Алюмо-Иттриевый гранат (АИГ). Выращивание иттрий-алюминиевого граната различных цветов в газовой среде Гранат на основе скандия иттрия и алюминия

Синтетический иттрий-алюминиевый гранат (ИАГ)

кристаллические соединения общей ф-лы R 3 III M 2 III (X III O 4) 3 , где R ni -Y или другие РЗЭ, М III , X III -Fe, Al, Ga, подобные по структуре прир. гранатам R II 3 M III 2 (SiO 4) 3 (кубич. кристаллич. решетка, пространств, группа Ia3d). Структура гранатов синтетических каркасная, построена из тетраэдров ХО 4 и октаэдров МО 6 , в полостях к-рых расположены полиэдры RO 8 . Гранаты синтетические обладают высокими твердостью и прочностью (см. табл.). Химически стойки, не раств. в воде. Для гранатов синтетических характерен изоморфизм атомов R, М и X, вследствие чего существуют многочисл. разновидности этих соединений. Ниже приводятся св-ва наиб. важных гранатов синтетических.

Иттрий-железный гранат Y 3 Fe 2 (FeO 4) 3 - красно-бурые кристаллы; 10 14 Ом*см; точка Кюри 556 К; оптически прозрачен в области 1,1-1,5 мкм. Образуется при сплавлении оксидов Y и Fe. Монокристаллы выращивают из р-ра Y 2 O 3 (10,0% по массе) и Fe 2 O 3 (20,4%) в расплавленной смеси РbО (36,8%), PbF 2 (27,1%) и В 2 О 3 (5,5%) при снижении т-ры от 1300 до 930°С со скоростью 0,3-0,5 град/ч; используют также метод Вернейля. Материал магнитных запоминающих устройств, магнитных сердечников в микроволновой и телевизионной аппаратуре.

Иттрий-алюминиевый гранат – ИАГ- Y 3 Al 2 (A1O 4) 3 бесцв. кристаллы; оптически прозрачен в области 0,24-6,00 мкм. Не взаимод. с к-тами. Выше 500°Г раств. в расплавленной смеси PbO-PbF 2 -В 2 О 3 . Образуется при сплавлении оксидов Y и А1 выше 1500 С. наиб. распространенные методы выращивания монокристаллов: вытягивание из расплавленной стехиометрич. смеси оксидов при 2000 °С со скоростью 0,5-1 мм/ч с использованием ориентированной затравки (диаметр кристаллов до 60 мм, длина до 300 мм); горизонтально направленная кристаллизация из расплава в молибденовой лодочке со скоростью до 8 мм/ч; вертикально направленная кристаллизация. Иттрий-алюминиевый гранат, не содержащий изоморфных примесей,-ювелирный поделочный камень (имитатор бриллиантов), легированный Nd - материал для лазеров с длиной волны генерируемого излучения 1,064 и 1,320 мкм; для генерации излучения с длинами волн 1645 и 2060 нм этот гранат легируют Ег, Yb, Но, Тт (изоморфно замещающими Y и А1 в кристаллич. решетке). Физики из Екатеринбурга получили нанопорошок из иттрий-алюминиевого граната методом лазерного испарения

На основе этого ИАГ- нанопорошка с размером частиц порядка 10 нанометров была изготовлена оптическая керамика с высоким коэффициентом пропускания инфракрасного света.

СВОЙСТВА ГРАНАТОВ

* Легирован Nd III и Сr Ш

Гадолиний-галлиевый гранат Gd 3 Ga 2 (GaO 4) 3 -« Г Г Г» -бесцв. кристаллы. Слабо взаимод. с сильными к-тами. Образуется из оксидов Gd и Ga выше 1400 °С. Монокристаллы выращивают методом Чохральского в иридиевых тиглях со скоростью вытягивания 3-6 мм/ч; диаметр нелегированных кристаллов до 100 мм, длина до 300 мм. Материал подложек для наращивания эпитаксиальных пленок железных гранатов (см. Ферриты), используемых в магнитных запоминающих устройствах;легированный Nd III и др. - РЗЭ-лазерный материал. Ювелирный поделочный камень

