合成寶石分類、特征和鑒定方法

合成寶石分類、特征和鑒定方法

2023/9/32

熟悉幾種常見(jiàn)的合成寶石（如合成鉆石、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）的生產(chǎn)方法及其特征。掌握天然寶石與合成寶石的鑒定方法。2023/7/312熟悉幾種常見(jiàn)的合成寶石2023/9/33(一)合成寶石與人造寶石1.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(wú)機(jī)產(chǎn)物,且它們的物理性質(zhì),化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)和所對(duì)應(yīng)的天然寶石基本相同。A．原料：半人工材料；如天然去皮水晶作為合成水晶的原料；

人工分離出的原料Al2O3

作為合成紅寶石的原料；B．有天然對(duì)應(yīng)物：天然紅寶石---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；C．可以有小的差異：

天然尖晶石：MgO：Al2O3==1：1，RI1.718，SG3.60

合成尖晶石：MgO：Al2O3==1：1.5—3.5；RI1.727，SG3.63

正是這微小的差異，使我們能夠區(qū)分它們。一、概述2023/7/313(一)合成寶石與人造寶石一、概述2023/9/342人造寶石

指人工生產(chǎn)的非天然形成的無(wú)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)和物理性質(zhì)的人工寶石材料；

如YAG：釔鋁榴石，Y3Al5O12

；無(wú)天然對(duì)應(yīng)物，廣義的人造寶石：人工生產(chǎn)的寶石，包括合成寶石；2023/7/3142人造寶石2023/9/35(二)人工制造寶石的歷史

1500年埃及人開(kāi)始用玻璃模仿祖母綠、青金石和綠松石等。

18世紀(jì)中期和19世紀(jì)人工開(kāi)始合成寶石.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)成分及性質(zhì)，加上化學(xué)工業(yè)的發(fā)展以及對(duì)結(jié)晶過(guò)程的認(rèn)識(shí)，人工合成寶石才變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

1892年出現(xiàn)了聞名的“日內(nèi)瓦紅寶石”，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)紅寶石的方法。隨后，這種方法經(jīng)改進(jìn)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。合成尖晶石、藍(lán)寶石、金紅石、鈦酸鍶等逐漸面市。

1953年合成工業(yè)級(jí)鉆石、1960年水熱法合成祖母綠及1970年寶石級(jí)合成鉆石也相繼獲得成功。五十年代末，我國(guó)為了發(fā)展我國(guó)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，主要用于手表軸承材料的生產(chǎn)。后來(lái)發(fā)展到有20多家焰熔法合成寶石的工廠，能生長(zhǎng)出各種品種的剛玉寶石、尖晶石、金紅石和鈦酸鍶等。2023/7/315(二)人工制造寶石的歷史2023/9/36

我國(guó)進(jìn)行水熱法生長(zhǎng)水晶的研究工作，始于1958年。目前幾乎全國(guó)各省都建立了合成水晶廠。我國(guó)的彩色石英從1992年開(kāi)始生產(chǎn)，現(xiàn)在市場(chǎng)上能見(jiàn)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，我國(guó)先后用提拉法生產(chǎn)了人造釔鋁榴石（YAG）和釓鎵榴石（GGG）晶體，它們?cè)欢缺挥糜诜裸@石。1982年，我國(guó)開(kāi)始研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1993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。合成工業(yè)用鉆石在我國(guó)是l963年投產(chǎn)的，至八十年代末，我國(guó)已有300余家合成工業(yè)用鉆石的廠家。但寶石級(jí)合成鉆石的生產(chǎn)還在探索之中。l995年，我國(guó)采用化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)出了多晶金剛石薄膜，已在首飾方面應(yīng)用。2023/7/316我國(guó)進(jìn)行水熱法生長(zhǎng)水晶的2023/9/37二、合成寶石的晶體生長(zhǎng)基本理論

晶體生長(zhǎng)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(zhì)的界面，晶體生長(zhǎng)最重要的過(guò)程就是界面過(guò)程?？茖W(xué)家們提出了許多生長(zhǎng)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(guò)程。盡管晶體生長(zhǎng)理論已有一百多年的發(fā)展歷程，但晶體生長(zhǎng)理論還并不完善，現(xiàn)有的晶體生長(zhǎng)模型還不能完全用于指導(dǎo)晶體生長(zhǎng)實(shí)踐，為了提高晶體質(zhì)量還有許多實(shí)際問(wèn)題尚待解決。2023/7/317二、合成寶石的晶體生長(zhǎng)基本理論晶體2023/9/38

1．成核

成核過(guò)程實(shí)際是一個(gè)相變過(guò)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。

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、液相和氣相。

相變：當(dāng)某一體系在外界條件改變時(shí)，會(huì)發(fā)生狀態(tài)的改變，這種現(xiàn)象即相變。寶石合成的過(guò)程即生長(zhǎng)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(guò)程受溫壓條件、介質(zhì)組分的控制。

相圖：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、壓力、組分關(guān)系的圖解。2023/7/3181．成核成核過(guò)程實(shí)際是2023/9/39石墨的相圖是一元相圖，如圖所示。這個(gè)相圖表明，在很大的壓力和溫度范圍內(nèi)存在碳的固態(tài)相變。它是根據(jù)熱力學(xué)原理，結(jié)合多次實(shí)驗(yàn)和外推等做出的。石墨在溫度1400-16000C和4.5-6×109Kb的壓力下會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)殂@石，該圖是合成鉆石的依據(jù)。石墨-鉆石的相圖2023/7/319石墨的相圖是一元相圖，如圖所示。這個(gè)相圖2023/9/310

在合成晶體過(guò)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(cuò)、開(kāi)裂、晶格畸變等在一定的范圍內(nèi)會(huì)“遺傳”給新生長(zhǎng)的晶體。在選擇種晶時(shí)要避開(kāi)缺陷。根據(jù)晶體生長(zhǎng)習(xí)性和應(yīng)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(duì)合成晶體的形態(tài)、生長(zhǎng)速度等有很大的影響。所以種晶的選擇非常重要。2023/7/3110在合成晶體過(guò)程中，為了2023/9/3112.晶體生長(zhǎng)界面穩(wěn)定性：晶核出現(xiàn)后，過(guò)冷或過(guò)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(zhǎng)。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(zhǎng)速度、晶體的形態(tài)。晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，介質(zhì)的溫度、濃度會(huì)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。界面為平坦光滑狀態(tài)，則界面穩(wěn)定性；如果生長(zhǎng)條件的干擾，界面會(huì)產(chǎn)生凹凸不平，即形成不穩(wěn)定界面。2023/7/31112.晶體生長(zhǎng)界面穩(wěn)定性：2023/9/3123．晶體生長(zhǎng)的界面模型晶體生長(zhǎng)最重要的過(guò)程是一個(gè)界面過(guò)程，涉及生長(zhǎng)基元如何從母液相傳輸?shù)缴L(zhǎng)界面以及如何在界面上定位成為晶體的一部分。A．完整光滑界面生長(zhǎng)模型

此模型又稱為成核生長(zhǎng)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(jīng)斯特蘭斯基加以發(fā)展。2023/7/31123．晶體生長(zhǎng)的界面模型A．完整光滑2023/9/313

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，晶體則得以生長(zhǎng)。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格子構(gòu)造對(duì)質(zhì)點(diǎn)的引力是不同的。也就是說(shuō)，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。

成核生長(zhǎng)理論模型在理想的條件下，結(jié)晶物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)向晶體上粘附有三種不同的部位（圖）：2023/7/3113在晶核形成以后，結(jié)晶物質(zhì)2023/9/314

質(zhì)點(diǎn)粘附在晶體表面三面凹角的1處，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2處，則受到兩個(gè)最近質(zhì)點(diǎn)的吸引，此處質(zhì)點(diǎn)所受到的吸引力不如1處大，若質(zhì)點(diǎn)在一層面網(wǎng)之上的一般位置3處，所受到的吸引力最小。由此可見(jiàn)，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，它首先會(huì)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新的面網(wǎng)上(即3處)。由此得出晶體生長(zhǎng)過(guò)程應(yīng)該是：先長(zhǎng)一條行列，再長(zhǎng)相鄰的行列，長(zhǎng)滿一層面網(wǎng)，然后開(kāi)始長(zhǎng)第二層面網(wǎng)，晶面(晶體上最外層面網(wǎng))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(zhǎng)理論。2023/7/3114質(zhì)點(diǎn)粘附在晶體表面三面凹2023/9/315

B.非完整光滑界面生長(zhǎng)模型此模型又稱為螺旋生長(zhǎng)理論模型，或BCF理論模型。該模型于1949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)為，晶面上存在的螺旋位錯(cuò)露頭點(diǎn)可以作為晶體生長(zhǎng)的臺(tái)階源（下圖），促進(jìn)光滑界面的生長(zhǎng)。這種臺(tái)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(zhǎng)，而且生長(zhǎng)出光滑的晶體界面的現(xiàn)象。2023/7/3115B.非完整光滑界面生長(zhǎng)模2023/9/316

