寶石合成方法及原理匯總綜述

1、寶石合成原理與方法（匯總）第一章緒論要點人造寶石材料的重要性人造寶石材料的發(fā)展基本概念晶體生長基本理論一、人造寶石材料的重要性隨著科學技術的發(fā)展，人民生活水平不斷提高，人類對寶石的需求也逐漸增加。然而天然寶石材料的資源畢竟是有限的，而人工寶石材料能夠大批量生產，且價格低廉，故人工寶石材料在市場上占有較大的份額。隨著科學技術的發(fā)展，人工寶石材料的品種日益繁多，合成寶石 的特性也越來越接近天然品種。寶石學家不斷面臨鑒別新的人造寶石材料的挑戰(zhàn)。某些人工的晶體材料也用于工業(yè)產品及設備的制造及生產中。例如，人造釔鋁榴石 被廣泛用于激光工業(yè)，合成水晶是用作控制和穩(wěn)定無線電頻率的振蕩片和有線電話多路通訊濾波

2、元件及 雷達、聲納發(fā)射元件等最理想的材料。二、人造寶石材料的發(fā)展人工制造寶石的歷史可追溯到1500年埃及人用玻璃模仿祖母綠、青金石和綠松石等。人工合成寶石始于18世紀中期和19世紀，由于礦物學研究的發(fā)展以及化學分析方法取得的進展，使人們逐漸掌握了寶石的化學成分及性質，加上化學工業(yè)的發(fā)展以及對結晶過程的認識，人工合成寶石才變?yōu)楝F實。1892年岀現了聞名的“日內瓦紅寶石”，這是用氫氧火焰使品質差的紅寶石粉末及添加的致色劑鉻熔融，再重結晶形成優(yōu)質紅寶石的方法。隨后，這種方法經改進并得以商業(yè)化。1890年，助熔劑法 合成紅寶石獲得成功；1900年助熔劑法 合成祖母綠 成功。從此，寶石合成業(yè) 飛速地發(fā)展

3、起來。合成尖晶石、藍寶石、金紅石、鈦酸鍶等逐漸面市。1953年合成工業(yè)級鉆石、1960年水熱法合成祖母綠及1970年寶石級合成鉆石也相繼獲得成功。我國的人工寶石材料的生產起步較晚。五十年代末，為了發(fā)展我國的精密儀器儀表工業(yè)，從原蘇聯引進了 焰熔法合成剛玉的設備和技術，六十年代投產后，主要用于手表軸承材料的生產。后來發(fā)展到有20多家焰熔法合成寶石的工廠，能生長岀各種品種的剛玉寶石、尖晶石、金紅石和鈦酸鍶等。我國進行水熱法生長水晶的研究工作，始于1958年。目前幾乎全國各省都建立了合成水晶廠。我國的彩色石英從1992年開始生產，現在市場上能見到的各種顏色品種的合成石英。七十年代，由于工業(yè)和軍事的需

4、要，尤其是激光研究的需要，我國先后用提拉法生產了人造 釔鋁榴石（YAG和釓鎵榴石（GGG晶體，它們曾一度被用于仿鉆石。1982年，我國開始研究合成立方氧化鋯的生產技術，1983年投產。由于合成立方氧化鋯 的折射率高、硬度高、產量大、成本低，很快取代了其它仿鉆石的晶體材料。廣西寶石研究所1993年成功生產水熱法合成祖母綠， 產的，至八十年代末，我國已有 300余家合成工業(yè)用鉆石的廠家。但寶石級合成鉆石的生產還在 探索之中。1995年，我國采用 化學氣相沉積法 生長岀了多晶金剛石薄膜，已在首飾方面應用?，F已能生產水熱法合成其它顏色的綠柱石及紅、藍寶石合成工業(yè)用鉆石在我國是1963年投所以我國的人工

5、寶石制造工業(yè)，雖然起步較晚，但發(fā)展迅猛。我們與發(fā)達國家的差異正在逐漸縮小。三、基本概念1. 合成寶石：指人工或半人工的無機合成材料，其化學成分、原子結構、物理性質與其天然對 應無機寶石基本相同。A. 原料：半人工材料；如天然去皮水晶作為合成水晶的原料；人工分離岀的原料 Al 2O3作為合成紅寶石的原料；B. 有天然對應物：天然紅寶石-合成紅寶石它們的物理性質、化學成分和原子結構都基本相同；C. 可以有小的差異：天然尖晶石： MgO Al 2C3=1 : 1， RI 1.718， SG 3.60合成尖晶石： MgO Al 2C3=1 : 1.5 3.5 ； RI 1.727 ， SG 3.63正

6、是這微小的差異，使我們能夠區(qū)分它們。2. 人造寶石：指人工生產的非天然形成的無機材料。狹義的人造寶石：具有獨特的化學成分、原子結構和物理性質的人工寶石材料；如YAG釔鋁榴石，Y3AI5O2 ;無天然對應物，廣義的人造寶石：人工生產的寶石，包括 合成寶石；四、晶體生長基本理論：晶體生長最早是一門工藝，由于熱力學、統(tǒng)計物理學及其它學科在晶體生長中的應用，使晶體生長理論逐步發(fā)展完善起來。晶體生長的發(fā)生最初是從溶液或熔體中形成固相的小晶芽，即成核。晶核形成后，就形成了晶體-介質的界面，晶體生長最重要的過程就是界面過程?？茖W家們提岀了許多生長機制或模型，結合熱力學和動力學探討了這一過程。盡管晶體生長理論

7、已有一百多年的發(fā)展歷程，但晶體生長理論還并不完善， 現有的晶體生長模型還不能完全用于指導晶體生長實踐，為了提高晶體質量還有許多實際問題尚待解決。1成核顯的分界線圖1-1 石墨-鉆石的相圖化學成分相同的物質，在不同的溫壓條件下，可以呈不同的結構（同質多象）、或不同的狀態(tài)如固相、液相和氣相。相變：當某一體系在外界條件改變時，會發(fā)生狀態(tài)的改變，這種現象即相變。寶石合成的過程即生長晶體，從液相變?yōu)楣滔?，或固相變?yōu)楣滔?、氣相變?yōu)楣滔?；相變過程受溫壓條件、介質 組分的控制。相圖：根據相變理論公式（克拉帕瓏方程），即反映壓力、溫度和組分的關系，作岀的表示相變、溫度、壓力、組分關系的圖解。石墨的相圖是一元相圖

