А кварц? К 1900 году арсенал ученых пополнился «бомбами». Толстостенные сосуды с завинчивающимися крышками использовали для проведения химических реакций в растворах при высоких температурах и давлениях. Время от времени они взрывались, раня ученых осколками. С ростом инженерного мастерства «бомбы» становились совершеннее и надежнее. Их назвали автоклавами, то есть самозапирающимися (автос — сам, клавис — ключ) сосудами.
И вот туринец Г. Специа вырастил кристалл кварца длиною два сантиметра. Ученый впервые использовал затравку, то есть наращивал кварц на специально подвешенные в автоклаве крупинки природного материала. После опытов Специа прошло более сорока лет, но никто не добился лучших результатов…
Лучше обстояло дело с рубинами. Здесь за дело взялся французский ученый Огюст Вернейль. Внешне он похож на композитора: борода и усы, как у Чайковского, высокий лоб, задумчивая улыбка. Гибкие и нервные кисти профессионального дирижера. Но Вернейль дирижировал не оркестром, а огненными струями кислородно-водородного пламени. Впервые в мире он получил действительно крупные и прозрачные кристаллы рубина, которые можно было огранить и вставить в перстень. Это произошло в 1891 году.
Вернейль значительно усовершенствовал горелку Годэна и пошел дальше своего соотечественника в теории кристаллообразования. Були диаметром 5–6 миллиметров и весом 12–15 каратов вырастали за два часа. В 1900 году в Париже открылась Всемирная выставка. Наряду с прочими чудесами на ней демонстрировались вернейлевские рубины. Все были потрясены. Искусственные яхонты по цвету, твердости, блеску, плотности ничем не отличались от природных собратьев. Спрос на них был весьма велик.
А Вернейль рвался дальше. Он мечтал вырастить сапфир, хотя в те времена даже с причиной его синей окраски не все было ясно. Ученый экспериментировал с различными оксидами и остановился на железе и титане. В 1911 году были опубликованы патенты на выращивание синего сапфира. Через два года общий объем производства сапфира достиг 1200 килограммов, а рубина — 2000 килограммов.
Метод Вернейля оказался пригодным и для выращивания шпинели. Первый синтез этого соединения осуществил А. Пари, студент Вернейля. Палитра шпинели несравненно шире корундовой. Здесь голубые, аквамариновые, синие, зеленые, розовые и другие цвета.
В 1913 году Огюст Вернейль умер. Прервалась полоса выращивания рубинов, сапфиров и шпинелей. Началась первая мировая война, потом пожар революций, кризисы. Людям было не до самоцветов и их искусственного получения…
В 30-х годах Р. Наккен вырастил пятиграммовые кристаллы кварца за девяносто часов. Его метод основывался на том, что растворимость кварцевого стекла превосходит растворимость кварца. Поэтому при одной и той же температуре стекло, насыпанное в автоклав, растворяется, а кварц выпадает из раствора и нарастает на затравку. Однако наступал момент, когда стекло покрывалось тонким слоем кварца и переставало питать раствор. Одновременно прекращался рост кристаллов кварца. Следовало разработать технологию синтеза, при которой в одном участке автоклава кварц растворялся бы, а в другом — выпадал из раствора. Задача содержала внутреннее противоречие и казалась неразрешимой.
Решение нашел А. Уокер в 1950 году. Он предложил нагревать автоклав раздельно: низ — до 673 кельвинов, а верхнюю часть — до 653 кельвинов. На дно автоклава насыпали кварцевую шихту, а вверху подвешивали затравочные кристаллы. Дальнейшее понятно. Конвекционные токи поднимают горячий, обогащенный кремнеземом раствор в верхнюю, более холодную зону автоклава. Выпавший из раствора кварц нарастает на затравку, а остывший раствор опускается вниз за новой порцией кремнезема. И так до тех пор, пока выросший кристалл не заполнит автоклав. Свои опыты Уокер проводил в растворах соды и щелочи. Максимальное его достижение — 312 граммов кварца за месяц.
В Советском Союзе опыты по синтезу кварца были начаты в 1939 году. Вел их Н. Н. Шефталь по методике Наккена и, естественно, больших успехов не добился. В результате почти тысячи экспериментов были получены только мелкие кристаллы. Однако ценнее их оказался приобретенный опыт. В самом начале 50-х годов Шефталь применил метод температурного перепада. Результаты не замедлили сказаться: из раствора карбоната натрия вырос кристалл весом 17 граммов.
Дальнейшие работы в Институте кристаллографии АН СССР возглавил В. П. Бутузов. Его группа занималась выращиванием кварца из смеси растворов соды и щелочи. В лучшем опыте за один месяц вырос кристалл весом 73 грамма. Затем кристаллов стало так много, что их использовали в технике. Испытания показали, что по своим свойствам они не отличались от природных. Это был успех.