Сапфиры на вырост

Вслед за Москвой, Петербургом и Ставрополем выращивать драгоценные сапфиры начали и в Набережных Челнах (Татарстан). ФОТО Егора АЛЕЕВА/ТАСС

Сапфиры получили признание у людей в древние времена, когда ими украшали короны императоров. Сегодня сапфиры используют не только в ювелирной отрасли. Они идеальны для создания деталей высокоточных приборов и механизмов, супермодных электронных гаджетов и элементов космических аппаратов. Правда, речь идет не о натуральных, а о синтетических минералах, которые выращивают, словно цветы. Чтобы своими глазами увидеть этот чудесный процесс, автор материала отправился в один из таких сапфировых «цветников», разбитый в московском государственном научно-производственном центре монокристаллов и кристаллографических исследований (ГНЦ ЦНИИТМАШ).

По заветам Степанова

В специально оборудованном цехе в ряд установлены герметичные камеры с пультами и глазками, через которые можно увидеть, как по 1 мм в минуту растут прозрачные монокристаллы. Здесь выращивают профилированные сапфиры усовершенствованным методом, разработанным профессором Степановым в Ленинграде еще в 1938 году в Институте химической физики под руководством Н. Н. Семенова (его преемником можно считать Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе). На данном сапфировом участке - круглосуточное производство, на 200 кг синтетических драгоценных камней ежемесячно. Выход годной продукции составляет свыше 80%, большинство которой уходит на экспорт.

«Уникальность и преимущество ленинградского метода в том, что сапфировые изделия растут в изначально заданном формате, - объяснил руководитель центра монокристаллов и кристаллографических исследований ЦНИИТМАШ Дмитрий Семенов. - То есть уже на стадии своего формирования кристалл принимает нужную форму стерженьков или трубочек круглой, овальной, треугольной форм сечения, лент и других более сложных форматов».

Это очень важный момент, ведь сапфиры не только сверхтвердый (тверже только алмазы), но одновременно и очень хрупкий материал. А это создает большие проблемы при его механической обработке. Во-первых, такая обработка обходится очень дорого, а во-вторых, велики потери в отходы дорогостоящего исходного монокристаллического материала. «Более того, некоторые сапфировые изделия, такие как трубки, вообще невозможно выполнить методами механической обработки», - уточнил Семенов.

Процесс выращивания сапфира происходит в тепловой зоне, где графитовый нагреватель расплавляет сырье до температуры 2050 оС. Туда помещается формообразователь, который и задает форму кристалла на стадии роста. А в основе этого сапфирового чуда лежит обыкновенная монокристаллическая окись алюминия. «Рассада» для получения конструкционных материалов - прессованные таблетки. Особенно чистое сырье, необходимое для получения кристаллов с оптической прозрачностью, поставляется из Китая. Россия похвастать такой продукцией пока не может.

Каменный урожай Приневья

Что касается площадок по производству синтетических сапфиров и оборудования для их роста, то нашей стране есть чем гордиться. Сейчас в России синтетическими сапфирами занимаются несколько предприятий. Самое известное из них не только в России, но и в мире - завод «Монокристалл» в Ставрополе. В отличие от московского сапфирового производства, которое специализируется на создании оптических и конструкционных материалов, ставропольский завод является лидером в производстве камней для светоизлучающих диодов и мобильной электроники. По последним данным, доля «Монокристалла» на мировом рынке синтетических сапфиров приближается к 50%. Сейчас едва ли не каждый второй в мире светодиод производится с использованием сапфировых компонентов этого предприятия.

Есть небольшой «сапфировый сад» и в Петербурге. Экспериментальный участок расположен на территории производителя электрических печей для выращивания монокристалла сапфира - компании «Апекс». Здесь обкатываются новые установки, совершенствуется технология выращивания монокристаллов по методу Киропулоса.