8、，如圖1-1所示。這個相圖表明，在很大的壓力和溫度范圍內存在碳的固態(tài)相變。它是根據熱力學原理，結合多次實驗和外推等做岀的。石墨在溫度1400-1600 C和4.5-6X10 9Kb的壓力下會轉變?yōu)殂@石，該圖是合成鉆石 的依據。影響成核的外因主要是過冷度和過飽和度，成核的相變有滯后現象，即當溫度降至相變點T。時,或當濃度剛達到飽和時，并不能看到成核相變，成核總需要一定程度的過冷或過飽和。在 理想均勻環(huán)境下， 任何地方成核幾率均勻，但實際條件常常不是理想均勻的。在空間各點成核的概率不同，即非均勻成核。一般在界面上，如外來質點（塵土顆粒表面）、容器壁以及原有晶體表面上容易形成晶核。在自然界，如雨雪，

9、冰雹的形成，在合成晶體過程中的單晶生長都是非均 勻成核。在合成晶體過程中，為了獲得理想的晶體，人為提供的晶核稱為種晶或籽晶。種晶一般都是從已有的大晶體上切取的。種晶上的缺陷，如位錯、開裂、晶格畸變等在一定的范圍內會“遺傳”給新生長的晶體。在選擇種晶時要避開缺陷。根據晶體生長習性和應用的要求，種晶可采用粒狀、棒狀、片狀等不同的形態(tài)。種晶的光性方位對合成晶體的形態(tài)、生長速度等有很大的影響。所以種晶的選擇非常重要。2. 晶體生長界面穩(wěn)定性：晶核岀現后，過冷或過飽和，驅使質點按一定的晶體結構在晶核上排列生長。溫度梯度和濃度梯度直接影響界面的穩(wěn)定性，從而影響晶面的生長速度、晶體的形態(tài)。晶體生長過程中，介

10、質的溫度、濃度會影響晶體與介質的界面的宏觀形狀，如是凸起、凹陷或平坦光滑。界面為平坦光滑狀態(tài)， 則界面穩(wěn)定性；如果生長條件的干擾， 界面會產生凹凸不平， 即形成不穩(wěn)定界面。影響界面穩(wěn)定性的因素主要有熔體溫度梯度、溶質濃度梯度、生長速率等。A、熔體溫度梯度：生長界面處的溫度分布，有三種情況：溫度梯度為正，這是熔體為過熱熔體；溫度梯度為負，即 dT/dxvO，熔體為過冷熔體；溫度梯度為零，即 dT/dx=0。溫度梯度大于0,熔體過熱，遠離界面溫度高，突起處（溫度高）生長慢，凹入處（溫度低）生 長快；最終使晶體界面達到光滑；從而導致界面穩(wěn)定和平衡的狀態(tài)。溫度梯度小于或等于 0,熔體過冷，遠離界面溫度

11、低，突起處（溫度低）生長更快；不利于晶體 界面光滑；所以導致界面不穩(wěn)定。在熔體中結晶的合成方法，如提拉法，要使熔體溫度略高于熔點，而應該避免過冷或等于熔點的狀況；合成過程中溫度有波動，或局部不均勻，則岀現突起與凹入的界面，在晶體生長中應該盡 量避免。B、溶質濃度梯度：當晶體生長體系為多組分體系，或生長體系中含有雜質元素時，晶體生長會發(fā)生分凝效應， 即某元素在晶體與溶液中的濃度不等。隨著晶面生長前移，界面前沿該元素的濃度將提高，形成了界面前沿液體中的濃度梯度。該元素濃度的提高會改變凝固點溫度，一般都會使凝固點下降。這時，界面前沿液體中有兩個溫度分布，在界面前沿有一個區(qū)域，實際溫度小于液相溫度，造

12、成界面前沿岀現過冷現象，這種由成分分布變化而引起的過冷現象叫組分過冷。組分過冷現象也會使界面變成不穩(wěn)定的粗糙界面。但如果正溫度梯度非常大，則不會產生組分過冷現象。在溶液中生長時，溶質在界面附近匯集，在高濃度處有用質點作為溶質不斷結晶。C、生長速率梯度：晶體生長時，生長界面向液體或熔體推進，生長越慢界面越穩(wěn)定。生長速率梯度與晶體生長動力學參數有關，也與溫度梯度、濃度梯度有關。總之，為了獲得穩(wěn)定的生長界面，應該適當加大溫度梯度，采用較慢的生長速率， 并在各個方向保持較小的溶質濃度梯度。3. 晶體生長的界面模型晶體生長最重要的過程是一個界面過程，涉及生長基元如何從母液相傳輸到生長界面以及如何在界面上

13、定位成為晶體的一部分。幾十年來，人們提岀了許多不同的生長機制或模型來探討這一過程。前面關于成核和界面穩(wěn)定性是從熱力學的宏觀方面討論晶體生長的過程，下面主要從界面微觀結構的動力學方面來探討晶體生長過程。A. 完整光滑界面生長模型一 i圖1-2 成核生長理論模型此模型又稱為成核生長理論模型，或科塞爾-斯特蘭斯基（Kossel-Stranski ）理論模型。該模型是1927年，由科塞爾首先提出，后經斯特蘭斯基加以發(fā)展。在晶核形成以后，結晶物質的質點繼續(xù)向晶核上粘附，晶體則得以生長。質點粘附就是按晶體格子構造規(guī)律排列在晶體上。質點向晶核上粘附時，在晶體不同部位的晶體格子構造對質點的引力是不同的。也就是

14、說，質點粘附在晶體不同部位所釋放岀的能量是不一樣的。由于晶體總是趨向于具有最小的內能，所以，質點在粘附時，首先粘附在引力最大、可釋放能量最大的部位， 使之最穩(wěn)定。在理想的條件下，結晶物質的質點向晶體上粘附有三種不同的部位（圖1-2 ）:質點粘附在晶體表面三面凹角的1處，此時質點受三個最近質點的吸引，若質點粘附在晶體表面兩面凹角的2處，則受到兩個最近質點的吸引，此處質點所受到的吸引力不如1處大，若質點在一層面網之上的一般位置3處，所受到的吸引力最小。由此可見，質點粘附在晶體的不同部位，所受到的引力 或所釋放岀的能量是不同的。而且，它首先會粘附在三面凹角1處，其次于兩面凹角2處，最后才是粘附在一層

