宝石的优化处理和对比特性
第一节 合成和人造宝石的概念
一、合成宝石
二、人造宝石
三、人工宝石
四、再造宝石和仿制宝石
随着科学技术的发展，人民生活水平不断提高，人类对宝石的需求也逐渐增加。天然宝石材料的资源毕竟是有限的，而人工宝石材料能够大批量生产，且价格低廉，故人工宝石材料成为宝石的替代品 ，在市场上也占有一定的份额，随着合成技术进步，合成宝石的特性也越来越接近天然品种，宝石学家不断面临合成宝石的挑战。
一、合成宝石 1.定义
用各种原料通过晶体生长等方法制备的、在化学成分、晶体结构、物理性质上与其天然的对应宝石基本相同的材料。 2.要点
（1）有天然的对应物：例如合成红宝石对应天然红宝石，它们的物理性质、化学成分和原子结构都基本相同。 （2）化学成分、原子结构、物理性质基本相同，但存在一定的差异: 例如天然尖晶石的化学成分上MgO:Al2O3为1比1，而合成尖晶石为1比1.5-3.5。天然尖晶石的折射率为 1.718，合成尖晶石的为1.727。这些差异使得合成宝石的鉴别成为可能。
二、人造宝石
指人工生产的、没有天然对应物的、具有宝石的工艺性能的材料，例如钇铝榴石（Y3Al5O12 ）。
三、人工宝石
合成宝石和人造宝石的统称。
四、再造宝石和仿制宝石
1.再造宝石：将一些天然宝石的碎块、碎屑经人工熔结后制成。常见的有再造琥珀。
2.仿制宝石: 完全或者部分由人工生产的材料，它们模仿天然宝石或者人造宝石的颜色和外观，但不具有所仿宝石的化学成分、物理性质以及晶体结构，如玻璃和塑料做成的仿制品。
第二节从熔体中结晶的方法
一、焰熔法
二、晶体提拉法
三、冷坩埚法
从熔体中生长晶体的方法是最早研究出的合成宝石的方法，也是广泛应用的合成方法。从熔体中生长单晶体的最大优点是生长速率快，大于在溶液中的生长速率，二者速率的差异在10-1000倍。从熔体中生长晶体的方法主要有焰熔法、提拉法和冷坩埚法。从熔体中结晶合成宝石的基本过程是：粉末原料→加热→熔化→冷却→超过临界过冷度→结晶。
一、焰熔法
1.焰熔法最早是1885年由弗雷米（E. Fremy）、弗尔（E. Feil）和乌泽（Wyse）一起，利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“日内瓦红宝石”。后来于1902年弗雷米的助手法国的化学家维尔纳叶（Verneuil）改进并发展这一技术使之能进行商业化生产。因此，这种方法又被称为维尔纳叶法。焰熔法的基本原理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。
2. 焰熔法合成工艺焰熔法合成装置由供料系统、燃烧系统和生长系统组成，合成过程是在维尔纳叶炉（图7-2-1）中进行的。
图7-2-1 维尔纳叶法装置
(1)供料系统三氧化二铝粉末通过焙烧铝铵矾来制备，如果合成红宝石，则需要加入
少量的Cr2O3致色剂，添加量为1-3%，原料的粉末经过充分拌匀后放入料筒。料筒：圆筒状，底部有筛孔，料筒中部贯通有一根震动装置使粉末少量、等量、周期性地从筛孔漏出。
（2）燃烧系统氧气管：从料筒一侧释放出氧气，与原料粉末一同下降；氢气管：在火焰上方喷嘴处与氧气混合燃烧，氢氧燃烧温度为2500℃，Al2O3的熔点为2050℃。通过控制管内流量来控制氢氧比例，使之为O2:H2=1:3。冷却套：吹管至喷嘴处有一冷却水套，保证火焰以上的氢氧气管道不被熔化。
（3）生长系统燃烧室和保温炉：用耐火砖砌成，作为燃烧室，并保持温度，近上部有一个观察孔，可了解晶体生长情况。Al2O3粉末经过氢氧火焰熔融并落在下方的种晶棒上。旋转平台：安置种晶棒，边旋转、边下降，落下的熔滴在种晶上冷却结晶，通过控制下降速度使晶体扩大生长直径，达到一定的尺寸后，以均匀的速度边旋转边下降，使晶体得以等径生长。梨晶：长出的晶体形态类似梨形，故称为梨晶（图7-2-2）。梨晶大小通常为长23cm，直径2.5-5cm。生长速度：1厘米/小时，一般6小时完成即可完成生长。
图7-2-2 焰熔法生长的各种梨晶
因为生长速度快，内应力很大，停止生长后，应该轻轻敲击，让它沿纵向裂开成两半以释放内应力，避免以后产生裂隙。
（4）焰熔法的特点：
生长速度快、设备简单、产量大、便于商业化。世界上每年用此法合成的宝石大于10亿克拉。但用此方法合成的晶体缺陷多，往往达不到功能材料（如光电材料）的要求，多用于宝石。