Этот метод в отличие от метода Степанова представляет собой выращивание сапфира из расплава на затравку. В результате получается монолитный брусок камня в виде так называемой були, которую потом раскраивают, нарезают на цилиндры и брикеты. Которые в свою очередь режут на пластины. Сейчас на петербургском предприятии выращивают кристаллы весом 60, 85 и 100 кг.

К слову, самый крупный в мире кристалл искусственного сапфира был выращен в конце 2016 года на ставропольском заводе «Монокристалл». Его вес составил 350 кг. Такой размер позволяет массово производить пластины сапфира большого диаметра. Чем больше кристалл, тем меньше расход электроэнергии, тем ниже себестоимость конечного продукта. Кроме того, есть прямая зависимость между размером кристалла и его качеством: чем он больше, тем четче кристаллическая решетка.

Лучший друг смартфона

Преимущества синтетического сапфира по достоинству оценили только тогда, когда на сцену прогресса вышла ее величество электроника. Эксперименты показали, что электронные устройства на сапфире работают лучше, чем на кремнии. Сапфир быстрее проводит тепло. Он идеален и для выпуска светодиодов, которые в 1990-х японцы запустили в промышленное производство.

Любопытно, что впервые искусственный сапфир прижился... в кнопочных сотовых телефонах. Затем светодиоды на основе сапфиров начали использовать для подсветки жидкокристаллических экранов. Сейчас синтетические сапфиры применяются во многих отраслях современной промышленности, включая автопром, авиацию и космос. Например, детали из сапфиров востребованы в современной светотехнике. В самых экономичных источниках массового освещения - натриевых лампах высокого давления - вместо керамических трубок теперь используют сапфировые, что повышает светоотдачу ламп на 10 - 30%.

Из рукотворного сапфира делают режущий инструмент: резцы для чистового и тонкого точения алюминиевых и медных сплавов, ножи для резки бумаги в промышленных плоттерах. Химическая стойкость позволяет использовать сапфировые тигли, мензурки и капилляры в «особо чистых» производствах.

В медицинской отрасли искусственные кристаллы не получили массового применения, но все еще впереди. Интерес врачей к синтетическим сапфирам вызван тем, что этот камень нейтрален по отношению к крови и тканям человеческого организма, что открывает огромные перспективы использования сапфиров в качестве имплантов в стоматологии, а также при изготовлении хирургического инструмента.

 

  • Алла Чередниченко
  •  
    По теме
    Нефтяные цены продолжают стремительно падать вечером 18 декабря. Цена марки Brent опустилась ниже $56 за баррель впервые с 12 октября 2017 года, таковы данные торгов международной биржи ICE.
    18.12.2018
    Банки не смогут устанавливать уличные табло с обменными курсами валют. Президент России Владимир Путин подписал закон о запрете банкам устанавливать на уличной площадке табло с обменными курсами валют.
    18.12.2018
     
    Госзакупки как фьючерс на бензин. К какому росту цен приготовились петербургские чиновники - Фонтанка Вопреки заявлениям правительства о заморозке цен госучреждения Северной столицы закупают топливо на следующий год по 50, а то и по 60 рублей за литр — то есть минимум на 10% дороже фактической цены.
    18.12.2018
    У Петербурга стабильные позиции в экспертном рейтинге - Петербургский дневник Северная столица уступила Москве и Московской области Фото: Петербургский дневник В ходе XVI Регионального инвестиционного конгресса в Москве рейтинговое агентство RAEX (РАЭКС-Аналитика) озвучило рейтинг инвестиционно
    18.12.2018
     
