焰熔法合成寶石及鑒定

1、第二章.焰熔法及焰熔法合成寶石的鑒定耍占：八、,1 .大體原理、合成裝置與條件、進(jìn)程及特點(diǎn)2 .合成品種3 .熠熔法合成寶石的鑒定一、焰熔法合成方式最先是1885年由弗雷米(E.Fremy).弗爾(E.Feil)和烏澤(Wyse)路，利用氫氧火焰熔化天然的紅寶石粉末與重鋁酸鉀而制成r那時(shí)轟動(dòng)時(shí)的“日內(nèi)瓦紅寶石”。后來于1902年弗雷米的助手法國的化學(xué)家維爾納葉(Verneuil)改良并進(jìn)展這一技術(shù)使之能進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。因此，這種方式又被稱為。1.大體原理焰熔法是從熔體中生長(zhǎng)單晶體的方式。其原料的粉末在通太高溫的氫氧火焰后熔化，熔滴在下落進(jìn)程中冷卻并在上固結(jié)逐漸生長(zhǎng)形成晶體。2.合成裝置與條件、

2、進(jìn)程圖2-1維爾納葉法合成裝置（點(diǎn)擊可進(jìn)入多媒體演示）焰熔法合成裝置由供料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和生長(zhǎng)系統(tǒng)組成，合成進(jìn)程是在（圖2-1）中進(jìn)行的。A.供料系統(tǒng)原料：成份因合成品的不同而轉(zhuǎn)變。原料的粉末通過充分拌勻，放入料筒。料筒（篩狀底）：圓筒，用來裝原料，底部有篩孔：料筒中部貫通有根震動(dòng)裝置使粉末少量、等量、周期性地自動(dòng)釋放。徭蕩器：使料筒不斷抖動(dòng)，以便原料的粉末能從篩孔中釋放出來。若是合成紅寶石，則需要AIM和Cr:05,三氧化二鋁可由鋁鐵根加熱取得；致色劑為Cr,Os1-3%,B.燃燒系統(tǒng)：氧氣管：從料筒側(cè)釋放，與原料粉末同下降；氫氣管：在火焰上方噴嘴處與氧氣混合燃燒。通過控制管內(nèi)流量來控制氫氧

3、比例，0：H：=l：3：氫氧燃燒溫度為2500,AL0,粉末的熔點(diǎn)為2050：冷卻套：吹管至噴嘴處有冷卻水套，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(zhǎng)系統(tǒng)落下的粉末通過氫氧火焰熔融，并落在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上的籽晶棒上，逐漸長(zhǎng)成個(gè)晶棒（）。水套下為耐火磚圍砌的保溫爐，維持燃燒溫度及晶體生長(zhǎng)溫度，近上部有個(gè)觀察孔，可了解晶體生長(zhǎng)情形C耐火磚：保證熔滴溫度緩慢下降，以便結(jié)晶生長(zhǎng)：旋轉(zhuǎn)平臺(tái)：安置籽晶棒，邊旋轉(zhuǎn)、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(zhuǎn)平臺(tái)擴(kuò)大晶種的生長(zhǎng)直徑，稱為擴(kuò)肩；然后，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)以均勻的速度邊旋轉(zhuǎn)邊下降，使晶體得以等徑生長(zhǎng)。圖2-2焰熔法生長(zhǎng)的各類梨

4、晶梨晶：長(zhǎng)出的晶體形態(tài)類似梨形，故稱為梨晶。梨晶大小般為長(zhǎng)23cm,直徑-5cmc圖2-2。生長(zhǎng)速度：1厘米/小時(shí)，般6小時(shí)完成即可完成生長(zhǎng)。因?yàn)樯L(zhǎng)速度快，內(nèi)應(yīng)力專門大，停止生長(zhǎng)后，應(yīng)該輕輕敲擊，讓它沿縱向裂開成兩半以釋放內(nèi)應(yīng)力，避免以后產(chǎn)生裂隙。特點(diǎn)：方式特點(diǎn)：生長(zhǎng)速度快、設(shè)備簡(jiǎn)單、產(chǎn)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。但用此方式合成的寶石晶體缺點(diǎn)多、容易識(shí)別。二、合成品種1.合成剛玉：合成紅寶石：加入致色元素Cr：Od-3%合成藍(lán)寶石：加入致色元素Ti0和FeO,但Ti和Fe的逸散作用，使合成藍(lán)寶石常常有無色核心和藍(lán)色表皮，顏色散布不均勻：粉紅色和紫紅色：加入致色