螺旋錯(cuò)位形成的臺(tái)階源，圍繞螺旋位錯(cuò)線形成螺旋狀階梯層層上升，按1、2、3、4、5（見(jiàn)左下圖）的順序，依次生長(zhǎng)，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(cuò)的存在，晶體生長(zhǎng)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面中間有螺旋位錯(cuò)露頭點(diǎn)的生長(zhǎng)丘（圖右下圖）。這一理論可以解釋許多實(shí)際晶體的生長(zhǎng)。

綠柱石表面由于螺旋位錯(cuò)造成的生長(zhǎng)丘（干涉顯微鏡下）螺旋位錯(cuò)生長(zhǎng)示意圖2023/7/3116螺旋錯(cuò)位形成的臺(tái)階源，圍繞螺旋2023/9/3174．人工晶體生長(zhǎng)方法1．從熔體中生長(zhǎng)單晶體：粉末原料→加熱→熔化→冷卻→超過(guò)臨界過(guò)冷度→結(jié)晶，從熔體中生長(zhǎng)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(zhǎng)單晶體的最大優(yōu)點(diǎn)是生長(zhǎng)速率大多快于在溶液中的生長(zhǎng)速率。二者速率的差異在10-1000倍。從熔體中生長(zhǎng)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。2023/7/31174．人工晶體生長(zhǎng)方法2023/9/3182．從液體中生長(zhǎng)單晶體：

原料→加熱→溶解（遷移、反應(yīng)）→過(guò)飽和→析出結(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，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（即熔鹽）與熱液等。從溶液中生長(zhǎng)晶體的方法主要有助熔劑法和水熱法。

2023/7/31182．從液體中生長(zhǎng)單晶體：2023/9/3193．從氣相中生長(zhǎng)單晶體的方法氣相生長(zhǎng)可分為單組分體系和多組分體系生長(zhǎng)兩種。

單組分氣相生長(zhǎng)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(zhǎng)的原理進(jìn)行生長(zhǎng)。但這種方法應(yīng)用不廣，所生長(zhǎng)的晶體大多為針狀、片狀的單晶體。

多組分氣相生長(zhǎng)一般多用于外延薄膜生長(zhǎng)，外延生長(zhǎng)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。合成金剛石薄膜的化學(xué)氣相沉淀(CVD)法以及合成碳化硅單晶生產(chǎn)技術(shù)，就屬于此類。2023/7/31193．從氣相中生長(zhǎng)單晶體的方法2023/9/320二、合成寶石的合成方法

(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(dāng)時(shí)轟動(dòng)一時(shí)的“日內(nèi)瓦紅寶石”。后來(lái)于1902年弗雷米的助手法國(guó)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)。因此，這種方法又被稱為維爾納葉法。2023/7/3120二、合成寶石的合成方法2023/9/321（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,進(jìn)一步分為四種,即維爾納葉法、丘克拉斯基法、冷坩堝法和區(qū)域熔煉法。

1.維爾納葉法或稱焰熔法

（1）基本原理將適當(dāng)組分的細(xì)粉末落入烈焰之中熔化,然后固化形成單晶。

（2）生產(chǎn)過(guò)程加料→點(diǎn)燃→熔化→燒結(jié)錐→單晶→冷卻。

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，合成過(guò)程是在維爾納葉爐中進(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色元素。2023/7/3121（一）從熔體中結(jié)晶2023/9/322A．

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(guò)充分拌勻，放入料筒。

料筒（篩狀底）：圓筒，用來(lái)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中釋放出來(lái)。

如果合成紅寶石，則需要Al2O3

和Cr2O3，三氧化二鋁可由鋁銨礬加熱獲得；致色劑為Cr2O31-3%，B．

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；

氫氣管：在火焰上方噴嘴處與氧氣混合燃燒。

通過(guò)控制管內(nèi)流量來(lái)控制氫氧比例，O2:H2===1:3；

氫氧燃燒溫度為25000C，Al2O3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)

落下的粉末經(jīng)過(guò)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)成一個(gè)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(zhǎng)溫度，近上部有一個(gè)觀察孔，可了解晶體生長(zhǎng)情況。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(guò)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)。（3）維爾納葉法合成裝置維爾納葉法合成裝置2023/7/3122A．

供料系統(tǒng)（3）維爾納葉法合成裝2023/9/323維爾納葉法合成寶石梨晶梨晶：長(zhǎng)出的晶體形態(tài)類似梨形，故稱為梨晶。梨晶大小通常為長(zhǎng)23cm，直徑2.5-5cm。生長(zhǎng)速度：1厘米/小時(shí)，一般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)力很大，停止生長(zhǎng)后，應(yīng)該輕輕敲擊，讓它沿縱向裂開(kāi)成兩半以釋放內(nèi)應(yīng)力，避免以后產(chǎn)生裂隙。特點(diǎn)：方法特點(diǎn)：生長(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。但用此方法合成的寶石晶體缺陷多、容易識(shí)別。2023/7/3123維爾納葉法合成寶石梨晶梨晶：長(zhǎng)出的晶體2023/9/324

各種合成剛玉的致色元素合成剛玉原料Al2O3

，另加致色元素如下合成紅寶石Cr2O3，

1-3%合成藍(lán)寶石Fe，Ti；0.3-0.5%合成黃色藍(lán)寶石Ni，Cr合成紫色藍(lán)寶石Cr

Fe，Ti合成變色藍(lán)寶石Cr2O3，V2O5，3-4%合成星光紅寶石TiO2

0.1-0.3%，Cr2O3

1-3%合成星光藍(lán)寶石FeO+TiO2：0.3-0.5%；TiO2

：0.1-0.3%2023/7/3124各種合成剛玉的致色元素合成剛玉原料2023/9/325（4）合成寶石的品種1）合成剛玉2）合成尖晶石3）金紅石4）鈦酸鍶2023/7/3125（4）合成寶石的品種1）合成剛玉2023/9/3261）合成剛玉

①合成剛玉的寶石學(xué)性質(zhì)

合成紅寶石：加入致色元素Cr2O31-3%

合成藍(lán)寶石：加入致色元素TiO2和FeO，但Ti和Fe的逸散作用，使合成藍(lán)寶石常常有無(wú)色核心和藍(lán)色表皮,顏色分布不均勻；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(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。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0.l一0.3%的TiO2，這樣長(zhǎng)成的梨晶中，TiO2

呈固熔體分布于剛玉晶格中，并沒(méi)有以金紅石的針狀礦物相析出。必須在l300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)。2023/7/31261）合成剛玉①合成剛玉的寶石學(xué)性質(zhì)2023/9/327各種合成剛玉的致色元素合成剛玉原料Al2O3

，另加致色元素如下合成紅寶石Cr2O3，

1-3%合成藍(lán)寶石Fe，Ti；0.3-0.5%合成黃色藍(lán)寶石Ni，Cr合成紫色藍(lán)寶石Cr

Fe，Ti合成變色藍(lán)寶石Cr2O3，V2O5，3-4%合成星光紅寶石TiO2

0.1-0.3%，Cr2O3

1-3%合成星光藍(lán)寶石FeO+TiO2：0.3-0.5%；TiO2

：0.1-0.3%2023/7/3127各種合成剛玉的致色元素合成剛玉原料A2023/9/328②合成剛玉鑒定特征原始晶形：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(chǎng)上也出現(xiàn)過(guò)將焰熔法合成的梨晶破碎，甚至經(jīng)過(guò)滾筒磨成毛料，來(lái)仿稱天然原料銷售。包裹體：合成紅、藍(lán)寶石中常可見(jiàn)氣泡和未熔粉末出現(xiàn)，一般氣泡小而圓，或似蝌蚪狀；可單獨(dú)或成群出。2023/7/3128②合成剛玉鑒定特征原始晶形：焰熔法合2023/9/329焰熔法合成紅寶石中的氣泡及彎曲生長(zhǎng)紋2023/7/3129焰熔法合成紅寶石中的氣泡及彎曲生長(zhǎng)紋2023/9/330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連續(xù)；黃色藍(lán)寶石很少含有氣泡，也難見(jiàn)色帶。天然紅寶石和藍(lán)寶石都顯示直或角狀或六方色帶。維爾納葉法合成藍(lán)寶石中的彎曲色帶2023/7/3130色帶：紅寶石中常常為細(xì)密的弧形生長(zhǎng)紋，2023/9/331吸收光譜：