    «Экодор» должна была установить литой асфальтобетон на проезжей части и тротуарах моста через Малую Неву - Петербургский дневник На суде «Пилон» доказательств погашения долгов не представил Фото: pylon.ru На 35 миллионов рублей оштрафовал суд ЗАО «Пилон» за задержку оплаты работ субподрядчика - ЗАО «Экодор».
    18.12.2018
    Нефтяные цены продолжают стремительно падать вечером 18 декабря. Цена марки Brent опустилась ниже $56 за баррель впервые с 12 октября 2017 года, таковы данные торгов международной биржи ICE.
    18.12.2018 Фонтанка
    Ледокол будет находиться в Петербурге два дня - Петербургский дневник Он может за минуту выполнить полный разворот вокруг своей оси Фото: Пресс-служба ПАО «Газпром нефть» В Петербурге покажут новейший российский ледокол «Андрей Вилькицкий».
    17.12.2018 Петербургский дневник
    Северная столица уступила Москве и Московской области Фото: Петербургский дневник В ходе XVI Регионального инвестиционного конгресса в Москве рейтинговое агентство RAEX (РАЭКС-Аналитика) озвучило рейтинг инвестиционно
    18.12.2018 Петербургский дневник
    На суде «Пилон» доказательств погашения долгов не представил Фото: pylon.ru На 35 миллионов рублей оштрафовал суд ЗАО «Пилон» за задержку оплаты работ субподрядчика - ЗАО «Экодор».
    18.12.2018 Петербургский дневник
    Деньги город готов заплатить за 159 минут трансляции праздника. Фото: Игорь Руссак/MR7.ru Петербург готов заплатить за прямую трансляцию проведения праздника для выпускников «Алые паруса» в 2019 году 18,2 млн рублей,
    18.12.2018 Мой район
    Петербуржцы, которые видели все своими глазами, утверждают, что именно он стал виновником массовой аварии на пересечении Шкиперского протока и Гаванской улицы.
    19.12.2018 ГАZЕТА.СПб
    Горстка дерзких студентов держала в страхе весь район – пришлось вызывать в общежитие РГГРУ спецназ Росгвардии [фото, видео] Александр БОЙКО @AlexBoykoKP «Руки так, чтобы я их видел, смотреть в пол!» Вдоль общего коридора,
    18.12.2018 Комсомольская правда
    Очевидцы сообщили, что на место приезжала аварийная бригада Фото: Мегаполис Жители домов, расположенных на Бестужевской улице сообщили о прорыве трубы.
    18.12.2018 Петербургский дневник
    Анна Лутченкова Стадион обрел статус выявленного памятника Стадион "Кировец", расположенный на Перекопской улице в Кировском районе Санкт-Петербурга, признали памятником архитектуры.
    18.12.2018 Metro Петербург
    Американская киноакадемия опубликовала список претендентов на престижную награду Фото: кадр из фильма «Собибор» Режиссерский дебют Константина Хабенского «Собибор» не попал в шорт-лист премии «Оскар»,
    18.12.2018 Петербургский дневник
    А ремонт трамвайных путей ограничит движение по Среднеохтинскому проспекту Фото: Петербургский дневник С 18 декабря в Петербурге вступают в силу новые распоряжения о закрытии и ограничении дорожного движения.
    18.12.2018 Петербургский дневник
    Апелляцию защиты футболистов суд отклонил Фото: instagram.com/kokorin9 В Мосгорсуде завершилось рассмотрение апелляции адвокатов футболистов Александра Кокорина и Павла Мамаева,
    18.12.2018 Петербургский дневник
    Петербургская команда забросила три шайбы в ворота противника Фото: 1946.ska.ru Петербургский хоккейный клуб «СКА-1946» обыграл «Локо» со счетом 3:2.
    18.12.2018 Петербургский дневник
    «Метрострой» уперся в «Горный». Смольный признал второй срыв в петербургской подземке - Фонтанка О том, что «Метрострой» не успевает с продолжением оранжевой линии, Александр Беглов намекнул, когда перенес часть денег из бюджета-2019 в соответствующую графу документа на 2020 год.
    18.12.2018 Фонтанка
    Очевидцы сообщили, что на место приезжала аварийная бригада Фото: Мегаполис Жители домов, расположенных на Бестужевской улице сообщили о прорыве трубы.
    18.12.2018 Петербургский дневник