5、元素Cr、Ti、Fe：黃色：加入致色元素i和Cr；變色剛玉：加入V和Cr：顯紫紅色到藍(lán)紫色的變色效應(yīng)。除祖母綠外，任何顏色的剛玉都能夠合成。星光剛玉：如需要合成星光剛玉，則需要在上述原料中再添加哪的Ti0,，如此長(zhǎng)成的梨晶中，Ti02呈固熔體散布于剛玉晶格中，并無以金紅石的針狀礦物相析出。必需在1300度恒溫24小時(shí)，讓金紅石針沿六方柱柱面方向出溶，才能產(chǎn)生星光效應(yīng)。各類合成剛玉品種的致色元素總結(jié)于下表。校2-1各類合成剛玉的致色元素合成剛玉原料AU0、，另加致色元素如下合成紅寶石Cr：0”1-3%合成藍(lán)寶石Fe,Ti：合成黃色藍(lán)寶石Ni,Cr合成紫色藍(lán)寶石CrFe,Ti合成變色藍(lán)寶石Cr2O

6、n3-4%合成星光紅寶石TiO：,Cr：0313%合成星光藍(lán)寶石FeO+TiOc：:TiO：市場(chǎng)上所見到的合成尖晶石幾乎盡是由焰熔法生產(chǎn)，但也可用生產(chǎn)。原料：紅色：MgO：1,致色元素CraOx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(chǎng)上少見。藍(lán)色尖晶石的合成是人們?cè)诤铣伤{(lán)寶石的實(shí)驗(yàn)中偶然取得的。那時(shí)人們還不了解藍(lán)寶石的致色元素是Ti和Fe,人們?cè)?jīng)嘗試過加入致色元素V、Co、Fe、Mg等，當(dāng)終于取得藍(lán)色合成品時(shí)，人們以為是藍(lán)寶石，結(jié)果是合成藍(lán)色尖晶石。藍(lán)色：MgO：ALO=1：,致色元素Co：綠色：MgO：ALO=1：3褐色：

7、MgO：ALO=1：5粉紅色：MgO：A1-0=1：致色元素Cu；有月光效應(yīng)的無色品種：1：5,過量的氧化鋁未熔形成無數(shù)細(xì)小針狀包體致使月光效應(yīng)，有時(shí)乃至形成星光。燒結(jié)藍(lán)色尖晶石：由鉆致色，并加入金粉，用來仿青金巖。3 .金紅石：購末圖2-3的裝置（馬福爐）局部圖天然的金紅石常呈細(xì)小針狀，以大晶體產(chǎn)出的多為褐紅色而且多裂，很少有寶石級(jí)的材料。合成金紅石的目的不是為了替代天然金紅石，而是為了仿照鉆石。在合成立方氧化餡出現(xiàn)后，合成金紅石很少生產(chǎn)了。因?yàn)門iO,在燃燒時(shí)易脫氧，所以需要充沛的氧，在合成剛玉的裝置上多加了個(gè)氧管（見圖2-3）。TiO：的熔點(diǎn)為1840C,粉末熔化，再在支座的種晶上結(jié)晶。

8、取得的梨晶為藍(lán)黑色，這是因?yàn)楦邷叵滦纬?TiJ和相應(yīng)的氧空位。通過在高溫氧化環(huán)境中退火處置，退火溫度為800-1000船，即可去除藍(lán)黑色，變成淡黃色到近無色的透明晶體。若是在原料中摻入ScQ,則可直接取得近無色的晶體。這是因?yàn)閾饺氲腟c在晶體中形成的氟空位會(huì)提高晶體中的氧的擴(kuò)散系數(shù)，使晶體在降溫進(jìn)程中就完成氧的擴(kuò)散和褪色。合成金紅石的寶石學(xué)性質(zhì)化學(xué)成份：TiO“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(diào)。還可有紅、橙、黃、藍(lán)色者。硬度：；相對(duì)密度：；折射率：；雙折射率：光性：軸晶正光性；色散：極強(qiáng)，；光譜：紫區(qū)結(jié)尾有強(qiáng)吸收帶，使其光譜看似被截短r：內(nèi)含物：氣泡、未熔粉末：合

9、成金紅石的辨別合成金紅石具有極高的色散值使其泛出五顏六色的火彩。這種特征使之不易與其他任何材料相混淆。另外，其極高的雙折射率使其刻面棱重影異樣清楚。僅此二特征就足以確認(rèn)它了。4 .鈦酸銀!：早在1955年人們就利用焰熔法生產(chǎn)出來，那時(shí)在自然界尚未發(fā)覺天然的對(duì)應(yīng)物。雖然,1987年在俄羅斯發(fā)覺了其天然對(duì)應(yīng)物，礦物名為Tausonite,人們?nèi)赃m應(yīng)把它歸為人造寶石材料。最初人們生產(chǎn)鈦酸錮主要用于仿照鉆石。但自從立方氧化鈉合成成功后，這種仿鉆材料在寶石市場(chǎng)上很少見取得了。但它透紅外線的能力強(qiáng)，仍有生產(chǎn)用作紅外光學(xué)透鏡等。與樣，其合成裝置也必需多加根氧管，長(zhǎng)出的晶體也是烏黑的，需要在氧化條件下退火（溫

