珠寶知識培訓(xùn)之人工合成寶石

1、2022-4-291 熟悉幾種常見的合成寶石（如合成鉆熟悉幾種常見的合成寶石（如合成鉆石、合成剛玉、合成立方氧化鋯、合成石、合成剛玉、合成立方氧化鋯、合成祖母綠、合成歐泊、合成水晶等）的生祖母綠、合成歐泊、合成水晶等）的生產(chǎn)方法及其特征。掌握天然寶石與合成產(chǎn)方法及其特征。掌握天然寶石與合成寶石的鑒定方法。寶石的鑒定方法。2022-4-292( (一一) ) 合成寶石與人造寶石合成寶石與人造寶石1. 1. 合成寶石的定義合成寶石的定義合成寶石是全部或部分由人工生產(chǎn)的無機(jī)產(chǎn)物合成寶石是全部或部分由人工生產(chǎn)的無機(jī)產(chǎn)物, ,且它且它們的物理性質(zhì)們的物理性質(zhì), ,化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)和所對應(yīng)的天然寶石化學(xué)

2、成分和晶體結(jié)構(gòu)和所對應(yīng)的天然寶石基本相同?；鞠嗤?。 A A原料：原料：半人工材料；如天然去皮水晶作為合成水晶的半人工材料；如天然去皮水晶作為合成水晶的原料；原料； 人工分離出的原料人工分離出的原料AlAl2 2O O3 3 作為合成紅寶石的原料；作為合成紅寶石的原料；B B有天然對應(yīng)物有天然對應(yīng)物：天然紅寶石：天然紅寶石-合成紅寶石合成紅寶石 它們的物理性質(zhì)、化學(xué)成分和原子結(jié)構(gòu)都基本相同；它們的物理性質(zhì)、化學(xué)成分和原子結(jié)構(gòu)都基本相同；C C可以有小的差異：可以有小的差異： 天然尖晶石：天然尖晶石：MgOMgO：AlAl2 2O O3 3=1=1：1 1， RI 1.718RI 1.718，

3、SG SG 3.603.60 合成尖晶石：合成尖晶石：MgOMgO：AlAl2 2O O3 3=1=1：1.51.53.53.5；RI 1.727RI 1.727， SG 3.63SG 3.63 正是這微小的差異，使我們能夠區(qū)分它們。正是這微小的差異，使我們能夠區(qū)分它們。一、概述一、概述2022-4-2932 2人造寶石人造寶石 指人工生產(chǎn)的非天然形成的無機(jī)材料。指人工生產(chǎn)的非天然形成的無機(jī)材料。 狹義的人造寶石：具有獨(dú)特的化學(xué)成分、原子結(jié)構(gòu)和狹義的人造寶石：具有獨(dú)特的化學(xué)成分、原子結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)的人工寶石材料；物理性質(zhì)的人工寶石材料； 如如YAGYAG：釔鋁榴石，：釔鋁榴石，Y Y3 3Al

4、Al5 5O O1212 ；無天然對應(yīng)物，廣義；無天然對應(yīng)物，廣義的人造寶石：人工生產(chǎn)的寶石，包括合成寶石；的人造寶石：人工生產(chǎn)的寶石，包括合成寶石； 2022-4-294(二二)人工制造寶石的歷史人工制造寶石的歷史 1500年埃及人開始用玻璃模仿祖母綠、青金石和綠松石等。年埃及人開始用玻璃模仿祖母綠、青金石和綠松石等。 18世紀(jì)中期和世紀(jì)中期和19世紀(jì)人工開始合成寶石世紀(jì)人工開始合成寶石.由于礦物學(xué)研究的發(fā)展由于礦物學(xué)研究的發(fā)展以及化學(xué)分析方法取得的進(jìn)展，使人們逐漸掌握了寶石的化學(xué)成分以及化學(xué)分析方法取得的進(jìn)展，使人們逐漸掌握了寶石的化學(xué)成分及性質(zhì)，加上化學(xué)工業(yè)的發(fā)展以及對結(jié)晶過程的認(rèn)識，人

5、工合成寶及性質(zhì)，加上化學(xué)工業(yè)的發(fā)展以及對結(jié)晶過程的認(rèn)識，人工合成寶石才變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。石才變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。 1892年出現(xiàn)了聞名的年出現(xiàn)了聞名的“日內(nèi)瓦紅寶石日內(nèi)瓦紅寶石”，這是用氫氧火焰使品，這是用氫氧火焰使品質(zhì)差的紅寶石粉末及添加的致色劑鉻熔融，再重結(jié)晶形成優(yōu)質(zhì)紅寶質(zhì)差的紅寶石粉末及添加的致色劑鉻熔融，再重結(jié)晶形成優(yōu)質(zhì)紅寶石的方法。隨后，這種方法經(jīng)改進(jìn)并得以商業(yè)化。石的方法。隨后，這種方法經(jīng)改進(jìn)并得以商業(yè)化。 1890年，年， 助熔劑法合成紅寶石獲得成功；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。合成尖晶石、藍(lán)寶石、金紅年助熔劑法合成祖母綠成功。合成尖晶石、藍(lán)寶石、金紅石、鈦酸鍶

6、等逐漸面市。石、鈦酸鍶等逐漸面市。 1953年合成工業(yè)級鉆石、年合成工業(yè)級鉆石、1960年水熱法合成祖母綠及年水熱法合成祖母綠及1970年寶年寶石級合成鉆石也相繼獲得成功。石級合成鉆石也相繼獲得成功。 五十年代末，我國為了發(fā)展我國的精密儀器儀表工業(yè)，從原蘇五十年代末，我國為了發(fā)展我國的精密儀器儀表工業(yè)，從原蘇聯(lián)引進(jìn)了焰熔法合成剛玉的設(shè)備和技術(shù)，六十年代投產(chǎn)后，主要用聯(lián)引進(jìn)了焰熔法合成剛玉的設(shè)備和技術(shù)，六十年代投產(chǎn)后，主要用于手表軸承材料的生產(chǎn)。后來發(fā)展到有于手表軸承材料的生產(chǎn)。后來發(fā)展到有20多家焰熔法合成寶石的工多家焰熔法合成寶石的工廠，能生長出各種品種的剛玉寶石、尖晶石、金紅石和鈦酸鍶等。

7、廠，能生長出各種品種的剛玉寶石、尖晶石、金紅石和鈦酸鍶等。2022-4-295 我國進(jìn)行水熱法生長水晶的研究工作，始于我國進(jìn)行水熱法生長水晶的研究工作，始于1958年。目前幾乎年。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(chǎn)，年開始生產(chǎn)，現(xiàn)在市場上能見到的各種顏色品種的合成石英。現(xiàn)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)和軍事的需要，尤其是激光研究的需要，七十年代，由于工業(yè)和軍事的需要，尤其是激光研究的需要，我國先后用提拉法生產(chǎn)了人造釔鋁榴石（我國先后用提拉法生產(chǎn)了人造釔鋁榴石（YAG）和釓鎵榴石）和釓鎵

