția industrială de fabulită este realizată de compania National Ice and Co. (SUA). Fabulita nu este produsă în URSS.

Granat de ytriu aluminiu (YAG)

Oxidul de ytriu aluminiu (Y 3 A1 5 O 12) are structura unui granat și este mai des numit granat de ytriu aluminiu - YAG sau granat. Cu toate acestea, YAG este cultivat cel mai adesea folosind metoda Czochralski rezultate bune Metoda de cristalizare dintr-o topitură cu flux dă de asemenea. Condițiile pentru sinteza YAG sunt foarte asemănătoare cu condițiile pentru creșterea corindonului.

La început, granatul de ytriu-aluminiu a fost folosit doar în tehnologie; prin adăugarea unor lantanide (în special, neodim), au fost crescute cristale utilizate în tehnologia laser: în plus, cristalele YAG servesc ca substrat în sinteza granatelor ferimagnetice utilizate în tehnologia laser și în electronica radio.

ÎN anul trecut YAG este utilizat pe scară largă în bijuterii. Datorită adăugării de lantanide, a devenit posibilă obținerea de cristale culoare diferita- roșu, verde, galben, maro, etc., care nu se găsesc în natură. În străinătate, YAG este produs de o serie de companii; cele mai populare sunt grenadele din Linda (SUA).

În URSS, YAG este produs folosind metoda de cristalizare direcțională, care permite să crească cristale perfect regulate și pure.

Rodia artificială se formează când temperaturi mariîn vid înalt în aparate speciale. Planta produce granate deschise, roz, galbene și verzi. Timpul de sinteză este de aproximativ 4 zile. Se efectuează cercetări care vizează obținerea de cristale YAG de orice culoare - de la violet și lămâie până la albastru pur și liliac.

Niobat de litiu

Niobat de litiu - LiNbO 3 - este o piatră sintetică relativ moale (duritate de aproximativ 5,5 pe scara Mohs). Este interesant în primul rând pentru proprietățile sale optice, care au făcut posibilă utilizarea lui în tehnologia laser. Indicele său de refracție este de 2,2 -2,3, dispersia este mare de 0,12, ceea ce asigură un joc frumos al pietrei.

Cristalele sunt cultivate folosind metoda Czochralski. Prin adăugarea de oxizi ai metalelor din grupul de tranziție la topitură, se pot obține cristale de diferite culori: la adăugarea oxidului de crom - verde, oxid de fier - roșu, oxid de cobalt - albastru sau albastru. În URSS, niobatul de litiu nu este sintetizat.

Există mai multe tipuri de pietre sintetizate care nu se găsesc în natură. Aceste cristale au fost crescute accidental în timpul cercetărilor în domeniul fizicii stării solide. Unele dintre aceste cristale, după tăiere, au început să fie folosite în bijuterii.

Titanat de stronțiu

Unul dintre acestea este titanatul de stronțiu sintetic, care este cultivat într-un arzător Verneuil. Titanatul de stronțiu are compoziție chimică SrTiO3. Titanatul de stronțiu și perovskitul mineral (CaTiO3) sunt foarte asemănătoare în structura lor cubică și forma cristalină. Titanatul de stronțiu este izotrop, aproape incolor, are un indice de refracție în lumina sodiului de 2,410, o dispersie de 0,19 în intervalul de la B la G, o greutate specifică de 5,1 și o duritate de 6. Titanatul de stronțiu are și alte denumiri precum starilian, fabulite, diagem. Titanatul de stronțiu tăiat strălucitor este foarte asemănător cu diamantul, deși poate fi recunoscut cu ușurință chiar și după duritatea sa sau după greutatea sa specifică de 3,52 și nu are fluorescență în lumina ultravioletă. Datorită faptului că titanatul de stronțiu este ușor de distins de diamant, acesta nu a fost folosit în bijuterii.

