Рубин и сапфири

1. ПРИРОДЕН КОРУНД

1.1 Цвят, тон и наситеност на цвета в природния корунд.

Цветът на минералите е оптично свойство и се свързва с непогълнатите и преминаващи през тях дължини на вълните от видимия спектър на светлината.  Минералните разновидности имат точно определен спектър на поглъщане (абсорбция) на светлината, който зависи от техния химичен състав, примеси и дефекти в структурата.

Цветът на ювелирните минерали се определя от три фактора: цветови тон (hue), светлота (tone) и наситеност (saturation).

Цветовият тон (hue) се определя по скала (цветен кръг), която включва първичните (червен, жълт, син), вторничните (оранжев, зелен, лилав) и третичните (червено-оранжев, жълто-оранжев, жълто-зелен, синьо-зелен, синьо-лилав, червено-лилав) цветови тонове.

Светлота на цвета (tone) – степента, в която даден цвят се различава от черното. Колкото повече тонът се различава от черния, толкова по-светъл е минерала и обратно. Определя се по скала от 0 до 10.

Наситеност (saturation) – степен на изразеност на цвета т.е. до каква степен спектралния цвят е смесен с ахроматичния сив. Определя се по скала от 1 до 6. Колкото по-малка е наситеността, толкова повече цветът се превръща в неутрално сиво.

Червеният ювелирен корунд със светлота на цвета над 5 се нарича рубин. Ювелирни корунди, оцветени във всички останали цветове, се обозначават като сапфири – бял сапфир, жълт сапфир, оранжев сапфир, розов сапфир, син сапфир, зелен сапфир и др. (снимка 1.1.1).

Снимка 1.1.1 Рубини и сапфири

Цветът на минералите се определя на дневна светлина или с помощта на източник на светлина, еквивалентна на дневната (5500К – 6500К) върху бяла основа. На снимка 1.1.2. от ляво надясно са показани природни сини сапфири със светлота на цвета от 5 до 9. Най-желани и най-скъпи са сапфири със светлота на цвета 8.

Снимка 1.1.2. Природни сини сапфири със светлота на цвета от 5 до 9.

Ювелирният рубин може да бъде с розов, виолетов или оранжев оттенък. Най-желан и скъп е червеният цвят с лек виолетов оттенък и светлота на цвета 8. Той е познат под търговското название „гълъбова кръв“ (снимка 1.1.3).

Снимка 1.1.3. Рубин с цвят „гълъбова кръв“.

1.2. Линии на нарастване в природен корунд.

Морфологията на кристалите (тяхната външна форма) е пряко свързана с кристалния растеж. Вътрешната подреденост в кристалната структура (градивните частици са подредени закономерно чрез транслация на повтарящ се мотив) се отразява във външната форма на кристалите, като равнинните мрежи от атоми образуват кристални стени, пресичащи се в ръбове и върхове. Линиите на нарастване (снимка 1.2.1) в природните кристали, в това число и в корунда, са прави и следват посоките на кристалните стени на суровината. Линиите на нарастване могат да бъдат наблюдавани с микроскоп в подходящо осветление.

Снимка 1.2.1 Линии на нарастване в природен сапфир.

2. ТРЕТИРАНЕ (ОБЛАГОРОДЯВАНЕ) НА КОРУНДА

Познати са различни техники за повишаване качеството на природните и синтетични корунди. Най-често се прилага топлинно третиране със или без допълнителни химични агенти. Рубинът и сапфирите се третират главно с цел:
– подобряване, добавяне или отнемане на цвят;
– създаване или премахване на астеризъм;
– повишаване на чистотата чрез запълване на пукнатини, нагряване – разтопяване на „силк“ (мрежа от фини рутилови игли) и др.

2.1. Дифузно третиране на сини сапфири

Дифузното третиране включва добавяне на оцветяващ химичен агент (например кобалт) по време на нагряването. Като резултат се образува тънък (около милиметър) наситено оцветен слой върху повърхността на безцветни или бледо оцветени сапфири. Този процес се използва и за създаване на астеризъм върху сапфири, които се наричат дифузни звездни сапфири. Новополученият атрактивен син цвят е стабилен при рутинни почистващи процедури. Полиране или префасетиране ще отнемат повърхностния слой от третирането. При нагряване така полученият астеризъм може да изчезне. Оптичните свойства (показател на лъчепречупване, двулом и др.) и относителното тегло на дифузно нагряваните сапфири са същите като на нетретираните сапфири и топлинно третираните без химичен агент.