15、新的面網上 （即3處）。由此得岀晶體生長過程應該是：先長一條行列,再長相鄰的行列， 長滿一層面網，然后開始長第二層面網，晶面（晶體上最外層面網）是逐層向外平行推移的。 這便是科塞爾一斯特蘭斯基所 得出的晶體生長理論。用這一理論可以很好地解釋晶體的自限性，并論證晶體的面角恒等定律。但是這一理論是對處于絕對理想條件下進行的結晶作用而言的，實際情況要復雜得多。例如，向正在生長著的晶體上粘附的常常不是一個簡單的質點，而是線晶、面晶甚至晶芽。同時在高溫條件下，它們向晶體上粘附的順序也可不完全遵循上述規(guī)律。由于質點具有劇烈熱運動的動能，常常粘附在某些偶然的位置上。盡管如此，晶面平行向外推移生長的結論，還是

16、為許多實例所證實。例如，有些藍寶 石晶體中可以看到六方環(huán)狀色帶，這是因為晶體在生長過程中，介質發(fā)生變化使在不同時間內生長的晶體在顏色色調上的差異造成的。B. 非完整光滑界面生長模型此模型又稱為螺旋生長理論模型，或BCF理論模型。該模型于1949年由弗朗克首先提岀，后由弗朗克等人（Buston、Cabresa、Frank ）進一步發(fā)展并提岀一系列與此相關的動力學規(guī)律，總 稱BCF理論模型。該理論模型認為，晶面上存在的螺旋位錯露頭點可以作為晶體生長的臺階源（圖1-3 ），促進光滑界面的生長。這種臺階源永不消失，因此不需要形成二維核。這一理論成功的解釋了晶體在很低的飽和度下仍能生長，而且生長岀光滑的

17、晶體界面的現象。螺旋錯位形成的臺階源，圍繞螺旋位錯線形成螺旋狀階梯層層上升，按1、2、3、4、5 （見圖1-4 ）的順序，依次生長，1高于2，2高于3,最后形成一螺旋線的錐形。由于螺旋位錯的存在， 晶體生長速率大大加快。在許多實際晶體表面，利用電子顯微鏡或干涉顯微鏡很容易觀察到晶面 中間有螺旋位錯露頭點的生長丘（圖1-5 ）。這一理論可以解釋許多實際晶體的生長。圖1-4螺旋位錯生長示意圖(* (d圖1-5綠柱石表面由于螺旋位錯造成的生長丘（干涉顯微鏡下）四、 人工晶體生長方法：1 從熔體中生長單晶體：粉末原料t加熱t(yī)熔化t 冷卻 f超過臨界過冷度t結晶，從熔體中生長晶體的方法是最早的研究方法，

18、也是廣泛應用的合成方法。從熔體中生長單晶體的最大優(yōu)點是生長速率大多快于在溶液中的生長速率。二者速率的差異在10-1000倍。從熔體中生長晶體的方法主要有焰熔法、提拉法、冷坩堝法和區(qū)域熔煉法。2 從液體中生長單晶體：由兩種或兩種以上的物質組成的均勻混合物稱為溶液，溶液由溶劑和溶質組成。 合成晶體所采用的溶液包括：低溫溶液（如水溶液、有機溶液、凝膠溶液等）、高溫溶液（即熔鹽）與熱液等。從溶液中生長晶體的方法主要有助熔劑法和水熱法。3 從氣相中生長單晶體的方法：氣相生長可分為單組分體系和多組分體系生長兩種。單組分氣相生長要求氣相具備足夠高的蒸氣壓，利用在高溫區(qū)汽化升華、在低溫區(qū)凝結生長的原理進行生長

19、。但這種方法應用不廣，所生長的晶體大多為針狀、片狀的單晶體。多組分氣相生長一般多用于外延薄膜生長，外延生長是一種晶體浮生在另一種晶體上。主 要用于電子儀器、磁性記憶裝置和集成光學等方面的工作元件的生產上。合成金剛石薄膜的化學氣相沉淀（CVD）法以及合成碳化硅單晶生產技術，就屬于此類。第二章.焰熔法及焰熔法合成寶石的鑒定要點：1 .焰熔法基本原理、合成裝置與條件、過程及特點2. 合成品種3. 焰熔法合成寶石的鑒定一、焰熔法合成方法最早是1885年由弗雷米（E. Fremy ）、弗爾（E. Feil ）和烏澤（Wyse） 一起，利用氫氧火焰熔 化天然的紅寶石粉末與重鉻酸鉀而制成了當時轟動一時的“日

20、內瓦紅寶石”。后來于1902年弗雷米的助手法國的化學家維爾納葉（Verneuil ）改進并發(fā)展這一技術使之能進行商業(yè)化生產。因此，這種方 法又被稱為維爾納葉法。1. 基本原理焰熔法是從熔體中生長單晶體的方法。其原料的粉末在通過高溫的氫氧火焰后熔化，熔滴在下 落過程中冷卻并在 籽晶上固結逐漸生長形成晶體。2. 合成裝置與條件、過程耐火賓冷卻讓 火焰 生校器體粉未添料圖2-1 維爾納葉法合成裝置焰熔法合成裝置由供料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和生長系統(tǒng)組成，合成過程是在維爾納葉爐（圖2-1 ）的。A. 供料系統(tǒng)原料：成分因合成品的不同而變化。原料的粉末經過充分拌勻，放入料筒。料筒（篩狀底）：圓筒，用來裝原料，底

21、部有篩孔；料筒中部貫通有一根震動裝置使粉末少量、 等量、周期性地自動釋放。震蕩器：使料筒不斷抖動，以便原料的粉末能從篩孔中釋放岀來。如果合成紅寶石，則需要 A12O3和Cr2 O3，三氧化二鋁可由鋁銨磯加熱獲得；致色劑為1-3%,B. 燃燒系統(tǒng)：氧氣管：從料筒一側釋放，與原料粉末一同下降；氫氣管：在火焰上方噴嘴處與氧氣混合燃燒。通過控制管內流量來控制氫氧比例，Q: =1: 3;氫氧燃燒溫度為2500C, AI2O3粉末的熔點為20 500C;中進行C2 O3冷卻套：吹管至噴嘴處有一冷卻水套，使氫氣和氧氣處于正常供氣狀態(tài)，保證火焰以上的氧管 不被熔化C.生長系統(tǒng)落下的粉末經過氫氧火焰熔融，并落在

