5.1 宝石的合成
一、概述
1、人工宝石、合成宝石与人造宝石
人工宝石：
完全或部分由人工生产或制造用作首饰及装饰品的材料。包括合成宝石、人造宝石等。
合成宝石：
完全或部分由人工制造且自然界有已知对应物的晶质或非晶质体，其物理性质、化学成分和晶体结构与所对应的天然珠宝玉石基本相同。
定名规则：必须在其所对应的天然宝石前面加“合成”二字。 如合成红宝石、合成钻石
人造宝石：
由人工制造且自然界无已知对应物的晶质或非晶质体。
定名规则：必须在材料名称前面加“人造”二字。如“人造钇铝榴石”， 玻璃、塑料除外。
2、合成宝石的主要方法
特点：熔体的成分与宝石的成分相同宝石生长的基本条件是原料在的熔点以上熔化后，在熔点以下结晶。因此晶体生长的温度很高 方法：焰熔法、区熔法、冷坩埚法、提拉法
2）从溶液中生长宝石的方法
特点： 液体的成分与宝石的成分不同，宝石生长的基本条件是溶液达到过饱和
方法：水热法、助熔剂法
3）高温高压法——钻石的合成
二、焰熔法（维尔纳叶法）
特点：
设备简单、晶体生长速度快，成本低 。
由法国人维尔纳叶于1905年发明并用于红宝石的合成。 它是目前合成宝石的最常用的方法。
1、装置与晶体生长过程
原料系统：
料筒、原料（Al2O3+Cr)、振动器
燃烧系统：
氧气、氢气、火焰、耐火砖、冷却套
生长系统：晶体（梨晶）、旋转杆
高压直流稳压电源晶体的生长过程：
原料经过火焰产生的熔体落在籽晶上结晶成梨晶。梨晶随旋转杆而下降，同时一层一层地生长。其顶部始终保持厚度约20μm的熔融层。晶体生长速度约1cm/h
2、常用焰熔法合成的宝石
宝石 | 颜 | 主要成分 | 着剂 |
红宝石 | 红 | Al2O3 | Cr |
蓝宝石 | 蓝 | Al2O3 | Fe+Ti |
仿变石 | 灰蓝-紫红 | Al2O3 | V |
合成尖晶石 | 蓝 | Al2O3+MgO | Co |
星光红宝石 | 红 | Al2O3+TiO2 | Cr |
军用伪装网星光蓝宝石 | 蓝 | Al2O3+TiO2 | Fe+Ti |
| | | |
3、焰熔法合成宝石的特点
1）具有弯曲生长纹
2）可能含有大量的气泡而不是天然宝石中常见的气液两相的包裹体
三、冷坩埚法
特点：适合于熔点极高的宝石。
1、装置与晶体生长过程
原料:ZrO2+稳定剂
温度:2750℃
2、合成的宝石 ：立方氧化锆
3、合成宝石的特点：含少量气泡
四、区熔法
1、装置与晶体生长过程
2、合成的宝石： 红宝石、蓝宝石
3、合成宝石的特点：晶体细长
五、提拉法质粒拯救
特点：设备昂贵，晶体生长速度慢，成本高
1、装置与晶体生长过程
2、提拉法合成的宝石：红宝石、蓝宝石、尖晶石、变石、YAG
3、提拉法合成宝石的特点
宝石中的内含物较少。有时含有少量的气泡和及弯曲生长纹
六、水热法
特点：
晶体在高温高压的水溶液中生长，生长条件最接近于自然界宝石生长的条件。
1、装置与晶体生长过程 （水晶为例）
高压釜、 原料、溶液、籽晶
生长条件：
温度：340-360℃
压力：1000个大气压
周期：40-60天
2、合成的宝石：水晶、祖母绿、红宝石
3、合成的宝石的特点
∙ 含有气液两相包裹体
∙ 高压釜内壁上掉下的包裹体，如面包渣状包裹体、白金片
∙ 籽晶片
七、助熔剂法
特点：设备简单，晶体生长速度慢，生长周期长
1、装置与晶体生长过程 （红宝石为例）
坩埚（铂金）
原料：Al2O3 +Cr、助熔剂
生长条件：
温度 1300-950℃
生长速度：1mm/d
2、合成的宝石 红宝石、祖母绿
3、合成的宝石的特点
晶体特点接近于天然宝石，不易区别。含有包裹体：
∙ 助熔剂的残余
∙ 铂金片
5.2 宝石的优化
一、宝石优化的含义与目的
宝石的优化处理就是通过改变宝石的颜、透明度、光学效应等，来改善宝石的外观或耐久性。 目的：提高宝石的商业价值
对象：主要为天然宝石
二、宝石的优化处理方法
1、表面的简单处理
种类：箔衬、衬，涂层、镀膜等。
方法与目的：在宝石的亭部加层改善宝石的亮度或颜。或在宝石的表面涂（镀）上一层有的膜，以改善宝石的颜。
识别：表面涂层容易脱落，用肉眼观察宝石容易识别。
２、表面扩散处理
方法与目的：
在较高的温度下让着的离子从宝石的表面扩散到宝石的晶格中从而使宝石产生颜 。
实例：蓝宝石的扩散处理
扩散元素：Fe+Ti
扩散条件： 温度 1800℃ 时间24h
扩散层厚度： 0.1~0.25mm
识别：宝石的颜分布不均，棱角处的颜较浓 。在浸液中轮廓清楚。pwm转模拟电压
３、热处理
方法与目的：
将宝石放入高温下加热。通过改变宝石中致离子的价态，含量以及内部结构等，从而改善宝石的颜或透明度等。
实例：蓝宝石的改
∙ Fe3+＋Ti4+ → Fe2+ ＋Ti4+ —— 产生蓝
∙ 移动消防泵Fe2+ → Fe3+ ——— 产生黄
∙ 红宝石消除丝光，增加透明度。
识别：热处理方法产生的效果一般很稳定，热处理宝石一般难以识别，因此被广泛应用。
４、幅照处理
方法与目的： 用高能射线或粒子对宝石进行幅照，使宝石产生颜。
幅照源：γ射线、中子束、高能电子束
实例： 无黄玉—→蓝黄玉
黄水晶 —→ 紫晶
无钻石 —→ 各种颜的钻石
无蓝宝石 —→ 黄蓝宝石
识别： 幅照处理的宝石颜乎无法识别
注意：
∙ 幅照处理的宝石颜有的不稳定
∙ 有的情况下含有放射性
５、染处理
方法与目的：
把宝石放入染料中浸泡，让染料进入宝石内部晶粒间空隙或裂隙中，从而使宝石致。
适用宝石：多晶质宝石（玉石）
裂隙较多的宝石
识别：
∙ 颜分布在粒间或裂隙中
∙ 擦拭实验
∙ 滤镜
６、充填处理
方法与目的：
向宝石的裂隙中充填入与宝石折射率接近的物质，以掩盖裂隙，改善宝石的外观。
油底壳垫类型：注油——祖母绿、红宝石、欧泊
充填高分子材料——绿松石、翡翠
充填注玻璃——钻石、红宝石
识别：
∙ 残留在包装纸上的油迹
∙ 热针吸油实验
∙ 闪光现象
７、拼合
方法与目的：
把两种或更多的材料粘合在一起，以改善宝石的硬度、光泽、颜或造成某种假象。
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