Този метод на третиране може да се открие много лесно при потапяне на минерала в метилен йодид.

Трите сапфира върху които проведох моя експеримент са представени на снимката 2.1.1: вляво – природен нетретиран син сапфир от Шри Ланка, в средата – синтетичен дифузно третиран само върху короната син сапфир, вдясно – кабошон, изработен от син сапфир, дифузно третиран от всички посоки.

Снимка 2.1.1. Трите сапфира, използвани в моя експеримент.

 В метилен йодид (снимка 2.1.2.) нетретираният сапфир показва нисък релеф (почти незабележим) и ръбовете между фасетите са еднакви по цвят с фасетите.  Фасетираният сапфир, с дифузно третиране само върху короната, показва по-висок релеф. При него се наблюдава по-висока концентрация на цвета по ръбовете, които ясно се открояват от фасетите. При наблюдение под увеличение дифузното покритие е неравномерно оцветено, на петна. Дифузно третираният от всички страни кабошон е с много висок релеф и насищане на цвета по пукнатини и неравности по повърхността му. Ако този сапфир беше фасетиран с плоски стени, ръбовете между тях щяха да контрастират отчетливо с по-наситения си цвят.

Снимка 2.1.2. На тази снимка са показани сапфирите от снимка 2.1.1, потопени в метилен йодид.

При потапяне в метилен йодид на природни нетретирани сапфири, включенията в тях и цветовата зоналност се виждат ясно и отчетливо (снимка 2.1.3 и 2.1.4).

Снимка 2.1.3. Нетретирани сини природни сапфири.

Снимка 2.1.4. На тази снимка ясно се вижда цветовата зоналност в сините природни сапфири от снимка 2.1.3, потопени в метилен йодид.

2.2. Топлинно третиране с флюс на рубин (запълване на пукнатини/пълнене)

Този метод на третиране се прилага върху рубини с много пукнатини с цел подобряване на тяхната чистота. Рубинът се нагрява в присъствие на боракс, който навлиза по пукнатините и частично разтопява стените им. След това бораксът се извлича от рубина и на негово място се поставя аморфен пълнител. Показателят на лъчепречупване на пълнителя е близък до този на корунда, поради което след втърдяването му вътре в пукнатините, те стават практически невидими. Топлинното третиране с флюс е перманентно и необратимо.

Този метод на третиране се диагностицира при наблюдение под микроскоп. Пълнителят е с висока отражателна способност и в зависимост от режима на осветление най-често се наблюдава в сребрист цвят или в много тъмни тонове на червения цвят (снимки 2.2.1, 2.2.2 и 2.2.3). Понякога от остатъчен флюс се образуват вторични тип „пръстов отпечатък“ включения, както и ореол на третиране около разрушени от нагряването включения  (снимки 2.2.1 и 2.2.4).

Почистване в ултразвукова вана за такива кристали не се препоръчва.

Снимка 2.2.1. Топлинно третиран с флюс рубин от Монг Шу, Мианмар – ореол от третиране около разрушено включение, x 120

Снимка 2.2.2. Топлинно третиран с флюс рубин от Монг Шу, Мианмар – запълнени пукнатини и вторично включение тип „пръстов отпечатък“ , x 75

Снимка 2.2.3. Топлинно третиран с флюс рубин от Монг Шу, Мианмар – пълнителят се наблюдава със силна отражателна способност, x 90

Снимка 2.2.4. Топлинно третиран с флюс рубин от Монг Шу, Мианмар – вторично включение тип „пръстов отпечатък“, x 150

2.3. Покритие върху павилиона

Този метод се прилага с цел подобряване на цвета на минерала. Ефектът се постига с помощта на химична субстанция, която се нанася под формата на тънък филм върху стените на павилиона (снимка 2.3.1).

Снимка 2.3.1. Остатъци от покритие върху павилиона на природен третиран сапфир. 

2.4. Дублети и триплети с корунд

Изработват се от две или три части, залепени една за друга. Най-често короната се изработва от бледо оцветен корунд, а под нея се залепва стъкло с наситен червен или син цвят. При триплетите средния слой е най-често наситено оцветена смола.