Niobat de litiu

O altă substanță care nu apare în natură, dar care poate fi cultivată artificial este niobatul de litiu. Niobatul de sodiu a intrat pe piața americană de bijuterii sub numele de Linobat. Niobatul de litiu este cultivat în cea mai mare parte incolor, dar dacă se adaugă aditivi speciali, acesta poate dobândi o culoare variind de la roșu la violet. Niobatul de litiu are compoziția chimică LiNbO3. În ceea ce privește proprietățile sale chimice, este foarte aproape de proprietățile titanatului de stronțiu. Dar, spre deosebire de titanatul de stronțiu, această substanță crescută artificial nu este izotropă, ci uniaxială sau altfel trigonală. Niobatul de litiu are un indice de refracție al unui fascicul obișnuit în lumină de sodiu de 2,30 și un indice de refracție al unui fascicul neobișnuit de 2,21. Niobatul de litiu are o duritate de 5,5, greutate specifică de 4,64, dispersie de 0,120 în intervalul de la B la G, care este de 3 ori mai mare decât dispersia diamantului.

Fizicienii au sintetizat mai multe substanțe cu o structură foarte asemănătoare granatelor. Astfel de minerale nu se găsesc în natură. Aceste substanțe asemănătoare granatului au formula chimică X3AL3O12. Aceste substanțe sunt create într-un arzător Verneuil sau folosind metoda Czochralski, în care un mineral natural suspendat deasupra topiturii ca sămânță este coborât până atinge suprafața topiturii, iar apoi este ridicat și rotit. Din această cauză, cristalul se dovedește a fi mare și de formă cilindrică. Acest proces se mai numește și trefilare prin topire. Cele mai căutate dintre aceste substanțe sunt Yttrium Aluminium Garnet și Daimonair. De obicei, Yttrium Aluminium Garnet și Daimonair sunt făcute incolore, dar li se poate da o culoare diferită prin adăugarea unei impurități speciale. De exemplu, dacă adăugați crom, substanța va căpăta o culoare verde și va deveni asemănătoare cu demantoid. Puteți distinge o substanță sintetică de un demantoid după greutatea sa specifică, deoarece substanța are o greutate specifică de 4,6, în timp ce demantoidul este mult mai puțin.

Granatul de ytriu aluminiu (YAG) este un material optic potrivit pentru utilizarea în optica UV și IR. Produsele YAG pot fi utilizate ca elemente optice într-o regiune spectrală largă de la 250-5000 nm. Proprietățile mecanice și chimice ale YAG sunt apropiate de cele ale safirului, dar YAG nu este birefringent și prelucrarea lui este ceva mai simplă decât cea a safirului. YAG nu are linii de absorbție în regiunea de 2 - 3 µm, unde ochelarii tind de obicei să absoarbă foarte mult datorită legături puternice molecule de apă. Datorită rezistenței sale ridicate, pragului de rupere, indicelui de refracție și conductivității termice, YAG poate fi utilizat la temperaturi ridicate și în lasere de mare putere.

Folosim cristale de inalta calitate pentru optica noastra, crescute folosind metoda Czochralski si metoda orizontala la alegerea clientului. Compania noastra realizeaza lustruire cu laser YAG, producand ghidaje de lumina, prisme si oglinzi.

Granat de ytriu aluminiu dopat cu neodim (Y 3 A 15 O 12:Nd 3+)

Granat de ytriu aluminiudopat cu neodim ( Y 3 A 15 O 12:Nd 3+) este un cristal laser care este utilizat pe scară largă în scopuri industriale, medicale și științifice. Principalele sale avantaje sunt: ​​prag scăzut de generare, eficiență ridicată, pierderi reduse 1.064 µm, precum și calitate optică înaltă, conductivitate termică bună și rezistență la schimbările de temperatură, proprietăți chimice și mecanice stabile, ceea ce permite utilizarea Nd:YAG în toate tipurile de lasere cu stare solidă.

Specificațiile tijelor laser Nd:YAG

În plus, ARD-OPTIX oferă servicii de reparații
(relustruire și acoperire) elementelor laser ale clienților

Granat de ytriu aluminiu dopat cu erbiu (Er:Y3Al5O12 sau Er:YAG)

Granat de ytriu aluminiu dopat cu erbiu ( Er:Y 3 Al 5 O 12 sau Er:YAG) este un cristal laser care are avantaje mari atunci când este utilizat la lungimea de undă 2,94 µ . Er:YAG are calitate optică ridicată, eficiență ridicată, conductivitate termică bună, proprietăți chimice și mecanice stabile. Er:YAG este pompat pe o zonă largă 600 - 800 nm. Toate aceste proprietăți fac Er:YAG Un material excelent pentru lasere dentare și medicale.