22、旋轉平臺上的籽晶棒上，逐漸長成一個晶棒（梨晶）水套下為一耐火磚圍砌的保溫爐，保持燃燒溫度及晶體生長溫度，近上部有一個觀察孔，可了解晶體 生長情況。耐火磚：保證熔滴溫度緩慢下降，以便結晶生長；旋轉平臺：安置籽晶棒，邊旋轉、邊下降；落下的熔滴與籽晶棒接觸稱為接晶；接晶后通過控 制旋轉平臺擴大晶種的生長直徑，稱為擴肩；然后，旋轉平臺以均勻的速度邊旋轉邊下降，使晶體得 以等徑生長。圖2-2 焰熔法生長的各種梨晶梨晶：長岀的晶體形態(tài)類似梨形，故稱為梨晶。梨晶大小通常為長23cm,直徑2.5-5cm。圖2-2生長速度：1厘米/小時，一般6小時完成即可完成生長。因為生長速度快，內應力很大，停止生長后，應該輕

23、輕敲擊，讓它沿縱向裂開成兩半以釋放內應力， 避免以后產生裂隙。特點：方法特點：生長速度快、設備簡單、產量大、便于商業(yè)化。世界上每年用此法合成的寶石大于 10億克拉。但用此方法合成的寶石晶體缺陷多、容易識別。二、合成品種1. 合成剛玉：合成紅寶石：加入致色兀素Cr2 031-3%合成藍寶石：加入致色兀素 和藍色表皮，顏色分布不均勻；TiO2和FeO,但Ti和Fe的逸散作用，使合成藍寶石常常有無色核心粉紅色和紫紅色：加入致色元素 Cr、Ti、Fe； 黃色：加入致色元素 Ni和Cr;變色剛玉：加入 V和Cr;顯紫紅色到藍紫色的變色效應。除祖母綠外，任何顏色的剛玉都可以合成。星光剛玉：如需要合成星光剛

24、玉，則需要在上述原料中再添加0一0.3%的TiO2,這樣長成的梨晶中, TiO2呈固熔體分布于剛玉晶格中，并沒有以金紅石的針狀礦物相析岀。必須在 1300度恒溫24小時, 讓金紅石針沿六方柱柱面方向岀溶，才能產生星光效應。各種合成剛玉品種的致色元素總結于下表。表2-1各種合成剛玉的致色元素合成剛玉原料Al 2O，另加致色元素如下合成紅寶石Cr2 O3，1-3%合成藍寶石Fe，Ti ; 0.3-0.5%合成黃色藍寶石Ni，Cr合成紫色藍寶石Cr Fe，Ti合成變色藍寶石Cr2 O3，V2C5，3-4%合成星光紅寶石TiO2 0.1-0.3%，Cr2 O3 1-3%合成星光藍寶石FeO+TiQ:

25、0.3-0.5% ; TO :0.1-0.3%2. 合成尖晶石：市場上所見到的合成尖晶石幾乎全是由焰熔法生產，但也可用助熔劑法生產。原料：紅色： MgO : Al 2O3=1: 1，致色元素 Ca O3；其它顏色的用1:1的比例難以合成，但紅色尖晶石只有以1:1的比例才能合成。由此合成的紅色 尖晶石性脆，所以市場上少見。藍色尖晶石的合成是人們在合成藍寶石的實驗中偶然獲得的。當時人 們還不了解藍寶石的致色元素是 Ti和Fe,人們曾經嘗試過加入致色元素 V、Co Fe、Mg等，當終于 獲得藍色合成品時，人們以為是藍寶石，結果是合成藍色尖晶石。藍色：MgO AI2O =1： 1.5-3.5，致色元素

26、 Co；綠色：MgO Al 2O =1： 3褐色：MgO Al 2O =1 : 5粉紅色：MgO AhO =1: 1.5-3.5致色元素 Cu；有月光效應的無色品種：1 : 5，過多的氧化鋁未熔形成無數細小針狀包體導致月光效應，有時 甚至形成星光。燒結藍色尖晶石：由鉆致色，并加入金粉，用來仿青金巖。3. 金紅石：圖2-3 合成金紅石 的裝置（馬福爐）局部圖天然的金紅石常呈細小針狀，以大晶體產岀的多為褐紅色而且多裂，很少有寶石級的材料。合成 金紅石的目的不是為了替代天然金紅石，而是為了模仿鉆石。在合成立方氧化鋯岀現后，合成金紅石 很少生產了。因為TiO2在燃燒時易脫氧，所以需要充足的氧，在合成剛

27、玉的裝置上多加了一個氧管（見圖 2-3 ）。TiO2的熔點為1840C,粉末熔化，再在支座的種晶上結晶。獲得的梨晶為藍黑色，這是因為高溫下形成了Ti 33+和相應的氧空位。通過在高溫氧化環(huán)境中退火處理，退火溫度為800-1000OC，即可去除藍黑色，變?yōu)榈S色到近無色的透明晶體。如果在原料中 摻入SoO，則可直接獲得近無色的晶體。 這是因為摻入的SqQ在晶體中形成的氧空位會提高晶體中 的氧的擴散系數，使晶體在降溫過程中就完成氧的擴散和退色。合成金紅石的寶石學性質化學成分：TiO2；四方晶系光澤：金剛光澤；透明度：透明；顏色：無色者常帶淺黃色調。還可有紅、橙、黃、藍色者。硬度：6-6.5 ；相對

28、密度：4.25 ；折射率：2.616-2.903 ；雙折射率：0.287 ；光性：一軸晶正光性；色散：極強，0.28-0.30 ；光譜：紫區(qū)末端有強吸收帶，使其光譜看似被截短了；內含物：氣泡、未熔粉末；合成金紅石的鑒別合成金紅石具有極高的色散值使其泛岀五顏六色的火彩。這種特征使之不易與其他任何材料相混淆。此外，其極高的雙折射率使其刻面棱重影異常清晰。僅此二特征就足以確認它了。4. 鈦酸鍶：鈦酸鍶早在1955年人們就利用焰熔法生產岀來， 當時在自然界還沒有發(fā)現天然的對應物。盡管,1987年在俄羅斯發(fā)現了其天然對應物，礦物名為Tausonite，人們仍習慣把它歸為人造寶石材料。最初人們生產鈦酸鍶主

29、要用于模仿鉆石。但自從立方氧化鋯合成成功后，這種仿鉆材料在寶石市場上很少見得到了。但它透紅外線的能力強，仍有生產用作紅外光學透鏡等。與合成金紅石 一樣，其合成裝置也必須多加一根氧管，長岀的晶體也是烏黑的，需要在氧化條 件下退火（溫度1600C），才能變成近無色的透明晶體。所采用的原料為：SrO : TiO2 =1：1鈦酸鍶的寶石學性質化學成分：SrTiO3；等軸晶系光澤：亞金剛-金剛光澤;透明度：透明；顏色：無色為主，偶見紅、黃、藍、褐色材料；硬度：5.5-6 ；比重：5.13 ；斷口：貝殼狀；折射率：2.41，單折射；色散：0.19，極強；內含物：氣泡；鈦酸鍶的鑒別鈦酸鍶作為仿鉆材料，極易識