3. 焰熔法合成宝石的品种焰熔法合成宝石的品种主要有：合成刚玉、合成尖晶石、合成金红石、钛酸锶等多种品种。合成的刚玉族宝石有多种的颜色，致色剂和天然的可以不同：合成红宝石：加入1-3% 的Cr2O3；合成蓝宝石：加入TiO2和FeO，但Ti和Fe 的逸散作用，使合成蓝宝石常常有无色核心和蓝色表皮；粉红色和紫红色：加入Cr、Ti、Fe等致色元素；黄色：加入Ni和Cr致色元素；变色：加入V（和Cr）；显紫红色到蓝紫色的变色效应；星光：加入0.l一0.3%的TiO2，然后通过在l300度下恒温24小时，使TiO2成针状的金红石析出，产生星光效应。
4.焰熔法合成宝石的识别特征（1）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。市场上也出现过将焰熔法合成的梨晶破碎，再经过滚筒磨成毛料，来仿冒天然原石。（2）包裹体和色带
图7-2-3 焰熔法合成红宝石中的气泡及弯曲生长纹
合成红、蓝宝石中常可见气泡和未熔粉末。气泡一般小而圆，或似蝌蚪状，可单独或成群出现（图7-2-3）；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。
（3）弯曲生长纹红宝石中常见低反差的弧形生长纹，类似唱片纹（图7-2-3）；蓝宝石的弯曲生长纹较粗而不连续；黄色蓝宝石很少含有气泡，也难见到生长纹。天然红宝石和蓝宝石都显示直或角状或六方色带。合成尖晶石很少显示色带。
（4）吸收光谱合成蓝宝石缺失450nm的吸收带；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。（5）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的红色荧光，而天然的也为惰性。合成红宝石通常比天然红宝石的红色荧光明显强。
图7-2-4合成刚玉帕拉图
（6）帕拉图法浅色的合成蓝宝石看不到弯曲生长纹，可用这一方法。将样品浸于盛有二碘甲烷的玻璃器皿中，在显微镜下沿光轴方向加上正交偏光片观察，合成蓝宝石可以观察到两组夹角为120度的结构线（图7-2-4）。
（7）红、蓝宝石的加工质量方面鉴别天然合成红、蓝宝石的加工质量通常较为精细，其台面通常垂直光轴，以显示最好的颜色。合成红、蓝宝石梨晶的长轴方向与光轴方向夹角为60度，为了充分利用原料，其台面通常会平行长轴方向切磨（图7-2-5）。所以合成刚玉在台面通常都可见多色性，而天然的则不然。焰熔法合成星光蓝宝石与天然星光蓝宝石的鉴别列于表7-2-1。
（8）异常双折射
焰熔法合成尖晶石与天然尖晶石的区别见表7-2-2，图7-2-6为合成尖晶石的斑纹状消光。焰熔法合成尖晶石与天然尖晶石的区别列于表7-2-2 。
图7-2-5 焰熔法合成刚玉梨晶与切磨方向示意图图7-2-6 焰熔法合成尖晶石的斑纹状消光
表7-2-1合成星光刚玉与天然星光刚玉的区别
合成星光刚玉天然星光刚玉
内含物大量气泡和未熔粉末；金红石
针极其微小，难以辨认；弯曲
色带明显各种晶体包体、气液包体、指纹状包体；金红石针较粗，易识别；直角状或六方色带
星带外观特征
星光浮于表面，星线直、匀、细，连续性好；中心无宝光星光发自内部深处；星线中间粗，两端细，可不连续；中心有宝光
表7-2-2 焰熔法合成尖晶石与天然尖晶石的区别
合成尖晶石天然尖晶石
内含物包体少，偶有气泡，形态狭长
或异形；色带少见，仅见于红
色尖晶石中气液包体常见晶体包体：尤其是八面体形色带少见
折射率 1.727
红色合成尖晶石例外1.714-1.718,
高铬的红色尖晶石: 1.74 镁锌尖晶石: 1.715-1.80 锌尖晶石: 1.80
相对密度 3.63，
红色尖晶石：3.60-3.66；
仿青金岩的烧结蓝色尖晶石：
3.52
3.60
吸收光谱蓝色者：Co谱,540, 580和
635nm处有吸收带；
红色：红区只有一条荧光光谱蓝色者：Fe谱，蓝区458nm 有吸收带；
红色者：红区5条—管风琴状
线 浅黄绿色：445nm ，422nm 线 荧光谱线（交叉滤色镜下观察）
紫外荧光和滤色镜
无色者：SW 下强蓝白色； 蓝色者：SW ：红色或蓝白色，滤色镜下变红 红色：红色荧光，滤色镜下变红 无色：惰性 蓝色：惰性，滤色镜下不变红 红色：红色荧光，滤色镜下变红 F ．正交偏光镜
斑纹状消，红色尖晶石例外
全消光
二、晶体提拉法
提拉法又称丘克拉斯基法，是丘克拉斯基(J.Czochralski)在1917年发明的。这种方法能够生长无色蓝宝石、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。20世纪60年代，提拉法进一步发展为一种更为先进的定型晶体生长方法—熔体导模法。它是控制晶体形状的提拉法，即直接从熔体中拉制出具有各种截面形状晶体，它不仅免除了工业生产中对人造晶体所带来的繁重的机械加工，还有效的节约了原料。