Гадолиний-скандий-галлиевый гранат – «Г С Г Г» - Gd 3 Sc 2 (GaO 4) 3 , легированный Nd III (3,5*10 20 атомов в 1 см 3) и Сr III (2*10 20 атомов),-кристаллы изумрудно-зеленого цвета. Получают сплавлением оксидов Gd, Sc и Ga. Монокристаллы выращивают по методу Чохральского из расплавленной смеси оксидов Gd, Sc и Ga выше 1500°С со скоростью вытягивания 2-4 мм/ч в атмосфере N 2 (98%) и О 2 (2%). Перспективный лазерный материал.

jQuery(document).ready(function(){ jQuery(".js-message-slider").slider({ headerEl: "p.js-message"", contentEl: "div.b-contain", mode: "multiple", partsEl: "div.js-message-block", openClass: "minus", closeClass: "plus" }); }) Лазерные кристаллы на базе иттрий-алюминиевого граната, легированного ионами эрбия (ИАГ:Er)

Поставщик: ООО «Инженерный Центр Новых Технологий» Ключевые слова: монокристаллы, лазерные кристаллы

Компания ООО «Инженерный Центр Новых Технологий» более 10 лет успешно занимается выращиванием монокристаллов на базе иттрий-алюминиевого граната, легированного ионами эрбия (ИАГ:Er) и производством активных элементов на базе данного кристалла.

В настоящее время ИАГ:Er является самым распространенным кристаллом, на базе которого возможно реализовать генерацию в трехмикронной области спектра в твердотельных лазерах.

Лазеры на базе кристаллов ИАГ:Er нашли широкое применение в медицине. Прежде всего это связано с тем, что коэффициент поглощения света в воде на длине волны 2,94 мкм достигает экстремально высоких значений (k=1,2x10,sup>4 см -1).

«ИЦНТ» предлагает кристаллы ИАГ:Er различной геометрии (диаметром от 3 мм до 8 мм и длиной до 120 мм).

ИТТРИЙ-АЛЮМИНИЕВЫЙ ГРАНАТ (ИАГ) (TR)3Al 2 3. Получен в начале 60-х годов, с 1969 г. используется как ювелирный камень. Синонимы (коммерч. изд.): геллинэр, гранатит, даймоник, даймонэр, циролит и др. Возможны окрашивающие примеси: Tb, Dy, Но, Ег, Tu, Yb, Lu, Cr. Куб.с. Структура аналогична природному гранату (островная). Прозрачный. Бесцветный, зеленый, желтый, сиреневый, розовый и др. В УФ-лучах инертен, белый, розовый, сиреневый, желтый. Бл. стеклянный. Изотропный, n=1,832-1,873. Дисперсия 0,028. Тв. 8,5. Пл. 4,57-5,69 г/см3. Методы получения: зонная плавка, Чохральского и др. Широко используется в ювелирном деле. Диагностируют по оптическим свойствам. Cr-содержащая разновидность -красная под фильтром Челси. Бесцветный имитирует бриллиант, отличается включениями, меньшей тв., более высокой пл. Природного аналога нет.

Среди ювелирных камней особое место занимают синтетические камни , не имеющие природных аналогов. В течение долгого времени в нашей стране интенсивно развивались технологии выращивания подобных кристаллов, поскольку они находят широкое применение в научных и технических целях, например в лазерной технике, где особенно важны чистота и бездефектность кристаллов. Именно эти свойства в сочетании с возможностью получать кристаллы различных цветов привлекли внимание ювелиров. В настоящее время синтетические камни, не имеющие природных аналогов, широко применяются в ювелирном деле, либо самостоятельно, либо в качестве имитаций более дорогих природных ювелирных камней.

На сегодняшний день наиболее популярными синтетическими камнями , не имеющими природных аналогов, являются

• фианиты,
• иттрий-алюминиевые гранаты (ИАГ),
• зеленые и синие кварцы,
• стекла,
• к числу менее распространенных относятся гадолиний-галлиевый гранат (ГГГ) и ниобат лития.

Иттрий-алюминиевые гранаты и некоторые другие разновидности синтетических гранатов появились в начале 60-х годов и завоевали широкое признание на ювелирном как ограночный материал. Наибольшее распространение среди синтетических гранатов получили иттрий-алюминиевые (ИАГ) и гадолиний-галлиевые (ГГГ). Кристаллы ИАГ и особенно ГГГ находят широкое применение в науке и технике и именно это стимулировало развитие работ по их синтезу и выращиванию. Применению синтетических гранатов как ювелирных камней способствовало разработка экономически выгодных методов их выращивания - методы направленной кристаллизации и зонной плавки.

