175期页
2022年12月
Dec. 2022
通信与信息管理CHINA GEMS & JADES
沈才卿/核工业北京地质研究院陆太进/国家珠宝玉石首饰检验集团有限公司
沈 湄/台湾宝石学协会理事长刘结文/原中恒誉资产评估公司
编者按：
此文记录了中国老一辈宝石科技工作者们鲜为人知的付出与努力，基于沈才卿老师等多年专业研究的积淀，
阐明了冷坩埚熔壳法合成技术的基本原理与技术，与时俱进地修正了由作者本人编写的1994年《人造宝石学》
和2021年《宝石人工合成技术》（第三版）中的熔壳法原理图，介绍了中国人工宝石发展现状。应作者要求，
文章未经改动，内容保持了作者的观点原貌。文章将在本刊分三期发表，敬请关注。
沈才卿简介：男，1942年出生，核工业北京地质研究院高级工程师。获部级科技进步奖二等奖1次，三
等奖2次，北京市 “科学技术（科技专著）进步奖”三等奖1次。曾任“中国珠宝玉石首饰行业协会”常务理事、“中宝协人工宝石专业委员会”常务副主任委员兼秘书长；“亚洲珠宝联合会”常务理事兼副秘书长；2005年
获得中国轻工珠宝首饰中心与亚洲珠宝联合会联合授予的“中国宝玉石专家”荣誉称号。1990年起，先后在中国地质大学（北京）等多所高校及职业学校开设并讲授《人造宝石学》、《宝石的人工合成与鉴定》、《珠宝玉
石的优化处理与鉴定》等课程，出版教材多部，为珠宝教育和普及珠宝知识作出了一定的贡献。作者
按语：
国内外科技发展很快，中国和世界的人工合成珠宝玉石的方法也在不断发展。本文想介绍中国在2021年
时“冷坩埚熔壳法合成宝石技术”已经达到的水平和状况；同时受国家将两弹一星有功人员及对国家作出贡献
的人请到人民大会堂主席台上，由习近平主席亲自授予国家勋章的启示，作者想对那些在中国人工宝石事业发
展过程中作出贡献的新老科技工作者以及中国珠宝玉石首饰行业协会人工宝石专业委员会的主要领导进行介绍（主任委员陈汴琨、常务副主任委员兼秘书长沈才卿、副秘书长于春敏和黄国强，让大家认识他们，记住他们
作出的努力和贡献。在科技文章中表彰作出贡献者，比较少见，此文想作一个尝试！
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超白合成立方氧化锆晶体的生长采用补法原理，消除原料和工艺过程中引入的杂质产生的颜，使带很淡杂的立方氧化锆晶体脱成“超白”立方氧化锆晶体。例如，若为了使立方氧化锆稳定，加入Y2O3过多，使产品出现黄调，此时要加入产生蓝的试剂钕。只要加入量与黄调的量相等，则根据颜互补原理，可以消除黄调，使产品为无。
二、合成鲜艳的蓝紫立方氧化锆晶体的方法
为了得到鲜艳的蓝紫合成立方氧化锆晶体，可以采用对合成彩立方氧化锆进行热处理的方法。其原理是通过热处理使着剂价态变化，热处理还可以影响晶体的透射光谱，使晶体在蓝紫波段的透过率提高。
三、黑立方氧化锆晶体的发明专利和制作方法《黑立方氧化锆宝石及其制造方法》是由付林堂、刘卫国、张惠芳申请的发明专利，专利号为89 1 02170.1，申请日期为1989年4月15日，授权日期为1990年12月12日，由当时的国家专利局局长高卢麟签发，参见图47。其制作方法是：将无合成立方氧化锆晶体放在真空条件下加热到2000°C进行还原处理，就能得到深黑的立方氧化锆。其原理是ZrO2中的氧丢失，造成大量晶体的晶格缺陷，对可见光全部吸收而呈黑。
第一发明专利人付林堂（1938年生人），国家建筑材料工业局人工宝石研究所高级工程师，人工宝石专业委员会副主任委员和高级顾问，是中国人工宝石研究者中少数获得发明专利者，他还在《人工晶
体》杂志上发表过“稳定立方氧化锆晶体的生长”（1984年）和“稳定立方氧化锆晶体掺质生长与泽研究”（1986年），为中国“冷坩埚熔壳法合成立方氧化锆”行业的发展作出重要贡献。沈才卿要到了付林堂2005年参加重要会议时，会议代表拍摄的一张照片，参见图46。
图46 黑立方氧化锆第一发明专利人付林堂先生在参加会议中
（付林堂提供照片）
图47
黑立方氧化锆发明专利证书（付林堂提供资料）该发明1988年参加瑞士国际展时获得三等奖，参见图48；参加1987年5月北京发明展览会，被中国发明协会和北京发明协会同时评为优秀发明并获得金牌，参见图49和图50。该研究项目还获得了部级科技进步二等奖，参见图51，国家级科技进步二等奖，参见图52。螺旋板冷凝器