Specificațiile tijelor laser Er:YAG

În plus, ARD-OPTIX oferă servicii de reparații
(relustruire și acoperire) elementelor laser ale clienților

Granat de ytriu aluminiu dopat cu iterbiu (Yb: Y3Al5O12 sau Yb:YAG)

Granat de ytriu-aluminiu dopat cu iterbiu (Yb: Y 3 Al 5 O 12 sau Yb:YAG) este unul dintre materialele active cu laser promițătoare și este mai convenabil pentru pomparea cu diode în comparație cu cele tradiționale Nd granate. Poate genera la o lungime de undă de 1,03µ când este pompat la 940 nm. Principalele avantaje ale Yb:YAG: bandă largă de absorbție, eficiență ridicată și emisie excelentă. Materialul laser Yb:YAG este utilizat pe scară largă în laserele industriale pentru tăierea și sudarea metalelor. Acest cristal este folosit și în tehnologiile electronice, optice și laser.

Specificația tijelor laser Yb:YAG

În plus, ARD-OPTIX oferă servicii de reparații
(relustruire și acoperire) elementelor laser ale clienților

Printre pietrele de bijuterii, un loc aparte îl ocupă pietre sintetice, care nu au analogi naturali. De multă vreme, tehnologiile de creștere a unor astfel de cristale au fost intens dezvoltate în țara noastră, deoarece sunt utilizate pe scară largă în scopuri științifice și tehnice, de exemplu, în tehnologia laser, unde puritatea și natura lipsită de defecte a cristalelor sunt deosebit de importante. . Aceste proprietăți, combinate cu capacitatea de a obține cristale de diferite culori, au atras atenția bijutierilor. În prezent, pietrele sintetice, care nu au analogi naturali, sunt utilizate pe scară largă în bijuterii, fie independent, fie ca imitații ale pietrelor naturale de bijuterii mai scumpe.

De departe cel mai popular pietre sintetice, care nu au analogi naturali, sunt

• zirconii cubici,
• granate de ytriu aluminiu (YAG),
• cuarț verde și albastru,
• sticlă,
• Cele mai puțin obișnuite includ granatul de gadoliniu galiu (GGG) și niobatul de litiu.

Granate de ytriu-aluminiuși alte câteva soiuri de granate sintetice au apărut la începutul anilor 60 și au câștigat o largă recunoaștere în industria bijuteriilor ca material de tăiere. Cele mai răspândite printre granate sintetice sunt ytriu-aluminiu (YAG) și gadoliniu-galiu (GGG). Cristalele YAG și în special GGG sunt utilizate pe scară largă în știință și tehnologie, iar aceasta este ceea ce a stimulat dezvoltarea muncii asupra sintezei și creșterii lor. Utilizarea granatelor sintetice ca pietre de bijuterii a fost facilitată de dezvoltarea unor metode rentabile pentru cultivarea lor - metode de cristalizare direcționată și topire în zonă.

Granatul de ytriu aluminiu este singurul granat sintetic care este încă folosit în bijuterii ca imitație de pietre prețioase. YAG-urile pure sunt incolore; introducerea de impurități face posibilă obținerea diferitelor culori, de exemplu, un amestec de crom - verde, cobalt - albastru, mangan - roșu, titan - galben. YAG incolor este folosit ca o imitație a diamantului, iar verdele este atât de asemănător cu demantoidul încât este aproape imposibil să-l distingem vizual.

Gadoliniu galiu granat este un material transparent, cu o nuanță maro slabă și un luciu foarte mare, și a avut la un moment dat un oarecare succes ca imitație de diamant. Proprietățile de diagnostic ale HGG sunt prezentate în tabel. Trebuie remarcat duritatea sa scăzută, care nu i-a permis să se răspândească pe scară largă ca material de bijuterii.

Printre caracteristicile interne ale granatelor sintetice, se observă adesea zonarea, gazele și incluziunile solide, blocarea și fracturarea. Diagnosticarea YAG și a altor granate sintetice nu prezintă dificultăți deosebite.