合成藍(lán)寶石的光譜見(jiàn)不到天然藍(lán)寶石通常可以見(jiàn)到的藍(lán)區(qū)的吸收，或450nm的吸收帶十分模糊。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。合成紅寶石通常比天然紅寶石的紅色熒光明顯強(qiáng)。藍(lán)寶石:藍(lán)區(qū)450、460、470nm有3條吸收窄帶(Fe)光柵式分光鏡觀察2023/7/3131吸收光譜：藍(lán)寶石:藍(lán)區(qū)450、4602023/9/332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(jié)構(gòu)線。合成剛玉帕拉圖法結(jié)構(gòu)線2023/7/3132帕拉圖法：將剛玉浸于盛有二碘甲烷的玻璃2023/9/333在合成紅寶石原料中，加上0.1%-0.3%的二氧化鈦。顏色呈淺紫紅色或粉紅色，硬度9，半透明。有6道放射狀星光，在星線交匯處無(wú)加寬加亮的現(xiàn)象；而天然星光紅寶石在星線交匯處形成一個(gè)集中的亮點(diǎn)。焰熔法合成星光剛玉：合成星光藍(lán)寶石2023/7/3133在合成紅寶石原料中，加上0.1%-0.2023/9/334合成星光剛玉與天然星光剛玉的區(qū)別

合成星光剛玉天然星光剛玉內(nèi)含物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帶外觀特征星光浮于表面，星線直、勻、細(xì)，連續(xù)性好；中心無(wú)寶光星光發(fā)自內(nèi)部深處；星線中間粗，兩端細(xì)，可以不連續(xù)；中心有寶光焰熔法合成星光剛玉：2023/7/3134合成星光剛玉與天然星光剛玉的區(qū)別

2023/9/335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(jiàn)火痕，更不會(huì)精確定向加工。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(kāi)，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（右圖）。所以合成剛玉在臺(tái)面通常都可見(jiàn)多色性，而天然的則不然。合成紅、藍(lán)寶石的加工質(zhì)量：焰熔法合成剛玉的梨晶與切磨方向示意圖2023/7/3135天然合成紅、藍(lán)寶石的加工質(zhì)量通常較為精2023/9/3362）合成尖晶石

市場(chǎng)上所見(jiàn)到的合成尖晶石幾乎全是由焰熔法生產(chǎn)，但也可用助熔劑法生產(chǎn)。

原料：

紅色：

MgO：Al2O3==1：1，致色元素Cr2O3；

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(jiàn)。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Fe，人們?cè)?jīng)嘗試過(guò)加入致色元素V、Co、Fe、Mg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)果是合成藍(lán)色尖晶石。

藍(lán)色：MgO：Al2O===1：1.5-3.5，致色元素Co；

綠色：MgO：Al2O==1：3

褐色：MgO：Al2O

==1：5

粉紅色：MgO：Al2O===1：1.5-3.5

致色元素Cu；

有月光效應(yīng)的無(wú)色品種：1：5，過(guò)多的氧化鋁未熔形成無(wú)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(lái)仿青金巖。2023/7/31362）合成尖晶石

市場(chǎng)上所見(jiàn)到的2023/9/337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，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，故很容易與天然寶石區(qū)分。2023/7/3137合成尖晶石Al2O3的成分比天然尖晶石2023/9/338合成尖晶石的鑒定特征

包裹體：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。色帶：合成尖晶石很少顯示色帶。2023/7/3138合成尖晶石的鑒定特征

包裹體：合2023/9/339

吸收光譜：

合成藍(lán)色尖晶石顯示典型的鈷譜（分別位于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。

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)吸收帶最窄(Co)藍(lán)寶石:藍(lán)區(qū)450、460、470nm有3條吸收窄帶(Fe)光柵式分光鏡觀察2023/7/3139吸收光譜：合成藍(lán)色尖晶石:綠、黃2023/9/340熒光：合成藍(lán)色尖晶石為強(qiáng)的紅色熒光，而天然的也為惰性。2023/7/3140熒光：合成藍(lán)色尖晶石為強(qiáng)的紅色熒光，2023/9/341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

合成尖晶石天然尖晶石內(nèi)含物包體少，偶有氣泡，形態(tài)狹長(zhǎng)或異形；色帶少見(jiàn)，僅見(jiàn)于紅色尖晶石中氣液包體常見(jiàn)晶體包體：尤其是八面體形；色帶少見(jiàn)RI1.727

Fixed紅色尖晶石例外用于檢測(cè)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:1.80SG3.63，紅色尖晶石：3.60-3.66；仿青金巖的燒結(jié)藍(lán)色尖晶石：3.523.60光譜藍(lán)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(lán)色者：Fe譜，藍(lán)區(qū)458nm有吸收帶；紅色者：紅區(qū)5條—管風(fēng)琴狀熒光譜線（交叉濾色鏡下觀察）熒光及濾色鏡無(wú)色者：SW下強(qiáng)藍(lán)白色；藍(lán)色者：SW：紅色或藍(lán)白色，濾色鏡下變紅紅色：紅色熒光，濾色鏡下變紅無(wú)色：惰性藍(lán)色：惰性，濾色鏡下不變紅紅色：紅色熒光，濾色鏡下變紅正交偏光鏡斑紋狀消（圖7）,紅色尖晶石例外全消光2023/7/3141焰熔法合成尖晶石：焰熔法合成尖晶石與天2023/9/342天然尖晶石的斑紋狀消光2023/7/3142天然尖晶石的斑紋狀消光2023/9/3433）合成金紅石

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，而是為了模仿鉆石。在合成立方氧化鋯出現(xiàn)后，合成金紅石很少生產(chǎn)了。

因?yàn)門(mén)iO2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個(gè)氧管（見(jiàn)圖）。TiO2的熔點(diǎn)為18400C，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)楦邷叵滦纬闪薚i33+

和相應(yīng)的氧空位。通過(guò)在高溫氧化環(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色到近無(wú)色的透明晶體。如果在原料中摻入Sc2O3

，則可直接獲得近無(wú)色的晶體。這是因?yàn)閾饺氲腟c2O3在晶體中形成的氧空位會(huì)提高晶體中的氧的擴(kuò)散系數(shù)，使晶體在降溫過(guò)程中就完成氧的擴(kuò)散和退色。合成金紅石的裝置（馬福爐）局部圖2023/7/31433）合成金紅石

天然的金2023/9/344①合成金紅石寶石學(xué)性質(zhì)

化學(xué)成分：TiO2；

四方晶系

光澤：金剛光澤；

透明度：透明；

顏色：無(wú)色者常帶淺黃色調(diào)。還可有紅、橙、黃、藍(lán)色者。

硬度：6-6.5；

相對(duì)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(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；

內(nèi)含物：氣泡、未熔粉末；2023/7/3144①合成金紅石寶石學(xué)性質(zhì)

化學(xué)成分2023/9/345

②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(rèn)它了。2023/7/3145

②合成金紅石的鑒別：2023/9/346

鈦酸鍶早在1955年人們就利用焰熔法生產(chǎn)出來(lái)，當(dāng)時(shí)在自然界還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)天然的對(duì)應(yīng)物。盡管，1987年在俄羅斯發(fā)現(xiàn)了其天然對(duì)應(yīng)物，礦物名為T(mén)ausonite，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(chǎng)上很少見(jiàn)得到了。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。與合成金紅石一樣，其合成裝置也必須多加一根氧管，長(zhǎng)出的晶體也是烏黑的，需要在氧化條件下退火（溫度16000C），才能變成近無(wú)色的透明晶體。所采用的原料為：SrO：TiO2==1：14）鈦酸鍶2023/7/3146

鈦酸鍶早在1955年人們就2023/9/347

化學(xué)成分：SrTiO3；

等軸晶系

光澤：亞金剛－金剛光澤；

透明度：透明；

顏色：無(wú)色為主，偶見(jiàn)紅、黃、藍(lán)、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(qiáng)；

內(nèi)含物：氣泡；

①鈦酸鍶的寶石學(xué)性質(zhì)：2023/7/3147

化學(xué)成分：SrTiO3；①鈦2023/9/348

鈦酸鍶作為仿鉆材料，極易識(shí)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。盡管反射儀上可獲得與鉆石相同的折射率，但熱導(dǎo)儀檢測(cè)時(shí)卻無(wú)鉆石反應(yīng)。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。②鈦酸鍶的鑒別：2023/7/3148

鈦酸鍶作為仿鉆材料，極2023/9/3492.丘克拉斯基法:或稱晶體提拉法.(1)基本原理將籽晶與相同組分的熔體表面相接觸,然后旋轉(zhuǎn)并同時(shí)緩慢上拉籽晶,此時(shí)在籽晶接觸熔體的頂端,開(kāi)紿結(jié)晶.關(guān)鍵是要控制熔體的溫度。(2)提拉法的生長(zhǎng)工藝

首先將待生長(zhǎng)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(chǎng)，使熔體上部處于過(guò)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(zhuǎn)動(dòng)籽晶桿，使熔體處于過(guò)冷狀態(tài)而結(jié)晶于籽晶上，在不斷提拉和旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，生長(zhǎng)出圓柱狀晶體。2023/7/31492.丘克拉斯基法:或稱晶體提拉法.2023/9/350（3）裝置1）加熱系統(tǒng)