8、榴石（GGG）晶體，它們曾一度被用于仿鉆石。）晶體，它們曾一度被用于仿鉆石。 1982年，我國開始研年，我國開始研究合成立方氧化鋯的生產(chǎn)技術(shù)，究合成立方氧化鋯的生產(chǎn)技術(shù)，1983年投產(chǎn)。由于合成立方氧化鋯年投產(chǎn)。由于合成立方氧化鋯的折射率高、硬度高、產(chǎn)量大、成本低，很快取代了其它仿鉆石的的折射率高、硬度高、產(chǎn)量大、成本低，很快取代了其它仿鉆石的晶體材料。廣西寶石研究所晶體材料。廣西寶石研究所1993年成功生產(chǎn)水熱法合成祖母綠，現(xiàn)年成功生產(chǎn)水熱法合成祖母綠，現(xiàn)已能生產(chǎn)水熱法合成其它顏色的綠柱石及紅、藍(lán)寶石。已能生產(chǎn)水熱法合成其它顏色的綠柱石及紅、藍(lán)寶石。 合成工業(yè)用鉆石在我國是合成工業(yè)用鉆石在我

9、國是l963年投產(chǎn)的，至八十年代末，我國年投產(chǎn)的，至八十年代末，我國已有已有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(chǎn)還余家合成工業(yè)用鉆石的廠家。但寶石級合成鉆石的生產(chǎn)還在探索之中。在探索之中。l995年，我國采用年，我國采用 化學(xué)氣相沉積法生長出了多晶金剛化學(xué)氣相沉積法生長出了多晶金剛石薄膜，已在首飾方面應(yīng)用。石薄膜，已在首飾方面應(yīng)用。2022-4-296二、合成寶石的二、合成寶石的晶體生長基本理論晶體生長基本理論 晶體生長的發(fā)生最初是從溶液或熔體中形成固相的晶體生長的發(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，就形成了晶體小晶芽，即成核。晶核形成后，就形成了晶

10、體-介質(zhì)介質(zhì)的界面，晶體生長最重要的過程就是界面過程?？茖W(xué)的界面，晶體生長最重要的過程就是界面過程?？茖W(xué)家們提出了許多生長機(jī)制或模型，結(jié)合熱力學(xué)和動(dòng)力家們提出了許多生長機(jī)制或模型，結(jié)合熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)探討了這一過程。學(xué)探討了這一過程。 盡管晶體生長理論已有一百多年的發(fā)展歷程，但晶盡管晶體生長理論已有一百多年的發(fā)展歷程，但晶體生長理論還并不完善，現(xiàn)有的晶體生長模型還不能體生長理論還并不完善，現(xiàn)有的晶體生長模型還不能完全用于指導(dǎo)晶體生長實(shí)踐，為了提高晶體質(zhì)量還有完全用于指導(dǎo)晶體生長實(shí)踐，為了提高晶體質(zhì)量還有許多實(shí)際問題尚待解決。許多實(shí)際問題尚待解決。 2022-4-297 1 1成核成核 成核過程實(shí)

11、際是一個(gè)相變過程。相是一個(gè)體系中均成核過程實(shí)際是一個(gè)相變過程。相是一個(gè)體系中均勻一致的部分，它與另外的其它部分有明顯的分界線。勻一致的部分，它與另外的其它部分有明顯的分界線。 化學(xué)成分相同的物質(zhì)，在不同的溫壓條件下，可以呈化學(xué)成分相同的物質(zhì)，在不同的溫壓條件下，可以呈不同的結(jié)構(gòu)（同質(zhì)多象）、或不同的狀態(tài)如固相、液相不同的結(jié)構(gòu)（同質(zhì)多象）、或不同的狀態(tài)如固相、液相和氣相。和氣相。相變：相變：當(dāng)某一體系在外界條件改變時(shí)，會發(fā)生狀態(tài)當(dāng)某一體系在外界條件改變時(shí)，會發(fā)生狀態(tài)的改變，這種現(xiàn)象即相變。寶石合成的過程即生長晶體，的改變，這種現(xiàn)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)楣滔唷?/p>

12、氣相變?yōu)楣滔啵幌鄰囊合嘧優(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(zhì)組分的控制。變過程受溫壓條件、介質(zhì)組分的控制。相圖：相圖：根據(jù)相變理論公式（克拉帕瓏方程），即反根據(jù)相變理論公式（克拉帕瓏方程），即反映壓力、溫度和組分的關(guān)系，作出的表示相變、溫度、映壓力、溫度和組分的關(guān)系，作出的表示相變、溫度、壓力、組分關(guān)系的圖解。壓力、組分關(guān)系的圖解。 2022-4-298石墨的相圖是一元石墨的相圖是一元相圖，如圖所示。相圖，如圖所示。這個(gè)相圖表明，在這個(gè)相圖表明，在很大的壓力和溫度很大的壓力和溫度范圍內(nèi)存在碳的固范圍內(nèi)存在碳的固態(tài)相變。它是根據(jù)態(tài)相變。它是根據(jù)熱力學(xué)原理，結(jié)合熱力學(xué)原理

13、，結(jié)合多次實(shí)驗(yàn)和外推等多次實(shí)驗(yàn)和外推等做出的。石墨在溫做出的。石墨在溫度度1400-16000C和和4.5-6109Kb的壓的壓力下會轉(zhuǎn)變?yōu)殂@石，力下會轉(zhuǎn)變?yōu)殂@石，該圖是合成鉆石的該圖是合成鉆石的依據(jù)。依據(jù)。 石墨石墨- -鉆石的相圖鉆石的相圖 2022-4-299 在合成晶體過程中，為了獲得理想的晶體，人為提供在合成晶體過程中，為了獲得理想的晶體，人為提供的晶核稱為的晶核稱為種晶或籽晶種晶或籽晶。 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(cuò)、開裂、晶格畸變等在一定的范圍內(nèi)會陷，如位錯(cuò)、開裂、晶格畸變等在一定的范圍內(nèi)會“遺傳遺傳”給新

14、生長的晶體。在選擇種晶時(shí)要避開缺陷。給新生長的晶體。在選擇種晶時(shí)要避開缺陷。 根據(jù)晶體生長習(xí)性和應(yīng)用的要求，種晶可采用根據(jù)晶體生長習(xí)性和應(yīng)用的要求，種晶可采用粒狀、粒狀、棒狀、片狀棒狀、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。要。 2022-4-2910 2.晶體生長界面穩(wěn)定性：晶體生長界面穩(wěn)定性： 晶核出現(xiàn)后，過冷或過飽和，驅(qū)使質(zhì)點(diǎn)按一定的晶體晶核出現(xiàn)后，過冷或過飽和，驅(qū)使質(zhì)點(diǎn)按一定的晶體結(jié)構(gòu)在晶核上排列生長。溫度梯度和濃度梯度直接影響界結(jié)構(gòu)在晶

15、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)。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，介質(zhì)的溫度、濃度會影響晶體與介晶體生長過程中，介質(zhì)的溫度、濃度會影響晶體與介質(zhì)的界面的宏觀形狀，如是凸起、凹陷或平坦光滑。界面質(zhì)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，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(chǎn)生凹凸不平，即形成不穩(wěn)定界面。界面會產(chǎn)生凹凸不平，即形成不穩(wěn)定界面。2022-4-29113 晶體生長的界面模型晶體生長的界面模型 晶體生長最重要的過程是一個(gè)界

