2.6.2.Характеристика імітацій алмазу

Першими штучними діамантами слід вважати "алмази дю Тампаль", які були отримані при обробці скла в паризькій майстерні Г. Дарса (XVIII ст.). В історії відомі також "діаманти Страса", які були отримані Жоржем Фредериком Страсом. Вони виготовлялися з прозорої скляної маси, до складу якої входили оксиди свинцю. Пізніше на честь Страса їх назвали "стразами". Нині так називають імітації дорогоцінних каменів зі скла.

До імітацій, які отримані хімічним шляхом і використовуються в ювелірній промисловості як вставки та за своїми зовнішніми ознаками нагадують алмаз, відносять: ітрій-алюмінієвий гранат (ІАГ), ортоалюмінат ітрію, гадолій-галієвий гранат (ГГГ), стабілізовані кубічні оксиди цирконію - кубічний оксид цирконію (КSZ), (джеваліт), цирконій, фіаніт, а також лінобат, титанат стронцію (фабуліт), синтетичний рутил, синтетичний муассаніт ( тоізБапкс ). Основні властивості штучних імітацій наведено в табл. 4.5. У зв'язку з коливанням хімічного складу цих речовин у табл. 1 [ 8 ] наведені тільки середні значення. Діагностичні властивості природних імітацій наведено в табл. 2 [ 8 ]. Синтетичний рутил та синтетичний муассаніт відносять ще до синтетичних каменів, тому що в природі існують їх аналоги не ювелірної якості рутил та карбід кремнію.

> Ітрій - алюмінієвий гранат (ІАГ), - Y₃А1₅O₂. Назву дана речовина отримала тому, що кристалічне розташування атомів ІАГів нагадує природні гранати. За хімічним складом ІАГ -алюмінат ітрію, який за властивостями дуже схожий на алмаз, оскільки він ізотропний, має високу твердість та завдяки високому показнику заломлення сильну "гру світла". Проте ІАГ легко розпізнати завдяки тому, що крізь нього розглядаються предмети на відміну від алмазу (табл. 3) [ 8 ]. В промислових умовах кристалізація ІАГ здійснюється з розплавів методом Чохральського, спрямованою кристалізацією (методом зонного плавлення), та в меншому ступені з розчину в розплаві. ІАГи, що вирощені з розплаву, мають внутрішні дефекти у вигляді газових та твердих включень, відмічається шаруватість, блочність, наявність тріщин. Діагностика ІАГу не викликає великих труднощів. Масу розраховують за формулою Шарфенберга, а потім зважуванням на каратних вагах, отримують фактичну масу.

При порівнянні отриманих даних, визначаємо густину, яка надає можливість точно встановити імітацію. За даними Р. Вебстера, ІАГи, леговані рідкоземельними елементами, мають яскраву люмінесценцію при довгохвильовому ультрафіолетовому випромінюванні. ІАГи без домішок безкольорові. Введення домішок дозволяє отримати різноманітні кольори каменя, наприклад, домішка хрому надає зеленого кольору, кобальту - синього, марганцю - червоного, титану -жовтого. Безкольорові ІАГи використовуються як імітації алмазу, зелений схожий на демантоїд, його візуально відрізнити дуже важко.

• Ортоалюмінат ітрію та гадолій-галієвий гранат (ГГГ) промисловість сьогодні вже не випускає. ГГГ є прозорим кристалом зі слабким коричневим відтінком і дуже сильним блиском, але він має низьку твердість, що не дозволяє його використовувати для ювелірних вставок.

• Лінобат - LіNbO₃, виробляється винятково в США. Це, надто м'який матеріал, який на поверхні залишає глибокі подряпини. Внаслідок "шовковистого" вигляду, що обумовлено досить високим подвійним заломленням і низькою твердістю, він є однією з найменш цінних імітацій діаманта. Кольорових відтінків йому надають домішки хрому, нікелю, кобальту, заліза. Внаслідок високого подвійного заломлення лінобат літію може бути прийнятим за циркон, але за цією ж ознакою його легко відрізнити від алмазу та демантоїду.

• Титанат стронцію (фабуліт) - SrNiO₃. Кристали фабуліту вперше отримані в США в 1953 р. Відмічаються високі оптичні характеристики: повний збіг показника заломлення з алмазом, висока дисперсія, в 4 рази вища за діамантову, яскрава "гра світла". При перегляді крізь площинку ограненого фабуліту предмета не видно.

Внаслідок низької твердості (6), ребра ограненого фабуліту трохи закруглені.