Иттрий-алюминиевый гранат является единственным из синтетических гранатов, который до сих пор используется в ювелирных изделиях в качестве имитаций ювелирных камней. Беспримесные ИАГ бесцветны, введение примесей позволяет получать различные окраски, например, примесь хрома - зеленый цвет, кобальта - синий, марганца - красный, титана - желтый. Бесцветный ИАГ применяется в качестве имитации алмаза, а зеленый настолько похож на демантоид, что визуально отличить его практически невозможно.

Гадолиний-галлиевый гранат представляет собой прозрачный материал со слабым коричневым оттенком и очень сильный блеском, одно время имел некоторый успех в качестве имитации алмаза. Диагностические свойства ГГГ приведены в таблице. Следует отметить его невысокую твердость, которая не позволила ему получить широкое распространение в качестве ювелирного материала.

Среди внутренних особенностей в синтетических гранатах часто наблюдаются зональность, газовые и твердые включения, блочность и трещиноватость. Диагностика ИАГ и других синтетических гранатов особых затруднений не вызывает.

В последнее время наиболее популярным из всех синтетических материалов, имитирующих алмаз, является фианит - стабилизированная кубическая окись циркония. Впервые кристаллы фианита были выращены в середине 60-х годов в нашей стране в Физическом институте им. П.И. Лебедева А.Н. СССР (ФИАН), в честь которого и были названы полученные кристаллы. Для выращивания кристаллов фианита в настоящее время применяется метод гарнисажной плавки. Обладая набором важных для использования в научных и технических целях свойств, фианиты, тем не менее, очень скоро после разработки метода их получения начали применяться в ювелирной промышленности. Этому способствовали прежде всего красота и поразительное внешнее сходство бесцветных ограненных фианитов с бриллиантами, а также способность их окрашиваться, при введении хромофорных примесей, в различные яркие цвета. Например, примесь европия придает фианитам розовый цвет, железа - желтоватый, кобальта - темно-лиловый, ванадия - зеленый, меди - желтый, а серий - ярко-красный. В последнее время в России разработана технология получения непрозрачных белых, розовых и черных разновидностей, которые выступают как имитации жемчуга, черного халцедона или черного алмаза. На сегодняшний день диагностика фианитов не представляет особых сложностей (к диагностическим свойствам относятся плотность, твердость, УФ-флюоресценция).

Фианиты наряду с синтетическими гранатами являются достойными соперниками природных ювелирных камней. При этом фианиты, характеризующиеся более высокими значениями показателя преломления и дисперсии, обладают более ярким блеском и игрой света, чем, например, иттрий-алюминиевые гранаты.

Следующим синтетическим кристаллом, не имеющим природных аналогов и применяемом в ювелирном деле является ниобат лития , также известный под торговым названием «линобат». Выращивают его методом Чохральского, вытягивают монокристаллы из расплава ниобата в платиновом тигле. Ниобат лития обладает двойным лучепреломлением, но по показателю преломления (см. таблицу) он близок к алмазу. Из-за своего «шелковистого» вида, обусловленного довольно высоким двупреломлением, и низкой твердости, линобат - одна из наименее ценных имитаций алмаза. Бесцветный с чистом виде, ниобат лития может бать окрашен в зеленый цвет примесью хрома, в желтый - примесью никеля, в синий - примесью кобальта и в красный - примесью двухвалентного железа. Вследствие высокого двупреломления ниобат лития может быть легко принят за циркон, однако по этому же признаку его легко отличить от алмаза или демантоида.

В качестве имитаций природных ювелирных камней издавна применялись различные искусственные стекла, и они до сих пор продолжают широко использоваться в ювелирном деле. Под встречающемся в литературе названием «стразы», также подразумеваются стекла. Следует отметить, что существуют также разнообразные природные стекла - молдавиты, обсидиан, лешательерит и др., ниже будут описаны только стекла, получаемые искусственным путем и не имеющие к природным никакого отношения. По цвету стекло может очень точно имитировать большинство ювелирных камней, тем более, что камни с низким показателем преломления обычно имеют стеклянный блеск. Хотя свойства стекол могут варьировать в широких пределах, к настоящему времени выявлены надежные диагностические признаки для определения имитаций из стекла. Наиболее важными являются: включения газовых пузырей (иногда достаточно крупных), аномальное двупреломление (наблюдается не всегда), раковистый излом (стекло является достаточно хрупким), показатели преломления и плотность (эти константы у стекол редко соответствуют константам имитируемых камней), также стекла часто содержат так называемые свили, напоминающие изогнутую зональность.