图 7-2-7 提拉法合成装置
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，调整炉内温度场，使熔体上部处于过冷状态；然后在种晶杆上安放一粒种晶，让种晶接触熔体表面，待种晶表面稍熔后，提拉并转动种晶杆，使熔体处于过冷状态而结晶于种晶上，在不断提拉和旋转过程中生长出圆柱状晶体。
2. 提拉法合成工艺 晶体提拉法的装置由五部分组成（图7-2-7）：
(1)加热系统 加热系统由加热、保温、控温三部分构成。最常用的加热装置分为电阻加热和高频 线圈加热两大类。电阻加热方法简单，容易控制。 保温装置通常采用金属材料以及耐 高温材料等做成的热屏蔽罩和保温隔热层，如用电阻炉生长钇铝榴石、刚玉时就采用 该保温装置。控温装置主要由传感器、控制器等精密仪器进行操作和控制。
(2)坩埚 作坩埚的材料要求化学性质稳定、纯度高，高温下机械强度高，熔点要高于原料的熔点200℃左右。常用的坩埚材料为铂、铱、钼、石墨、二氧化硅或其他高熔点氧化物。
(3)传动系统和种晶夹 为了获得稳定的旋转和升降，传动系统由种晶杆、坩埚轴和升降系统组成。 种晶夹和种晶杆用来装夹种晶。种晶要求选用无位错或位错密度低的相应单晶。
(4)气氛控制系统 不同晶体常需要在各种不同的气氛里进行生长。如钇铝榴石和刚玉晶体需要在氩气气氛中进行生长。该系统由真空装置和充气装置组成。 (5)后热器 放在坩埚的上部，生长的晶体经提拉逐渐进入后热器，在后热器中冷却至室温。后热器的主要作
用是调节晶体和熔体之间的温度梯度，控制晶体的直径，避免组分过冷现象引起晶体破裂。
3. 提拉法合成宝石的工艺过程晶体提拉法生长的宝石品种主要有合成红宝石、合成变石、人造钇铝榴石等，以红宝石的合成为例：原料：Al2O3和1-3%的Cr2O33；加热：高频线圈加热到2050℃以上；屏蔽装置：抽真空后充入惰性气体，使生长环境中保持所需要的气体和压强。将原料装入铱、钨或钼坩埚中。坩埚上方的提拉杆的下端的种晶夹具上装一粒定向的红宝石种晶。将坩埚加热到原料熔化。再降低提拉杆使种晶插入到熔体表层,熔去少量种晶以清洁种晶的表面，在种晶与熔体充分沾润后，缓慢向上提拉和转动晶杆。控制好拉速和转速，同时缓慢地降低加热功率，种晶直径就逐渐扩大。小心地调节加热功率，实现宝石晶体的缩颈-扩肩-等径-收尾的生长全过程。
图7-2-8 提拉法合成红宝石的弯曲生长纹
4.提拉法合成宝石的识别特征
(1)弧形生长纹：由于提拉和旋转作用，会产生弯曲的弧形生长纹(图7-2-8)。导模法生长晶体时晶体不旋转，因而没有弯曲生长纹。
(2)气泡：提拉法和导模法合成的晶体都会含有分布不均匀的气泡，常为拉长的或哑铃状。
(3)金属包体：铱、钨或钼等金属坩埚被熔化后形成的包裹体。
(4)未熔粉末：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对熔体造成污染，形成杂质包体。
(6)不均匀生长条纹：在晶体的生长过程中，由于固液界面产生的振动或温度的波动，因而形成晶体不均匀的生长条纹。
三、冷坩埚法
图7-2-9 冷坩埚法的冷却管和加热装置
冷坩埚法是生产合成立方氧化锆晶体的方法。该方法是俄罗斯科学院列别捷夫固体物理研究所的科学家们研制出来的，并于1976年申请了专利。由于合成立方氧化锆的外观和钻石相似，无色的合成立方氧化锆迅速而成功的取代了其他的钻石仿制品，成为钻石首选的代用
品。合成立方氧化锆易于掺杂着色，可获得各种颜色鲜艳的晶体，因此受到了宝石商和消费者的欢迎。
1. 冷坩埚法生长晶体的原理冷坩埚法是一种从熔体中生长晶体的技术，仅用于生长合成立方氧化锆晶体，由于合成立方氧化锆的熔点最高为2750℃,几乎没有什么材料可以用做承受如此高温的坩埚。冷坩埚法的特点是晶体不在高熔点的金属坩埚生长，而是用原料本身作坩埚，使其内部熔化，外部则装有冷却装置，形成一层未熔壳，起到坩埚的作用。内部已熔化的晶体材料，依靠坩埚下降脱离加热区，熔体温度逐渐下降并结晶长大。
图7-2-10 冷却水铜管及底座构成的“杯”
2. 冷坩埚法工艺
(1)冷坩埚
该方法将紫铜管排列成圆杯状“坩埚”（图7-2-9），外层的石英管套装高频线圈，紫铜管用于通冷却水，杯状“坩埚”（图7-2-10）内堆放氧化锆粉末原料。高频线圈处于固定位置，而冷坩埚连同水冷底座均可以下降。
(2)加热装置和方法