На відміну від алмазу фабуліт у рентгенівських променях майже непрозорий. Отримують методом Вернейля.

> Синтетичний рутил - це стабілізований оксид титану, характеризується винятково високим показником подвійного заломлення (+0,287) та екстремальною дисперсією (- 0,330), яка в 6 разів перевищує дисперсію діаманта і обумовлює сильний перелив кольорів. Крізь площинку рутилу предмета не видно, але його поверхня відрізняється жирним блиском внаслідок великого подвійного заломлення, тоді як в діаманті грані тверді та чисті.

Яскрава "гра кольорів" каменя та невелика твердість (6) нагадують дешеву скляну біжутерію. Для його вирощування використовують метод Вернейля. Одним з самих великих недоліків, внаслідок чого він має обмежене використовування, -жовтий відтінок.

> Стабілізовані кубічні оксиди цирконію: KSZ, джеваліт, цирконій, фіаніт. Основні властивості наведені в табл. 4.5 (див. с. 142). Наразі найбільш популярний із всіх синтетичних матеріалів, що імітує алмаз, є фіаніт. Вперше кристали фіаніту були вирощені в середині 60-х р. у Фізичному інституті ім. П.І. Лебедєва АН СРСР (ФІАН). Для вирощування кристалів фіаніту використовують метод гарнісажного плавлення. При введенні хромофорних домішок фіаніт забарвлюється в різноманітні кольори. Наприклад, домішка європію надає фіаніту рожевого кольору, заліза - жовтуватого, кобальту -темно-лілового, ванадію - зеленого, міді - жовтого, ітрію -яскраво-червоного. Сьогодні в Росії розроблена технологія отримання непрозорих білих, рожевих, чорних різновидів фіаніту, які використовуються як імітації перлів, чорного халцедону, чорного алмазу. Стабілізовані кубічні оксиди цирконію мають показник заломлення близький до алмазу (1,17-2,18) , тому візуально важко розрізнити ці мінерали. Найбільш надійний метод розпізнання за тією властивістю, що алмаз надзвичайно прозорий у рентгенівських променях порівняно з імітаціями цирконію. Якщо є можливість дослідити дорогоцінний камінь окремо, то, використовуючи формулу Шарфенберга та враховуючи видимість смуги крізь площинку, отримаємо потрібні докази для встановлення істини.

Різні назви оксиду цирконію пов'язані із незначними змінами в хімічному складі та країнами, які їх виробляють. Високий показник заломлення, більш висока, ніж в алмазу, дисперсія - 0,06, твердість - 8,5 у поєднанні з прозорістю та відсутністю кольору забезпечують йому 1 місце в ряду імітацій алмазу.

> Синтетичний муассаніт - прозора, безкольорова штучна імітація алмазу, має майже однакову з алмазом густину, подібну твердість та більшу дисперсію.

Спочатку муассаніт було синтезовано, а потім відкрито в природі та детально вивчено. Монокристалічний напівпровідниковий і ювелірний карбід кремнію вирощується за методом сублімації. Найбільш розповсюдженим типом включень, що дозволяє відрізнити ограновані вставки муассаніту від алмазу, є наявність ниткоподібних порожніх світлих каналів росту, що вкриті всередині борошняним нальотом. Трапляються комбіновані включення типу мінерал плюс канал росту. Муассаніт має характерний спектр поглинання в фіолетовій частині спектра (420-430 нм) і смугами з максимумами близько 480 і 840-870 нм. У пофарбованих різновидах муассаніту є додаткові піки поглинання. Муассаніт внаслідок його анізотропності та високої дисперсії характеризується роздвоєнням ребер огранованої вставки, чим і відрізняється від діаманта.

Як імітації природних каменів здавна використовувалося різне штучне скло - "стрази". Найбільш важливими ідентифікаційними ознаками скла є - включення газових пухирців, аномальне подвійне заломлення, раковинноподібний злам, показник заломлення та густина, включення у вигляді "свілі".

Як імітації діамантів використовуються різні за своїми властивостями штучні та синтетичні камені, що передбачає різні способи їх ідентифікації. Але найбільш точними методами діагностики є визначення густини, яку отримуємо за формулою Шарфенберга, порівнюючи фактичну та розрахункову масу, і перевірка видимості смуги через площинку каменя.

Ці камені ідентифікуються й за теплопровідністю, а в разі необхідності і відбивною здатністю. Для визначення цих показників використовуються різноманітні моделі діамантових індикаторів.