30、別。鈦酸鍶極強的火彩使它明顯不同于鉆石。盡管標準圓多面型的 鈦酸鍶在線試驗中不透光，但它明顯較低的硬度使之表面顯示岀明顯的磨損痕跡、圓滑的刻面棱和不平整的小面。盡管反射儀上可獲得與鉆石相同的折射率，但熱導儀檢測時卻無鉆石反應?？ǔ叻ɑ蜢o 水稱重都可測岀未鑲品的比重，從而確認它。三、焰熔法合成寶石的鑒定1. 原始晶形焰熔法合成的寶石原始晶形都是梨形。而天然寶石的晶體形態(tài)為一定的幾何多面體。市場上也 岀現過將焰熔法合成的梨晶破碎，甚至經過滾筒磨成毛料，來仿稱天然原料銷售。2. 包裹體：圖2-4焰熔法合成紅寶石中的氣泡及彎曲生長紋合成紅、藍寶石中常可見氣泡和未熔粉末岀現，一般氣泡小而圓，或似蝌蚪狀；

31、可單獨或成群岀現;合成尖晶石中氣泡和未熔粉末較少岀現，偶爾岀現的氣泡多為異形。3. 色帶：紅寶石中常常為細密的弧形生長紋，類似唱片紋；藍寶石中色帶較粗而不連續(xù)；黃色藍寶石很 少含有氣泡，也難見色帶。天然紅寶石和藍寶石都顯示直或角狀或六方色帶。合成尖晶石很少顯示色 帶。4 吸收光譜：合成藍寶石的光譜見不到天然藍寶石通?？梢砸姷降乃{區(qū)的吸收，或450nm的吸收帶十分模糊。合成藍色尖晶石顯示典型的鉆譜（分別位于 540、580、635nm的三條吸收帶），天然藍色尖晶石 顯示的是藍區(qū)的吸收帶，為鐵譜。5熒光合成藍寶石有時顯示藍白色或綠白色熒光，天然的為惰性；合成藍色尖晶石為強的紅色熒光， 而天然的也為

32、惰性。合成紅寶石通常比天然紅寶石的紅色熒光明顯強。6. 帕拉圖法：將剛玉浸于盛有二碘甲烷的玻璃器皿中，在顯微鏡下沿光軸方向，加上正交偏光片下,合成剛玉可以觀察到兩組夾角為1200的結構線（圖2-5）圖2-5合成剛玉帕拉圖法結構線7. 焰熔法合成星光剛玉:合成星光剛玉天然星光剛玉內含物大量氣泡和未熔粉末；各種晶體包體、氣液包體、指紋狀包體；金紅石針極其微小，難以辨認；金紅石針較粗，易識別；彎曲色帶明顯直角狀或六方色帶星帶外觀星光浮于表面，星光發(fā)自內部深處；特征星線直、勻、細，連續(xù)性好；中心無寶光星線中間粗，兩端細，可以不連續(xù)；中心有寶光B表2-2合成星光剛玉與天然星光剛玉的區(qū)別8. 合成紅、藍寶

33、石的加工質量:圖2-6焰熔法合成剛玉的梨晶與切磨方向示意圖天然合成紅、藍寶石的加工質量通常較為精細，尤其是高質量的寶石， 其臺面通常垂直光軸，以顯示最好的顏色。而合成紅、藍寶石加工質量通常較差，常見火痕，更不會精確定向加工。加 上,合成梨晶通常因為應力作用會沿長軸方向裂開，其長軸方向與光軸方向夾角為60度，為了充分利用原料，其臺面通常會平行長軸方向切磨（圖2-6）o所以合成剛玉在臺面通常都可見多色性，而天然的則不然。9 焰熔法合成尖晶石:表2-3焰熔法合成尖晶石與天然尖晶石的區(qū)別合成尖晶石天然尖晶石A.內含物包體少，偶有氣泡，形態(tài)狹長或異形；色帶少見，僅見于紅色尖晶石中氣液包體常見晶體包體：尤

34、其是八面體形色帶少見B. RI1.727Fixed紅色尖晶石例外用于檢測折射儀1.714-1.718,高鉻的紅色尖晶石：1.74鎂鋅尖晶石:1.715-1.80鋅尖晶石：1.80C. SG3.63 ,紅色尖晶石：3.60-3.66 ;仿青金巖的燒結藍色尖晶石：3.523.60D.光譜藍色者：Co譜,540, 580和635nm處有吸收帶；紅色：紅區(qū)只有一條熒光光譜線淺黃綠色：445nm, 422nm線藍色者：Fe譜，藍區(qū)458nm有吸收帶；紅色者：紅區(qū)5條一管風琴狀熒 光譜線（交叉濾色鏡下觀察）E. 熒光及濾色鏡無色者：SW下強藍白色；藍色者：SW紅色或藍白色，濾色鏡下變 紅紅色：紅色熒光，濾

35、色鏡下變紅無色：惰性藍色：惰性，濾色鏡下不變紅紅色：紅色熒光，濾色鏡下變 紅F.正交偏光鏡斑紋狀消（圖2-7 ）紅色尖晶石例外全消光圖2-7合成尖晶石的斑紋狀消光第三章提拉法及其合成寶石的鑒定要點：晶體提拉法的原理方法提拉法合成寶石的鑒定提拉法又稱丘克拉斯基法，是丘克拉斯基(J.Czochralski) 在1917年發(fā)明的從熔體中提拉生長高質量單晶的方法。這種方法能夠生長無色藍寶 石、紅寶石、釔鋁榴石、釓鎵榴石、變石和尖晶石等重要的寶石晶體。20世紀60年代，提拉法進一步發(fā)展為一種更為先進的定型晶體生長方法一一熔體導模法。它是控制晶體形狀的提拉法，即直接從熔體中拉制岀具有各種截面形狀晶體的生長

36、技術。它不僅免除了工業(yè)生產中對人造晶體所帶來的繁重的機械加工，還有效的節(jié)約了原料，降低了生產成本。第一節(jié) 提拉法一、提拉法的基本原理提拉法是將構成晶體的原料放在坩堝中加熱熔化，在熔體表面接籽晶提拉熔體，在受控條件下， 使籽晶和熔體的交界面上不斷進行原子或分子的重新排列，隨降溫逐漸凝固而生長岀單晶體。圖3-1提拉法合成裝置二、提拉法的生長工藝首先將待生長的晶體的原料放在耐高溫的坩堝中加熱熔化，調整爐內溫度場，使熔體上部處于過冷狀態(tài)；然后在籽晶桿上安放一粒籽晶，讓籽晶接觸熔體表面，待籽晶表面稍熔后，提拉并轉動籽晶 桿，使熔體處于過冷狀態(tài)而結晶于籽晶上，在不斷提拉和旋轉過程中，生長岀圓柱狀晶體。1.