10、度1600C）,才能變成近無色的透明晶體。所采用的原料為：SrO：TiO:=1：1鈦酸錮的寶石學(xué)性質(zhì)化學(xué)成份：SrTiOJ；等軸晶系光澤：亞金剛一金剛光澤:透明度：透明;顏色：無色為主，偶見紅、黃、藍(lán)、褐色材料；硬度：；比重：；斷口：貝殼狀；折射率：，單折射；色散：，極強(qiáng)；內(nèi)含物：氣泡；鈦酸鈿的辨別鈦酸錮作為仿鉆材料，極易識(shí)別。鈦酸錮極強(qiáng)的火彩使它明顯不同于鉆石。雖然標(biāo)準(zhǔn)圓多面型的鈦酸錮在線實(shí)驗(yàn)中不透光，但它明顯較低的硬度使之表面顯示出明顯的磨損痕跡、圓滑的刻面棱和不平整的小面。雖然反射儀上可取得與鉆石相同的折射率，但熱導(dǎo)儀檢測(cè)時(shí)卻無鉆石反映。卡尺法或靜水稱重都可測(cè)出未鑲品的比重，從而確認(rèn)它。

11、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)為必然的幾何多面體。市場(chǎng)上也出現(xiàn)過將焰熔法合成的梨晶破碎，乃至通過滾筒磨成毛料，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(zhǎng)紋合成紅、藍(lán)寶石中?？梢姎馀莺臀慈鄯勰┏霈F(xiàn)，般氣泡小而圓，或似蝌蚪狀：可單獨(dú)或成群出現(xiàn)：合成尖晶石中氣泡和未熔粉末較少出現(xiàn)，偶爾出現(xiàn)的氣泡多為異形。3 .色帶：紅寶石中常常為細(xì)密的弧形生長(zhǎng)紋，類似唱片紋；藍(lán)寶石中色帶較粗而不持續(xù)：黃色藍(lán)寶石很少含有氣泡，也難見色帶。天然紅寶石和藍(lán)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

12、成藍(lán)寶石的光譜見不到天然藍(lán)寶石通常能夠見到的藍(lán)區(qū)的吸收，或450nm的吸收帶十分模糊。合成藍(lán)色尖晶石顯示典型的鉆譜（別離位于540、580、635nm的三條吸收帶），天然藍(lán)色尖晶石顯示的是藍(lán)區(qū)的吸收帶，為鐵譜。5 .熒光合成藍(lán)寶石有時(shí)顯示藍(lán)白色或綠白色熒光，天然的為惰性：合成藍(lán)色尖晶石為強(qiáng)的紅色熒光，而天然的也為惰性。合成紅寶石通常比天然紅寶石的紅色熒光明顯強(qiáng)。6 .帕拉圖法：將剛玉浸于盛有二碘甲烷的玻璃冰皿中，在顯微鏡下沿光軸方向，加上正交偏光片下，合成剛玉能夠觀察到兩組夾角為120的結(jié)構(gòu)線（圖2-5）4圖2-5合成剛玉帕拉圖法結(jié)構(gòu)線7 .焰熔法合成星光剛玉:內(nèi)含物星帶外觀特征合成星光剛玉天

13、然星光剛玉大量氣泡和未熔粉末：金紅石針極其微小，難以辨認(rèn)：彎曲色帶明顯星光浮于表面，星線直、勻、細(xì)，連續(xù)性好：中心無寶光各種晶體包體、氣液包體、指紋狀包體:金紅石針較粗，易識(shí)別：直角狀或六方色帶星光發(fā)自內(nèi)部深處：星線中間粗.兩端細(xì)，可以不連續(xù)：中心有寶光表2-2合成星光剛玉與天然星光剛玉的區(qū)別8.合成紅、藍(lán)寶石的加工質(zhì)量:圖2-6焰熔法合成剛玉的梨晶與切磨方向示用意天然合成紅、藍(lán)寶石的加工質(zhì)量通常較為精細(xì)，尤其是高質(zhì)量的寶石，其臺(tái)面通常垂直光軸，以顯示最好的顏色。而合成紅、藍(lán)寶石加工質(zhì)量通常較差，常見火痕，更不會(huì)精準(zhǔn)定向加I，加上，合成梨晶通常因?yàn)閼?yīng)力作用會(huì)沿長(zhǎng)軸方向裂開，其長(zhǎng)軸方向與光軸方向夾角為60度,為了充分利用原料，其臺(tái)面通常會(huì)平行長(zhǎng)軸方向切磨（圖2-6）。所以合成剛玉在臺(tái)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(nèi)含物包體少，偶有氣泡，形態(tài)狹長(zhǎng)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：尤其是八面體形色帶少見B.RIFixed紅色尖晶石例外用于檢測(cè)折射儀高珞的紅色尖晶石：鐵鋅尖晶石：鋅尖晶石：C.SG紅色尖晶石：仿吉金巖的燒結(jié)藍(lán)色尖晶石：D.光譜籃色者：Co譜,54