冷坩埚技术用高频电磁场进行加热，而这种加热方法只对导电体起作用。冷坩埚法的晶体生长装置采用“引燃”技术，将金属的锆片放在“坩埚”内的氧化锆材料中，高频电磁场加热时，金属锆片升温熔融为一个高温小熔池（图7-2-11），形成大于1200℃的高温区，氧化锆在1200℃以上时便有良好的导电性能，在高频电磁场下导电和熔融，并不断扩大熔融区，直至氧化锆粉料除熔壳外全部熔融。
图7-2-11 冷坩埚壳熔法生长晶体的装置 1 熔壳盖；2 石英管； 3 通冷却水的铜管；
4 高频线圈（RF）；
5 熔体；
6 晶体；
7 未熔料；
8 通冷却水底座
（3）稳定剂
氧化锆在不同的温度下，呈现不同的相态。自高温相向低温相，氧化锆从立方相构型向六方、四方至单斜转变。常温下立方氧化锆不能稳定存在，会转变为单斜结构相。所以在晶体生长的配料中加入Y2O3作为稳定剂，最少加入量为1O%的摩尔数。过少则会有四方相出现，表现为有乳白状混浊，过多则晶体易带色，降低晶体的硬度，并且造成不必要的成本上升。 3. 冷坩埚法晶体生长的工艺过程首先将ZrO2与稳定剂Y2O3按摩尔比9：1的比例混合均匀，装入紫铜管围成的杯，在中心投入4-6g锆片或锆粉用于“引燃”。接通电源进行高频加热，约8小时后开始起燃。起燃1-2分钟，原料开始熔化，先产生了小熔池，然后由小熔池逐渐扩大熔区。在此过程中，锆金属与氧反应生成氧化锆。同时，紫铜管中通入冷水冷却，带走热量，使外层粉料未熔，形成“冷坩埚熔壳”。待冷坩埚内原料完全熔融后，保持温度稳定30-60分钟。然后坩埚以每小时5-15mm的速度逐渐下降，“坩埚”底部温度先降低，在熔体底部开始自发形成多核结晶中心，晶核互相兼并，只有少数几个晶体得以发育成较大的晶块。晶体生长完毕后，慢慢降温退火一段时间，然后停止加热，冷却到室温后，取出结晶块，用小锤轻轻拍打，分离出合成立方氧化锆单晶体。整个生长过程约为20小时。
（3）合成立方氧化锆的颜色在氧化锆和稳定剂的混合料中加入着色剂生成各种颜色的合成立方氧化锆晶体，合成立方氧化锆晶体颜色及着色剂见表7-2-3。将无色合成立方氧化锆晶体放在真空下加热到2000℃进行还原处理，还能得到深黑色的合成立方氧化锆晶体。表7-2-3 合成立方氧化锆晶体颜色及着色剂
掺质成分占总重量百分比晶体颜色
Ce2O3 0.15 红色
Pr2O3 0.1 黄色
Nd2O3 2.0 紫色
Ho2O3 0.13 淡黄色
Er2O3 0.1 粉红色
V2O5 0.1 黄绿色
Cr2O3 0.3 橄榄绿色
Co2O3 0.3 深紫色
CuO 0.15 淡绿色
Nd2O3+Ce2O3 0.09+0.15 攻瑰红色
Nd2O3+CuO 1.1+1.1 淡蓝色
Co2O3+CuO 0.15+1.0 紫蓝色
Co22O3+V2O5 棕色
4.冷坩埚法合成宝石的鉴别特征
目前，冷坩埚法合成的宝石只有合成立方氧化锆一种。
(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。合成立方氧化锆晶体的生长过程中没有晶体的旋转，也没有弧形生长纹。
(2)(2)包裹体：不使用金属坩埚，因此合成立方氧化锆晶体中不含金属固体包体。个别情况含有未完全熔化的面包屑状的氧化锆粉末（图7-2-13）和因冷却速度过快而产生气体包体(图7-2-14)。
图7-2-13 合成立方氧化锆中的粉末图7-2-14 合成立方氧化锆中的气泡
第三节从溶液中结晶的方法
一、水热法
二、助熔剂法
第三节从溶液中结晶的方法
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）。从溶液中生长宝石晶体的方法主要有水热法和助熔剂法。从溶液中结晶合成宝石的基本过程是：原料→加热→溶解（迁移、反应）→过饱和→析出结晶
一、水热法
早在1882年人们就开始了水热法合成晶体的研究, 最早获得成功的是合成水晶。二十世纪上叶，由于军工产品的需要，水热法合成水晶投入了大批量的生产。随后，水热法合成红宝石于1943年由Laubengayer和Weitz首先获得成功，Ervin和Osborn进一步完善了这一技术。1946年奥地利的N.Lechleitner首先成功合成水热法祖母绿，1960年澳大利亚的Johann Lechleitner也研究成功，1965年美国的Linde公司开始水热法合成祖母绿的商业生产。1988年我国有色金属工业总公司广西桂林宝石研究所曾骥良等用水热法合成出质量较好的宝石级祖母绿。九十年代俄罗斯合成出了海蓝宝石、红色绿柱石等其它颜色的绿柱石。