37、 晶體提拉法的裝置晶體提拉法的裝置由五部分組成：(1) 加熱系統(tǒng)加熱系統(tǒng)由加熱、保溫、控溫三部分構成。最常用的加熱裝置分為電阻加熱和高頻線圈加熱兩大 類。采用電阻加熱，方法簡單，容易控制。保溫裝置通常采用金屬材料以及耐高溫材料等做成的熱屏 蔽罩和保溫隔熱層，如用電阻爐生長釔鋁榴石、剛玉時就采用該保溫裝置?？販匮b置主要由傳感器、 控制器等精密儀器進行操作和控制。(2) 坩堝和籽晶夾作坩堝的材料要求化學性質穩(wěn)定、純度高，高溫下機械強度高，熔點要高于原料的熔點200C左右。常用的坩堝材料為鉑、銥、鉬、石墨、二氧化硅或其它高熔點氧化物。其中鉑、銥和鉬主要用于 生長氧化物類晶體。籽晶用籽晶夾來裝夾。籽晶

38、要求選用無位錯或位錯密度低的相應寶石單晶。(3) 傳動系統(tǒng)為了獲得穩(wěn)定的旋轉和升降，傳動系統(tǒng)由籽晶桿、坩堝軸和升降系統(tǒng)組成(4) 氣氛控制系統(tǒng)不同晶體常需要在各種不同的氣氛里進行生長。如釔鋁榴石和剛玉晶體需要在氬氣氣氛中進行生長。該系統(tǒng)由真空裝置和充氣裝置組成。(5) 后加熱器后熱器可用高熔點氧化物如氧化鋁、陶瓷或多層金屬反射器如鉬片、鉑片等制成。通常放在坩堝的上部，生長的晶體逐漸進入后熱器，生長完畢后就在后熱器中冷卻至室溫。后熱器的主要作用是 調節(jié)晶體和熔體之間的溫度梯度，控制晶體的直徑，避免組分過冷現象引起晶體破裂。2. 晶體提拉法生長要點(1) 溫度控制在晶體提拉法生長過程中， 熔體的溫

39、度控制是關鍵。要求熔體中溫度的分布在固液界面處保持熔 點溫度，保證籽晶周圍的熔體有一定的過冷度，熔體的其余部分保持過熱。這樣，才可保證熔體中不 產生其它晶核，在界面上原子或分子按籽晶的結構排列成單晶。為了保持一定的過冷度，生長界面必 須不斷地向遠離凝固點等溫面的低溫方向移動，晶體才能不斷長大。另外，熔體的溫度通常遠遠高于 室溫，為使熔體保持其適當的溫度，還必須由加熱器不斷供應熱量。(2) 提拉速率提拉的速率決定晶體生長速度和質量。適當的轉速，可對熔體產生良好的攪拌，達到減少徑向 溫度梯度，阻止組分過冷的目的。一般提拉速率為每小時6-15mm在晶體提拉法生長過程中，常采用“縮頸”技術以減少晶體的

40、位錯，即在保證籽晶和熔體充分沾 潤后，旋轉并提拉籽晶，這時界面上原子或分子開始按籽晶的結構排列，然后暫停提拉，當籽晶直徑 擴大至一定寬度(擴肩)后，再旋轉提拉岀等徑生長的棒狀晶體。這種擴肩前的旋轉提拉使籽晶直徑 縮小，故稱為“縮頸技術。3. 提拉法的優(yōu)缺點晶體提拉法與其它晶體生長方法相比有以下優(yōu)點：(1) 在晶體生長過程中可以直接進行測試與觀察，有利于控制生長條件；(2) 使用優(yōu)質定向籽晶和“縮頸”技術，可減少晶體缺陷，獲得所需取向的晶體；(3) 晶體生長速度較快；(4) 晶體位錯密度低，光學均一性高。晶體提拉法的不足之處在于：(1)坩堝材料對晶體可能產生污染；(2)熔體的液流作用、傳動裝置的

41、振動和溫度的波動都會對晶體的質量產生影響。三、晶體提拉法生長的寶石品種1. 合成紅寶石晶體原料：ALQ和1-3%勺CaQ加熱：高頻線圈加熱到2050C以上；屏蔽裝置：抽真空后充入惰性氣體，使生長環(huán)境中保持所需要的氣體和壓強。將原料裝入銥、鎢或鉬坩堝中。坩堝上方的提拉桿的下端的籽晶夾具上裝一粒定向的紅寶石籽晶。 將坩堝加熱到，使原料熔化。再降低提拉桿，使籽晶插入到熔體表層?？刂迫垠w的溫度，使之略高于 熔點。熔去少量籽晶以保證能在籽晶的清潔表面上開始生長。在實現籽晶與熔體充分沾潤后，緩慢向 上提拉和轉動晶桿?？刂坪美俸娃D速，同時緩慢地降低加熱功率，籽晶直徑就逐漸擴大。小心地調 節(jié)加熱功率，實現寶

42、石晶體的縮頸-擴肩-等徑-收尾的生長全過程。通過屏蔽裝置的窗口可以觀察生長過程，還可利用紅外傳感器測量固-液界面的亮光環(huán)溫度，實現控制生長過程。2. 合成變石晶體原料：AL2O3和BeO的粉末按1:1混合，加入致色劑 Cr2Q和V2Q。加熱：高頻線圈加熱到1870C以上，使原料熔化。保溫 丨小時均化熔體，然后降溫30- 50C，接籽晶屏蔽裝置：抽真空后充入惰性氣體，使生長環(huán)境中保持所需要的氣體和壓強。通過觀察測試，控制和調節(jié)晶體生長。3. 人造釔鋁榴石原料：Y 203： ALXO=3: 5提拉爐：中頻線圈加熱坩堝：銥氣氛：Nb+Ar熔點：1950C 生長速度：每小時6mm以下第二節(jié)熔體導模法熔

