Драгоценные камни стр.109
Кроме ювелирного дела, искусственный корунд находит все большее применение в промышленности и в настоящее время повсеместно используется для изготовления опорных камней в часах и других приборах, для которых требуется дешевый, прочный и, главное, надежный материал. Крупные кристаллы применяются в мазерах и лазерах. Хотя цилиндрическая полубулька вполне пригодна для огранки по форме, обычно принятой для ювелирных камней, если потери при огранке достигают 98%, это очень расточительно. Выяснилось, однако, что, изменив устройство, печи Вернейля, можно вырастить тонкие стержни; вырезанные из них алмазным диском тонкие пластинки не нуждаются в огранке, их надо только просверлить и отполировать; при этом сберегается большое количество материала: потери составляют лишь 2%. Сырье, которое представляет собой чрезвычайно тонкий порошок (его частицы имеют диаметр около 0,0001 мм), при помощи вибратора поступает вниз в струю газов, которые должны быть абсолютно чистыми и сухими, и далее в пламя печи. Горелка во время работы видна плохо, действует совершенно бесшумно и почти не излучает тепла. Оптической ориентировкой стержня можно очень легко управлять, используя в качестве подставки обломок изготовленного раньше корунда, который устанавливается в нужном положении, так что новый материал будет кристаллизоваться в полном соответствии с ориентировкой старого.
Как только стержень начинает расти, его диаметр и скорость роста регулируют подставкой. Это делается механически, путем понижения с помощью небольшого электромотора супорта, поддерживающего растущий кристалл. При помощи остроумного приспособления изображение светящегося стержня проектируется на экран, на котором прочерчены главные линии, и скорость роста устанавливается такой, чтобы изображение заполнило очерченное этими линиями пространство. Стержни диаметром 2—3 мм растут со скоростью около 25 мм в час. Обычно выращивают стержни длиной 25—30 см, но известны и образцы длиной до 60 см. Если уже образовавшиеся стержни прокалить, их бока становятся замечательно чистыми и блестящими. Стержни, пока они горячие, можно изгибать плоскогубцами, не ломая. Стержни, изогнутые подобно рукоятке трости, используются в производстве искусственного шелка. Опыт показывает, что такие стержни хрупки, если они или слишком толстые, или содержат слишком много окиси хрома. Уместно задать вопрос: почему требуется окрашенное вещество, если оно используется только в качестве опорных камней? Ответ такой: неразборчивые люди, привыкшие видеть в своих часах кусочки красных драгоценных камней, подозрительно отнесутся к бесцветным опорным камням 1.
Из опыта известно, что если при выращивании стержней для опор используется подходящий материал, то оптические оси стержней должны почти совпадать с их длиной. Стержни с перпендикулярными к длине оптическими осями не находили применения до тех пор, пока их тщательно не прокалили при температуре свыше 1500°С. В практике желательно после изготовления прокаливать все стержни.
Кристаллы, выращенные в печи Вернейля, всегда несут сильные внутренние напряжения из-за резких перепадов температуры и быстрого охлаждения; для того чтобы этого избежать, в прибор ввели различные усовершенствования. В трехтрубной горелке имеется дополнительная концентрическая кислородная трубка, которая располагается с внешней стороны водородной горелки, что позволяет лучше регулировать пламя, а специальное теплоизоляционное устройство значительно уменьшает перепад температур. Вместо пламени применялись другие источники тепла. В дугообразной горелке использовались два источника тепла: исходящие от одного источники лучи резко фокусировались, чтобы получить интенсивное локальное нагревание, а менее концентрированные лучи второго позволяли уменьшить перепад температуры поперек кристалла. Если такой прибор применяют для выращивания отдельных кристаллов из смесей, чувствительных к химическому пламени обычной горелки, то используют высокочастотную индукционную плазменную горелку, которая позволяет подобрать подходящий газовый состав: либо более или менее кислый, либо нейтральный. Это дает пламя с низкой скоростью подачи газа и сравнительно большим поперечным сечением; оптимальный размер зерен исходного материала может быть значительно больше, чем тот, что требуется в классическом устройстве; при этом можно добиться очень высоких температур. В модификации прибора, предложенной компанией «Линде», выращивали кристаллы в форме диска вместо обычной бульки или стержня. Рост происходил на расположенном горизонтально стержне, который быстро вращался вокруг своей оси и, опускаясь вниз, выводился из пламени; таким образом формировался диск, на краях которого условия роста были почти изотермическими. Большая часть этих усовершенствований была введена при попытках получить более правильные кристаллы для научных целей; в производстве синтетических драгоценных камней их обычно не применяют.