1. 水热法原理水热法是利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶的物质溶解，或反应生成汉有宝石分子的溶液，通过控制高压釜内溶液的温差产生对流，使溶液过饱和而析出溶质生长晶体的方法。这种方法与天然宝石在热液成矿过程中形成的方式非
常相似。 2.水热法工艺（1）高压釜
水热法合成宝石采用的主要装置为高压釜，在高压釜内悬挂种晶，并充填矿化剂。高压釜为可承高温高压的钢制釜体，一般可承受1100℃的温度和109Pa的压力，具有可靠的密封系统和防爆装置。因为具潜在的爆炸危险，故又名“炸弹”。由于内部要装酸、碱性的强腐蚀性溶液，当温度和压力较高时，在高压釜内要装有耐腐蚀的贵金属内衬，如铂金或黄金内衬，以防矿化剂与釜体材料发生反应。也可利用在晶体生长过程中釜壁上自然形成的保护层来防止进一步的腐蚀和污染。如合成水晶时，由于溶液中的SiO2与Na2O和釜体中的Fe 能反应生成一种在该体系内稳定的硅酸铁钠（锥辉石NaFeSi2O6）附着于容器内壁起到保护层的作用。（2）矿化剂矿化剂指的是水热法生长晶体时采用的溶剂，通常可分为五类：①碱金属及铵的卤化物；②碱金属的氢氧化物；③弱酸与碱金属形成的盐类；④强酸；⑤酸类（一般为无机酸）。其中碱金属的卤化物及氢氧化物是最为有效且广泛应用的矿化剂。矿化剂的化学性质和浓度影响物质在其中的溶解度与生长速率。合成红宝石时可采用的矿化剂有NaOH，Na2CO3，NaHCO3+KHCO3，K2CO3 等多种。Al2O3 在NaOH中溶解度很小，而在Na2CO3中生长较慢，采用NaHCO3+KHCO3 混合液效果较好。
图7-15 水热法合成祖母绿装置图
3. 水热法合成祖母绿的工艺过程原料：水晶碎块做为二氧化硅的来源,用铂金网桶挂于高压釜顶部。氧化铬、氧化铝和氧化铍粉末的烧结块，作为铝和铍的来源，放在高压釜底部。矿化剂：国内采用HCl，充填度（充满高压釜内部空间的百分比）80%。种晶：种晶用铂金丝挂于高压釜中部。可用天然或合成的无色绿柱石或祖母绿为原料，种晶沿与柱面斜交角度为350度的方向切取，生长后的晶体为厚板状或柱状，切磨利用率较高。
温度压力：6000C、1000X105Pa
生长过程：电炉在高压釜下部加热，溶解的原料在溶液中对流扩散，相遇并发生反应，形成祖母绿分子，当溶液中祖母绿分子浓度达到过饱和时，便在种晶上析出结晶成祖母绿晶体（图7-15）。
生长速度：每天0.5-0.8mm。
4. 水热法合成宝石的识别特征(1)特征包裹体①铂金片：来自坩埚的贵金属的包体(图7-16)。②硅铍石和钉状包体：水热法合成绿柱石中常见钉状包裹体和硅铍石晶体包体(图7-17)。③面包渣状包裹体：合成水晶中常见，是锥辉石的细小雏晶组成的。
图7-16 水热法合成宝石中的铂金片或枝
图7-17 合成祖母绿中的
钉子形包体及硅铍石晶体包体
（2）生长纹理：
①锯齿状纹理：在合成祖母绿及合成红、蓝宝石中常常显示锯齿状纹理（图7-18）、波状纹理（图7-19）等；
②合成彩色石英的色带：合成彩色水晶常常显示不同与天然品种的色带。合成彩色水晶的色带总是平行种晶片。合成紫晶的种晶片通常平行于菱面体面方向；合成黄水晶的种晶板平行于底轴面。
③表面增生裂纹：以切磨好的天然浅色绿柱石为种晶生长一层薄的合成祖母绿的来改善宝石颜色外观的方法称为水热表面增生或水热镀层。在这种表面增生的祖母绿表面可见明显的龟裂纹（图7-20）；
④种晶片：水热法合成宝石都要使用种晶，所以宝石中常可见到残留的种晶片（图7-21、图7-22）。
7-18 合成祖母绿的锯齿状纹理图
7-19 合成红宝石的波状纹理
图7-20 水热增生祖母绿的表面裂纹
图7-21 合成祖母绿的种晶及多层结构
图7-22 水热法合成蓝宝石中的焰熔法合成红宝石种晶
（3）双晶合成紫（水）晶一般没有复杂的双晶结构，所以通常在正交偏光下显示“牛眼干涉图”（即中空黑十字）。而天然的紫（水）晶常常出现巴西双晶，所以常常见到“螺旋浆状干涉图”。
（4）吸收光谱合成红色绿柱石与天然红色绿柱石明显不同，为典型的钴（Co2+）谱，即530-590之间几个模糊到清晰的吸收带（530nm为中心的中等强度的较窄的吸收带，545nm 和560处2个强的窄带，570nm和590nm处2个弱的窄带）。而天然红色绿柱石450以下和540-580之间的宽的吸收。
（5）红外光谱①合成祖母绿：水热法合成祖母绿的早期产品主要含I型水，不含II型水，后来通过改进工艺使新的产品既含I型水又含II型水，但仍以I型水偏多，而天然祖母绿则以II型水为主。图7-23和图7-24为合成与天然祖母绿的红外光谱图。
