Синтетический аметист

Cтраница 2

Как упоминалось, аномальный плеохроизм в наиболее яркой форме присущ природным аметистам, для которых он был впервые описан еще в 1854 г. Этот же эффект наблюдается и у синтетических аметистов, относительно недавно полученных гидротермальным методом в системе S1O2 - Н2О - К2СОз с примесью Fe. Эффект аномального плеохроизма дымчатой окраски в пирамидах г кристаллов синтетического кварца был обнаружен Л. И. Цинобером в 1961 г. В том же году А. В. Шубников опубликовал работу о симметрия и физических свойствах пирамид роста. [16]

В кристаллах кварца бурого цвета всегда наблюдается спектр: ЭПР ионов Fe3, которые характеризуются гораздо меньшими на -; чальными расщеплениями, чем ионы Fe3, изоморфно замещаю - 1 щие Si4 в кристаллах природных и синтетических аметистов. В буром кварце интенсивность линий ЭПР Fe3 при медленном нагреве до 400 - 450 С и осторожном охлаждении убывает незначительно, тогда как бурый цвет образцов при этом переходит в зеленоватый. Высокотемпературный отжиг ( при 600 - 700 С): приводит к помутнению бурых и зеленых кристаллов; при этом, по данным ЭПР, интерстициальные Ре3 - центры разрушаются практически полностью. В зеленых ( выращенных) кристаллах; наблюдается аналогичный спектр ЭПР Fe3 несколько меньшей интенсивности, чем в бурых слоях из тех же кристаллов. Зеленая окраска отличается от бурой повышенным поглощением в области 700 - 1100 нм, где отчетливо выявляются полосы поглощения в области 740 и 960 нм при почти полном отсутствии дихроизма. Как уже отмечалось, при нагревании бурых кристаллов до температуры 450 С происходит необратимое изменение окраски кварца, которая переходит в зеленую, аналогичную во всех отношениях зеленой окраске, получаемой непосредственно при выращивании. [17]

Значительные градиенты концентрации структурной примеси железа отмечаются и в нетрещиноватых кристаллах аметиста различного происхождения. Синтетические аметисты характеризуются неоднородным зональным распределением структурного железа. В пределах слоя концентрация этой примеси также скачкообразно может изменяться благодаря интенсивному развитию дофинейских двойников. Природные кристаллы кварца, особенно аметисты, постоянно проявляют секториальное распределение примесей, в частности, центров аметистовой окраски, которые сосредоточены главным образом в пирамидах роста R. Подавляющая масса товарных г-кристаллов аметиста выращивается на затравках, полученных при распиловке кристаллов пьезокварца, образованных, как известно, материалом пирамиды пинакоида, свободным от структурного алюминия и железа. [18]

Внешняя морфология кристаллов кварца, выращиваемых в калиевой системе, весьма сходна; некоторые наблюдаемые отличия несущественны. Форма кристаллов синтетического аметиста определяется формой R - и г-затравочных пластин, на которых они наращиваются, отношением скоростей роста основных граней и длительностью цикла выращивания. По внешнему облику такие кристаллы напоминают природные кристаллы аметиста. [19]

Сечения поверхностей поглощения для основных полос аметиста плоскостью ( 0001. [20]

В г-кристал-лах синтетического аметиста ( как и во многих природных аметистах) наблюдается несоответствие симметрии поглощения света симметрии кристалла. В нормально дихроичном кристалле кварца эти сечения должны быть окружностями. В исследуемом кристалле они представлены эллипсами. Природа подобного понижения симметрии кристалла была расшифрована методом ЭПР. [21]

Сечения поверхностей поглощения для основных полос аметиста плоскостью ( 0001. [23]

Аналогичный результат был получен для спектров ЭПР аномально плеохроических кристаллов аметиста, причем как для спектров ионов F3, так и для центров окраски, образованных облучением. Установлено, что для природных кристаллов заселенность одного из трех положений кремния ионами Fe3 примерно на порядок больше заселенности двух других, тогда как для синтетических аметистов она несколько меньше. [25]

Во всех исследованных кристаллах природного и синтетического аметиста наблюдается характерный спектр электронного парамагнитного резонанса, связанный с ионами трехвалентного железа, изоморфно замещающими кремний. Было установлено, что интенсивность линий ЭПР в исходных, необлученных кристаллах прямо пропорциональна плотности аметистовой окраски, образующейся в тех же кристаллах под действием ионизирующего облучения. Таким образом, в синтетическом аметисте у-об-лучение переводит практически все изоморфные ионы Fe3 в другое состояние. При этом существенно изменяется характер спектра ЭПР. Причины этого явления детально рассматриваются в других разделах настоящей работы. [26]

Основным дефектом синтетических аметистов, как, впрочем, и всех ромбоэдрических кварцевых кристаллов, выращиваемых из растворов карбоната калия, является трещиноватость. Широким распространением пользовалось мнение о том, что основной причиной растрескивания синтетических аметистов является гетерометрия. Этому в значительной степени способствовали результаты прецизионных измерений параметров элементарной ячейки кварцев с различными структурными примесями. [27]

