Фианит.

Фианит — искусственный ювелирный материал, созданный советскими учеными в начале 70-х. Это одна из лучших имитаций бриллианта, если не самая лучшая.

Название — от Физического института им. П. Н. Лебедева АН СССР (сокр. — ФИАН), где его впервые удалось синтезировать. На Западе фианит широко известен как «кубик циркония» (cubic zirconia или CZ). Существует множество других торговых названий, среди которых наиболее популярны: цирконит, джевалит, шелби, diamond-Z.

Упрощенная формула — ZrO2. Представляет собой стабилизированную кубическую двуокись циркония. По составу идентичен минералу бадделеиту. Структурным природным аналогом фианита является тажеранит — очень редкий минерал, открытый в 1969 году в Тажеранском щелочном массиве (Прибайкалье).

Двуокись циркония — вещество полиморфное, т. е. образует различные кристаллические решетки. В нормальных условиях его структура моноклинная, при нагреве выше 1250°C — тетрагональная; при t ~ 1900°C она становится гексагональной и только при t ~ 2300°C — кубической, как у алмаза. Однако при охлаждении структура ZrO2 вновь становится моноклинной.

Для того чтобы получить кубическую окись циркония, стабильную в обычных условиях, необходимы дополнительные компоненты. В качестве таких стабилизирующих добавок используются окиси кальция, магния, иттрия. Таким образом получают так называемую циркониевую керамику, известную до фианита. Это непрозрачный материал, который применяется в высокотемпературных конструкциях.

Но для того чтобы использовать двуокись циркония в качестве ювелирного камня, нужно не изготавливать керамику, а выращивать прозрачные монокристаллы, что неизмеримо труднее. Эту проблему удалось разрешить в Физическом институте им. П. Н. Лебедева АН СССР. В начале 70-х годов В. И. Александров, В. В. Осико и другие сотрудники института разработали тигельный метод выращивания кристаллов из расплава.

Температура плавления диоксида циркония очень высока — около 2750°C. Не существует огнеупорного материала, в котором он мог бы быть расплавлен: любой из них при такой температуре либо вступит в реакцию с расплавом, либо расплавится. Советские ученые нашли остроумное решение этой проблемы: двуокись циркония можно расплавить в контейнере, состоящем из той же двуокиси циркония!

Сущность метода заключается в следующем: порошок ZrO2 помещается в специальную ёмкость — тигель, температура которого с помощью воды, проходящей через медные трубки, поддерживается на уровне обычной комнатной. Производимая высокочастотным генератором энергия через окружающий тигель индуктор подается к шихте с таким расчетом, чтобы расплавилась только центральная ее часть, а снаружи порошок оставался холодным.

В результате расплав ZrO2 становится окруженным твердой оболочкой, состоящей из того же материала. В металлургии подобный защитный слой называется «гарнисаж». Эффективность подачи энергии зависит от электропроводности шихты. Сама окись циркония обладает таковой только при высоких температурах, поэтому в смесь изначально добавляют некоторое количество металлического циркония, который является хорошим проводником и инициирует начальное плавление. При нагреве он окисляется, превращаясь в ту же ZrO2 и увеличивает ее содержание в шихте до нужного количества. При достижении начального плавления в смесь добавляют стабилизатор (главным образом — Y2O3).

Энергия подается до тех пор пока не расплавится вся смесь, за исключением тонкой корочки на контакте с по-прежнему холодным тиглем. Чтобы отогнать возможные примеси и обеспечить однородность среды, расплавленное состояние вещества поддерживается в течении нескольких часов. Затем мощность генератора плавно снижают и будущий фианит начинает остывать, кристаллизуясь от дна тигля вверх.

После полного охлаждения из затвердевшей массы на свет появляются короткостолбчатые кристаллы. Для снятия внутренних напряжений проводится отжиг, после которого они уже готовы для огранки. Первоначально их размер не превышал 2 см, а в наше время при промышленном производстве получают агрегаты массой в несколько центнеров, состоящие из монокристаллов весом до 4 кг.

В СССР фианит в промышленных масштабах синтезируется с 1973 года. Пару лет спустя под торговым названием «джевалит» его начала производить швейцарская ювелирная фирма «Джевахирджан». В США промышленный синтез CZ освоен в 1976 году. В последние годы его производство процветает в Китае и Таиланде. Технологии получения фианита совершенствуются, но в их основе по-прежнему лежит методика сорокалетней давности, разработанная советскими учеными. Она и в наши дни является лучшей.

Добавляя в шихту те или иные вещества можно получить различную окраску (Cu — желтая, Cr — зеленая, Co — фиолетовая и т. д.). Такие фианиты служат хорошей имитацией цветных ювелирных камней. В наше время получают кристаллы самых разнообразных цветов (всего более 20-ти оттенков), в том числе двухцветный и с эффектом александрита. При этом ярко-зеленые и синие камни пока синтезируют только в России и США. С помощью термообработки из бесцветного материала получают белый и черный фианит с эффектом опалесценции, который становится всё более популярным.

Фианит — одна из лучших имитаций бриллианта. Конечно, в зависимости от используемой стабилизирующей добавки его свойства несколько меняются, но существенного значения при диагностике это не имеет. Индекс рефракции фианита ~ 2,18, а у алмаза ~ 2,42, поэтому визуально они практически не отличимы друг от друга. Для проверки показателя преломления потребуется специальный рефрактометр; диапазон работы традиционно используемого прибора — примерно до 1,8.

Дисперсия кубической окиси циркония — 0,06; у бриллианта — 0,044. На глаз такое незначительное различие определить невозможно. К тому же разница в оптических показателях частично нивелируется изменением соотношения углов между фасетами при огранке. Характерных для искусственного ювелирного материала включений в лучших высококачественных кристаллах фианита может и не быть. Фианит хорошо полируется; его твердость (8 — 8,5) достаточно высока для того чтобы надолго обеспечить камню первоначальный вид.

Все эти свойства в сочетании с прозрачностью и бесцветностью ставят фианит на первое место среди имитаций бриллиантов.

Правда, его удельный вес  (5,6 — 6 г/см3) значительно выше чем у алмаза (~3,52), но для того чтобы произвести подобную проверку, камень необходимо извлечь из оправы. Далеко не все фианиты абсолютно прозрачны и бесцветны, но ведь и алмазы не идеальны!

Один из самых надежных методов идентификации бриллиантов связан с тем, что они значительно лучше любого искусственного материала пропускают рентгеновские лучи. Если кольца с алмазом и фианитом положить на фотопленку и подвергнуть ее рентгеновскому облучению, пленка под бриллиантом почернеет значительно сильнее.

Фианит — один из самых разноцветных искусственных ювелирных материалов, но наиболее востребованы всё-таки бесцветные или чуть желтоватые кристаллы. В умелых руках мастеров-огранщиков они превращаются в сверкающие ювелирные камни.

Конечно, это только имитация, но даже профессиональный эксперт-геммолог не сразу отличит высококачественные фианиты от настоящих бриллиантов.