②合成水晶：天然无色水晶以3595cm-1和3484cm-1为特征吸收，而合成水晶则缺失这两个吸收带，而以3585cm-1或5200cm-1为特征吸收。③合成紫晶：合成紫晶具有明显的3545谱带，而天然紫晶中这一谱大明显较弱。④合成烟晶：与天然烟晶相比，合成烟晶缺失3595cm-1和3484cm-1的吸收。
图7-23 水热法合成祖母绿的红外光谱图
图7-24 天然祖母绿的红外光谱图
二、助熔剂法
助熔剂法又称熔剂法或熔盐法，它是在高温下从熔融盐熔剂中生长晶体的一种方法。利用助熔剂生长晶体的历史已近百年，现在用助熔剂生长的晶体类型很多，如半导体材料、光学材料、磁性材料、激光晶体、声学晶体，也用于生长宝石晶体，如助熔剂法合成红宝石和祖母绿。
1.助熔剂法的基本原理和方法助熔剂法是将组成宝石的原料在高温下溶解于低熔点的助熔剂中，使之形成饱和溶液，然后通过缓慢降温或在恒定温度下蒸发熔剂等方法，使熔融液过饱和，从而使宝石晶体析出生长的方法。助熔剂通常为无机盐类，故也被称为盐熔法或熔剂法。助熔剂法根据晶体成核及生长的方式不同分为两大类：自发成核法和种晶生长法。
(1)自发成核法按照获得过饱和度方法的不同助熔剂法又可分为缓冷法、反应法和蒸发法。这些方法中以缓冷法设备最为简单，使用最普遍。缓冷法是在高温下，在晶体材料全部熔融于助熔剂中之后，缓慢地降温冷却，使晶体从饱和熔体中自发成核并逐渐成长的方法。
(2)种晶生长法种晶生长法是在熔体中加入种晶的晶体生长方法。主要目的是克服自发成核时晶粒过多的缺点，在原料全部熔融于助熔剂中并成为过饱和溶液后，晶体在种晶上结晶生长。根据晶体生长的工艺过程不同，种晶生长法又可分为以下几种方法: ①种晶旋转法：由于助熔剂熔融后粘度较大，熔体向种晶扩散比较困难，而采用种晶旋转的方法可以
起到搅拌作用，使晶体生长较快，且能减少包裹体。此法曾用于生长"卡善"红宝石。②顶部种晶旋转提拉法:这是助熔剂种晶旋转法与熔体提拉法相结合的方法, 原理是原料在坩埚底部高温区熔融于助熔剂中，形成饱和熔融液，在旋转搅拌作用下扩散和对流到顶部相对低温区，形成过饱和熔液在种晶上结晶生长。随着种晶的不断旋转和提拉，晶体在种晶上逐渐长大。该方法除具有种晶旋转法的优点外，还可避免热应力和助熔剂固化加给晶体的应力。③底部种晶水冷法：助熔剂挥发性高，顶部种晶生长难以控制，为了克服这些缺点，采用底部种晶水冷技术，种晶经水冷温度降低，局部形成过饱和，使晶体晶体在种晶上不断生长，抑制了坩埚其它部位的成核。用此法可生长出质量良好的钇铝榴石晶体。④坩埚倒转法及倾斜法：这是两种基本原理相同的助熔剂生长晶体的方法。当坩埚缓慢冷却至溶液达过饱和状态时，将坩埚倒转或倾斜，使种晶浸在过饱和溶液中进行生长，待晶体生长结束后，再将坩埚回复到开始位置，使溶液与晶体分离。
2.助熔剂法祖母绿的生长工艺 1940年美国人Carroll Chatham用助熔剂法实现了合成祖母绿的商业生产。目前世界上祖母绿生产的大公司有美国的查塔姆（Chatham）、Regency、林德（Linde），澳大利亚的毕荣（Biron）、法国的吉尔森（Gilson）、日本的拉姆拉（Ramaura）、俄罗斯的Tairus。年生产祖母绿已经达到了5000kg以上。
图7-25 助熔剂法采用的坩锅和马福炉
早在1888年和1900年，科学家们就使用了自发成核法中的缓冷法生长出祖母绿晶体的技术。之后，德国的埃斯皮克(H. Espig)等人于1924-1942年，生长出了长达2cm的祖母绿晶体。埃斯皮克(Espig)缓冷法生长助熔剂法合成祖母绿的工艺为：
（1）主要设备缓冷法生长宝石晶体的设备为高温马福炉和铂坩埚（图7-25）。合成祖母绿晶体的生长常采用最高温度为1650℃的硅钼棒电炉。炉子一般呈长方体或圆柱体，要求炉子的保温性能好，并配以良好的控温系统。
坩埚材料常用铂，使用时要特别注意避免痕量的金属铋、铅、铁等的出现，以免形成铂合金，引起坩埚穿漏。坩埚可直接放在炉膛内，也可埋入耐火材料中，后者有助于增加热容量、减少热波动，并且一旦坩埚穿漏，对炉子损害不大。
图7-26 助熔剂法合成祖母绿的装置图
