Диффузионное облагораживание корундов: сапфиров и рубинов

Рубины и сапфиры — на протяжении многих веков, пожалуй, одни из самых излюбленных камней на любом ювелирном рынке. И Россия — не исключение. Рубин и сапфир являются разновидностями минерала корунда. Наряду с природными камнями используются синтетические рубины и сапфиры, а также подвергнутые различным видам облагораживания (термообработка, термообработка с применением химических добавок (флюсов), различные виды диффузионной обработки, заполнение трещин и полостей стеклом, прокрашивание и промасливание, нанесение покрытий). Именно облагороженные камни часто доставляют геммологам больше всего хлопот при диагностике. 

Рассмотрим диффузионно-облагороженные корунды. Диффузионная обработка подразумевает привнесение атомов, вызывающих окрашивание, которые проникают в камень, из внешнего источника. Если движение происходит в объем камня, насколько бы мелко оно ни приникало, то это явление правильнее называть объемной диффузией, или диффузией в кристаллическую решетку. Элементы диффундируют в решетку ювелирных камней из внешних источников для того, чтобы создать цвет или получить эффект астеризма. Это могут быть титан и хром или более легкие элементы, такие как бериллий.

Необходимо помнить, что данные камни по российскому законодательству относятся к драгоценным. Для облагороженных методом диффузии рубинов и сапфиров существует Стандарт организации «Сапфиры, рубины, облагороженные, методом диффузии и/или заполненные стеклом (ограненные вставки). Технические условия. СТО 45866412-15-2013», который относится к нормативно-технической документации Федерального казенного учреждения «Государственное учреждение по формированию Государственного фонда драгоценных металлов и драгоценных камней Российской Федерации, хранению, отпуску и использованию драгоценных металлов и драгоценных камней» (Гохран России).

Данный стандарт распространяется на облагороженные методом диффузии и/или заполненные стеклом природные сапфиры, природные рубины (ограненные вставки) (обозначаются как рубины/сапфиры Д/С). Стандартом устанавливаются основные показатели качества, применяемые для классификации, аттестации и сортировки сапфиров/рубинов Д/С в соответствии с нормами действующего законодательства. 

В соответствии с вышеуказанным стандартом облагораживание — это искусственная обработка драгоценных камней и органических веществ с целью изменения их свойств и внешнего вида путем нанесения покрытий, заполнения трещин, нагревания, облучения и использования других видов физического и/или химического воздействия. 

Для описания облагороженных методом диффузии рубинов и сапфиров в стандарте применяются следующие обозначения: 
Сапфир/рубин, облагороженный методом диффузии (сапфир Д, рубин Д), — природный сапфир/рубин, подвергшийся комбинированному облагораживанию с применением высоких температур и химических веществ, вызывающему проникновение химических элементов в поверхностные слои с целью изменения цвета и/или оптического эффекта.

Диффузионно-облагороженные корунды впервые появились на мировом рынке в конце 1970-х годов. Этот процесс радикально отличался от всех более ранних способов термической обработки корундов тем, что благодаря диффузии создавался внешний тонкий слой насыщенного синего цвета на бесцветном или бледно окрашенном сапфире. Процесс был первой успешной попыткой добавить цвет из внешнего источника. Технология была разработана корпорацией Union Carbide. Возможно, что обработчики в Таиланде также использовали этот процесс. Практически все сапфиры, обработанные этим методом, имели синий цвет (за счет диффузии титана). При диффузионной обработке с внедрением титана в кристаллическую решетку происходит окрашивание неглубокого приповерхностного слоя на глубину около 0,4–0,6 мм. 

Подвергнутые данному виду облагораживания синие сапфиры могут иметь необычный «водянистый» вид, в них отсутствует характерная для сапфиров выраженная зональность окраски при внешне насыщенном цвете. Обработанные сапфиры можно легко диагностировать по неоднородной окраске, которая может выглядеть пятнистой за счет того, что наведенный окрашенный слой может частично или даже полностью удаляться при переполировке. Кроме того, наблюдается концентрация окраски вдоль ребер и по рундисту, а также концентрация цвета вокруг ямок и достигающих поверхности трещин (так называемые «ссадины»).

Диффузионная обработка с внедрением титана также может обнаруживаться в синтетических сапфирах. В таких камнях иногда выявляются криволинейная цветовая зональность и мелкие газовые пузыри, типичные для синтетических камней, выращенных методом Вернейля, а также неоднородность цвета на разных гранях, что характерно для диффузионной обработки. Но стоит помнить, что диффузионный слой может создаваться и на бесцветных синтетических корундах. В этом случае криволинейной зональности не обнаружится.

Облагораживание методом диффузии труднее идентифицировать в кабошонах по сравнению с ограненными камнями, так как в них отсутствуют грани, на которых можно видеть неоднородность окраски. В кабошонах эту обработку лучше всего диагностировать по концентрации цвета вдоль рундиста. 

Диффузионная обработка может также использоваться для наведения астеризма за счет добавления оксида титана в поверхностный слой камня. Такая обработка идентифицируется по ненатурально четкой «звезде», неоднородному цвету и «цветовым ссадинам» у ямок, полостей и трещин. В некоторых камнях наведение эффекта астеризма может также сопровождаться усилением цвета.