Синтетические аметисты характеризуются повышенной плотностью ростовых дислокаций ( р - 105 см-2) по сравнению с кристаллами, выращенными из растворов карбоната и гидроокиси натрия, а также интенсивными дофинейскими двойникованиями. Массовое зарождение дислокаций стимулируется выпаданием на поверхность затравки в начальный период роста твердых включений, чаще всего гидроксидов железа, переносимых конвекционными потоками раствора в камеру кристаллизации из шихтовой смеси. Поскольку синтез аметиста осуществляется из сильно пересыщенных растворов ( при температурных перепадах до 20 С) на сравнительно медленно растущие затравочные пластины, в системе, особенно в длительных ( свыше 40 - 50 сут) циклах кристаллизации, зарождаются спонтанно и переносятся на ростовые поверхности микроскопические кристаллы кварца. Часть из них, закономерно прирастая к деловым кристаллам, дает начало двойниковым вросткам, которые клинообразно, в виде тригональных пирамид, обращенных вершинами к затравке, разрастаются тангенциально по мере продвижения фронта роста г-грани. В природных кристаллах аметиста двойники также пользуются большим распространением, и присутствие их в синтетических аметистах не только не снижает качество кристаллосырья, но и, наоборот, приближает его по морфологическим признакам к натуральным камням. [28]

Присутствие центров дымчатой окраски в синтетическом аметисте снижает термоустойчивость аметистовой окраски. Это служит одним из подтверждений дырочной природы аметистового центра окраски. Действительно, большая концентрация А1 - цент-ров приводит при нагревании кристалла к освобождению из соответствующих ловушек большого числа электронов. Следовательно, аметистовая окраска в таких кристаллах обесцвечивается при сравнительно низких температурах, близких к температуре отжига ( - 350 С) дымчатой окраски. В то же время среди природных аметистов встречаются кристаллы с гораздо большей устойчивостью окраски ( температура выцветания порядка - 450 С), что, по-видимому, связано с наличием в них электронных ловушек другого типа с большей энергией термической активации. Большинство синтетических аметистов, полученных в щелочных средах, ведут себя аналогично природным образцам при термообработке: обесцвечиваются при 400 - 450 С, желтеют ( превращаются в железистый цитрин) при 500 С и мутнеют при температурах выше 550 С. Проведенные исследования показывают, что кристаллы синтетического аметиста, выращенные из щелочных растворов карбоната калия, по своим физическим свойствам являются близкими аналогами природных аметистов. Весьма сходны также и структурно-морфологические особенности природных и подобных синтетических кристаллов, что практически исключает возможность выявления в изделиях синтетического камнесамоцветного аметистового сырья, особенно в случае использования полисекториальных кристаллов. Такие образцы могут быть выращены на затравках заранее заданного ромбоэдрического габитуса при доращивании друзовых агрегатов горного хрусталя и отдельных ограненных ромбоэдрами природных, некондиционных по размерам и совершенству кристаллов кварца, а также на затравках базисной ориентации после выклинивания пирамиды с. В последнем случае имеются две возможности получения полисекториальных аметистов: разращиванием базисных затравок ограниченных ( порядка 1 - 5 см2) площадей и за счет специальных экранов-трафаретов, стимулирующих прорастание нескольких кварцевых головок на одной монокристальной подложке. Однако и моносекториальные г-кристаллы аметиста, промышленное производство которых впервые в мировой практике освоено в Советском Союзе, имеют характерное для природного аметиста двойникование и зональное распределение окраски. Они весьма удобны в обработке и обеспечивают высокий выход заготовок ювелирных изделий, которые при необходимости могут быть ориентированы таким образом, чтобы в ограненных камнях проявлялось разнообразие оттенков ( от фиолетового до красноватого) аметистовой окраски, обусловленное аномальным плеохроизмом. [29]

В связи с тем, что синтез аметиста проводится в калийсодер-жащей системе и для многих природных его кристаллов характерно повышенное содержание примеси калия, интересно рассмотреть роль калия в формировании центров аметистовой окраски. Исследование физических свойств аметиста не давало каких-либо данных, указывающих на то, что калий входит в структуру центра. Кроме того, трудно ожидать вхождение крупного иона калия ( А. Поэтому можно полагать, что роль калия сводится лишь к созданию благоприятных условий для вхождения структурной примеси железа в кварц. Действительно, в указанной системе при параметрах синтеза не образуется устойчивых железистых силикатов, ионы железа остаются свободными и могут захватываться гранями ромбоэдров в виде структурной примеси. В этих условиях небольшое количество калия в качестве неструктурной примеси может поглощаться кристаллом, с чем и связано повышенное содержание его в природных и синтетических аметистах. [30]

Страницы: 1 2 3