16、面過程，涉及生長晶體生長最重要的過程是一個(gè)界面過程，涉及生長基元如何從母液相傳輸?shù)缴L界面以及如何在界面上定位基元如何從母液相傳輸?shù)缴L界面以及如何在界面上定位成為晶體的一部分。成為晶體的一部分。A完整光滑界面生長模型完整光滑界面生長模型 此模型又稱為成核生長理論模型，或科塞爾此模型又稱為成核生長理論模型，或科塞爾-斯特斯特蘭斯基（蘭斯基（Kossel-Stranski）理論模型。該模型是）理論模型。該模型是1927年，年，由科塞爾首先提出，后經(jīng)斯特蘭斯基加以發(fā)展由科塞爾首先提出，后經(jīng)斯特蘭斯基加以發(fā)展 。 2022-4-2912 在晶核形成以后，結(jié)晶物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)繼續(xù)向晶核上粘附，在晶核形成以后

17、，結(jié)晶物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)繼續(xù)向晶核上粘附，晶體則得以生長。質(zhì)點(diǎn)粘附就是按晶體格子構(gòu)造規(guī)律排列晶體則得以生長。質(zhì)點(diǎn)粘附就是按晶體格子構(gòu)造規(guī)律排列在晶體上。質(zhì)點(diǎn)向晶核上粘附時(shí)，在晶體不同部位的晶體在晶體上。質(zhì)點(diǎn)向晶核上粘附時(shí)，在晶體不同部位的晶體格子構(gòu)造對質(zhì)點(diǎn)的引力是不同的。也就是說，質(zhì)點(diǎn)粘附在格子構(gòu)造對質(zhì)點(diǎn)的引力是不同的。也就是說，質(zhì)點(diǎn)粘附在晶體不同部位所釋放出的能量是不一樣的。由于晶體總是晶體不同部位所釋放出的能量是不一樣的。由于晶體總是趨向于具有最小的內(nèi)能，所以，質(zhì)點(diǎn)在粘附時(shí)，首先粘附趨向于具有最小的內(nèi)能，所以，質(zhì)點(diǎn)在粘附時(shí)，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。在引力最大、可釋放能

18、量最大的部位，使之最穩(wěn)定。 成核生長理論模型成核生長理論模型 在理想的條件下，在理想的條件下，結(jié)晶物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)向結(jié)晶物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)向晶體上粘附有三種晶體上粘附有三種不同的部位（圖）：不同的部位（圖）：2022-4-2913 質(zhì)點(diǎn)粘附在晶體表面三面凹角的質(zhì)點(diǎn)粘附在晶體表面三面凹角的1處處，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)受三個(gè)，此時(shí)質(zhì)點(diǎn)受三個(gè)最近質(zhì)點(diǎn)的吸引，若質(zhì)點(diǎn)粘附在晶體表面兩面凹角的最近質(zhì)點(diǎn)的吸引，若質(zhì)點(diǎn)粘附在晶體表面兩面凹角的2處處，則受到兩個(gè)最近質(zhì)點(diǎn)的吸引，此處質(zhì)點(diǎn)所受到的吸引力不則受到兩個(gè)最近質(zhì)點(diǎn)的吸引，此處質(zhì)點(diǎn)所受到的吸引力不如如1處大，若質(zhì)點(diǎn)在一層面網(wǎng)之上的一般位置處大，若質(zhì)點(diǎn)在一層面網(wǎng)之上的一般位置3處處，所

19、受到，所受到的吸引力最小。由此可見，質(zhì)點(diǎn)粘附在晶體的不同部位，的吸引力最小。由此可見，質(zhì)點(diǎn)粘附在晶體的不同部位，所受到的引力或所釋放出的能量是不同的。而且，它首先所受到的引力或所釋放出的能量是不同的。而且，它首先會粘附在三面凹角會粘附在三面凹角1處，其次于兩面凹角處，其次于兩面凹角2處處，最后才是粘，最后才是粘附在一層新的面網(wǎng)上附在一層新的面網(wǎng)上(即即3處處)。 由此得出晶體生長過程應(yīng)該是：先長一條行列，再長由此得出晶體生長過程應(yīng)該是：先長一條行列，再長相鄰的行列，長滿一層面網(wǎng)，然后開始長第二層面網(wǎng)，晶相鄰的行列，長滿一層面網(wǎng)，然后開始長第二層面網(wǎng)，晶面面(晶體上最外層面網(wǎng)晶體上最外層面網(wǎng))是

20、逐層向外平行推移的。這便是科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。塞爾一斯特蘭斯基所得出的晶體生長理論。 2022-4-2914 B.非完整光滑界面生長模型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，或此模型又稱為螺旋生長理論模型，或BCF理論模型。該理論模型。該模型于模型于1949年由弗朗克首先提出，后由弗朗克等人年由弗朗克首先提出，后由弗朗克等人（Buston、Cabresa、Frank）進(jìn)一步發(fā)展并提出一系列與）進(jìn)一步發(fā)展并提出一系列與此相關(guān)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律，總稱此相關(guān)的動(dòng)力學(xué)規(guī)律，總稱BCF理論模型。該理論模型認(rèn)理論模型。該理論模型認(rèn)為，晶面上存在的

21、螺旋位錯(cuò)露頭點(diǎn)可以作為晶體生長的臺為，晶面上存在的螺旋位錯(cuò)露頭點(diǎn)可以作為晶體生長的臺階源（下圖），促進(jìn)光滑界面的生長。這種臺階源永不消階源（下圖），促進(jìn)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，而且生長出光滑的晶體界面在很低的飽和度下仍能生長，而且生長出光滑的晶體界面的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。2022-4-2915 螺旋錯(cuò)位形成的臺階源，圍繞螺旋位錯(cuò)線形成螺旋狀階螺旋錯(cuò)位形成的臺階源，圍繞螺旋位錯(cuò)線形成螺旋狀階梯層層上升，按梯層層上升，按1、2、3、4、5（見左下圖）的順序，依（見左下圖）

22、的順序，依次生長，次生長，1高于高于2，2高于高于3，最后形成一螺旋線的錐形。由，最后形成一螺旋線的錐形。由于螺旋位錯(cuò)的存在，晶體生長速率大大加快。在許多實(shí)際于螺旋位錯(cuò)的存在，晶體生長速率大大加快。在許多實(shí)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(cuò)露頭點(diǎn)的生長丘（圖右下圖）。這一理面中間有螺旋位錯(cuò)露頭點(diǎn)的生長丘（圖右下圖）。這一理論可以解釋許多實(shí)際晶體的生長。論可以解釋許多實(shí)際晶體的生長。 綠柱石表面由于螺旋位錯(cuò)造綠柱石表面由于螺旋位錯(cuò)造成的生長丘（干涉顯微鏡下）成的生長丘（干涉顯微鏡下）螺旋位錯(cuò)生長示意圖螺旋位錯(cuò)生長