Recent, cel mai popular dintre toate materialele sintetice care imită diamantul este zirconiu cubic - oxid cubic de zirconiu stabilizat. Pentru prima dată, cristalele de zirconiu cubic au fost cultivate la mijlocul anilor ’60 în țara noastră la Institutul de Fizică care poartă numele. P.I. Lebedeva A.N. URSS (FIAN), după care au fost numite cristalele rezultate. Metoda de topire a scoicilor este utilizată în prezent pentru a crește cristale de zirconiu cubic. Deținând un set de proprietăți importante pentru utilizare în scopuri științifice și tehnice, zirconia cubică, totuși, foarte curând după dezvoltarea metodei de producere a acestora a început să fie folosită în industria de bijuterii. Acest lucru a fost facilitat în primul rând de frumusețea și asemănarea exterioară izbitoare a zirconiei tăiate incolor cu diamante, precum și de capacitatea acestora de a fi vopsite, odată cu introducerea de impurități cromoforice, în diferite culori strălucitoare. De exemplu, amestecul de europiu conferă zirconiei cubice o culoare roz, fier - gălbui, cobalt - violet închis, vanadiu - verde, cupru - galben și seria - roșu aprins. Recent, Rusia a dezvoltat o tehnologie pentru producerea de soiuri opace albe, roz și negre, care acționează ca imitație de perle, calcedonie neagră sau diamant negru. Astăzi, diagnosticarea zirconiei cubice nu prezintă dificultăți deosebite (proprietățile de diagnosticare includ densitatea, duritatea și fluorescența UV).

Zirconia cubica, împreună cu granate sintetice, sunt rivale demne de pietre naturale de bijuterii. În același timp, zirconia cubica, caracterizată prin indice de refracție și valori de dispersie mai ridicate, are o strălucire și un joc de lumină mai strălucitor decât, de exemplu, granate de ytriu-aluminiu.

Următorul cristal sintetic care nu are analogi naturali și este folosit în bijuterii este niobat de litiu, cunoscut și sub denumirea comercială „linobate”. Se cultivă prin metoda Czochralski, cristalele simple sunt extrase din topitura de niobat într-un creuzet de platină. Niobatul de litiu este birefringent, dar indicele său de refracție (vezi tabel) este apropiat de cel al diamantului. Datorită aspectului său „mătăsos”, datorită birefringenței destul de ridicate și durității scăzute, linobat este una dintre cele mai puțin valoroase imitații de diamant. Incolor în forma sa pură, niobatul de litiu poate fi colorat în verde printr-un amestec de crom, galben printr-un amestec de nichel, albastru printr-un amestec de cobalt și roșu printr-un amestec de fier feros. Datorită birefringenței sale ridicate, niobatul de litiu poate fi ușor confundat cu zircon, dar prin aceeași caracteristică poate fi ușor distins de diamant sau demantoid.

Diferiți ochelari artificiali au fost folosiți de mult timp ca imitații ale pietrelor naturale de bijuterii și continuă să fie utilizați pe scară largă în bijuterii. Denumirea „strasuri” găsită în literatură se referă și la sticlă. De menționat că există și o varietate de pahare naturale - moldavite, obsidian, lechatelierit etc.; mai jos vor fi descrise doar pahare obținute artificial și care nu au nicio legătură cu cele naturale. La culoare, sticla poate imita cu mare acuratețe majoritatea pietrelor de bijuterii, mai ales că pietrele cu un indice de refracție scăzut au de obicei un luciu vitros. Deși proprietățile ochelarilor pot varia mult, caracteristicile de diagnosticare fiabile au fost acum identificate pentru identificarea imitațiilor de sticlă. Cele mai importante sunt: ​​incluziuni de bule de gaz (uneori destul de mari), birefringență anormală (nu întotdeauna observată), fractură concoidală (sticla este destul de fragilă), indici de refracție și densitate (aceste constante pentru ochelari corespund rareori constantelor pietrelor simulate) , iar ochelarii conțin adesea așa-numitele straturi, care amintesc de zonarea curbată.

Printre pietre sintetice, care nu au analogi naturali, trebuie de asemenea remarcate albastru, cuarț verde și forsterit sintetic albastru. Deși cuarțul și forsteritul apar în natură, varietățile de culoare enumerate în combinație cu impuritățile și procesele care duc la apariția unei astfel de culori nu există în natură. Cuarțul sintetic este cultivat prin metoda hidrotermală. Pentru a obține o culoare albastră, în sistem se introduce un amestec de cobalt și se adaugă fier pentru a obține soiuri verzi și maro.