加熱系統(tǒng)由加熱、保溫、控溫三部分構(gòu)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(jiǎn)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(zhǎng)釔鋁榴石、剛玉時(shí)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(jìn)行操作和控制。2）坩堝和籽晶夾

作坩堝的材料要求化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、純度高，高溫下機(jī)械強(qiáng)度高，熔點(diǎn)要高于原料的熔點(diǎn)200℃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(diǎn)氧化物。其中鉑、銥和鉬主要用于生長(zhǎng)氧化物類晶體。

籽晶用籽晶夾來(lái)裝夾。籽晶要求選用無(wú)位錯(cuò)或位錯(cuò)密度低的相應(yīng)寶石單晶。3）傳動(dòng)系統(tǒng)

為了獲得穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)和升降，傳動(dòng)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(jìn)行生長(zhǎng)。如釔鋁榴石和剛玉晶體需要在氬氣氣氛中進(jìn)行生長(zhǎng)。該系統(tǒng)由真空裝置和充氣裝置組成。提拉法合成裝置5）后加熱器

后熱器可用高熔點(diǎn)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(zhǎng)的晶體逐漸進(jìn)入后熱器，生長(zhǎng)完畢后就在后熱器中冷卻至室溫。后熱器的主要作用是調(diào)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(guò)冷現(xiàn)象引起晶體破裂。2023/7/3150（3）裝置提拉法合成裝置5）后加熱器2023/9/351(4)晶體提拉法生長(zhǎng)要點(diǎn)1）溫度控制

在晶體提拉法生長(zhǎng)過(guò)程中，熔體的溫度控制是關(guān)鍵。要求熔體中溫度的分布在固液界面處保持熔點(diǎn)溫度，保證籽晶周圍的熔體有一定的過(guò)冷度，熔體的其余部分保持過(guò)熱。這樣，才可保證熔體中不產(chǎn)生其它晶核，在界面上原子或分子按籽晶的結(jié)構(gòu)排列成單晶。為了保持一定的過(guò)冷度，生長(zhǎng)界面必須不斷地向遠(yuǎn)離凝固點(diǎn)等溫面的低溫方向移動(dòng)，晶體才能不斷長(zhǎng)大。另外，熔體的溫度通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于室溫，為使熔體保持其適當(dāng)?shù)臏囟龋€必須由加熱器不斷供應(yīng)熱量。2）提拉速率

提拉的速率決定晶體生長(zhǎng)速度和質(zhì)量。適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速，可對(duì)熔體產(chǎn)生良好的攪拌，達(dá)到減少?gòu)较驕囟忍荻?，阻止組分過(guò)冷的目的。一般提拉速率為每小時(shí)6-15mm.

在晶體提拉法生長(zhǎng)過(guò)程中，常采用“縮頸”技術(shù)以減少晶體的位錯(cuò)，即在保證籽晶和熔體充分沾潤(rùn)后，旋轉(zhuǎn)并提拉籽晶，這時(shí)界面上原子或分子開(kāi)始按籽晶的結(jié)構(gòu)排列，然后暫停提拉，當(dāng)籽晶直徑擴(kuò)大至一定寬度（擴(kuò)肩）后，再旋轉(zhuǎn)提拉出等徑生長(zhǎng)的棒狀晶體。這種擴(kuò)肩前的旋轉(zhuǎn)提拉使籽晶直徑縮小，故稱為“縮頸”技術(shù)。。2023/7/3151(4)晶體提拉法生長(zhǎng)要點(diǎn)2023/9/352（5）提拉法的優(yōu)缺點(diǎn)可用來(lái)生長(zhǎng)一些高熔點(diǎn)的氧化物晶體.所生長(zhǎng)的晶體往往看不出明顯的合成晶的痕跡。

晶體提拉法與其它晶體生長(zhǎng)方法相比有以下優(yōu)點(diǎn)：1）在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中可以直接進(jìn)行測(cè)試與觀察，有利于控制生長(zhǎng)條件；2）使用優(yōu)質(zhì)定向籽晶和“縮頸”技術(shù)，可減少晶體缺陷，獲得所需取向的晶體；3）晶體生長(zhǎng)速度較快；4）晶體位錯(cuò)密度低，光學(xué)均一性高。

晶體提拉法的不足之處在于：1）坩堝材料對(duì)晶體可能產(chǎn)生污染；2）熔體的液流作用、傳動(dòng)裝置的振動(dòng)和溫度的波動(dòng)都會(huì)對(duì)晶體的質(zhì)量產(chǎn)生影響。2023/7/3152（5）提拉法的優(yōu)缺點(diǎn)2023/9/353(6)晶體提拉法生長(zhǎng)的寶石品種1）合成紅寶石晶體:原料：Al2O3和1-3%的Cr2O3

加熱：高頻線圈加熱到2050℃以上；屏蔽裝置：抽真空后充入惰性氣體，使生長(zhǎng)環(huán)境中保持所需要的氣體和壓強(qiáng)。

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(diǎn)。熔去少量籽晶以保證能在籽晶的清潔表面上開(kāi)始生長(zhǎng)。在實(shí)現(xiàn)籽晶與熔體充分沾潤(rùn)后，緩慢向上提拉和轉(zhuǎn)動(dòng)晶桿?？刂坪美俸娃D(zhuǎn)速，同時(shí)緩慢地降低加熱功率，籽晶直徑就逐漸擴(kuò)大。小心地調(diào)節(jié)加熱功率，實(shí)現(xiàn)寶石晶體的縮頸-擴(kuò)肩-等徑-收尾的生長(zhǎng)全過(guò)程。通過(guò)屏蔽裝置的窗口可以觀察生長(zhǎng)過(guò)程，還可利用紅外傳感器測(cè)量固-液界面的亮光環(huán)溫度，實(shí)現(xiàn)控制生長(zhǎng)過(guò)程。2023/7/3153(6)晶體提拉法生長(zhǎng)的寶石品種2023/9/3542）合成變石晶體:原料：Al2O3和BeO的粉末按l:1混合，加入致色劑Cr2O3和V2O5。加熱：高頻線圈加熱到1870℃以上，使原料熔化。保溫l小時(shí)均化熔體，然后降溫30-50℃，接籽晶。屏蔽裝置：抽真空后充入惰性氣體，使生長(zhǎng)環(huán)境中保持所需要的氣體和壓強(qiáng)。通過(guò)觀察測(cè)試，控制和調(diào)節(jié)晶體生長(zhǎng)。

2023/7/31542）合成變石晶體:2023/9/3553）人造釔鋁榴石:原料：Y2O3：AL2O3=3：5提拉爐：中頻線圈加熱坩堝：銥氣氛：N2+Ar熔點(diǎn)：1950℃生長(zhǎng)速度：每小時(shí)6mm以下。2023/7/31553）人造釔鋁榴石:2023/9/356（7）提拉法合成寶石的基本特征

1）.提拉法生長(zhǎng)的寶石晶體，由于提拉和旋轉(zhuǎn)作用，會(huì)產(chǎn)生彎曲的弧形生長(zhǎng)紋。導(dǎo)模法生長(zhǎng)晶體時(shí)晶體不旋轉(zhuǎn)，因而沒(méi)有彎曲生長(zhǎng)紋。

2）.提拉法和導(dǎo)模法合成的晶體，都會(huì)含有氣體包體，且氣泡分布不均勻。提拉法?？梢?jiàn)拉長(zhǎng)的或啞鈴狀氣泡。

3）.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(dǎo)模法生長(zhǎng)的寶石在導(dǎo)模金屬上生長(zhǎng)的，所以都可能含有金屬包體。

4）.提拉法生長(zhǎng)的寶石晶體原料在高溫下加熱熔化，偶爾可見(jiàn)未熔化的原料粉末。而導(dǎo)模法通常不存在未熔化的粉末包體。

5）.提拉法生長(zhǎng)的寶石晶體時(shí)，由于采用籽晶生長(zhǎng)，生長(zhǎng)成的晶體會(huì)帶有籽晶的痕跡。并且可能產(chǎn)生明顯的界面位錯(cuò)。導(dǎo)模法也會(huì)產(chǎn)生籽晶的缺陷。

6）.在晶體的生長(zhǎng)過(guò)程中，由于固液界面產(chǎn)生的振動(dòng)或溫度的波動(dòng)，可使晶體的溶質(zhì)濃度分布不均，因而形成晶體不均勻的生長(zhǎng)條紋。

7）.由于原料不純或配比不當(dāng)，可對(duì)熔體造成污染，形成晶體的雜質(zhì)包體。2023/7/3156（7）提拉法合成寶石的基本特征2023/9/357（8）提拉法合成寶石的鑒定

1）合成紅寶石的鑒定①合成紅寶石可見(jiàn)極細(xì)的彎曲生長(zhǎng)紋和拉長(zhǎng)的氣泡，有時(shí)還可見(jiàn)云朵狀的氣泡群。

