Капли флюса и "отпечатки пальцев" в корундах.

Для начала ликвидируем понятие "флюсового метода", как самостоятельного метода выращивания множества искусственных МОНОКРИСТАЛЛОВ драгоценных камней.

Собственно флюс применяется ВСЕГДА, если кристалл (камень) плавится инконгруэнтно, то есть, с образованием газовой фазы (кислорода) и алюминия или оксида алюминия (сапфира - корунда), обогащенного алюминием. Так вот флюсовым методом называется метод выращивания корунда из РАСТВОРА оксида алюминия ВО ФЛЮСЕ. То есть, выращивание происходит не из чистого оксида алюминия, а из его раствора во флюсе. Недостатки: 1 - Очень дорого, так как медленно. 2 - Эффективность резко падает из-за невоспроизводимости процесса. 3 - Плохо управляемое легирование кристалла из флюсового раствора (Цвет? Микродефекты? Срыв монокристаллического роста?) И прочее и прочее и прочее, так как в процесс роста ЧИСТОГО КРИСТАЛЛА вводим весьма концентрированный раствор этого кристалла в расплаве флюса с посторонними атомами - с посторонней химической формулой.

Другое дело, если флюс совершенно не растворяет в себе оксид алюминия, или, скажем, берилл. Но в то же время плотно закрывает толстой жидкой плёнкой чистый расплав драгоценного камня, чтобы этот самый расплав не обеднел скажем кислородом за счет его улетучивания в процессе выращивания, что, в свою очередь неминуемо приведет к нарушению химической формулы (стехиометрии) растущего кристалла, и, как следствие, к срыву монокристаллического роста и к образованию чего то твердого, носящего обычное у ростовиков название "козла".

Можно ли заменить чем либо ЗАЩИТНЫЙ ФЛЮС? Да, можно. Противодавлением какого-либо газа, в том числе и самого кислорода. Последний не очень технологичен, так как окисляет все подряд в установке. Дальше можно залезать в дебри технологии, но мы не будем делать это только по одной причине. До нас залезали многие соискатели ученых степеней (у нас) а также многие поисковики новых технологий (у них), приближающих искусственный камень к натуральному до уровня не различимости. У нас все победили, так как диссертации все успешно защитили. У них все проиграли, так как искусственный камень ВСЕГДА можно отличить от природного, хотя иногда и с одно-трех годичными задержками (изумруд Чэттема).

На рынке существуют 3 типа синтетических корундов. Они выращены методами Чохральского и Вернейля с вращением (значит нужно искать эксвидистантные концентрические полосы), или методом горизонтальной направленной кристаллизации (ГНК) в лодочке (в основном японцы, но давно на рынке не попадаются, так как дорого и неоправданно из-за легко идентифицируемых специфических ростовых дефектов). Заметим, что методы Чохральского и ГНК могут использовать ЗАЩИТНЫЙ ФЛЮС, а могут использовать выращивание в потоке газа под давлением. Есть вариации и метода Вернейля, использующие слой флюса между "твердой шихтой" и растущим кристаллом.

Главное свойство защитного флюса ОБРАТНОЕ по отношению к флюсу флюсового метода. Необходимо совершенно исключить массообмен между [расплавленной] шихтой и флюсом. Во флюсовом методе реализуется полное перемешивание = раствор.

Почти добрались до ответа на первый из поставленных вопросов.

1 - ФЛЮС ЗАЩИТНЫЙ (например, боросиликатный флюс - защитный по отношению к сапфиру) - он не смешивается ни химически, ни путем замещения (раствором) ни с расплавом химического соединения, ни уж и подавно НЕ ПРОНИКАЕТ в кристалл драгоценного камня. Никакой "ереси" здесь нет - у флюса на то и формула сверх стабильная и монстр-образная, чтобы ни в какую решетку камня не влезла. Ни цельной молекулой, ни по частям. ПОЭТОМУ, если флюс когда и проникает в кристалл, то только в трещины и каверны за счет его сверхтекучих свойств, которые и позволяют флюсу сильно "налипать" на стенки любого тигля, так что ни один атом кислорода из оксида алюминия не улетит. Примитивно, зато понятно. Капли флюса проникают только в полости. При этом в корундах флюс никогда не залечивает полости/трещины полностью. Если трещина залегает параллельно наблюдаемой плоскости (случай реализуется редко, но все спешат фотографировать), то крупные капли полностью аналогичны каплям дождя на паромасляном стекле автомобиля (фото 1, Sph-H, Lotus Gemmology). Если трещина почти перпендикулярна наблюдаемой плоскости, то у всего этого капельного рисунка четко прослеживаются края. Эти края, на который и обрываются капли жидкости, и есть границы трещины или каверны (фото 2, AIGS, Ru-H). Никакой лупы х20 для наблюдения крупных капель флюса не нужно. Иногда и в китайский "прибор" x4 все отчетливо видно. Теперь и на уточняющий вопрос (Должны ли дефекты, заполненные флюсом во время отжига, обязательно выходить на поверхность?), легко дать ответ. - "Конечно, обязательно".