În scopuri experimentale, forsteritul care conține un amestec de cobalt a fost sintetizat în cantități mici. Odată cu introducerea chiar și a unei cantități mici din această impuritate, forsteritul sintetic capătă o culoare albastră și un puternic pleocroism în tonuri roșii, ceea ce îi permite să acționeze ca o imitație a tanzanitului (zoisit albastru, popular în străinătate).

Într-o oarecare măsură, la categoria descrisă bijuterii pietre sintetice Pot fi incluse și pietrele care au analogi naturali, dar pietrele naturale se găsesc sub forma celor mai mici indivizi, deci nu sunt folosite în bijuterii. Cea mai faimoasă dintre aceste pietre este moissanite, unul dintre cele mai puțin cunoscute este zincitul. Ambele au un indice de refracție ridicat. Moissanitul a fost folosit ca imitație de diamant din 1996, în timp ce zincitul este mai puțin comun, deoarece are duritate scăzută.

Produsele cu pietre sintetice, care nu au analogi naturali, ocupă o poziție stabilă pe piață în sectorul bijuteriilor ieftine accesibile unei game largi de consumatori. Proprietățile lor (cum ar fi culoarea, dispersia, duritatea) și indicatorii de înaltă calitate le permit să fie folosite cu succes ca imitații, de ex. ca alternativă la pietrele de bijuterii scumpe. În unele cazuri, aceste pietre arată chiar mai bine decât pietrele naturale; de ​​exemplu, zirconiu cubic incolor este superior unui diamant în „jocul” său și strălucirea în lumina serii. Deoarece tehnologiile de sinteză evoluează în mod constant, ne putem aștepta la apariția de noi materiale de bijuterii și de noi varietăți ale celor existente.

Masa. Proprietățile de diagnostic ale unor pietre sintetice care nu au analogi naturali.

Maxim Viktorov

Ksenia Rosenberg

Centrul Gemologic al Universității de Stat din Moscova

Unul dintre cele mai utilizate lasere cu stare solidă astăzi este un laser în care granatul de ytriu-aluminiu servește ca matrice și ionii ca activator. Denumirea acceptată pentru acest laser este

Laserul are un prag de excitație relativ scăzut și o conductivitate termică ridicată, ceea ce face posibilă generarea laserului la o rată mare de repetiție a impulsurilor, precum și laserul într-un mod continuu. Eficiența laserului este relativ mare; ajunge la câteva procente.

Principalele tranziții ale ionului de neodim în granat sunt prezentate în Fig. 1.16. Au loc tranziții între anumite particule atomice, care sunt descrise în figură ca „benzi de energie”. Fiecare „bandă” (fiecărui termen) corespunde unui grup de niveluri de energie relativ înguste rezultate din divizarea unui termen dat în câmpul electric al rețelei cristaline de granat (divizare Stark).

În timpul procesului de pompare, ionii de neodim trec din starea fundamentală corespunzătoare termenului în trei grupe de stări: A, B, C. Grupa A corespunde termenilor; grupa B - termeni și grupa B - termen. Aceste trei grupuri de stări. corespund la trei benzi din spectrul de absorbție al neodimului din granat,

prezentată în fig. 1.17, a (benzile A-, B- și, respectiv, C). Structura fină a benzilor de absorbție, clar vizibilă în figură, reflectă efectul divizării Stark a termenilor.

Termenul este „nivelul” superior de lucru. Ionii de neodim sunt iluminați, trecând de la acest „nivel” la niveluri corespunzătoare termice. Ponderea principală a energiei (60%) este afișată în tranziții; se obișnuiește să se ia în considerare nivelurile corespunzătoare termenului din Fig. este prezentat spectrul de luminescență al neodimului în granat pentru tranziții.Spectrul conține 7 linii; cele mai intense linii sunt 1,0615 și 1,0642 µm. În tabel 1.1 prezintă lungimile de undă pentru 18 linii de luminiscență, ținând cont de diferite tranziții 114]; datele au fost obținute la o temperatură de 300 K. Într-o vedere simplificată a laserului, poate fi utilizată o schemă de lucru pe patru niveluri; „nivel” principal - termen 4/9/2, „nivel” de lucru inferior - termen „nivel” de lucru superior - termen „nivel” de excitație - termeni și Rețineți că tranzițiile sunt interzise în aproximarea dipolului (interzise optic), deoarece cu astfel de tranziții numărul cuantic orbital al ionului de neodim se schimbă la 3; prin urmare, stările corespunzătoare termenilor - sunt metastabile.