②寶石中偶爾可見(jiàn)未熔化的原料粉末。

③在暗域照明和斜向照明下，偶爾可見(jiàn)一些細(xì)微的白色云狀包體。

④顯微鏡下有時(shí)可見(jiàn)晶體不均勻的生長(zhǎng)條紋。⑤寶石晶體可能帶有籽晶的痕跡。⑥用電子探針和X射線熒光分析法，可檢測(cè)寶石晶體中的銥或鉬金屬包體。

2023/7/3157（8）提拉法合成寶石的鑒定2023/9/358提拉法合成紅寶石的彎曲生長(zhǎng)紋2023/7/3158提拉法合成紅寶石的彎曲生長(zhǎng)紋2023/9/3592）合成金綠寶石的鑒別

①合成金綠寶石可見(jiàn)彎曲的生長(zhǎng)紋和拉長(zhǎng)的氣泡。

②寶石中偶爾可見(jiàn)未熔化的原料粉末。

③在暗域照明和斜向照明下，偶爾可見(jiàn)板條狀的雜質(zhì)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射線熒光分析法，可檢測(cè)寶石晶體中的銥或鉬金屬包體。2023/7/31592）合成金綠寶石的鑒別2023/9/360

3）人造釔鋁榴石的鑒別釔鋁榴石是人造寶石，可根據(jù)其物理性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)將其與相似寶石區(qū)分開(kāi)：

成分：Y3AL5O12

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(nèi)含物：彎曲生長(zhǎng)紋和拉長(zhǎng)氣泡

致色元素：紫-Nd；

藍(lán)-Co3；綠-Ti3（+Fe）；紅-Mn3；

其他：某些綠色、藍(lán)色釔鋁榴石在強(qiáng)光照射下顯強(qiáng)紅色，即顯示紅光效應(yīng)。

2023/7/3160

3）人造釔鋁榴石的鑒別2023/9/361

3.冷坩堝法:或稱盔熔法、鍋巴熔煉法.

冷坩堝法是生產(chǎn)合成立方氧化鋯晶體的方法。該方法是俄羅斯科學(xué)院列別捷夫固體物理研究所的科學(xué)家們研制出來(lái)的，并于1976年申請(qǐng)了專利。由于合成立方氧化鋯晶體良好的物理性質(zhì)，無(wú)色的合成立方氧化鋯迅速而成功的取代了其它的鉆石仿制品，成為了天然鉆石良好的代用品。合成立方氧化鋯易于摻雜著色，可獲得各種顏色鮮艷的晶體，因此受到了寶石商和消費(fèi)者的歡迎。

2023/7/31613.冷坩堝法:或稱盔熔法、鍋巴2023/9/362（1）冷坩堝法生長(zhǎng)晶體的原理

用微波加熱原材料使之熔融,然后重結(jié)晶。冷坩堝法是一種從熔體中生長(zhǎng)法晶體的技術(shù)，僅用于生長(zhǎng)合成立方氧化鋯晶體。其特點(diǎn)是晶體生長(zhǎng)不是在高熔點(diǎn)金屬材料的坩堝中進(jìn)行的，而是直接用原料本身作坩堝，使其內(nèi)部熔化，外部則裝有冷卻裝置，從而使表層未熔化，形成一層未熔殼，起到坩堝的作用。內(nèi)部已熔化的晶體材料，依靠坩堝下降脫離加熱區(qū)，熔體溫度逐漸下降并結(jié)晶長(zhǎng)大。

合成立方氧化鋯的熔點(diǎn)最高為2750℃。幾乎沒(méi)有什么材料可以承受如此高的溫度而作為氧化鋯的坩堝。該方法將紫銅管排列成圓杯狀“坩堝”，外層的石英管套裝高頻線圈，紫銅管用于通冷卻水，杯狀“坩堝”內(nèi)堆放氧化鋯粉末原料。高頻線圈處于固定位置，而冷坩堝連同水冷底座均可以下降。冷坩堝法裝置2023/7/3162（1）冷坩堝法生長(zhǎng)晶體的原理冷坩堝法2023/9/363（2）冷坩堝法生長(zhǎng)晶體的裝置

冷坩堝技術(shù)用高頻電磁場(chǎng)進(jìn)行加熱，而這種加熱方法只對(duì)導(dǎo)電體起作用。冷坩堝法的晶體生長(zhǎng)裝置采用“引燃”技術(shù)，解決一般非金屬材料如金屬氧化物MgO、CaO等電阻率大，不導(dǎo)電，所以很難用高頻電磁場(chǎng)加熱熔融的問(wèn)題。某些常溫下不導(dǎo)電的金屬氧化物，在高溫下卻有良好的導(dǎo)電性能，可以用高頻電磁場(chǎng)進(jìn)行加熱。氧化鋯在常溫下不導(dǎo)電，但在1200℃以上時(shí)便有良好的導(dǎo)電性能。為了使冷坩堝內(nèi)的氧化鋯粉末熔融，首先要讓它產(chǎn)生一個(gè)大于1200℃的高溫區(qū)，將金屬的鋯片放在“坩堝”內(nèi)的氧化鋯材料中，高頻電磁場(chǎng)加熱時(shí)，金屬鋯片升溫熔融為一個(gè)高溫小熔池，氧化鋯粉末就能在高頻電磁場(chǎng)下導(dǎo)電和熔融，并不斷擴(kuò)大熔融區(qū)，直至氧化鋯粉料除熔殼外全部熔融為止，此技術(shù)稱為"引燃"技術(shù)。2023/7/3163（2）冷坩堝法生長(zhǎng)晶體的裝置2023/9/364

氧化鋯在不同的溫度下，呈現(xiàn)不同的相態(tài)。自高溫相向低溫相，氧化鋯從立方相構(gòu)型向六方、四方至單斜鋯石轉(zhuǎn)變。常溫下立方氧化鋯不能穩(wěn)定存在，會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡苯Y(jié)構(gòu)相。所以在晶體生長(zhǎng)的配料中必須加入穩(wěn)定劑，才能使合成立方氧化鋯在常溫下穩(wěn)定。通常選用Y2O3作為穩(wěn)定劑，最少加入量為1O%的摩爾數(shù)。過(guò)少則會(huì)有四方相出現(xiàn)，表現(xiàn)為有乳白狀混濁;過(guò)多則晶體易帶色，并且造成不必要的成本上升，還會(huì)降低晶體的硬度。2023/7/3164

氧化鋯在不同的溫度下，呈現(xiàn)2023/9/365

（3）生產(chǎn)工藝

加入氧化鋯粉末和穩(wěn)定劑→加熱→持續(xù)熔化數(shù)小時(shí)→逐漸降溫冷卻→退火。

首先將生O2與穩(wěn)定劑Y2O3按摩爾比9：1的比例混合均勻，裝入紫銅管圍成的杯長(zhǎng)合成立方氧化鋯晶體所使用的粉料Zr狀“冷坩堝”中，在中心投入4-6g鋯片或鋯粉用于“引燃”。接通電源，進(jìn)行高頻加熱。約8小時(shí)后，開(kāi)始起燃。起燃1-2分鐘，原料開(kāi)始熔化。先產(chǎn)生了小熔池，然后由小熔池逐漸擴(kuò)大熔區(qū)。在此過(guò)程中，鋯金屬與氧反應(yīng)生成氧化鋯。同時(shí)，紫銅管中通入冷水冷卻，帶走熱量，使外層粉料未熔，形成"冷坩堝熔殼"。待冷坩堝內(nèi)原料完全熔融后，將熔體穩(wěn)定3O-6O分鐘。然后坩堝以每小時(shí)5-15mm的速度逐漸下降，“坩堝”底部溫度先降低，所以在熔體底部開(kāi)始自發(fā)形成多核結(jié)晶中心，晶核互相兼并，向上生長(zhǎng)。只有少數(shù)幾個(gè)晶體得以發(fā)育成較大的晶塊。晶體生長(zhǎng)完畢后，慢慢降溫退火一段時(shí)間，然后停止加熱，冷卻到室溫后，取出結(jié)晶塊，用小錘輕輕拍打，一顆顆合成立方氧化鋯單晶體便分離出來(lái)。整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程約為2O小時(shí)。每一爐最多可生長(zhǎng)6Okg晶體，未形成單晶體的粉料及殼體可回收再次用于晶體生長(zhǎng)。生長(zhǎng)出的晶塊呈不規(guī)則柱狀體，無(wú)色透明，肉眼見(jiàn)不到包裹體和氣泡。2023/7/3165