43、體導模法有二種不同類型，一種是上個世紀60年代由蘇聯的斯切帕諾夫完成的，稱斯切帕諾夫 法。它是將有狹縫的導模具放在熔體中，熔體通過毛細管現象由狹縫上升到模具的頂端，在此熔體部 分下入晶種，按導模狹縫規(guī)定的形狀連續(xù)地拉制晶體，其形狀完全由毛細管狹縫決定。由于熔體是通 過毛細作用上升的，會受到毛細管大小及熔體密度和重量的限制，所以此法具有局限性。此法的優(yōu)點 是不要求所用模具材料能被熔體潤濕。另一種方法稱“邊緣限定薄膜供料生長”技術，簡稱EFG法，是上世紀70年代初，由美國TYCC實驗室的拉培爾(Labell H.E.) 博士研究成功的。EFG法首要的 條件是要求模具材料必須能為熔體所潤濕，并且彼此

44、間又不發(fā)生化學作用。在潤濕角0滿足00 90。的條件下，使得熔體在毛細管作用下能上升到模具的頂部，并能在頂部的模具截面上擴展 到模具的邊緣而形成一個薄膜熔體層，晶體的截面形狀和尺寸則為模具頂部邊緣的形狀和尺寸所決 定，而不是由毛細管狹縫決定。因此，EFG法能生長岀各種片、棒、管、絲及其它特殊形狀的晶體，具有直接從熔體中控制生長定型晶體的能力。所以，此法生產的產品可免除對寶石晶體加工所帶來的繁重切割、成型等機械加工程序，同時大大減少了物料的加工損耗，節(jié)省了加工時間，從而降低了產 品的成本。該方法應用廣泛。一、熔體導模法的工作原理熔體導模法全名為邊緣限定薄膜供料提拉生長技術。它是熔體提拉法的一個變

45、種，特別適用于片狀、管狀和異型截面的晶體生長，這種方法可以生長合成藍寶石、合成紅寶石、合成變石以及釔鋁榴 石。導模法生長晶體的工作原理是，將原料放入坩堝中加熱熔化，熔體沿一模具在毛細作用下上升至 模具頂端，在模具頂部液面上接籽晶提拉熔體，使籽晶和熔體的交界面上不斷進行原子或分子的重新 排列，隨降溫逐漸凝固而生長岀與模具邊緣形狀相同的單晶體。二、熔體導模法生長工藝首先，將原料在坩堝中加熱熔化，把能被熔體所潤濕的材料制成帶有毛細管或狹縫的模具放置在 熔體中，熔體沿著毛細管涌升到模具頂端，并擴展布滿端面形成熔體薄層。在這層熔體中引籽晶，待 籽晶浸漬表面回熔后，逐漸提拉上引。晶體的形狀由模具頂部截面形

46、狀所決定，晶體按該尺寸和形狀連續(xù)地生長。1. 熔體導模法的裝置圖3-2熔體導模法的模具示意圖1籽晶桿；2籽晶；3晶體；4熔體；5模具導模法晶體生長裝置與提拉法基本相同，只是在坩堝底部垂直安裝了一個鉬制的毛細管膜具。籽晶通過毛細管口與熔體相接觸，然后按膜具頂端截面形狀被提拉岀各種形狀的晶體(圖3-2 )。模具的選擇依據籽晶材料而定，以材料熔點高于晶體的熔點、材料能被熔體潤濕和不與熔體發(fā)生化學 反應為原則?？筛鶕枰O計成桿狀、片狀、管狀或多管狀等。2. 熔體導模法生長要點(1) 溫度控制欲生長岀結構完整的晶體，必須有一個合適的溫場。爐溫太高，籽晶會熔掉，晶體會收縮，嚴重時會 造成缺口；爐溫過低，

47、晶體會在導模頂部凝固，晶體會呈枝蔓狀生長和小晶粒團聚狀生長。(2) 生長速度生長速度是影響晶體質量的原因之一。若生長速度過高，生長界面會成蜂窩狀，晶體中會有大量 氣孔或空洞，位錯密度也將增高。3. 導模法生長晶體實例合成變石貓眼可用導模法生長的。合成變石貓眼的生長需要在原料中摻入鉻和釩，使晶體具有變色的特征。鉻含量過高會使寶石綠色減弱，甚至略帶紅色；含量過低又會使寶石無色彩變化。釩的作 用是增強變色的敏感性和調整寶石的顏色。合理調整鉻和釩的用量可仿制不同產地的天然變石貓眼。 貓眼效應由寶石內部有無數極細小的纖維狀結構有規(guī)律地平行排列產生。合成變石貓眼的具體生長方法如下：原料：按化學配比稱取高純

48、度的 AbO、BeO原料和致色元素 WQ、V2Q,將粉料壓成塊狀；在 1300C下灼燒10小時，得到多晶質金綠寶石塊料。加熱：將制成的原料裝入鉬坩堝中，使用射頻加熱到 1900C以上至熔化。生長(即提拉)速度：每小時為 15-20mm在坩堝內垂直地安放鉬制的毛細管模具。 熔體在毛細管作用下涌升到模具頂端， 并擴展布滿端面 形成熔體薄層。將坩堝上方的變石籽晶接觸模具頂端熔體膜， 待籽晶浸漬表面回熔后，逐漸提拉上引。 晶體生長是在氬氣體中進行的，保持生長所需要的惰性氣體和壓強環(huán)境。晶體生長停止后，在4小時內將爐溫降至500C，然后緩慢冷卻至室溫。即得到了模具頂部截面形 狀的變石貓眼寶石晶體。三、熔

49、體導模法的晶體特征1. 晶體的生長特征(1) 能夠直接從熔體中拉制岀絲、管、桿、片、板以及其它各種特殊形狀的晶體。(2) 能夠獲得成分均勻的摻質晶體。因為熔體在毛細管中的對流作用極弱，界面通過擴散過程向熔 體主體中運動，在提拉作用下，晶體的熔質濃度將達到主體的濃度。(3) 易于生長岀無生長紋的、光學均勻性好的晶體。第三節(jié)提拉法合成寶石的鑒別一. 提拉法合成寶石的基本特征1. 提拉法生長的寶石晶體，由于提拉和旋轉作用，會產生彎曲的弧形生長紋。導模法生長晶體時 晶體不旋轉，因而沒有彎曲生長紋。2. 提拉法和導模法合成的晶體，都會含有氣體包體，且氣泡分布不均勻。提拉法?？梢娎L的或 啞鈴狀氣泡。3.