23、示意圖 2022-4-29164 人工晶體生長方法人工晶體生長方法1從熔體中生長單晶體：從熔體中生長單晶體： 粉末原料粉末原料加熱加熱熔化熔化 冷卻冷卻 超過臨界過冷度超過臨界過冷度 結(jié)晶，結(jié)晶， 從熔體中生長晶體的方法是最早的研究方法，也是廣從熔體中生長晶體的方法是最早的研究方法，也是廣泛應(yīng)用的合成方法。從熔體中生長單晶體的最大優(yōu)點(diǎn)是生泛應(yīng)用的合成方法。從熔體中生長單晶體的最大優(yōu)點(diǎn)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。倍。 從熔體中生長晶體的方法主要有焰熔法、提拉法、冷從熔體中生長晶體的方法主要有焰熔法、提拉

24、法、冷坩堝法和區(qū)域熔煉法。坩堝法和區(qū)域熔煉法。2022-4-29172從液體中生長單晶體：從液體中生長單晶體： 原料原料 加熱加熱 溶解（遷移、反應(yīng)）溶解（遷移、反應(yīng)） 過飽和過飽和 析出析出結(jié)晶結(jié)晶 由兩種或兩種以上的物質(zhì)組成的均勻混合物稱為溶液，由兩種或兩種以上的物質(zhì)組成的均勻混合物稱為溶液，溶液由溶劑和溶質(zhì)組成。合成晶體所采用的溶液包括：低溶液由溶劑和溶質(zhì)組成。合成晶體所采用的溶液包括：低溫溶液（如水溶液、有機(jī)溶液、凝膠溶液等）、高溫溶液溫溶液（如水溶液、有機(jī)溶液、凝膠溶液等）、高溫溶液（即熔鹽）與熱液等。（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從溶液中生長晶體

25、的方法主要有助熔劑法和水熱法。 2022-4-29183從氣相中生長單晶體的方法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。氣相生長可分為單組分體系和多組分體系生長兩種。 單組分氣相生長單組分氣相生長要求氣相具備足夠高的蒸氣壓，利用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(jié)生長的原理進(jìn)行生長。在高溫區(qū)汽化升華、在低溫區(qū)凝結(jié)生長的原理進(jìn)行生長。但這種方法應(yīng)用不廣，所生長的晶體大多為針狀、片狀但這種方法應(yīng)用不廣，所生長的晶體大多為針狀、片狀的單晶體。的單晶體。 多組分氣相生長多組分氣相生長一般多用于外延薄膜生長，外延生長一般多用于外延薄膜生長，外延生

26、長是一種晶體浮生在另一種晶體上。主要用于電子儀器、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(xué)等方面的工作元件的生產(chǎn)上。磁性記憶裝置和集成光學(xué)等方面的工作元件的生產(chǎn)上。 合成金剛石薄膜的化學(xué)氣相沉淀合成金剛石薄膜的化學(xué)氣相沉淀 (CVD)法以及合成法以及合成碳化硅單晶生產(chǎn)技術(shù)，就屬于此類。碳化硅單晶生產(chǎn)技術(shù)，就屬于此類。 2022-4-2919二、合成寶石的合成方法二、合成寶石的合成方法 ( (一一) ) 焰熔法合成方法焰熔法合成方法 最早是最早是1885年由弗雷米（年由弗雷米（E. Fremy）、弗爾）、弗爾（E. Feil）和烏澤（）和烏澤（Wyse）一起，利用氫

27、氧火焰）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(dāng)時(shí)熔化天然的紅寶石粉末與重鉻酸鉀而制成了當(dāng)時(shí)轟動(dòng)一時(shí)的轟動(dòng)一時(shí)的“日內(nèi)瓦紅寶石日內(nèi)瓦紅寶石”。后來于。后來于1902年弗年弗雷米的助手法國的化學(xué)家維爾納葉（雷米的助手法國的化學(xué)家維爾納葉（Verneuil）改進(jìn)并發(fā)展這一技術(shù)使之能進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。因改進(jìn)并發(fā)展這一技術(shù)使之能進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。因此，這種方法又被稱為此，這種方法又被稱為 維爾納葉法。維爾納葉法。2022-4-2920（一）從熔體中結(jié)晶（一）從熔體中結(jié)晶 將適當(dāng)組分的固體粉末熔化后再結(jié)晶的方法將適當(dāng)組分的固體粉末熔化后再結(jié)晶的方法,進(jìn)一進(jìn)一步分為四種步分為四種, 即維爾納

28、葉法、丘克拉斯基法、冷坩堝即維爾納葉法、丘克拉斯基法、冷坩堝法和區(qū)域熔煉法。法和區(qū)域熔煉法。 1. 維爾納葉法或稱焰熔法維爾納葉法或稱焰熔法 （1）基本原理）基本原理 將適當(dāng)組分的細(xì)粉末落入烈焰之中熔化將適當(dāng)組分的細(xì)粉末落入烈焰之中熔化,然后固化形然后固化形成單晶。成單晶。 （2）生產(chǎn)過程）生產(chǎn)過程 加料加料 點(diǎn)燃點(diǎn)燃 熔化熔化 燒結(jié)錐燒結(jié)錐單晶單晶 冷卻。冷卻。 焰熔法合成裝置由供料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和生長系統(tǒng)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，合成過程是在組成，合成過程是在維爾納葉爐維爾納葉爐中進(jìn)行的。中進(jìn)行的。 合成不同顏色的紅寶石和藍(lán)寶石取決于添加不同的致合成不同顏色的紅寶石

29、和藍(lán)寶石取決于添加不同的致色元素。色元素。 2022-4-2921A 供料系統(tǒng)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(jīng)過原料：成分因合成品的不同而變化。原料的粉末經(jīng)過充分拌勻，放入料筒。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（篩狀底）：圓筒，用來裝原料，底部有篩孔；料筒中部貫通有一根震動(dòng)裝置使粉末少量、等量、周期料筒中部貫通有一根震動(dòng)裝置使粉末少量、等量、周期性地自動(dòng)釋放。性地自動(dòng)釋放。 震蕩器：使料筒不斷抖動(dòng)，以便原料的粉末能從篩孔震蕩器：使料筒不斷抖動(dòng)，以便原料的粉末能從篩孔中釋放出來。中釋放出來。 如果合成紅寶石，則需要如果合成紅寶石，則需

30、要Al2O3 和和 Cr2 O3，三氧化二，三氧化二鋁可由鋁銨礬加熱獲得；致色劑為鋁可由鋁銨礬加熱獲得；致色劑為Cr2 O3 1-3%，B 燃燒系統(tǒng)燃燒系統(tǒng) 氧氣管：從料筒一側(cè)釋放，與原料粉末一同下降；氧氣管：從料筒一側(cè)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。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)流量來控制氫氧比例，通過控制管內(nèi)流量來控制氫氧比例，O2:H2=1:3； 氫氧燃燒溫度為氫氧燃燒溫度為25000C，Al2O3粉末的熔點(diǎn)為粉末的熔點(diǎn)為20500C； 冷卻套：吹管至噴嘴處有一冷卻水套，使氫氣和氧氣冷卻套：吹管至噴嘴處有一冷卻水套，使氫氣和氧氣