（2）工艺条件原料：合成祖母绿所使用的原料是纯净的绿柱石粉或形成祖母绿单晶所需的纯氧化物，成份为BeO、SiO2、AL2O3及微量的Cr2O3。助熔剂：常用的有氧化钒、硼砂、钼酸盐、锂钼酸盐和钨酸盐及碳酸盐等。目前多采用锂钼酸盐和五氧化二钒混合助熔剂。（3）工艺流程： a.将铂坩埚用铂栅隔开，另有一根铂金属管通到坩埚底部，以便不断向坩埚中加料。 b.按比例称取天然绿柱石粉或二氧化硅（SiO2）、氧化铝（AL2O3)、氧化铍（BeO)、助熔剂和少量着色剂氧化铬（Cr2O3）。 c.原料放入铂柑锅内，SiO2因密度小浮在熔剂表面，其它反应物AL2O3、BeO、Cr2O3通过导管加入到坩埚的底部，然后将坩埚置于高温炉中，底部料2天补充一次，顶部料2-4周补充一次。 d.升温至I400℃，恒温数小时，然后缓慢降温至1000℃保温。 e. 当温度升至800℃时，坩埚底部的AL2O3、BeO、Li2CrO4等已熔融并向上扩散，SiO2熔融向下扩散。熔解的原料在铂栅下相遇并发生反应，形成祖母绿分子。当溶液浓度达到过饱和时，便有祖母绿形成于铂栅下面悬浮祖母绿晶种上。 f.生长速度大约为每月0.33mm，12个月内可长出2cm的晶体。g. 生长结束后，将助熔剂倾倒出来，在铂坩埚中加入热硝酸进行溶解处理50小时，待温度缓慢降至室温后，即可得干净的祖母绿单晶（图7-26）。
3. 助熔剂法生长宝石的鉴别特征
(1)助熔剂残余包体：助熔剂包体的形成与晶体的非稳定生长有关，助熔剂被生长中的晶体包裹，当助熔剂由液相转化为固相时，发生体积收縮，形成气-固两相包体(图7-27、28)。
(2)结晶物质包体：助熔剂中有可能形成其他的晶相，如果被包裹在晶体内部就形成晶体包裹体，如祖母绿晶体内的硅铍石包体。
(3)坩埚金属材料包体：坩埚被融蚀并包裹到晶体中，典型的是六方片状的铂金晶片（图7-29）。
图7-27合成红宝石的助熔剂残余图7-28 合成红宝石的收缩泡图7-29 合成蓝宝石的铂金片
(4)种晶：助熔剂法加种晶生长时，切磨好的宝石中有时可见种晶片残余（图7-30）。
(5)生长条纹：大致平行不规则透镜状的纹理，由组成成分的相对浓度或杂质浓度的周期性变化引起的（图7-31、图7-32）。
(6)杂质成分：助熔剂法生长的晶体往往含有助熔剂的金属阳离子，如合成祖母绿晶体中含有Mo和V，合成红宝石含有Pb、B等。
图7-30 查塔姆合成红宝石的种晶
图7-31 合成红宝石的六方色带
图7-32 拉姆拉合成红宝石中特殊色带和纹理
宝玉石鉴赏之优化处理的概念及历史 2009-07-21 00:41 一、优化处理的概念 1.优化处理的定义 除了切磨抛光以外的任何施加于宝石的加工，这些额外加工的目的通常是为了改善宝石的颜色、净度、亮度、光学效果、耐久性和重量等，使得经过优化处理的宝石的商业价值得到提高。优化处理又可分成优化和处理两大类型。 2.优化类型 改善了宝石的颜色、净度和亮度，但是没有外来物质加入到宝石中、没有明显地改变宝石的安全性的工艺。属于优化的处理类型不多，现在被认可的有：纯粹的加热处理、珍珠和其他有机宝石的漂白、玉石的上蜡处理、祖母绿的浸无色油处理和玛瑙的染色处理。 通常解释这些处理工艺为优化类型的理由有： (1)自然过程的延续，比如加热作用在自然的地质过程中就可能发生。 (2)被珠宝行业公认的传统工艺，比如玉石的上蜡和玛瑙的染色。 3.处理类型 改善了宝石的颜色、净度、亮度、光学效果、耐久性和增加宝石的重量等，但是宝石经过这些工艺处理后，发生了外来物质的加入、形成的特性不稳定、产生了放射性等。 4.优化处理的基本工艺要求 （1）提高宝石外观的美丽程度。 （2）提高宝石的耐久性，或者没有影响宝石的耐久性。 （4）不产生对人体有害的各种作用。 5.优化处理的披露 宝石鉴定行业的惯例认为，宝石经过优化类型的处理的事实可以不必说明，但是经过处理类型的处理则必须说明。但是，现在社会道德观念的发展也影响到职业道德规范的变化，宝石鉴定界开始讨论如何保护顾客的知情权不受到侵害的问题。 二、宝石优化处理方法发展史 宝石的人工改善已有几千年的历史。据国外资料报道，在古埃及国王的墓中就曾出土过公元前1300年的肉红色玉髓，印度亦曾出土有大约公元前2000年前的经加热处理的红玛瑙和玉髓。 最早对宝石人工改善进行系统总结的是C.Pliny（生于公元23年，死于公元79年）。在他编写的37本书中介绍了宝石改善的技术方法，包括贴箔（foil）、油浸法（oiling）、染色（dyeing）和组合宝石（composite stones）。部分技术方法在2000年后的今天仍在应用。1880年，W.B.Dick在《狄克实用配方和工艺过程大全》书中，共收集有6422个配方，其中有对象牙、雪花石膏、大理石等的染色配方，有对琥珀胶结、染色及衬箔等方法，是一本对19世纪以前宝石人工处理的总结性专著。 19世纪是宝石业的大发展时期，从1895年伦琴发明X射线，到γ射线和镭放射被发现之后的十几年中，形成了一股研究射线或粒子束对宝石影响的热潮，至今方兴未艾。1909年，W.Crookes在他关于钻石的书中指出，无色钻石被