Среди синтетических камней , не имеющих природных аналогов следует также отметить синий, зеленый кварц и синий синтетический форстерит . Хотя кварц и форстерит встречаются в природе, но перечисленных цветовых разновидностей в сочетании с примесями и процессами, приводящими к возникновению такого цвета, в природе нет. Синтетический кварц выращивают гидротермальным методом. Для получения синего цвета в систему вводят примесь кобальта, а для получения зеленых и коричневых разновидностей - железо.

В целях эксперимента в небольших количествах был синтезирован форстерит, содержащий примесь кобальта. При введении даже незначительного количества данной примеси синтетический форстерит приобретает синюю окраску и сильный плеохроизм в красных тонах, что позволяет ему выступать в качестве имитации танзанита (популярного за рубежом синего цоизита).

В какой-то мере к категории описываемых ювелирных синетических камней можно отнести и камни, имеющие природные аналогами, но природные камни встречаются в виде мельчайших индивидов, поэтому они в ювелирном деле не применяются. Наиболее известным среди таких камней является муассанит , к числу менее известных относится цинкит. Оба имеют высокий показатель преломления. Муассанит с 1996 применяется в качестве имитации алмаза, а цинкит менее распространен поскольку обладает невысокой твердостью.

Изделия с синтетическими камнями, не имеющими природных аналогов, занимают устойчивое положение на рынке в секторе недорогих ювелирных изделий, доступных широкому кругу потребителей. Их свойства (такие как цвет, дисперсия, твердость) и высокие качественные показатели позволяют с успехом применять их в качестве имитаций, т.е. как альтернативу дорогим ювелирным камням. В некоторых случаях эти камни выглядят даже лучше, чем природные камни, например, бесцветный фианит по своей «игре» и блеску при вечернем освещении превосходит бриллиант. Поскольку технологии синтеза находятся в постоянном развитии, мы в праве ожидать появления новых ювелирных материалов и новых разновидностей уже существующих.

Таблица. Диагностические свойства некоторых синтетических камней, не имеющих природных аналогов.

Максим Викторов

Ксения Розенберг

Геммологический Центр МГУ

Алюмо-Иттриевый гранат (АИГ) это оптический материал пригодный для использования в УФ и ИК оптике . Изделия из YAG можно применять в качестве оптических элементов в широкой области спектра от 250-5000 нм. Механические и химические свойства YAG близки к сапфиру, однако YAG не обладает двулучепреломлением и его обработка несколько проще,чем обработка сапфира. YAG не имеет линий поглощения в области 2 – 3мкм, где обычно стекла имеют тенденцию высокого поглощения из за сильных связей молекул воды. Благодаря высоким показателям прочности, порога разрушения, показателя преломления и теплопроводности YAG может быть использован при высоких температурах и в высокомощных лазерах.

Мы используем для нашей оптики высококачественные кристаллы, выращеные по методу Чохральского и горизонтальным методом по выбору заказчика. Наша фирма осуществляет лазерную полировку YAG, изготавливая светопроводы, призмы и зеркала.

Иттрий алюминиевый гранат легированный неодимом (Y 3 A 15 O 12:Nd 3+ )

Алюмо-Иттриевый гранат легированный неодимом( Y 3 A 15 O 12:Nd 3+) - лазерный кристалл, который широко используется в промышленных, медицинских и научных целях. Его основными преимуществами являются: низкий порог генерации, высокий КПД, низкие потери на 1.064 µm , а также высокое оптическое качество, хорошая теплопроводность и устойчивость к перепадам температур, стабильные химические и механические свойства, что позволяет применять Nd :YAG во всех типах твердотельных лазеров.

Спецификация лазерных стержней Nd:YAG

Дополнительно АРД-ОПТИКС предлогает услуги по ремонту
(переполировка и нанесение покрытий) лазерных элементов заказчика

Иттрий алюминиевый гранат легированный эрбием (Er:Y 3 Al 5 O 12 или Er:YAG)

Иттрий алюминиевый гранат, легированный эрбием ( Er :Y 3 Al 5 O 12 или Er :YAG ) - лазерный кристалл, который имеет широкие преимущества при использовании на длине волны 2.94 µ. Er :YAG имеет высокое оптическое качество, высокий КПД , хорошую теплопроводность, стабильные химические и механические свойства. Er :YAG накачивается в широкой области 600 - 800 нм. Все эти свойства делают Er :YAG превосходным материалом для стоматологических и других медицинских лазеров.