2 - Несмотря на то, что с вуалями разобраться труднее, чем с теми же дефектами, которые мы уже называли в ответах Вам отпечатками пальцев, дислокационными стенками, шторками, перьями и т.д., но, видимо, вуали Вам ближе, так что будем работать с этим, не достаточно прижившимся термином. Еще раз. Вуали это дислокационные стенки, которые образуются очень часто в природных корундах, так как там гигантские напряжения возникают повсеместно. Вуали образуются и в синтетических слитках из-за нарушений технологии охлаждения этих слитков (газ перестали подавать преждевременно, печь выключили при достаточно высокой температуре и т.д. и т.п.). Дислокации это такой линейный дефект, когда происходит дефектный сдвиг целого длинного ряда атомов на одно не полное межатомное расстояние. Таким дислокациям энергетически выгодно собраться вместе, чтобы понизить их суммарную энергию. Они и собираются. Они собираются в те самые Вуали, отпечатки пальцев, шторки и т.д. Но (ПОКА) их увидеть нельзя. Только в электронный микроскоп = х 1000000000 (то самое "нано", которое профанировал ненавидимый всей Россией специалист широкого профиля). А видим мы их потому, что дислокационные стенки представляют собой области с напряжением сжатия (в одной стороны поверхности) и с напряжением растяжения (с другой). В одну область диффундируют примеси, которые "меньше" атомов решетки, ну а те, что решетку растягивают диффундируют в противоположную область. Если примесей становится много, то они способны САМИ образовать химическое соединение. Однако, не совсем такое, как в случае образования на воздухе или в вакууме. Давления в кристалле соответствуют его прочности - то есть, вероятность образования наиболее плотной субстанции - аморфной - жидкой вблизи Вуали намного выше, чем кристалла или другого микродефекта. Капли квази-жидкости (например галлия) могут образовываться с одной стороны вуали, а сгустки вакансий решетки или микродефекты из мелких летучих газов будут видны в оптический микроскоп, как газовые (легко сжимаемые) включения. Картины напряжений в поляризованном свете соответствуют жидким и газовым включениям. Конечно, ... это совсем не флюс. Это комплексы примесей и собственных точечных дефектов. СПРАШИВАЕТЕ: "2. Как непрофессионалу отличить флюсовые вуали от газово-жидких?" 1 - Флюсовые капли всегда крупнее. 2 - Распределение флюсовых капель всегда ограничены РЕЗКОЙ и ЛОМАННОЙ границей трещины или каверны. 3 - Размеры капель их форма по всему объему трещин каверн примерно одинаковы. 3 - Газовые или жидкие капли, образующие вуали практически всегда имеют плавные округлые абрисы, причем граница вуали ЕСТЬ, а капель на границе из-за их минимального размера или полного отсутствия не наблюдается [см. фотографию 3 - Вуаль = Перо и т.д. с включениями разных размеров, GEM-A]. капли есть/капель нет не наблюдается. 4 - Размеры мелких включений зависят в вуалях от напряжений, которые на границах вуалей минимальны. Только вот зачем все это нужно ... непрофессионалу то ?

3 - Третий вопрос "3. Есть ли отличия газово-жидких вуалей в синтетических корундах от подобных вуалей в природных?" - достаточно простой. Отличия зависят исключительно от спектра остаточных примесей в синтетических и природных корундах и уровня механических напряжений, которые привели к образованию дислокационных стенок = зародышей трещин. То есть, что вокруг каких Вуалей будет собираться и что образовывать НЕ ИЗВЕСТНО. Однако самих вуалей, отпечатков пальцев, шторок = дислокационных стенок в искусственных кристаллах ДОЛЖНО быть меньше, если, конечно, температурные датчики не забивать "кверху ногами", как это иногда у нас бывает. В Космонавтике бывает, а не то что в установке для выращивания кристаллов.

4 - Не заданный вопрос. Но возвращаться к нему не хотим. Бывают ли в синтетических кристаллах капли флюса? А вот и не угадали. БЫВАЮТ. Это когда индийцы Ru-H подделывают. Синтетический рубин закаливается в воду, затем еще не сильно растрескивающиеся кусочки отжигают при предплавильной температуре под слоем боросиликатного флюса. Так что опять же никаких исключений. Можно и капли флюса в трещине увидеть и эквидистантные концентрические полосы роста. Никакой мистики ... обычная Индия. Кстати основной признак закалки синтетики - гексагонально ячеистая форма тех самых вуалей. Они распределены по кристаллу в виде пчелиных сот. =

      

Огромное спасибо за полный и очень познавательный ответ!