50、 提拉法合成的寶石是在耐高溫的銥、鎢或鉬金屬坩堝中熔化原料的，導模法生長的寶石在導模 金屬上生長的，所以都可能含有金屬包體。4. 提拉法生長的寶石晶體原料在高溫下加熱熔化，偶爾可見未熔化的原料粉末。而導模法通常不存在未熔化的粉末包體。5. 提拉法生長的寶石晶體時，由于采用籽晶生長，生長成的晶體會帶有籽晶的痕跡。并且可能產 生明顯的界面位錯。導模法也會產生籽晶的缺陷。6. 在晶體的生長過程中，由于固液界面產生的振動或溫度的波動，可使晶體的溶質濃度分布不均，因而形成晶體不均勻的生長條紋。7. 由于原料不純或配比不當，可對熔體造成污染，形成晶體的雜質包體。二、合成紅寶石的鑒別1. 合成紅寶石可見極細

51、的彎曲生長紋和拉長的氣泡，有時還可見云朵狀的氣泡群。2. 寶石中偶爾可見未熔化的原料粉末。3. 在暗域照明和斜向照明下，偶爾可見一些細微的白色云狀包體。4. 顯微鏡下有時可見晶體不均勻的生長條紋。5. 寶石晶體可能帶有籽晶的痕跡。圖3-3提拉法合成紅寶石的彎曲生長紋6. 用電子探針和X射線熒光分析法，可檢測寶石晶體中的銥或鉬金屬包體。三、合成金綠寶石的鑒別1. 合成金綠寶石可見彎曲的生長紋和拉長的氣泡。2. 寶石中偶爾可見未熔化的原料粉末。3. 在暗域照明和斜向照明下，偶爾可見板條狀的雜質包體和針狀包體。4. 合成金綠寶石的折射率(1.740-1.745 )稍微偏低。5. 用電子探針和X射線熒

52、光分析法，可檢測寶石晶體中的銥或鉬金屬包體。四、人造釔鋁榴石的鑒別釔鋁榴石是人造寶石，可根據其物理性質和光學性質將其與相似寶石區(qū)分開:成分：Y 3AL5O2晶系：等軸晶系密度：4.58g/cm3摩氏硬度：8-8.5折射率：1.83色散:0.028內含物：彎曲生長紋和拉長氣泡致色元素：紫-Nd;藍-Co3； 綠-Ti3 ( +Fe);紅-Mn3其他：某些綠色、藍色釔鋁榴石在強光照射下顯強紅色，即顯示紅光效應第四章區(qū)域熔煉法及其合成寶石的鑒定要點1. 區(qū)域熔煉法基本原理、合成裝置與條件、過程及特點2. 合成品種3. 區(qū)域熔煉法合成寶石的鑒定區(qū)域熔煉法是上個世紀50年代初期發(fā)展起來的一項合成技術，此

53、技術主要為半導體工業(yè)提供高 純度的晶體。之后，人們利用這一技術將數百種有機、無機結晶材料提純或轉化成了單晶，這項技術 也用于寶石材料的人工合成。目前該技術主要用于工業(yè)用人工結晶材料的提純和轉化，較少用于合成寶石。一、區(qū)域熔煉法合成寶石的基本原理在進行區(qū)域熔煉過程中，物質的固相和液相在密度差的驅動下，物質會發(fā)生輸運。因此， 通過區(qū)域熔煉可以控制或重新分配存在于原料中的可溶性雜質或相。利用一個或數個熔區(qū)在同一方向上重復通過原料燒結以除去有害雜質；利用區(qū)域熔煉過程有效地消除分凝效應，也可將所期望的雜質均勻地摻入到晶體中去，并在一定程度上控制和消除位錯、包裹體等結構缺陷。圖4-1浮區(qū)熔煉法合成裝置區(qū)域

54、熔煉法通常分兩種，一種是有容器的區(qū)域熔煉法，另一種是無容器的區(qū)域熔煉法。寶石晶體 的生長通常采用無容器區(qū)域熔煉法，也稱“浮區(qū)熔煉法”。由該方法生長的寶石晶體有合成變石、合 成紅寶石、釔鋁榴石等。二、浮區(qū)熔煉法的工藝條件浮區(qū)熔煉法的工藝過程是：把原料先燒結或壓制成棒狀，然后用兩個卡盤將兩端固定好。將燒結 棒垂直地置入保溫管內，旋轉并下降燒結棒 （或移動加熱器）。燒結棒經過加熱區(qū)，使材料局部熔化。 熔融區(qū)僅靠熔體表面張力支撐。當燒結棒緩慢離開加熱區(qū)時，熔體逐漸緩慢冷卻并發(fā)生重結晶，形成 單晶體。浮區(qū)熔煉法通常使用電子束加熱和高頻線圈加熱 （或稱感應加熱）。電子束加熱方式具有熔化體積小、熱梯度界限分

55、明、熱效率高、提純效果好等優(yōu)點，但由于該方法僅能在真空中進行，所 以受到很大的限制。目前感應加熱在浮區(qū)熔煉法合成寶石晶體中應用最多，它既可在真空中應用，也 可在任何惰性氧化或還原氣氛中進行。在浮區(qū)熔煉法裝置中，將高頻線圈繞在垂直安裝的材料棒上，見圖4-1。感應加熱在熔區(qū)中可提供自動的電磁攪拌，攬拌的程度取決于所用的頻率、線圈的實 際配置和熔區(qū)的長度，還可通過檢測熱損耗值或材料導電率的變化來實現熔區(qū)直徑的自動控制。移動原料燒結棒（或移動加熱器），使燒結棒自上而下逐步被加熱熔化。熔區(qū)內的溫度大于原料熔化溫度， 熔區(qū)以外溫度則小于原料熔化溫度。旋轉燒結棒，熱源逐漸從燒結棒一端移至一端，直至整個燒結棒 變成寶石單晶。重復該過程，可使晶體進一步得到精煉和提純。三、區(qū)域熔煉法合成寶石的鑒別區(qū)域熔煉法合成寶石工藝中未使用坩堝，所以不存在坩堝雜質的污染。該技術能精煉和提純晶體， 所以晶體中很少岀現包裹體和生長紋，晶體的質量較高。該方法合成的寶石顏色純度較高，內部潔凈。 通常熒光強于相對應的天然寶石的熒光；分光鏡