Сапфир

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
Сапфир
Необработанный сапфирНеобработанный сапфир
Формула Al2O3
Примесь Fe2+, Fe3+, Ti
Физические свойства
Цвет Синий и голубой различных оттенков; бесцветный, розовый, оранжевый, жёлтый, зелёный, фиолетовый, чёрный
Цвет черты Белый
Блеск Стеклянный
Прозрачность Прозрачный до непрозрачного
Твёрдость 9
Спайность Отсутствует
Излом Неровный до раковистого
Плотность 3,95—4,00 г/см³
Кристаллографические свойства
Сингония Тригональная
Оптические свойства
Показатель преломления 1,766—1,774
У этого термина существуют и другие значения, см. Сапфир (значения).
Огранённый синий сапфир
Астеризм в кабошоне из звёздчатого сапфира

Сапфи́р (от др.-греч. σάπφειρος (sappheiros) — синий камень, возможно от ивр. ‏ספּיר‏‎ (sapir) или персидского названия с тем же значением) — драгоценный камень различных оттенков, одна из разновидностей корунда[1]. В минералогии сапфирами называются корунды исключительно синего цвета, в ювелирной промышленности — любых цветов, кроме сиренево-красного (такие камни называются рубинами). Синий окрас сапфира обуславливается присутствием примесей титана (Ti) и железа (Fe). В старину в России сапфир (или сафир[2]), как и другие ценные минералы синей окраски, назывался баусом.

Существуют синтетические сапфиры, широко используемые в технике и ювелирном деле. Синтезируют как оптически прозрачные бесцветные химически чистые сапфиры (лейкосапфиры), так и окрашенные разнообразными примесями[3]. Искусственные сапфиры были впервые синтезированы в 1904 году французским химиком Огюстом Вернеем  (англ.) (рус.[4].

Сапфир является оксидом алюминия (химическая формула Al2O3)[1].

Свойства и разновидности

Сапфир характеризуется высокой твёрдостью (9 по Моосу) и сильным блеском. Показатель преломления света 1,762—1,778. Температура плавления 2040 °C. Плотность 3,93 г/см3. Прозрачен в инфракрасной области до длины волны 6500 нм. Оптически анизотропен. Диэлектрик[3].

Ювелирные сапфиры

Сапфиры имеют богатую цветовую гамму: кроме камней классического синего цвета, встречаются также и цветные (так называемые «фантазийные») сапфиры — экземпляры корунда ювелирного качества оранжевого, розово-оранжевого (цвета лотоса, так называемые «падпараджа»), гранатово-красного (с эффектом плеохроизма), жёлтого, зелёного и розового цветов, а также бесцветные камни (лейкосапфиры). Высоко ценятся «звёздчатые сапфиры» — разновидности камня с хорошо выраженным эффектом астеризма. Однако более всего в сапфире ценится васильково-синий бархатистый цвет умеренной интенсивности. Тёмноокрашенный сапфир, в отличие от изумруда глубоких цветов, ценится меньше.

Синий цвет сапфира обусловлен примесями титана и железа в матрице Al2O3[1]. Примесь хрома даёт розовый окрас, такие корунды зачастую называют рубинами. Ванадий окрашивает сапфиры в фиолетовый цвет. Железо без примеси титана — в жёлтые и зеленоватые тона.

Схожий с сапфиром по цвету минерал кордиерит иногда называют «водяным сапфиром» (устаревший термин).

Месторождения

Наиболее известные месторождения сапфира приурочены к пегматитам или к россыпям и находятся на территории США, Австралии, Мадагаскара, Индии, Шри-Ланки, Вьетнама, Бирмы, Таиланда и Китая. В России нет крупных месторождений, в которых сапфир может добываться в промышленных масштабах: его находки приурочены к проявлениям синего корунда, в которых встречаются в том числе и прозрачные, пригодные к огранке камни. Синий сапфир встречается на Урале и на Кольском полуострове (Хибины). Уральские сапфиры, как правило, имеют сероватый оттенок, кольские сапфиры обладают своеобразным зеленоватым оттенком при глубокой васильково-синей окраске.

Вероятно, что наиболее крупным голубым сапфиром, добытым в природе, стал камень, случайно найденный рентгенологом Стивом Майером в США в середине 1960-х годов[5]:102. Обследуя вместе с приятелем заброшенные карьеры вблизи городка Кантон[en] (штат Северная Каролина), он обнаружил крупный обломок голубоватого горного хрусталя. Майер принёс камень на работу, где стал использовать в качестве пресс-папье. Спустя несколько месяцев один из пациентов обратил внимание на камень и посоветовал Майеру показать его геммологу или ювелиру. К удивлению рентгенолога, специалисты определили, что простой «кусок хрусталя» оказался огромным кристаллом голубого сапфира массой чуть более 3500 карат.