Дублетите и триплетите се разпознават по газовите мехурчета, останали в резултат от залепването (снимки 2.4.1 и 2.4.2), различаващите се включения и физически характеристики на короната и павилиона, както и по линията на залепване.

Снимка 2.4.1. Газови мехурчета в дублет с рубин

Снимка 2.4.2. Газови мехурчета в дублет с рубин

3. Синтетичен корунд

Синтетичните корунди имат същия основен химичен състав като природните корунди, идентични цвят, твърдост, показател на лъчепречупване, двулом и относително тегло. Техният синтетичен произход може да бъде диагностициран с микроскопско изследване на включенията и някои особености в нарастването им. Синтетичните корунди могат да бъдат идентифицирани и със спектроскопски методи на изследване, доказващи наличието на следи от флюс в химичния им състав.

Познати са редица методи за израстване на корунд в лабораторни условия. Най-често на пазара се среща синетичен корунд, произведен по три основни метода: стапяне в пламък (Flame Fusion), известен като метод на Вернейл (снимка 3.1 и 3.2); стапяне и изтегляне (Czochralski pulling process), известен като метод на Чохралски и израстване с флюс (Flux growth process).

Снимка 3.1. Синтетичен рубин, произведен по метода на Вернейл

Снимка 3.2. Синтетичен оранжев сапфир (Метод на Вернейл)

Първите два метода са технологично почти еднакви. Те се характеризират със стапяне на шихтата и повторното й изстудяване, при което корундите израстват много бързо. Получените кристали се различават от природните по своите извити линии на нарастване (снимка 3.3) и наличието на газови мехурчета (снимка 3.4). Газовите мехурчета в корундите по Вернейл са два вида – единични с близка до сферичната форма, подредени най-често паралелно на линиите на нарастване и удължени мехурчета с форма, определяна като „торпедо“, разполагащи се перпендикулярно на линиите на нарастване. Понякога в тези корунди може да се наблюдава дребна зърнистост, но други включения липсват. Суровината, получена от метода на стапяне в пламък е с форма на буля (конусовиден цилиндър). По метода на Чохралски суровината има форма, подобна на менискус.

Снимка 3.3. Извити линии на нарастване в оранжев сапфир, синтезиран по метода на Вернейл.

Снимка 3.4. Газови мехурчета в оранжев сапфир, синтезиран по метода на Вернейл

Методът за синтез на корунди с флюс се провежда в условия на висока температура със спонтанно зародишообразуване, в резултат на което корундите израстват с кристалографска форма (най-често ромбоедър и по-рядко хексагонална бипирамида) и имат стени, ръбове и върхове. Някои производители използват зародиши от синтетични корунди върху които се заражда процеса на минералообразуване.

Корундът, произведен по метода с флюс от фирма Рамаура, е най-трудно различим от природните кристали. Той се характеризира с прави линии на нарастване (снимка 3.5), цветова зоналност, съдържа включения и притежава цвят и прозрачност, идентични с природните кристали. Най-надеждно може да бъде диагностициран по вида на включенията.

Включения в синтетичен корунд, произведен от фирма Рамаура (The Ramaura synthetic ruby by Robert E. Kane, GEMS & GEMOLOGY, 1983):

• Включения от флюса – най-често се наблюдават в оранжево-жълт цвят, по-рядко безцветни до бели във форма тип „пръстов отпечатък“, който може да бъде прозрачен до непрозрачен, почти безцветен до бял, с нисък до висок релеф; капки или зърна; тънки воали; паралелни групи от кухини, изпълнени с оранжево-жълт флюс. Тези включения са изцяло твърди, въпреки че на външен вид много наподобяват двуфазните газово-течни включения в природните корунди;
• Пукнатини и запълнени пукнатини – изглеждат както в природните кристали;
• Включения тип “Опашка на комета”;
• Оптически разпознаваеми нееднородности като раздвояване, фина напуканост в определени посоки, структурни дефекти и дефекти на растеж;
• „Шестоъгълна“ цветова зоналност;
• Тънки метални люспи от платиновия тигел.

Снимка 3.5. Синтетичен рубин, получен по метода на израстване с флюс