Спецификация лазерных стержней Er:YAG

Дополнительно АРД-ОПТИКС предлогает услуги по ремонту
(переполировка и нанесение покрытий) лазерных элементов заказчика

Иттрий алюминиевый гранат легированный иттербием (Yb: Y 3 Al 5 O 12 или Yb:YAG)

Алюм-иттриевый гранат, легированный иттербием(Yb: Y 3 Al 5 O 12 или Yb:YAG ) является одним из многообещающих лазерных активных материалов и более удобным для диодной накачки по сравнению с традиционными Nd гранатами. Он может генерировать на длине волны 1,03µ при накачке 940 нм. Основные преимущества Yb :YAG : широкая полоса поглощения, высокая эффективность и превовсодная эммисия. Лазерный материал Yb :YAG широко используется в промышленных лазерах для резки и сварки металлов. Этот кристалл также применяется в электронике, оптике и в лазерных технологиях.

Спецификация лазерных стержней Yb:YAG

Дополнительно АРД-ОПТИКС предлогает услуги по ремонту
(переполировка и нанесение покрытий) лазерных элементов заказчика

Существует несколько видов синтезированных камней которые не встречаются в природе. Эти кристаллы вырастили случайно когда производили исследования в области физики твёрдого тела. Некоторые из этих кристаллов после огранки начали использовать в ювелирном деле.

Титанат стронция

Одним из таких является синтетический титанат стронция которое вырастили в горелке Вернейля. Титанат стронция имеет химический состав SrTiO3. Титанат стронция как и минерал перовскит (CaTiO3) очень схожи по своей кубической структуре и форме кристаллов. Титанат стронция изотропен, почти бесцветен, имеет показатель преломления в натриевом свете 2,410, дисперсию 0,19 в интервале от B до G, удельный вес 5,1, твёрдость 6. Титанат стронция также имеет и другие названия такие как старилиан, фабулит, диагем. Титанат стронция с бриллиантовой огранкой очень похож на алмаз хотя его легко можно распознать даже по твёрдости или по удельному весу у алмаза он составляет 3,52, к тому же он не флюоресцирует в ультрафиолетовом свете. Из-за того что титанат стронция легко отличить от алмаза его не стали использовать в ювелирном деле.

Ниобат лития

Ещё одно вещество которое не встречается в природе но искусственно можно вырастить это ниобат лития. Ниобат натрия попал на ювелирный рынок Америки под названием Линобат. Ниобат лития выращивают в основном бесцветным но если добавить специальные присадки то он может приобрести цвет от красного до фиолетового. Ниобат лития имеет химический состав LiNbO3. По своим химическим свойствам он очень близок к свойствам титаната стронция. Но в отличие от Титаната стронция это искусственно выращенное вещество не изотропное, а одноосное или по другому тригональное. Ниобат лития имеет показатели преломления обыкновенного луча в натровом свете 2,30, показатели преломления не обыкновенного луча 2.21. У ниобата лития твёрдость 5,5, удельный вес 4,64, дисперсия 0,120 в интервале от B до G, что в 3 раза выше дисперсии алмаза.

Физики синтезировали несколько веществ по структуре очень похожими на гранаты. Такие минералы в природе не встречаются. Эти гранатоподобные вещества имеют химическую формулу X3AL3O12. Эти вещества создают в горелке Вернейля или по методу Чохральского при котором подвешенный над расплавом натуральный минерал в качестве затравки опускают до того момента когда она прикоснётся к поверхности расплава, а затем её поднимают и при этом её вращают. Из-за этого кристалл получается крупным цилиндрической формы. Такой процесс ещё называют вытягиванием из расплава. Самыми востребованными из этих веществ являются Иттрий алюминиевого граната и Даймонэр. Обычно Иттрий алюминиевый гранат и Даймонэр изготавливают бесцветными но можно придать им различный цвет добавив для этого специальную примесь. Например если добавить хром то вещество приобретёт зелёную окраску и станет похожим на демантоид. Отличить синтетическое вещество от демантоида можно по удельному весу так как у вещества удельный вес 4,6, а у демантоида намного меньше.