До імітацій діаманта можливо віднести безкольорові природні дорогоцінні камені, такі як лейкосапфір, фенакіт, данбурит, топаз, цирком, кольорові камені - сфен, демантоїд, а також штучне скло. Показники властивостей та методи їх діагностики наведені у табл. 2

Камені з показниками заломлення нижчими ніж 1,8, ідентифікуються шляхом визначення їх оптичного характеру та величини показника заломлення на рефрактометрі. Вивчення особливостей їх структури та будови здійснюється за допомогою мікроскопа.

Tаблиця 1

Властивості алмазу та імітацій

Матеріал		Хімічна формула	Показник заломлення	Пок. подвій-ного заломл.	Дисперсія	Питома вага	Твердість
Алмаз		С	2,417	Опт. ізотропний	0,044	3,52	10
Алюмінат ітрію (ІАГ)		Y3А15О2	1,83	Опт. ізотропний	0,028	4,57 (4,55-6,65)	8
Ортоалюмінат ітрію		YA1О3	Nх= 1,938 Nу =1,955	- 0,017	0,033	5,35	8,5
ГГГ ("Gаllіаnt")		Сd3Са5О12	2,03	Опт. ізотропний	0,038	7,05	6,5
"Лінобат"		LiNbО3	No = 2,21 Nе = 2,30	+ 0,090	0,130	4,65	5,5
Титанат стронцію ("Фабуліт")		SrТіОз	2,41	Опт. ізотропний	0,190	5,13	6
Синтетичний рутил		ТіО2	No = 2,62 Nе = 2,90	+ 0,287	0,330	4,25	6
Синтетичний муассаніт		SіС	No = 2,648 Nе = 2,691	+ 0,043	0,104	3,22	9 1/4
Стабілізовані кубічні оксиди цирконію:
"КSZ" "Джеваліт"	ZrО2+13 -17%СаО		2,177 (+ _0,005)	Опт. ізотропний	0,050-0,060	5,6-5,7	8,5
"Цирконій" "Фіаніт"	ZrО2+10- 35%Y2О3		2,176(коло 10% Y2О3) 2,088 (коло 17% Y2О3)	Опт. ізотропний	0,050-0,060	5,5-5,9	8,5

Таблиця 2

Діагностичні властивості алмазу та його природних імітацій

№ пор	Назва	Хім. формула	Оптичний хар-р величина подвійного заломлення	Показник заломлення	Дисперсія	Твердість	Густина	Спосіб ідентифікації
1.	Алмаз	С	Оптично ізотропний	2,417	0,044	10	3,52	-II-II-
2.	Циркон	ZrSіО4	Анізотропний, 0,059	2,030	0,022	7-7,5	-4,5	Каратні терези, леверидж "Duоtеstег"
3.	Лейкосапфір	А12О3	Анізотропний, 00,008	1,762-1,770	0,011	9	3,99	Рефрактометр, мікроскоп
4.	Фенакіт	Ве2SіO4	Анізотропний, 0,016	1,654-1,670	0,009	7.5-8	2,95	Рефрактометр
5.	Данбурит	СаВ2Sі2O8	Анізотропний, 0,006	1,630-1,636	0,009	7	3,00	Рефрактометр
6.	Топаз	А12F2SіО4	Анізотропний, 0,010	1,610-1,620	0,008	8	3,53	Рефрактометр
7.	Турмалінахроїт	Nа (Мg,Fе)3 (А1, Fе)6 * *[ВО3]3[Si6 О18] (ОН)4	Анізотропний, 0,020	1,614-1,634	0,017	7-7,5	3,15	Рефрактометр
8.	Берил безкольоровий	Ве3А12 [Si6О18]	Анізотропний, 0,034	1,566-1,600	0,014	7,5-8	2,7	Рефрактометр
9.	Гірський кришталь	SіО2	Анізотропний, 0,009	1,544-1,553	0,013	7	2,65	Рефрактометр

Таблиця 3

Діагностичні ознаки для виявлення виду імітацій діаманта (добрі пропорції)

Показники	Діамант	KSZ	ІАГ	Фабуліт	Циркон	Синтетичний рутил	ГГГ	Синтетичний муассаніт
Густина	3,52	5,5 – 5,9	4,57	5,13	≈ 4,5	4,25	7,05	3,22
Вид дисперсії	Нормальна	--"--	--"--	--"--	Висока дисперсія	Висока дисперсія	Нормальна	Висока дисперсія
Показник на рефрактометрі	На рефрактометрі показники заломлення відсутні
Наявність видимої смуги	-			-		-		-
Підрахунки густини за формулою Шарфенберга M=Д^2* H * K