（3）生產(chǎn)工藝2023/9/366

合成立方氧化鋯晶體易于著色，對(duì)于彩色立方氧化鋯晶體的生長(zhǎng)，需要在氧化鋯和穩(wěn)定劑的混合料中加入著色劑。將無(wú)色合成立方氧化鋯晶體放在真空下加熱到2000℃進(jìn)行還原處理，還能得到深黑色的合成立方氧化鋯晶體。合成立方氧化鋯晶體顏色及著色劑見(jiàn)下表。2023/7/3166合成立方氧化鋯晶體易于著色，對(duì)2023/9/367合成立方氧化鋯晶體顏色及著色劑摻質(zhì)

成

分占總重量百分比晶體顏色Ce2O30.15紅色Pr2O30.1黃色Nd2O32.0紫色Ho2O30.13淡黃色Er2O30.1粉紅色V2O50.1黃綠色Cr2O30.3橄欖綠色Co2O30.3深紫色CuO0.15淡綠色Nd2O3+Ce2O30.09+0.15攻瑰紅色Nd2O3+CuO1.1+1.1淡藍(lán)色Co2O3+CuO0.15+1.0紫藍(lán)色Co2O3+V2O50.08+0.08棕色2023/7/3167合成立方氧化鋯晶體顏色及著色劑摻質(zhì)2023/9/3682023/7/31682023/9/369合成立方氧化鋯(CZ)2023/7/3169合成立方氧化鋯(CZ)2023/9/370（4）合成立方氧化鋯中的鑒定特征

合成立方氧化鋯常被用作鉆石的仿制品。因此，合成立方氧化鋯晶體的性質(zhì)及特征，就是合成立方氧化鋯的鑒別特征。1）合成立方氧化鋯的生長(zhǎng)特征由于冷坩堝法生長(zhǎng)合成立方氧化鋯晶體時(shí)不使用金屬坩堝，而是用晶體原料本身作為坩堝，因此合成立方氧化鋯晶體中不含金屬固體包體，也沒(méi)有礦物包體。生長(zhǎng)過(guò)程中沒(méi)有晶體的旋轉(zhuǎn)，也沒(méi)有弧形生長(zhǎng)紋。一般來(lái)說(shuō)，合成立方氧化鋯的大多數(shù)晶體內(nèi)部潔凈。只有少數(shù)晶體可能會(huì)因冷卻速度過(guò)快而產(chǎn)生氣體包體或裂紋。還有些靠近熔殼的合成立方氧化鋯晶體內(nèi)有未完全熔化的面包屑狀的氧化鋯粉末。偶見(jiàn)旋渦狀內(nèi)部特征。2023/7/3170（4）合成立方氧化鋯中的鑒定特征2023/9/371合成立方氧化鋯中的未熔粉末合成立方氧化鋯中的氣泡2023/7/3171合成立方氧化鋯中的未熔粉末合成立方氧化2023/9/3722）合成立方氧化鋯的物理化學(xué)特征

晶體結(jié)構(gòu)：立方結(jié)構(gòu)。硬度：8-8.5。用維氏顯微硬度計(jì)測(cè)量平均值為1384kg/mm。密度：5.6-6.0g/cm3。斷口：貝殼狀斷口。折射率：2.15-2.18，略低于鉆石(2.417)。色散：0.060-0.065，略高于鉆石(0.044)。光澤：亞金剛-金剛光澤。吸收光譜：無(wú)色透明者在可見(jiàn)光區(qū)有良好的透過(guò)率；彩色者可有吸收峰，對(duì)紫外光均有強(qiáng)烈的吸收?？娠@稀土光譜。熒光：多數(shù)晶體在長(zhǎng)波紫外線照射下發(fā)出黃橙色熒光，在短波下發(fā)出黃色熒光。而有些晶體只在短波下有熒光反應(yīng)，有些甚至不發(fā)光。化學(xué)性質(zhì)：非常穩(wěn)定，耐酸、耐堿、抗化學(xué)腐蝕性良好。2023/7/31722）合成立方氧化鋯的物理化學(xué)特征2023/9/3734.區(qū)域熔煉法區(qū)域熔煉法是上個(gè)世紀(jì)50年代初期發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)合成技術(shù)，此技術(shù)主要為半導(dǎo)體工業(yè)提供高純度的晶體。之后，人們利用這一技術(shù)將數(shù)百種有機(jī)、無(wú)機(jī)結(jié)晶材料提純或轉(zhuǎn)化成了單晶，這項(xiàng)技術(shù)也用于寶石材料的人工合成。目前該技術(shù)主要用于工業(yè)用人工結(jié)晶材料的提純和轉(zhuǎn)化，較少用于合成寶石。（1）區(qū)域熔煉法合成寶石的基本原理在進(jìn)行區(qū)域熔煉過(guò)程中，物質(zhì)的固相和液相在密度差的驅(qū)動(dòng)下，物質(zhì)會(huì)發(fā)生輸運(yùn)。因此，通過(guò)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(zhì)或相。利用一個(gè)或數(shù)個(gè)熔區(qū)在同一方向上重復(fù)通過(guò)原料燒結(jié)以除去有害雜質(zhì)；利用區(qū)域熔煉過(guò)程有效地消除分凝效應(yīng)，也可將所期望的雜質(zhì)均勻地?fù)饺氲骄w中去，并在一定程度上控制和消除位錯(cuò)、包裹體等結(jié)構(gòu)缺陷。

即將原料(一般是燒結(jié)棒,但也可以是粉末)緩慢地通過(guò)高于該原料熔點(diǎn)的溫度區(qū),使它們?nèi)廴诓㈦S后重新結(jié)晶。2023/7/31734.區(qū)域熔煉法2023/9/374（2）生產(chǎn)工藝

區(qū)域熔煉法通常分兩種，一種是有容器的區(qū)域熔煉法，另一種是無(wú)容器的區(qū)域熔煉法。寶石晶體的生長(zhǎng)通常采用無(wú)容器區(qū)域熔煉法，也稱“浮區(qū)熔煉法”。浮區(qū)熔煉法的工藝條件：

浮區(qū)熔煉法的工藝過(guò)程是：把原料先燒結(jié)或壓制成棒狀，然后用兩個(gè)卡盤(pán)將兩端固定好。將燒結(jié)棒垂直地置入保溫管內(nèi)，旋轉(zhuǎn)并下降燒結(jié)棒(或移動(dòng)加熱器)。燒結(jié)棒經(jīng)過(guò)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(dāng)燒結(jié)棒緩慢離開(kāi)加熱區(qū)時(shí)，熔體逐漸緩慢冷卻并發(fā)生重結(jié)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(yīng)加熱)。電子束加熱方式具有熔化體積小、熱梯度界限分明、熱效率高、提純效果好等優(yōu)點(diǎn)，但由于該方法僅能在真空中進(jìn)行，所以受到很大的限制。目前感應(yīng)加熱在浮區(qū)熔煉法合成寶石晶體中應(yīng)用最多，它既可在真空中應(yīng)用，也可在任何惰性氧化或還原氣氛中進(jìn)行。

2023/7/3174（2）生產(chǎn)工藝2023/9/375（3）生產(chǎn)裝置

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(jiàn)圖4-1。感應(yīng)加熱在熔區(qū)中可提供自動(dòng)的電磁攪拌，攬拌的程度取決于所用的頻率、線圈的實(shí)際配置和熔區(qū)的長(zhǎng)度，還可通過(guò)檢測(cè)熱損耗值或材料導(dǎo)電率的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)熔區(qū)直徑的自動(dòng)控制。移動(dòng)原料燒結(jié)棒（或移動(dòng)加熱器），使燒結(jié)棒自上而下逐步被加熱熔化。熔區(qū)內(nèi)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(zhuǎn)燒結(jié)棒，熱源逐漸從燒結(jié)棒一端移至一端，直至整個(gè)燒結(jié)棒變成寶石單晶。重復(fù)該過(guò)程，可使晶體進(jìn)一步得到精煉和提純。區(qū)域熔煉法設(shè)備圖解2023/7/3175（3）生產(chǎn)裝置區(qū)域熔煉法設(shè)備圖解2023/9/376（4）主要產(chǎn)品

采用無(wú)容器區(qū)域熔煉法，也稱“浮區(qū)熔煉法”生長(zhǎng)的寶石晶體有合成變石、合成紅寶石、釔鋁榴石等。2023/7/3176（4）主要產(chǎn)品2023/9/377合成紅寶石晶體主要采用焰熔法制造，在純凈的Al203中加入了色素離子所合成。無(wú)裂紋，透明，玻璃光澤，硬度9。顏色均一，放大可見(jiàn)弧形生長(zhǎng)環(huán)帶或色帶，以及圓形氣泡和圓形氣泡群，這是與天然紅寶石的區(qū)別。

