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合成宝石和人造宝石 主讲教师：薛秦芳 一、人工宝石的有关概念 人工宝石：完全或部分由人工生产或制造的、用于制作首饰及装饰品的材料。 合成宝石：部分或完全由人工制造的、有天然对应物的晶质或非晶质材料，这些材料的物理性质、化学成分及晶体结构和与其相对应的天然宝石基本相同。 人造宝石：由人工制造的、没有天然对应物的晶质和非晶质材料。 二、从熔体中结晶宝石 从熔体中结晶合成宝石的基本过程： → → → → → 包括： a）焰熔法 b）晶体提拉法 c）冷坩埚法 1.焰熔法(维尔纳叶法 ) （1）基本原理 ? 焰熔法是从熔体中生长单晶体的方法。其原料的粉末在通过高温的氢氧火焰后熔化，熔滴在下落过程中冷却并在种晶上固结逐渐生长形成晶体。 焰熔法合成装置：维尔纳叶炉 供料系统 燃烧系统 生长系统 下降系统 （3）焰熔法合成宝石的品种 焰熔法合成宝石的品种主要有： 合成红宝石、合成蓝宝石、合成星光红宝石、合成星光蓝宝石、合成尖晶石、合成金红石、人造钛酸锶等。 （3）焰熔法合成宝石的识别特征 a.原始晶形 焰熔法合成的宝石原始晶形都是梨形。而天然宝石的晶体形态为一定的几何多面体。 b.包裹体和色带 合成红、蓝宝石中常可见气泡和未熔粉末出现，一般气泡小而圆，或似蝌蚪状；可单独或成群出现； 合成尖晶石中气泡和未熔粉末较少出现，偶尔出现的气泡多为异形。 c. 弧形生长纹 红宝石中常常为细密的弧形生长纹，类似唱片纹； 蓝宝石中色带较粗而不连续； 黄色蓝宝石很少含有气泡，也难见色带。 合成尖晶石很少显示色带。 d. 吸收光谱 合成蓝宝石的光谱见不到天然蓝宝石通常可以见到的蓝区的吸收，或450nm的吸收带十分模糊。 合成蓝色尖晶石显示典型的钴谱（分别位于540、580、635nm的三条吸收带 ），天然蓝色尖晶石显示的是蓝区的吸收带，为铁谱。 e. 荧光 合成蓝宝石有时显示蓝白色或绿白色荧光，天然的为惰性； 合成蓝色尖晶石为强红色荧光，而天然的为惰性。 合成红宝石通常比天然红宝石的红色荧光明显强。 合成星光刚玉与天然星光刚玉的区别 焰熔法合成尖晶石与天然尖晶石的区别 2.晶体提拉法 (丘克拉斯基法 ) （1）基本原理 提拉法是将构成晶体的原料放在坩埚中加热熔化，在熔体表面接种晶提拉熔体，在受控条件下，使种晶和熔体的交界面上不断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出单晶体。 ? 用于合成蓝宝石、红宝石、钇铝榴石、钆镓榴石、变石和尖晶石等重要的宝石晶体。 （2）晶体提拉法工艺 （3）提拉法合成宝石的识别特征 ①弧形生长纹 提拉法生长的宝石晶体，由于提拉和旋转作用，会产生弯曲的弧形生长纹，但不如焰熔法明显。 ②气泡 提拉法合成的晶体，都会含有气体包体，且气泡分布不均匀。提拉法常可见拉长的或哑铃状气泡。 ③金属包体 提拉法合成的宝石是在耐高温的铱、钨或钼金属坩埚中熔化原料的，所以可能含有金属包体。 ④未熔粉末：提拉法生长的宝石晶体原料在高温下加热熔化，偶尔可见未熔化的原料粉末。 ⑤杂质包体：由于原料不纯或配比不当，可对熔体造成污染，形成晶体的杂质包体。 3.冷坩埚法 （1）基本原理 冷坩埚法仅用于生长合成立方氧化锆晶体。由于立方氧化锆的熔点很高，没有适用的金属坩埚，而是采用原料本身作坩埚，使其内部熔化，外部冷却形成一层未熔壳，起到坩埚的作用。熔化的材料在熔体温度逐渐下时结晶。 （2）冷坩埚壳法工艺 冷坩埚法的冷却管和加热装置 冷却水铜管及底座构成的“杯” （3）冷坩埚法合成宝石的鉴别特征 ① 生长特征： 冷坩埚法采用自发结晶的生长方式，所以没有特别的生长结构。 ②包裹体： 含有未完全熔化的面包屑状的氧化锆粉末和因冷却速度过快而产生气体包体。 三、从溶液中结晶宝石 由两种或两种以上的物质组成的均匀混合物称为溶液，溶液由溶剂和溶质组成。合成晶体所采用的溶液包括：低温溶液（如水溶液、有机溶液、凝胶溶液等）、高温溶液（即熔盐）。 溶液中生长宝石晶体的方法：水热法和助熔剂法。 从溶液中结晶合成宝石的基本过程： → →