31、處于正常供氣狀態(tài)，保證火焰以上的氧管不被熔化處于正常供氣狀態(tài)，保證火焰以上的氧管不被熔化C 生長系統(tǒng)生長系統(tǒng) 落下的粉末經(jīng)過氫氧火焰熔融，并落在旋轉(zhuǎn)平臺上的落下的粉末經(jīng)過氫氧火焰熔融，并落在旋轉(zhuǎn)平臺上的籽晶棒上，逐漸長成一個(gè)晶棒（籽晶棒上，逐漸長成一個(gè)晶棒（ 梨晶梨晶）。水套下為一耐）。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(gè)觀察孔，可了解晶體生長情況。耐火磚：保上部有一個(gè)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(jié)晶生長；證熔滴溫度緩慢下降，以便結(jié)晶生長； 旋轉(zhuǎn)平臺：安置籽晶棒，邊旋轉(zhuǎn)、邊下降；

32、落下的熔旋轉(zhuǎn)平臺：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)平臺擴(kuò)滴與籽晶棒接觸稱為接晶；接晶后通過控制旋轉(zhuǎn)平臺擴(kuò)大晶種的生長直徑，稱為擴(kuò)肩；然后，旋轉(zhuǎn)平臺以均勻大晶種的生長直徑，稱為擴(kuò)肩；然后，旋轉(zhuǎn)平臺以均勻的速度邊旋轉(zhuǎn)邊下降，使晶體得以等徑生長。的速度邊旋轉(zhuǎn)邊下降，使晶體得以等徑生長。（3 3）維爾納葉法合成裝置）維爾納葉法合成裝置 維爾納葉法合成裝置維爾納葉法合成裝置 2022-4-2922維爾納葉維爾納葉法法合成寶合成寶石梨晶石梨晶梨晶：長出的晶體形態(tài)類似梨形，故稱為梨晶。梨晶大小通常為長梨晶：長出的晶體形態(tài)類似梨形，故稱為梨晶。梨晶大小通常為長23

33、cm，直徑，直徑2.5-5cm。生長速度：生長速度：1厘米厘米/小時(shí)，一般小時(shí)，一般6小時(shí)完成即可完成生長。小時(shí)完成即可完成生長。因?yàn)樯L速度快，內(nèi)應(yīng)力很大，停止生長后，應(yīng)該輕輕敲擊，讓它沿縱向裂開成兩半因?yàn)樯L速度快，內(nèi)應(yīng)力很大，停止生長后，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。以釋放內(nèi)應(yīng)力，避免以后產(chǎn)生裂隙。特點(diǎn)：方法特點(diǎn)：生長速度快、設(shè)備簡單、產(chǎn)量大、便于商業(yè)化。世界上每年用此法特點(diǎn)：方法特點(diǎn)：生長速度快、設(shè)備簡單、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。億克拉。但用此方法合成的寶石

34、晶體缺陷多、容易識別。 2022-4-2923 各種合成剛玉的致色元素各種合成剛玉的致色元素 合成剛玉合成剛玉原料原料Al2O3 ，另加致色元素如下，另加致色元素如下合成紅寶石合成紅寶石Cr2 O3， 1-3%合成藍(lán)寶石合成藍(lán)寶石Fe，Ti；0.3-0.5%合成黃色藍(lán)寶石合成黃色藍(lán)寶石Ni，Cr合成紫色藍(lán)寶石合成紫色藍(lán)寶石Cr Fe，Ti合成變色藍(lán)寶石合成變色藍(lán)寶石Cr2 O3，V2O5，3-4%合成星光紅寶石合成星光紅寶石TiO2 0.1-0.3%，Cr2 O3 1-3%合成星光藍(lán)寶石合成星光藍(lán)寶石FeO+TiO2：0.3-0.5%；TiO2 ： 0.1-0.3%2022-4-2924（4）

35、合成寶石的品種）合成寶石的品種 1）合成剛玉）合成剛玉2）合成尖晶石）合成尖晶石 3）金紅石）金紅石 4）鈦酸鍶）鈦酸鍶 2022-4-29251）合成剛玉）合成剛玉 合成剛玉的寶石學(xué)性質(zhì)合成剛玉的寶石學(xué)性質(zhì) 合成紅寶石合成紅寶石：加入致色元素：加入致色元素 Cr2 O31-3% 合成藍(lán)寶石合成藍(lán)寶石：加入致色元素：加入致色元素TiO2和和FeO，但，但Ti和和Fe的的逸散作用，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, 顏顏色分布不均勻；色分布不均勻；粉紅色和紫紅色粉紅色和紫紅色：加入致色元素：加入致色元素Cr、Ti、Fe；黃色黃色：加入致色元素：加

36、入致色元素Ni和和Cr；變色剛玉變色剛玉：加入：加入V和和Cr；顯紫紅色到藍(lán)紫色的變色效應(yīng)。；顯紫紅色到藍(lán)紫色的變色效應(yīng)。除祖母綠外，任何顏色的剛玉都可以合成。除祖母綠外，任何顏色的剛玉都可以合成。星光剛玉星光剛玉：如需要合成星光剛玉，則需要在上述原料中：如需要合成星光剛玉，則需要在上述原料中再添加再添加0.l一一0.3%的的TiO2，這樣長成的梨晶中，這樣長成的梨晶中，TiO2 呈呈固熔體分布于剛玉晶格中，并沒有以金紅石的針狀礦物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出。必須在相析出。必須在l300度恒溫度恒溫24小時(shí)，讓金紅石針沿六方小時(shí)，讓金紅石針沿六方柱柱面方向出溶，才能

37、產(chǎn)生星光效應(yīng)。柱柱面方向出溶，才能產(chǎn)生星光效應(yīng)。2022-4-2926各種合成剛玉的致色元素各種合成剛玉的致色元素 合成剛玉合成剛玉原料原料Al2O3 ，另加致色元素如下，另加致色元素如下合成紅寶石合成紅寶石Cr2 O3， 1-3%合成藍(lán)寶石合成藍(lán)寶石Fe，Ti；0.3-0.5%合成黃色藍(lán)寶石合成黃色藍(lán)寶石Ni，Cr合成紫色藍(lán)寶石合成紫色藍(lán)寶石Cr Fe，Ti合成變色藍(lán)寶石合成變色藍(lán)寶石Cr2 O3，V2O5，3-4%合成星光紅寶石合成星光紅寶石TiO2 0.1-0.3%，Cr2 O3 1-3%合成星光藍(lán)寶石合成星光藍(lán)寶石FeO+TiO2：0.3-0.5%；TiO2 ： 0.1-0.3%202

38、2-4-2927合成剛玉鑒定特征合成剛玉鑒定特征 原始晶形：原始晶形：焰熔法合成的寶石原始晶形都是梨形。而天然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。市場上也出現(xiàn)過將寶石的晶體形態(tài)為一定的幾何多面體。市場上也出現(xiàn)過將焰熔法合成的梨晶破碎，甚至經(jīng)過滾筒磨成毛料，來仿稱焰熔法合成的梨晶破碎，甚至經(jīng)過滾筒磨成毛料，來仿稱天然原料銷售。天然原料銷售。包裹體：包裹體：合成紅、藍(lán)寶石中?？梢姎馀莺臀慈鄯勰┏霈F(xiàn)，合成紅、藍(lán)寶石中?？梢姎馀莺臀慈鄯勰┏霈F(xiàn)，一般氣泡小而圓，或似蝌蚪狀；可單獨(dú)或成群出。一般氣泡小而圓，或似蝌蚪狀；可單獨(dú)或成群出。2022-4-2928焰熔法合成紅