История слова и камня

Ещё древние тамилы, жители Юго-Восточной Азии, нередко находили сероватые непрозрачные камни, отличавшиеся исключительной твёрдостью. Эти камни они называли «корунда́м». Отсюда пошло звучание индийского «каурунтаки» и санскритского «курувинда» — позднее перешедшее (через латынь) в современную минералогию в общеизвестной форме «корунд». Прозрачные красные камни получили название «рубин» (от латинского «рубенс» — краснеющий), а прозрачные синие — сапфир. Однако, древние евреи и греки (а вслед за ними и римляне) так называли не современный сапфир (синий корунд), а лазурит (ляпис-лазурь)[5]:11.

В средневековой Руси рубины и сапфиры были известны под общим названием «яхонты». Это слово образовалось из системы сложной фонетической адаптации к русскому языку. Примерный путь можно проследить примерно так: персидский «йакунд» — арабский «йакут» — славянский «яхонт». При этом рубин назывался «яхонтом червлёным», а сапфир чаще всего — «лазоревым».

Применение

  • Синие прозрачные сапфиры используют в ювелирных изделиях в виде огранок. Звёздчатые сапфиры обычно обрабатываются в виде кабошона[источник не указан 2521 день].
  • Синтетические лейкосапфиры находят применение в качестве сырья для изготовления офтальмологических скальпелей и хрусталиков глаза; для производства высокопрочных оптически прозрачных элементов (иллюминаторов космических станций, защитных стёкол оптических средств ракет и самолётов, защитных стёкол экранов в мобильных телефонах, часах и фотоаппаратах высшего ценового сегмента), в производстве бронестекла; как подложки в микросхемах; в стоматологии — для изготовления эстетичных брекетов, в промышленности — для изготовления сопел для гидроабразивных станков.
  • В отличие от кварца, лейкосапфир не реагирует с парами щелочных металлов вплоть до самых высоких температур, поэтому из искусственного лейкосапфира массово изготавливаются горелки натриевых ламп высокого давления. Лейкосапфиры также находят применение в различных областях лазерной техники.
  • Синтетический сапфир, активированный ионами Ti3+, используется в качестве активных элементов в титан-сапфировых лазерах.

Синтетические сапфиры

Сегодня сапфир востребован в технике и ювелирном деле. В первую очередь это касается оптически прозрачного сапфира — лейкосапфира. Благодаря выдающейся твердости и термостойкости его широко используют в качестве износостойких и термостойких окон, например в разнообразных мобильных гаджетах: наручных часах, сотовых телефонах. Также сапфировые подложки используют в полупроводниковой промышленности при изготовлении полупроводниковых микросхем и светодиодов по технологии кремний на изоляторе (en:Silicon on sapphire). Многие типы светодиодов изготавливаются на сапфировой подложке[6].

Упрощённая схема метода Вернейля

Искусственные сапфиры были впервые синтезированы в 1904 году французским химиком Огюстом Вернеем  (англ.) (рус. (или Вернейлем, как его иногда называют на старый лад)[4]. Использованный им метод синтеза — капельное осаждение в кислород-водородном пламени — носит сейчас название метод Вернейля. Сегодня этот метод также используется для промышленного синтеза сапфиров.

Позже был придуман метод Чохральского и его разновидности (метод Киропулоса[7][8], метод Степанова[9]) — вытягивание кристалла из расплава с использованием затравочного кристалла. Сегодня по этому методу получают сапфиры массой до 300 килограммов[10].

В мире производится сотни тонн синтетических сапфиров в год, в основном в Китае, Японии, США и России[11][12]. В России работает одно из крупнейших в мире предприятий по синтезу сапфиров[10][13].

Полученные сапфиры разрезают и полируют алмазными инструментами в размер заказчика.

Основные применения искусственных сапфиров:

  • Ювелирное дело.
  • Стойкая к удару, истиранию, температуре, ионизирующей и ультрафиолетовой радиации оптика. В том числе стёкла для гаджетов, бронестёкла военной техники.
  • Подложки полупроводниковых микросхем по технологии кремний на изоляторе (en:Silicon on sapphire).
  • Подложки для оптоэлектронных устройств на основе нитрида галлия (GaN).[14] Этот процесс используется в том числе для производства синих светодиодов, на основе которых делается белое светодиодное освещение[6][15].
  • Активированное добавками рабочее тело для твердотельных лазеров.

Знаменитые сапфиры

Галерея

  • 423-каратный (85 г.) синий Сапфир Логан

    423-каратный (85 г.) синий Сапфир Логан

  • Необработанный грубый жёлтый сапфир, найденный на Сапфировом руднике в Спокане, недалеко от Хелены, штат Монтана

    Необработанный грубый жёлтый сапфир, найденный на Сапфировом руднике в Спокане, недалеко от Хелены, штат Монтана

  • Каплевидный синий сапфир

    Каплевидный синий сапфир

  • Тёмно-синий сапфир, вероятно австралийского происхождения, демонстрирует блестящий поверхностный блеск, типичный для огранённых корундовых драгоценных камней.

