Сапфир

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Сапфир
1szafir Madagaskar.jpg
Необработанный 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
Сингония Тригональная
Показатель преломления 1,766 — 1,774
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, 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.[2]. Искусственные сапфиры были впервые синтезированы в 1904 году французским химиком Огюстом Вернеем (англ.) (или Вернейлем, как его иногда называют на старый лад).[3]

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

Свойства и разновидности[править | править вики-текст]

Сапфир характеризуется высокой твёрдостью (9 по Моосу) и сильным блеском. Коэффициент преломления света 1,762—1,778. Температура плавления 2040 °C[2].

Ювелирные сапфиры[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

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[4]: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 весом чуть более трёх с половиной тысяч карат.

История слова и камня[править | править вики-текст]

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).[4]: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: греческий «йаксинтос» — персидский «йакунд» — арабский «йакут» — славянский «яхонт». При этом рубин назывался «яхонтом червлёным», а сапфир чаще всего — «лазоревым».

Применение[править | править вики-текст]

  • Синие прозрачные сапфиры используют в ювелирных изделиях в виде огранок. Звёздчатые сапфиры обычно обрабатываются в виде кабошона[источник не указан 138 дней].
  • 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); 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[править | править вики-текст]

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[5].

Упрощённая схема метода Вернейля

Искусственные сапфиры были впервые синтезированы в 1904 году французским химиком Огюстом Вернеем (англ.) (или Вернейлем, как его иногда называют на старый лад)[3]. Метод синтеза — капельное осаждение в кислород-водородном пламени — так и назвали метод Вернейля. Сегодня этот метод также используется для промышленного синтеза сапфиров.

Позже был придуман метод Чохральского и его разновидности (метод Киропулоса[6][7], метод Степанова[8]) — вытягивание кристалла из расплава с использованием затравочного кристалла. Сегодня по этому методу получают сапфиры массой до 300 килограммов[9].

В мире производится сотни тонн синтетических сапфиров в год, в основном в Китае, Японии, США и России[10][11]. На территории России находится одно из крупнейших в мире предприятий по синтезу сапфиров[9][12].

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).[13] Этот процесс используется в том числе для производства синих светодиодов, на основе которых делается белое светодиодное освещение[5][14].
  • Активированное добавками рабочее тело для твердотельных лазеров.

Знаменитые сапфиры[править | править вики-текст]

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 Сапфир / А. С. Марфунин // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
  2. 1 2 Физический энциклопедический словарь / Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред. кол. Д. М. Алексеев, А. М. Бонч-Бруевич, А. С. Боровик и др. — М.: Сов. энциклопедия, 1983. — 982 с. — 100 000 экз.
  3. 1 2 Сапфир — статья из энциклопедии «Кругосвет»
  4. 1 2 С.Ахметов. «Беседы о геммологии». — М.: «Молодая гвардия», 1989. — 237 с. — ISBN 5-235-00499-Х.
  5. 1 2 Светодиодное освещение
  6. Способ выращивания кристалла методом Киропулоса
  7. Киропулоса метод
  8. Метод Степанова
  9. 1 2 Российский «Монокристалл» крупнейший в мире производитель сапфировых стекол
  10. Scheel, Hans Jr̲g; Fukuda, Tsuguo. Crystal growth technology. — Chichester, West Sussex: J. Wiley, 2003. — ISBN 0-471-49059-8.
  11. Sapphire: Materials, Manufacturing, Applications. — Springer, 2009. — P. 3. — ISBN 0-387-85694-3.
  12. The sapphire industry: back to the future
  13. "Gallium nitride collector grid solar cell" (2002) U.S. Patent 6 447 938
  14. Status Of the Sapphire Industry.
  15. На Шри-Ланке добыт крупнейший в мире сапфир весом в 1404,49 карата
  16. Самый крупный сапфир за $175 млн. добыли в Шри-Ланке

Литература[править | править вики-текст]

  • 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.
  • Физический энциклопедический словарь / Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред. кол. Д. М. Алексеев, А. М. Бонч-Бруевич, А. С. Боровик и др. — М.: Сов. энциклопедия, 1983. — 982 с. — 100 000 экз.

Ссылки[править | править вики-текст]