39、寶石中的氣泡及彎曲生長紋焰熔法合成紅寶石中的氣泡及彎曲生長紋 2022-4-2929色帶：色帶：紅寶石中常常為細(xì)密的弧形生長紋，類似唱片紋；紅寶石中常常為細(xì)密的弧形生長紋，類似唱片紋；藍(lán)寶石中色帶較粗而不連續(xù)；黃色藍(lán)寶石很少含有氣泡，藍(lán)寶石中色帶較粗而不連續(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。色帶。維爾納葉法合成藍(lán)寶石中的彎曲色帶維爾納葉法合成藍(lán)寶石中的彎曲色帶2022-4-2930吸收光譜：吸收光譜： 合成藍(lán)寶石的光譜見不到天然藍(lán)寶石通常可以見到的合成藍(lán)寶石的光譜見不到天然藍(lán)寶石通?？梢砸姷降乃{(lán)區(qū)

40、的吸收，或藍(lán)區(qū)的吸收，或450nm的吸收帶十分模糊。的吸收帶十分模糊。 熒光：熒光： 合成藍(lán)寶石有時(shí)顯示藍(lán)白色或綠白色熒光，天合成藍(lán)寶石有時(shí)顯示藍(lán)白色或綠白色熒光，天然的為惰性。合成紅寶石通常比天然紅寶石的紅色熒光明然的為惰性。合成紅寶石通常比天然紅寶石的紅色熒光明顯強(qiáng)。顯強(qiáng)。藍(lán)寶石藍(lán)寶石: :藍(lán)區(qū)藍(lán)區(qū)450450、460460、470nm470nm有有3 3條吸收窄帶條吸收窄帶 (Fe)(Fe)光柵式分光鏡觀察光柵式分光鏡觀察 2022-4-2931帕拉圖法：帕拉圖法：將剛玉浸于盛有二碘甲烷的玻璃器皿中，在顯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

41、可以觀微鏡下沿光軸方向，加上正交偏光片下，合成剛玉可以觀察到兩組夾角為察到兩組夾角為1200的結(jié)構(gòu)線。的結(jié)構(gòu)線。 合成剛玉帕拉圖法結(jié)構(gòu)線合成剛玉帕拉圖法結(jié)構(gòu)線 2022-4-2932在合成紅寶石原料中，在合成紅寶石原料中，加上加上0.1%-0.3%的二氧化的二氧化鈦。顏色呈淺紫紅色或鈦。顏色呈淺紫紅色或粉紅色，硬度粉紅色，硬度9，半透明。，半透明。有有6道放射狀星光，在星道放射狀星光，在星線交匯處無加寬加亮的線交匯處無加寬加亮的現(xiàn)象；而天然星光紅寶現(xiàn)象；而天然星光紅寶石在星線交匯處形成一石在星線交匯處形成一個(gè)集中的亮點(diǎn)。個(gè)集中的亮點(diǎn)。 焰熔法合成星光剛玉：焰熔法合成星光剛玉：合成星光藍(lán)寶石合成

42、星光藍(lán)寶石 2022-4-2933合成星光剛玉與天然星光剛玉的區(qū)別合成星光剛玉與天然星光剛玉的區(qū)別 合成星光剛玉合成星光剛玉天然星光剛玉天然星光剛玉內(nèi)含內(nèi)含物物大量氣泡和未熔粉末；大量氣泡和未熔粉末；金紅石針極其微小，難以辨金紅石針極其微小，難以辨認(rèn)；認(rèn)；彎曲色帶明顯彎曲色帶明顯各種晶體包體、氣液包體、各種晶體包體、氣液包體、指紋狀包體；指紋狀包體；金紅石針較粗，易識別；金紅石針較粗，易識別；直角狀或六方色帶直角狀或六方色帶星帶星帶外觀外觀特征特征星光浮于表面，星線直、勻、星光浮于表面，星線直、勻、細(xì)，連續(xù)性好；中心無寶光細(xì)，連續(xù)性好；中心無寶光星光發(fā)自內(nèi)部深處；星線星光發(fā)自內(nèi)部深處；星線中間

43、粗，兩端細(xì)，可以不中間粗，兩端細(xì)，可以不連續(xù)；中心有寶光連續(xù)；中心有寶光焰熔法合成星光剛玉：焰熔法合成星光剛玉：2022-4-2934天然合成紅、藍(lán)寶石的加工質(zhì)量通天然合成紅、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，常較為精細(xì)，尤其是高質(zhì)量的寶石，其臺面通常垂直光軸，以顯示最好其臺面通常垂直光軸，以顯示最好的顏色。而合成紅、藍(lán)寶石加工質(zhì)的顏色。而合成紅、藍(lán)寶石加工質(zhì)量通常較差，常見火痕，更不會精量通常較差，常見火痕，更不會精確定向加工。加上，合成梨晶通常確定向加工。加上，合成梨晶通常因?yàn)閼?yīng)力作用會沿長軸方向裂開，因?yàn)閼?yīng)力作用會沿長軸方向裂開，其長軸方向與光軸方向夾角為其長軸方向與光軸

44、方向夾角為60度，度，為了充分利用原料，其臺面通常會為了充分利用原料，其臺面通常會平行長軸方向切磨（右圖）。所以平行長軸方向切磨（右圖）。所以合成剛玉在臺面通常都可見多色性，合成剛玉在臺面通常都可見多色性，而天然的則不然。而天然的則不然。 合成紅、藍(lán)寶石的加工質(zhì)量：合成紅、藍(lán)寶石的加工質(zhì)量： 焰熔法合成剛玉的梨晶焰熔法合成剛玉的梨晶與切磨方向示意圖與切磨方向示意圖 2022-4-29352）合成尖晶石）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(chǎn)，但也市場上所見到的合成尖晶石幾乎全是由焰熔法生產(chǎn)，但也可用可用助熔劑法助熔劑法生產(chǎn)。生產(chǎn)。 原料：原料： 紅色：紅色： MgO：Al2O

45、3=1：1，致色元素，致色元素Cr2 O3； 其它顏色的用其它顏色的用1:1的比例難以合成，但紅色尖晶石只有以的比例難以合成，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(lán)色尖晶石的合成是人們在合成藍(lán)寶石的實(shí)驗(yàn)中偶然少見。藍(lán)色尖晶石的合成是人們在合成藍(lán)寶石的實(shí)驗(yàn)中偶然獲得的。當(dāng)時(shí)人們還不了解藍(lán)寶石的致色元素是獲得的。當(dāng)時(shí)人們還不了解藍(lán)寶石的致色元素是Ti和和Fe，人，人們曾經(jīng)嘗試過加入致色元素們曾經(jīng)嘗試過加入致色元素V、Co、Fe、Mg等，當(dāng)終于獲得等，當(dāng)終于獲得藍(lán)色合成品時(shí)，人們以為是藍(lán)寶石，結(jié)果是合成