Редко на рынке встречаются синие природные или синтетические сапфиры, обработанные методом диффузии кобальта. Они имеют несколько неестественную окраску и очень высокие значения показателей преломления.

В 1993 году исследователи GIA сообщили об экспериментальном получении «диффузионно-обработанных» корундов красного цвета. Эксперимент можно считать неудачным, так как глубина окрашенного слоя была очень мала, и окрашенный слой часто практически полностью удалялся при переполировке. Цвет камней получался неярким, и окраска выглядела неоднородной.

Рис. 1. Пятнистость окраски и неодинаковая окраска разных фасет в облагороженных методом диффузии корундах ^[5]

В начале 2000-х гг. в Чантабури (Таиланд) был разработан новый метод облагораживания, позволяющий преобразовывать цвета синевато-красных камней из месторождения Сонгеа (Танзания) в привлекательные оранжевые или красно-оранжевые. Этим методом можно изменять цвет в светло-желтых, желтовато-оранжевых, розовых, коричневатых, пурпурновато-красных, синих, пурпурных, зеленых, коричневых, серых камнях. В результате данной обработки создается окрашенный в желтый цвет приповерхностный слой, и, в зависимости от изначального цвета камня, получают корунды ярко желтого, оранжевого, оранжевато-розового или оранжевато-красного цвета. Этот процесс можно использовать также для осветления темно-синих сапфиров. Возможно получение бесцветных, зеленых, пурпурных камней. 

Рис. 2. Процесс бериллиевой диффузии может оказывать влияние на многие цвета в корунде, включая рубины и сапфиры. Размеры показанных ограненных камней, обработанных методом бериллиевой диффузии, от 0,40 до 5,05 карат ^[1]

Диагностика обработанных бериллием корундов с помощью стандартных геммологических приборов затруднена. Единственным визуальным признаком является наличие цветовой зоны по контуру камня: желтая, оранжевая при обработке красных камней или бесцветная при обработке синих сапфиров. Глубина окрашенной зоны меняется в зависимости от времени обработки и может доходить до окрашивания камня на всю глубину.

На большую вероятность обработки камня методом диффузии бериллия указывают сильные изменения внутренних включений, которые не отмечались прежде в термически обработанных камнях. Так, например, включения циркона приобретают вид белесых бесформенных скоплений, часто содержащих газовые пузырьки, а в трещинах, образующихся вокруг них, наблюдаются характерные древовидные структуры кристаллизации расплава, вокруг включений рутила возникают синие ореолы внутренней диффузии, которые крайне редко наблюдались в желтых термически обработанных сапфирах из месторождения Рок Крик (Монтана).

Когда используются легкие элементы (бериллий), обработку обнаружить нелегко, так как проникновение диффузного слоя может быть на всю глубину камня и элементы, вызывающие окрашивание, могут не обнаруживать стандартными методиками химического анализа. Обнаружить более легкие элементы (Be или литий) можно только при помощи более чувствительных аналитических методов, таких как LA-IPC-MS (масс-спектрометрия индуктивно-связанной плазмы в режиме лазерной абляции), SIMS (масс-спектрометрия вторичных ионов) или LIBS (метод лазерно-индуцированного пробоя). 

Авторы

Хомрач Маргарита Владимировна, зав. лабораторией и доцент Автономной некоммерческой организации дополнительного профессионального образования «Геммологический институт», Graduate Gemologist GIA (+7 (495) 438-15-04, +7 (985) 959-75-95; e-mail: gigem.edu@gmail.com; URL: www.gemology-edu.ru) 

Романова Екатерина Ивановна, доцент Автономной некоммерческой организации дополнительного профессионального образования «Геммологический институт», доцент кафедры геммологии МГРИ-РГГРУ, Graduate Gemologist (+7 (495) 438-15-04, +7 (985) 959-75-95; e-mail: gigem.edu@gmail.com; URL: www.gemology-edu.ru) 

Список использованной литературы

1. John L.Emmett, K.Scarratt и др. (2003) «Beryllium Diffusion of Ruby and Sapphire. Gems&Gemology,Vol.39, No.2, pp. 84-135.
2. Michael S. Krzemnicki, Henry A. Hanni, Roy A. Walters.(2004) «A New Method for Detecting Be Diffusion-Treated Sapphires: Laser-Induced Breakdown Spektroscopy (LIBS). Gems&Gemology,Vol.40,No.4, pp. 314-322.
3. Robert E. Kane, Robert C. Kammerling, John I. Koivula, James E. Shigley, and Emmanuel Fritsch «The identification of blue diffusion-treated sapphires» Gems & Gemology, Summer 1990, рр. 115-133.
4. Shane F. McClure, Robert C. Kammerling, and Emmanuel Fritsch «Update on diffusion-treated corundum: red and other colors», Gems &. Gemology, Spring 1993, рр 16-29.
5. Gübelin E. J. Koivula J.I Photoatlas of inclusions in Gemstones, vol. 2, Opinio Publishers, Basel, Swizerland, 2005.
6. Стандарт организации «Сапфиры, рубины, облагороженные, методом диффузии и/или заполненные стеклом (ограненные вставки). Технические условия. СТО 45866412-15-2013».