在2019年，中华人民共和国成立70周年之际，
付林堂先生还获得了国家发给的证书和奖章，参见图53和图54。
图48 瑞士获奖证书（付林堂提供资料）
图49 优秀发明证书（付林堂提供资料）
图50 中国发明专利获金奖证书（付林堂提供）图51 黑立方氧化锆成果获部级科技进步二等奖
（付林堂提供资料）
图52
国家级科技进步二等奖证书（付林堂提供资料）
图53 建国70周年纪念证书（付林堂提供照片）
四、乳化立方氧化锆的制备方法
2012年前后，中国珠宝首饰市场上出现了乳化
立方氧化锆晶体（市场上简称乳锆），主要用于仿玉石制品。然而，由于乳化立方氧化锆晶体本身的结构变化后产生的影响，几年后乳化立方氧化锆晶体逐步退出了市场。
本文开头就说明，在不同条件下，二氧化锆有
不同的结构：单斜相、四方相、六方相和立方相。
为了使立方相氧化锆结构稳定，必须加入起稳定作
用的氧化钇（Y 2O 3），其量为10%至20%摩尔分数。
稳定剂氧化钇（Y 2O 3）的含量小于10%摩尔分数时，立方相氧化锆处于不稳定状态，出现六方相和四方相。
上海何雪梅（1930年生人）等发表在《中国人
firmicutes工宝石》书上的“壳熔法技术发展及新应用”中说：要使彩合成立方氧化锆混浊不透明，可通过降低氧化钇（Y 2O 3）的配入量来实现。研究性实验中曾出现过：氧化钇（Y 2O 3）摩尔数小于12%的透明合成立方氧化锆晶体，经900°C 温度长时间热处理后
出现失透混浊现象，这可以在图57-a 中到答案。图57-a 是ZrO 2-Y 2O 3相图，左下角当Y 2O 3含量为
12%~4%（摩尔分数），在900°C 至室温范围内，存
在四方相氧化锆和立方相氧化锆，以及斜方相氧化锆和立方相氧化锆共存区。由于立方相氧化锆中共
黑立方氧化锆晶体表面光洁度很高，有强烈的反光性，沈才卿收藏了三块黑立方氧化锆晶体，有一块是带多晶体和粉料的，在处理成黑时多晶体能变黑，但粉料不变，还是白的（在晶体的背面，拍照
时看不到）。由李丽英工艺师刻磨成难度较高的S 型戒面也反映出表面的反光性很强。参见图55和图56。
图54 建国70周年纪念章（付林堂提供照片）
图55 黑立方氧化锆晶体（沈才卿收藏）
图56 黑立方氧化锆S 型戒面（沈才卿收藏）
为了得到稳定的立方相氧化锆，必须加入10%以上的三氧化二钇（Y 2O 3）。为了得到乳锆，人为地
减少了Y 2O 3的放入量，一般只放3%~4%的Y 2O 3，使得乳锆中除了有立方相的氧化锆外，还存在四方相和斜方相的氧化锆结构，其直接后果是稳定性下降：
一年还行，2~3年后易开裂。故乳锆及其饰品在珠宝
首饰市场上流行了几年后，被慢慢淡化，逐渐退出
了市场。2020年，乳锆晶体北京珠宝市场上不到，只得委托广西梧州的覃斌荣校长到梧州宝石商城帮
忙进行拍摄。
五、祖母绿合成立方氧化锆晶体的生长和特点
中国最早进行冷坩埚熔壳法合成立方氧化锆实
验的中国科学院上海硅酸盐研究所晶体生长实验室
化锆晶体的原有性质，故乳锆没有立方氧化锆晶体稳定。
软件打包图57-a 相图与图10相图不同之处是左下角有
一个产生乳锆的区域。相图10只想说明要使立方相ZrO 2晶体稳定，必须加入稳定剂Y 2O 3的区域。
图57-a 和图57-b 中C 1为CaF 型的立方结构；
C 2为Tl 2O 3型的立方结构；H 为六方晶体结构；T 为
正方晶型（四方相）结构；M 为单斜晶系结构。plc一体机
图58至图61是沈才卿委托覃斌荣先生从广西梧
州宝石商城拍摄的乳锆晶体照片。
图57 a-ZrO 2-Y 2O 3相平衡（1）(Srivastava et.，1974)b-ZrO 2-Y 2O 3相平衡（2）（
A Rouanct et.,1971)
图58 乳锆晶体-1（覃斌荣供图） 图59 乳锆晶体-2（覃斌荣供图）
图60 乳锆晶体-3（覃斌荣供图） 图61 乳锆晶体-4（覃斌荣供图）
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