46、藍(lán)色尖晶石。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：藍(lán)色：MgO：Al2O =1：1.5-3.5，致色元素，致色元素Co； 綠色：綠色：MgO：Al2O =1：3 褐色：褐色：MgO：Al2O =1：5 粉紅色：粉紅色：MgO：Al2O =1：1.5-3.5 致色元素致色元素Cu； 有月光效應(yīng)的無色品種：有月光效應(yīng)的無色品種： 1：5，過多的氧化鋁未熔形成無，過多的氧化鋁未熔形成無數(shù)細(xì)小針狀包體導(dǎo)致月光效應(yīng)，有時(shí)甚至形成星光。數(shù)細(xì)小針狀包體導(dǎo)致月光效應(yīng)，有時(shí)甚至形成星光。 燒結(jié)藍(lán)色尖晶石：由鈷致色，并加入金粉，用來仿青金巖。燒結(jié)藍(lán)色尖晶石：由鈷致色，并加入金粉，用來仿青金

47、巖。 2022-4-2936合成尖晶石合成尖晶石Al2O3的成分比天然尖晶石要高得多，顏色濃艷均一，的成分比天然尖晶石要高得多，顏色濃艷均一，加入不同得色素離子可呈現(xiàn)各種顏色，如加入鉻或錳呈加入不同得色素離子可呈現(xiàn)各種顏色，如加入鉻或錳呈紅色，加入鈷呈藍(lán)色等，由于合成尖晶石顏色濃艷呆板，紅色，加入鈷呈藍(lán)色等，由于合成尖晶石顏色濃艷呆板，故很容易與天然寶石區(qū)分。故很容易與天然寶石區(qū)分。 2022-4-2937合成尖晶石的鑒定特征合成尖晶石的鑒定特征 包裹體：包裹體：合成尖晶石中氣泡和未熔粉末較少出現(xiàn)，偶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。爾出現(xiàn)的氣泡多為異形。 色帶：色帶

48、：合成尖晶石很少顯示色帶。合成尖晶石很少顯示色帶。2022-4-2938 吸收光譜：吸收光譜： 合成藍(lán)色尖晶石顯示典型的鈷譜（合成藍(lán)色尖晶石顯示典型的鈷譜（分別位于分別位于540、580、635nm的三條吸收帶的三條吸收帶 ），天然藍(lán)色尖晶石顯示的），天然藍(lán)色尖晶石顯示的是藍(lán)區(qū)的吸收帶，為鐵譜。是藍(lán)區(qū)的吸收帶，為鐵譜。 合成藍(lán)色尖晶石合成藍(lán)色尖晶石: :綠、黃和橙黃區(qū)有三條強(qiáng)的吸收帶，綠區(qū)吸綠、黃和橙黃區(qū)有三條強(qiáng)的吸收帶，綠區(qū)吸收帶最窄收帶最窄(Co)(Co)藍(lán)寶石藍(lán)寶石: :藍(lán)區(qū)藍(lán)區(qū)450450、460460、470nm470nm有有3 3條吸收窄帶條吸收窄帶 (Fe)(Fe)光柵式分光鏡觀

49、察光柵式分光鏡觀察 2022-4-2939熒光：熒光： 合成藍(lán)色尖晶石為強(qiáng)的紅色熒光，而天然的也為合成藍(lán)色尖晶石為強(qiáng)的紅色熒光，而天然的也為惰性。惰性。2022-4-2940焰熔法合成尖晶石：焰熔法合成尖晶石：焰熔法合成尖晶石與天然尖晶石的區(qū)別焰熔法合成尖晶石與天然尖晶石的區(qū)別 合成尖晶石合成尖晶石天然尖晶石天然尖晶石內(nèi)含物內(nèi)含物包體少，偶有氣泡，形態(tài)狹長或異包體少，偶有氣泡，形態(tài)狹長或異形；色帶少見，僅見于紅色尖晶石形；色帶少見，僅見于紅色尖晶石中中氣液包體氣液包體常見晶體包體：尤其是八面體常見晶體包體：尤其是八面體形；色帶少見形；色帶少見RI1.727 Fixed紅色尖晶石例外紅色尖晶石例

50、外用于檢測折射儀用于檢測折射儀1.714-1.718,高鉻的紅色尖晶石高鉻的紅色尖晶石: 1.74鎂鋅尖晶石鎂鋅尖晶石: 1.715-1.80鋅尖晶石鋅尖晶石: 1.80SG3.63，紅色尖晶石：紅色尖晶石：3.60-3.66；仿青金巖的燒結(jié)藍(lán)色尖晶石：仿青金巖的燒結(jié)藍(lán)色尖晶石：3.523.60光譜光譜藍(lán)色者：藍(lán)色者：Co譜譜,540, 580和和 635nm處有吸處有吸收帶；收帶；紅色：紅區(qū)只有一條熒光光譜線紅色：紅區(qū)只有一條熒光光譜線淺黃綠色：淺黃綠色：445nm，422nm線線藍(lán)色者：藍(lán)色者：Fe譜，藍(lán)區(qū)譜，藍(lán)區(qū)458nm有吸收有吸收帶；帶；紅色者：紅區(qū)紅色者：紅區(qū)5條條管風(fēng)琴狀熒光管風(fēng)

51、琴狀熒光譜線（交叉濾色鏡下觀察）譜線（交叉濾色鏡下觀察）熒光熒光及濾色鏡及濾色鏡無色者：無色者：SW下強(qiáng)藍(lán)白色；下強(qiáng)藍(lán)白色；藍(lán)色者：藍(lán)色者：SW：紅色或藍(lán)白色，濾色鏡：紅色或藍(lán)白色，濾色鏡下變紅下變紅紅色：紅色熒光，濾色鏡下變紅紅色：紅色熒光，濾色鏡下變紅無色：惰性無色：惰性藍(lán)色：惰性，濾色鏡下不變紅藍(lán)色：惰性，濾色鏡下不變紅紅色：紅色熒光，濾色鏡下變紅紅色：紅色熒光，濾色鏡下變紅正交偏光鏡正交偏光鏡斑紋狀消（圖斑紋狀消（圖7）,紅色尖晶石例外紅色尖晶石例外全消光全消光2022-4-2941天然尖晶石的斑紋狀消光天然尖晶石的斑紋狀消光 2022-4-29423）合成金紅石）合成金紅石 天然的金

52、紅石常呈細(xì)小針狀，以大晶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，很少有寶體產(chǎn)出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。在替代天然金紅石，而是為了模仿鉆石。在合成立方氧化鋯出現(xiàn)后，合成金紅石很少合成立方氧化鋯出現(xiàn)后，合成金紅石很少生產(chǎn)了。生產(chǎn)了。 因?yàn)橐驗(yàn)門iO2在燃燒時(shí)易脫氧，所以需要在燃燒時(shí)易脫氧，所以需要充足的氧，在合成剛玉的裝置上多加了一充足的氧，在合成剛玉的裝置上多加了一個(gè)氧管（見圖）。個(gè)氧管（見圖）。TiO2的熔點(diǎn)為的熔點(diǎn)為18400C，粉末熔化，再在支座的種晶上結(jié)晶。