2023/7/3177合成紅寶石晶體主要采用焰熔法制造，在純2023/9/378（5）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(zhì)的污染。該技術(shù)能精煉和提純晶體，所以晶體中很少出現(xiàn)包裹體和生長(zhǎng)紋，晶體的質(zhì)量較高。該方法合成的寶石顏色純度較高，內(nèi)部潔凈。通常熒光強(qiáng)于相對(duì)應(yīng)的天然寶石的熒光；分光鏡下吸收譜線簡(jiǎn)單清晰；寶石表面加工不夠精細(xì)，常出現(xiàn)“火痕”等。對(duì)于人造釔鋁榴石晶體，由于沒(méi)有天然的對(duì)應(yīng)寶石，可根據(jù)其物理化學(xué)性質(zhì)予以鑒別。由于晶體生長(zhǎng)過(guò)程中工藝條件的突變，也會(huì)合成出質(zhì)量較差的寶石晶體。其特征是:生長(zhǎng)紋混亂、晶體顏色不均勻、甚至出現(xiàn)氣泡等。因?yàn)閰^(qū)域熔煉法制作成本昂貴，真正商業(yè)化生產(chǎn)的高質(zhì)量的合成寶石并不多見(jiàn)。因此，對(duì)于此類合成寶石的研究和報(bào)道也較少見(jiàn)。2023/7/3178（5）區(qū)域熔煉法合成寶石的鑒別2023/9/379釔鋁榴石(YAG)主要鑒定特征：

釔鋁榴石多數(shù)是無(wú)色的,但加入致色元素后可以制出綠(加鉻)、黃(加鈦)、紅(加鎂)、藍(lán)(加鈷)和紫(加釹)的釔鋁榴石,釔鋁榴石呈各向同性,折射率為1.83,比重為4.55,色散為0.028,硬度為8－8.5,金剛光澤。

一種仿鉆石的極好材料。評(píng)價(jià)：

內(nèi)部干凈，曾輝煌過(guò)一段時(shí)間。DI接近于鉆石，強(qiáng)玻璃光澤，有時(shí)可見(jiàn)金剛光澤，硬度高，但色散低。由于DI低、色散弱，故合成了GGG。2023/7/3179釔鋁榴石(YAG)主要鑒定特征：2023/9/380釔鋁榴石這是一種仿鉆石的極好材料，微均質(zhì)體，亞金剛光澤，硬度8-8.5，色散柔和，與金剛石相似。但其比重比鉆石大，硬度稍低，觀察刻面寶石的腰圍處，釔鋁榴石中可見(jiàn)磨盤(pán)留下的斜擦痕，而鉆石則呈毛玻璃狀。2023/7/3180釔鋁榴石這是一種仿鉆石的極好材料，微均2023/9/381（二）從溶液中結(jié)晶

原料→加熱→溶解（遷移、反應(yīng)）→過(guò)飽和→析出結(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，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（即熔鹽）與熱液等。從溶液中生長(zhǎng)晶體的方法主要有助熔劑法和水熱法。2023/7/3181（二）從溶液中結(jié)晶2023/9/3821.助熔劑法，即熔劑法（1）基本原理將高熔點(diǎn)的固體加熱熔融,用作為液體熔劑，使需合成的晶體在熔劑中結(jié)晶。

助熔劑法是將組成寶石的原料在高溫下溶解于低熔點(diǎn)的助熔劑中，使之形成飽和溶液，然后通過(guò)緩慢降溫或在恒定溫度下蒸發(fā)熔劑等方法，使熔融液處于過(guò)飽和狀態(tài)，從而使寶石晶體析出生長(zhǎng)的方法。助熔劑通常為無(wú)機(jī)鹽類，故也被稱為鹽熔法或熔劑法。

助熔劑法根據(jù)晶體成核及生長(zhǎng)的方式不同分為兩大類：自發(fā)成核法和籽晶生長(zhǎng)法。2023/7/31821.助熔劑法，即熔劑法2023/9/3831）自發(fā)成核法

按照獲得過(guò)飽和度方法的不同助熔劑法又可分為緩冷法、反應(yīng)法和蒸發(fā)法。這些方法中以緩冷法設(shè)備最為簡(jiǎn)單，使用最普遍。

緩冷法是在高溫下，在晶體材料全部熔融于助熔劑中之后，緩慢地降溫冷卻，使晶體從飽和熔體中自發(fā)成核并逐漸成長(zhǎng)的方法。2）籽晶生長(zhǎng)法

籽晶生長(zhǎng)法是在熔體中加入籽晶的晶體生長(zhǎng)方法。主要目的是克服自發(fā)成核時(shí)晶粒過(guò)多的缺點(diǎn)，在原料全部熔融于助熔劑中并成為過(guò)飽和溶液后，晶體在籽晶上結(jié)晶生長(zhǎng)。2023/7/31831）自發(fā)成核法2023/9/384

根據(jù)晶體生長(zhǎng)的工藝過(guò)程不同，籽晶生長(zhǎng)法又可分為以下幾種方法:

A.籽晶旋轉(zhuǎn)法：由于助熔劑熔融后粘度較大，熔體向籽晶擴(kuò)散比較困難，而采用籽晶旋轉(zhuǎn)的方法可以起到攪拌作用，使晶體生長(zhǎng)較快，且能減少包裹體。此法曾用于生長(zhǎng)"卡善"紅寶石。

B.頂部籽晶旋轉(zhuǎn)提拉法:這是助熔劑籽晶旋轉(zhuǎn)法與熔體提拉法相結(jié)合的方法。其原理是:原料在坩堝底部高溫區(qū)熔融于助熔劑中，形成飽和熔融液，在旋轉(zhuǎn)攪拌作用下擴(kuò)散和對(duì)流到頂部相對(duì)低溫區(qū)，形成過(guò)飽和熔液，在籽晶上結(jié)晶生長(zhǎng)晶體。隨著籽晶的不斷旋轉(zhuǎn)和提拉，晶體在籽晶上逐漸長(zhǎng)大。該方法除具有籽晶旋轉(zhuǎn)法的優(yōu)點(diǎn)外，還可避免熱應(yīng)力和助熔劑固化加給晶體的應(yīng)力。另外，晶體生長(zhǎng)完畢后，剩余熔體可再加晶體材料和助熔劑繼續(xù)使用。2023/7/3184

根據(jù)晶體生長(zhǎng)的工藝過(guò)程不同，2023/9/385C.底部籽晶水冷法：助熔劑揮發(fā)性高，頂部籽晶生長(zhǎng)難以控制，晶體質(zhì)量也不好。為了克服這些缺點(diǎn)，采用底部籽晶水冷技術(shù)，則能獲得良好的晶體。水冷保證了籽晶生長(zhǎng)，抑制了熔體表面和坩堝其它部位的成核。這是因?yàn)樗洳课徊拍苄纬蛇^(guò)飽和熔體，從而保證了晶體在籽晶上不斷成長(zhǎng)。用此法可生長(zhǎng)出質(zhì)量良好的釔鋁榴石晶體。

D.坩堝倒轉(zhuǎn)法及傾斜法：這是兩種基本原理相同的助熔劑生長(zhǎng)晶體的方法。當(dāng)坩堝緩慢冷卻至溶液達(dá)過(guò)飽和狀態(tài)時(shí)，將坩堝倒轉(zhuǎn)或傾斜，使籽晶浸在過(guò)飽和溶液中進(jìn)行生長(zhǎng)，待晶體生長(zhǎng)結(jié)束后，再將坩堝回復(fù)到開(kāi)始位置，使溶液與晶體分離。

E.移動(dòng)熔劑區(qū)熔法：這是一種采用局部區(qū)域熔融生長(zhǎng)晶體的方法。籽晶和晶體原料互相連接的熔融區(qū)內(nèi)含有助熔劑，隨著熔區(qū)的移動(dòng)(移動(dòng)樣品或移動(dòng)加熱器)，晶體不斷生長(zhǎng)，助熔劑被排擠到尚未熔融的晶體原料一邊。只要適當(dāng)?shù)乜刂粕L(zhǎng)速度和必要的生長(zhǎng)氣氛，用這種方法可以得到均勻的晶體。2023/7/3185C.底部籽晶水冷法：助熔劑揮發(fā)性高，頂2023/9/386（2）助熔劑的選擇和工藝特點(diǎn)

助熔劑的選擇是助熔劑法生長(zhǎng)寶石晶體的關(guān)鍵，它不僅能幫助降低原料的熔點(diǎn),還直接影響到晶體的結(jié)晶習(xí)性、質(zhì)量與生長(zhǎng)工藝。