    Тёмно-синий сапфир, вероятно австралийского происхождения, демонстрирует блестящий поверхностный блеск, типичный для огранённых корундовых драгоценных камней.

  • Розовый сапфир

    Розовый сапфир

  • Гранёный падпараджа

    Гранёный падпараджа

  • Кристаллическая структура сапфира

    Кристаллическая структура сапфира

  • Кольцо с сапфиром, изготовленное в 1940 году

    Кольцо с сапфиром, изготовленное в 1940 году

  • Сапфир из Мадагаскара

    Сапфир из Мадагаскара

  • Синтетический сапфир

    Синтетический сапфир

  • Синтетический звёздчатый сапфир

    Синтетический звёздчатый сапфир

  • Ксеноновая дуговая лампа Cermax с выходным окном из синтетического сапфира

    Ксеноновая дуговая лампа Cermax с выходным окном из синтетического сапфира

  • Монокристаллический сапфировый ком, выращенный методом Киропулоса. Приблизительно 200 мм в диаметре и около 30 кг. (Второй фон виден на заднем плане.)

    Монокристаллический сапфировый ком, выращенный методом Киропулоса. Приблизительно 200 мм в диаметре и около 30 кг. (Второй фон виден на заднем плане.)

См. также

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 Сапфир / А. С. Марфунин // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  2. ↑ Сафир // Толковый словарь живого великорусского языка : в 4 т. / авт.-сост. В. И. Даль. — 2-е изд. — СПб. : Типография М. О. Вольфа, 1880—1882.
  3. ↑ 3,0 3,1 Переломова Н. В. Сапфир // Физический энциклопедический словарь / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1983. — С. 654. — 928 с. — 100 000 экз.
  4. ↑ 4,0 4,1 Сапфир — статья из энциклопедии «Кругосвет»
  5. ↑ 5,0 5,1 С.Ахметов. Беседы о геммологии. — М.: Молодая гвардия, 1989. — 237 с. — ISBN 5-235-00499-X.
  6. ↑ 6,0 6,1 Светодиодное освещение (недоступная ссылка). Дата обращения: 19 февраля 2017. Архивировано 20 февраля 2017 года.
  7. ↑ Способ выращивания кристалла методом Киропулоса. Дата обращения: 19 февраля 2017. Архивировано 20 февраля 2017 года.
  8. ↑ Киропулоса метод. Дата обращения: 19 февраля 2017. Архивировано 20 февраля 2017 года.
  9. ↑ Метод Степанова. Дата обращения: 19 февраля 2017. Архивировано 20 февраля 2017 года.
  10. ↑ 10,0 10,1 Российский «Монокристалл» крупнейший в мире производитель сапфировых стекол. Дата обращения: 19 февраля 2017. Архивировано 20 февраля 2017 года.
  11. ↑ Scheel, Hans Jr̲g; Fukuda, Tsuguo. Crystal growth technology (неопр.). — Chichester, West Sussex: J. Wiley, 2003. — ISBN 0-471-49059-8. Архивная копия от 5 сентября 2012 на Wayback Machine
  12. ↑ Elena R. Dobrovinskaya; Leonid A. Lytvynov; Valerian Pishchik. Sapphire: Materials, Manufacturing, Applications (англ.). — Springer, 2009. — P. 3. — ISBN 0-387-85694-3.
  13. ↑ The sapphire industry: back to the future. Дата обращения: 20 февраля 2017. Архивировано 21 февраля 2017 года.
  14. ↑ «Gallium nitride collector grid solar cell» (2002) U.S. Patent 6 447 938
  15. ↑ Status Of the Sapphire Industry.. Дата обращения: 20 февраля 2017. Архивировано 21 февраля 2017 года.
  16. ↑ На Шри-Ланке добыт крупнейший в мире сапфир весом в 1404,49 карата. Дата обращения: 6 января 2016. Архивировано 6 января 2016 года.
  17. ↑ Самый крупный сапфир за $175 млн добыли в Шри-Ланке. Дата обращения: 6 января 2016. Архивировано 6 января 2016 года.

Литература

  • Андерсон Б. Определение драгоценных камней. — М.: Мир, 1983.
  • Киевленко Е. Я., Сенкевич Н. Н., Гаврилов А. П. Геология месторождений драгоценных камней. — М.: Недра, 1974.
  • Пыляев М. И. Драгоценные камни. — М.: Стрелец, 1990.
  • Рид П. Геммология. — М.: Мир, 2003.
  • Ферсман А. Рассказы о самоцветах. — М.: Наука, 1974.
  • Рубин и сапфир. — М.: Наука, 1974.

Ссылки

Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Сапфир&oldid=7215853