53、粉末熔化，再在支座的種晶上結(jié)晶。獲得的梨晶為藍(lán)黑色，這是因?yàn)楦邷孬@得的梨晶為藍(lán)黑色，這是因?yàn)楦邷叵滦纬闪讼滦纬闪薚i33+ 和相應(yīng)的氧空位。通過在和相應(yīng)的氧空位。通過在高溫氧化環(huán)境中退火處理，退火溫度為高溫氧化環(huán)境中退火處理，退火溫度為800-10000C，即可去除藍(lán)黑色，變?yōu)榈S，即可去除藍(lán)黑色，變?yōu)榈S色到近無色的透明晶體。如果在原料中摻色到近無色的透明晶體。如果在原料中摻入入Sc2O3 ，則可直接獲得近無色的晶體。，則可直接獲得近無色的晶體。這是因?yàn)閾饺氲倪@是因?yàn)閾饺氲腟c2O3在晶體中形成的氧在晶體中形成的氧空位會提高晶體中的氧的擴(kuò)散系數(shù)，使晶空位會提高晶體中的氧的擴(kuò)散系數(shù)，使晶體在降

54、溫過程中就完成氧的擴(kuò)散和退色。體在降溫過程中就完成氧的擴(kuò)散和退色。合成金紅石的裝置（馬福爐）合成金紅石的裝置（馬福爐）局部圖局部圖 2022-4-2943合成金紅石寶石學(xué)性質(zhì)合成金紅石寶石學(xué)性質(zhì) 化學(xué)成分：化學(xué)成分：TiO2； 四方晶系四方晶系 光澤：金剛光澤；光澤：金剛光澤； 透明度：透明；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)顏色：無色者常帶淺黃色調(diào)。還可有紅、橙、黃、藍(lán)色者。色者。 硬度：硬度：6-6.5； 相對密度：相對密度：4.25； 折射率：折射率：2.616-2.903； 雙折射率：雙折射率：0.287； 光性：一軸晶正光性；光性：一軸晶正光性； 色散：極

55、強(qiáng)，色散：極強(qiáng)，0.28-0.30； 光譜：紫區(qū)末端有強(qiáng)吸收帶，使其光譜看似被截短了；光譜：紫區(qū)末端有強(qiáng)吸收帶，使其光譜看似被截短了； 內(nèi)含物：氣泡、未熔粉末；內(nèi)含物：氣泡、未熔粉末；2022-4-2944 合成金紅石的鑒別：合成金紅石的鑒別： 合成金紅石具有極高的色散值使其泛出五顏六色的火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。此外，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(rèn)它了。征就足以確認(rèn)它了。 2022-4-2945 鈦酸鍶鈦

56、酸鍶早在早在19551955年人們就利用焰熔法生產(chǎn)出來，當(dāng)年人們就利用焰熔法生產(chǎn)出來，當(dāng)時(shí)在自然界還沒有發(fā)現(xiàn)天然的對應(yīng)物。盡管，時(shí)在自然界還沒有發(fā)現(xiàn)天然的對應(yīng)物。盡管，19871987年在年在俄羅斯發(fā)現(xiàn)了其天然對應(yīng)物，礦物名為俄羅斯發(fā)現(xiàn)了其天然對應(yīng)物，礦物名為TausoniteTausonite，人，人們?nèi)粤?xí)慣把它歸為人造寶石材料。最初人們生產(chǎn)鈦酸鍶們?nèi)粤?xí)慣把它歸為人造寶石材料。最初人們生產(chǎn)鈦酸鍶主要用于模仿鉆石。但自從立方氧化鋯合成成功后，這主要用于模仿鉆石。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(qiáng)

57、，仍有生產(chǎn)用作紅外光學(xué)透鏡等。的能力強(qiáng)，仍有生產(chǎn)用作紅外光學(xué)透鏡等。與與合成金紅石合成金紅石一樣，其合成裝置也必須多加一根氧一樣，其合成裝置也必須多加一根氧管，長出的晶體也是烏黑的，需要在氧化條件下退火管，長出的晶體也是烏黑的，需要在氧化條件下退火（溫度（溫度160016000 0C C），才能變成近無色的透明晶體。），才能變成近無色的透明晶體。所采用的原料為：所采用的原料為：SrO SrO ： TiOTiO2 2 =1 =1：1 14）鈦酸鍶）鈦酸鍶 2022-4-2946 化學(xué)成分：化學(xué)成分：SrTiO3SrTiO3； 等軸晶系等軸晶系 光澤：亞金剛金剛光澤；光澤：亞金剛金剛光澤； 透明度

58、：透明；透明度：透明； 顏色：無色為主，偶見紅、黃、藍(lán)、褐色材料；顏色：無色為主，偶見紅、黃、藍(lán)、褐色材料； 硬度：硬度：5.5-65.5-6； 比重：比重：5.135.13； 斷口：貝殼狀；斷口：貝殼狀； 折射率：折射率：2.41，單折射；，單折射； 色散：色散：0.19，極強(qiáng)；，極強(qiáng)； 內(nèi)含物：氣泡；內(nèi)含物：氣泡； 鈦酸鍶的寶石學(xué)性質(zhì)：鈦酸鍶的寶石學(xué)性質(zhì)：2022-4-2947 鈦酸鍶作為仿鉆材料，極易識別。鈦酸鍶極強(qiáng)的火鈦酸鍶作為仿鉆材料，極易識別。鈦酸鍶極強(qiáng)的火彩使它明顯不同于鉆石。盡管標(biāo)準(zhǔn)圓多面型的鈦酸鍶在彩使它明顯不同于鉆石。盡管標(biāo)準(zhǔn)圓多面型的鈦酸鍶在線試驗(yàn)中不透光，但它明顯較低的

59、硬度使之表面顯示出線試驗(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。盡管明顯的磨損痕跡、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(dǎo)儀檢測時(shí)反射儀上可獲得與鉆石相同的折射率，但熱導(dǎo)儀檢測時(shí)卻無鉆石反應(yīng)?？ǔ叻ɑ蜢o水稱重都可測出未鑲品的比卻無鉆石反應(yīng)?？ǔ叻ɑ蜢o水稱重都可測出未鑲品的比重，從而確認(rèn)它。重，從而確認(rèn)它。 鈦酸鍶的鑒別：鈦酸鍶的鑒別：2022-4-29482.丘克拉斯基法丘克拉斯基法:或稱晶體提拉法或稱晶體提拉法. (1)基本原理基本原理 將籽晶與相同組分的熔體表面相接觸將籽晶與相同組分的熔體表面相接觸,然后旋轉(zhuǎn)并

60、然后旋轉(zhuǎn)并同時(shí)緩慢上拉籽晶同時(shí)緩慢上拉籽晶,此時(shí)在籽晶接觸熔體的頂端此時(shí)在籽晶接觸熔體的頂端,開紿結(jié)開紿結(jié)晶晶.關(guān)鍵是要控制熔體的溫度。關(guān)鍵是要控制熔體的溫度。(2)提拉法的生長工藝提拉法的生長工藝 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(diào)整爐內(nèi)溫度場，使熔體上部處于過冷狀態(tài)；熱熔化，調(diào)整爐內(nèi)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，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(zhuǎn)動(dòng)籽晶桿，使熔體處于待籽晶表面稍熔后，提拉并轉(zhuǎn)動(dòng)籽晶桿，使熔體處于過冷狀態(tài)而結(jié)晶于籽晶上，在不