助熔劑有兩類：

一類為金屬，主要用于半導(dǎo)體單晶的生長(zhǎng)；另一類為氧化物和鹵化物（如PbO，PbF2等），主要用于氧化物和離子材料的生長(zhǎng)。

理想的助熔劑的條件：

1）對(duì)晶體材料應(yīng)具有足夠強(qiáng)的溶解能力；

2）具有盡可能低的熔點(diǎn)和盡可能高的沸點(diǎn)；

3）應(yīng)具有盡可能小的粘滯性；

4）在使用溫度下?lián)]發(fā)性要低(蒸發(fā)法除外)；

5）毒性和腐蝕性要小，不易與坩堝材料發(fā)生反應(yīng)；

6）不易污染晶體，不與原料反應(yīng)形成中間化合物；

7）易把晶體與助熔劑分離。

2023/7/3186（2）助熔劑的選擇和工藝特點(diǎn)2023/9/387

常采用的助熔劑：硼、鋇、鉍、鉛、鉬、鎢、鋰、鉀、鈉的氧化物或氟化物，如B2O3，BaO，Bi2O3，PbO，PbF2，MoO3，WO3，Li2O，K2O，KF，Na2O，NaF，Na3AlF6等。在實(shí)際使用中，人們多采用復(fù)合助熔劑，也使用少量助熔劑添加物，通常可以顯著地改善助熔劑的性質(zhì)。合成不同寶石品種采用的助熔劑類型不同。即使合成同一品種的寶石，不同廠家采用的助熔劑種類也不一樣。

2023/7/3187常采用的助熔劑：硼、鋇、鉍、鉛、2023/9/388（3）助熔劑法生長(zhǎng)寶石技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

助熔劑法與其它生長(zhǎng)晶體的方法相比，有著許多突出的優(yōu)點(diǎn)：

1）適用性很強(qiáng)，幾乎對(duì)所有的材料，都能夠找到一些適當(dāng)?shù)闹蹌?，從中將其單晶生長(zhǎng)出來(lái)。

2）生長(zhǎng)溫度低，許多難熔的化合物可長(zhǎng)出完整的單晶，并且可以避免高熔點(diǎn)化合物所需的高溫加熱設(shè)備、耐高溫的坩堝和高的能源消耗等問(wèn)題。

3）對(duì)于有揮發(fā)性組份并在熔點(diǎn)附近會(huì)發(fā)生分解的晶體，無(wú)法直接從其熔融體中生長(zhǎng)出完整的單晶體。

4）在較低溫度下，某些晶體會(huì)發(fā)生固態(tài)相變，產(chǎn)生嚴(yán)重應(yīng)力，甚至可引起晶體碎裂。助熔劑法可以在相變溫度以下生長(zhǎng)晶體，因此可避免破壞性相變。

5）助熔劑法生長(zhǎng)晶體的質(zhì)量比其它方法生長(zhǎng)出的晶體質(zhì)量好。

6）助熔劑法生長(zhǎng)晶體的設(shè)備簡(jiǎn)單，是一種很方便的晶體生長(zhǎng)技術(shù)。2023/7/3188（3）助熔劑法生長(zhǎng)寶石技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

2023/9/389

助熔劑法存在著一定的缺點(diǎn)，歸納起來(lái)有以下四點(diǎn)：

1）生長(zhǎng)速度慢，生長(zhǎng)周期長(zhǎng)。

2）晶體尺寸較小。

3）坩堝和助熔劑對(duì)合成晶體有污染。

4）許多助熔劑具有不同程度的毒性，其揮發(fā)物常腐蝕或污染爐體和環(huán)境。2023/7/3189

助熔劑法存在著一定的缺點(diǎn)，歸納2023/9/390（4）生產(chǎn)裝置

1）合成祖母綠

1940年美國(guó)人CarrollChatham用助熔劑法實(shí)現(xiàn)了合成祖母綠的商業(yè)生產(chǎn).目前世界上祖母綠生產(chǎn)的大公司已經(jīng)發(fā)展到了六、七家，如美國(guó)的查塔姆（Chatham）、Regency、林德（Linde），澳大利亞的畢榮（Biron）、法國(guó)的吉爾森（Gilson）、日本的拉姆拉（Ramaura）俄羅斯的Tairus。年生產(chǎn)祖母綠已經(jīng)達(dá)到了5000kg以上。隨著科技的發(fā)展，各個(gè)生產(chǎn)廠家也在不斷地改進(jìn)合成工藝，如Chatham生產(chǎn)出供銷售的單個(gè)晶體和晶簇。2023/7/3190（4）生產(chǎn)裝置2023/9/391①埃斯皮克(Espig)緩冷法生長(zhǎng)祖母綠晶體

早在1888年和1900年，科學(xué)家們就使用了自發(fā)成核法中的緩冷法生長(zhǎng)出祖母綠晶體的技術(shù)。之后，德國(guó)的埃斯皮克(H.Espig)等人進(jìn)行了深入的研究(于1924-1942年)，并對(duì)助熔劑緩冷法做了許多改進(jìn)，生長(zhǎng)出了長(zhǎng)達(dá)2cm的祖母綠晶體。2023/7/3191①埃斯皮克(Espig)緩2023/9/392A.主要設(shè)備

緩冷法生長(zhǎng)寶石晶體的設(shè)備為高溫馬福爐和鉑坩堝（圖）。合成祖母綠晶體的生長(zhǎng)常采用最高溫度為1650℃的硅鉬棒電爐。爐子一般呈長(zhǎng)方體或圓柱體，要求爐子的保溫性能好，并配以良好的控溫系統(tǒng)。坩堝材料常用鉑，使用時(shí)要特別注意避免痕量的金屬鉍、鉛、鐵等的出現(xiàn)，以免形成鉑合金，引起坩堝穿漏。坩堝可直接放在爐膛內(nèi)，也可埋入耐火材料中，后者有助于增加熱容量、減少熱波動(dòng)，并且一旦坩堝穿漏，對(duì)爐子損害不大。2023/7/3192A.主要設(shè)備

2023/9/393助熔劑法采用的坩鍋和馬福爐2023/7/3193助熔劑法采用的坩鍋和馬福爐2023/9/394B.生長(zhǎng)過(guò)程

首先在鉑坩堝中放入晶體原料和助熔劑，并將坩堝放入高溫電阻爐中加熱，待原料和助熔劑開(kāi)始熔化后，在略高于熔點(diǎn)的溫度下恒溫一段時(shí)間，使所有原料完全熔化。然后緩慢降溫，降溫速度為每小時(shí)0.2-0.5℃，形成過(guò)飽和溶液。電爐頂部溫度稍高于底部溫度，晶體便從坩堝底部結(jié)晶生長(zhǎng)。晶體生長(zhǎng)速度很慢，約每秒6.0×Lo-6cm。主要晶體生長(zhǎng)結(jié)束后，倒出熔融液，所得晶體隨后與坩堝一起重新放回爐中，隨爐溫一起降至室溫。出爐后，將晶體與坩堝一起放在能溶解助熔劑的溶液中，溶去剩余的助熔劑，即可得到生長(zhǎng)的晶體。

2023/7/3194B.生長(zhǎng)過(guò)程2023/9/395

C.工藝條件

原料：合成祖母綠所使用的原料是純凈的綠柱石粉或形成祖母綠單晶所需的純氧化物，成份為BeO、SiO2、AL2O3及微量的Cr2O3。助熔劑：常用的有氧化釩、硼砂、鉬酸鹽、鋰鉬酸鹽和鎢酸鹽及碳酸鹽等。目前多采用鋰鉬酸鹽和五氧化二釩混合助熔劑。2023/7/3195

C.工藝條件

2023/9/396工藝流程：a.將鉑坩堝用鉑柵隔開(kāi)，另有一根鉑金屬管通到坩堝底部，以便不斷向坩堝中加料。b.按比例稱取天然綠柱石粉或二氧化硅（SiO2）、氧化鋁（AL2O3）、和氧化鈹（BeO）、助熔劑和少量著色劑氧化鉻（Cr2O3）。c.原料放入鉑柑鍋內(nèi)，原料SiO2以玻璃形式加入熔劑中，浮于熔劑表面，其它反應(yīng)物AL2O3

、BeO、Cr2O3通過(guò)導(dǎo)管加入到坩堝的底部，然后將坩堝置于高溫爐中。d.升溫至I400℃，恒溫?cái)?shù)小時(shí)，然后緩慢降溫至1000℃保溫。e.通常底部料2天補(bǔ)充一次，頂部料2-4周補(bǔ)充一次。f.當(dāng)溫度升至800℃時(shí)，坩堝底部的AL2O3、BeO、Li2CrO4等已熔融并向上擴(kuò)散，SiO2熔融向下擴(kuò)散。熔解的原料在鉑柵下相遇并發(fā)生反應(yīng)，形成祖母綠分子。g.當(dāng)溶液濃度達(dá)到過(guò)飽和時(shí)，便有祖母綠形成于鉑柵下面懸浮祖母綠晶種上。h.生長(zhǎng)結(jié)束后，將助熔劑傾倒出來(lái)，在鉑坩堝中加入熱硝酸進(jìn)行溶解處理50小時(shí)，待溫度緩慢降至室溫后，即可得干凈的祖母綠單晶。i.生長(zhǎng)速度大約為每月0.33mm。在12個(gè)月內(nèi)可長(zhǎng)出2cm的晶體。2023/7/3196工藝流程：2023/9/397助熔劑法合成祖母綠