第五章宝石的合成与优化 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 1）从熔体中生长宝石的方法 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 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 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 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
优化处理笔记： 一、优化处理的概念 ?定义：优化处理(Enhancement and Treatment of Gemstone)是指除切磨和抛光以外，用于改善珠宝玉石的外观(颜色、净度或特殊现象)、耐久性或可用性的所有方法。 ?优化处理可进一步划分为优化(Enhancement)和处理(Treatment)两类。 ?优化是指“传统的、被人们广泛接受的使珠宝玉石潜在的美显示出来的优化处理方法”。市场上不予声明当做天然宝石出售。 ?常见：热处理、漂白、浸蜡（除绿松石）、浸无色油、染色（玉髓玛瑙） ?处理是指“非传统的，尚不被人们接受的优化处理方法”，如染色处理、辐照处理、表面扩散处理等。属于处理的宝石在市场出售时，必须声明其经过人工处理的真实性。 ?常见：染色、漂白（翡翠）、浸有色油、浸蜡（绿松石）、充填（玻璃、塑料或其它聚合物等硬质材料充填）、辐照、扩散、覆膜、高温高压处理等 一、热处理 ? 1.原理： ?热处理是通过高温条件下改变色素离子的含量和价态，调整晶体内部结构，消除部分内含物等内部缺陷，来改变宝石的颜色和透明度。 ?经常通过产生氧化或还原环境以增强稳定效果。 ? 2.作用： ①改色 ②产生星光 ③去除丝光，提高宝石的透明度和净度 ④诱发裂隙，产生晕彩 ⑤对辐照处理所产生的不必要色心加以去除 ⑥净化 鉴别： ①放大观察：内部包体熔化、晶体圆化，周围裂隙发育 ②颜色出现不均匀的扩散晕或色块。 ③光谱：热处理的蓝色蓝宝石在台式分光镜下观察，缺失450nm吸收带， ④荧光：某些热处理的蓝色蓝宝石在短波紫外光下显示弱的淡绿色或淡蓝色荧光。 ⑤已切磨好的样品表面会产生一些凹凸不平的麻坑。为了消除麻坑而进行的第二次抛 光时，常出现双腰棱、多面腰棱现象。 二、表面扩散处理 方法：在一定的温度下，将磨好的刻面或弧面宝石放入同种物质的粉末中，并加入致色元素，这些元素可向宝石内扩散，以改进宝石的颜色或增加光学效应。 ?用Cr做致色剂时可产生红色扩散层； ?用Fe、Ti做致色剂时可产生蓝色扩散层；用Cr、Ni做致色剂可产生橙黄色扩散层。 2、举例：红宝石、蓝宝石的表面扩散
宝石的优化处理 宝石的优化处理是通过改变宝石的颜色、光学效应或韧度改善宝石外观的过程,它不包括宝石的切磨和抛光 对于优化处理的宝石些已经被市场所接受,可以当作天然宝石出售。例如,斯里兰卡灰白色蓝宝石经加热处理变为蓝宝,坦桑尼亚褐色黝帘石经热处理变为蓝色黝帘石无色黄玉经辐射处理变为蓝色黄玉,以及玛瑙经过染色和熔烧呈现出各种颜色等些处理宝石需注明出售也能被市场接受。如,辐射处理的蓝色钻石,注油的红宝石和祖母绿,染色的翡翠和石英岩等。而一些经处理后带有有害物质的宝石,则不能被公众接受。如带有放射性残余的黄玉等 近年来,随着优质珍贵宝石资源的枯竭,随着新技术新材料的发展,改善宝石品级、丰富宝石市场越来越重要,宝石优化处理工作成为宝石科研的重要课题 常用的宝石优化处理方法有表面处理、染色处理、热处理、辐射处理等 一、表面处理 在透明宝石底部涂上一层颜色或贴上一小块彩色箔,然后采用封闭式背面镶嵌以改善宝石的颜色。在不透明或半透明宝石表面涂上一层蜡,以增加宝石的光泽和色彩
这是一些古老的改色方法,现在有时仍在使用,将浅黄色钻石亭部涂以一弹层蓝色以消色彩:在玻璃仿制品背部涂以不透明涂料增加亮度,将绿松石表面进行蜡处理以改 鉴定时用放大镜仔细观察不难发理各种处理的痕迹,这些处理一旦被去除,将会使宝善光和颜色石的外观发生变化 二、染色处理 这种处理方法常用于多孔的材料或含相当多裂纹和裂隙的宝石,染料可以渗透进宝石被孔隙和裂缝中。 染料可以是有机染料或无机的化合物,前者通过溶剂的挥发而致色,后者经过化学反的孔或裂中应而沉淀,无机染色通常着色耐久,面有机染色颜色鲜艳但会退色 市场上大多数祖母绿都经过油浸染处理,有时是有色油注入其裂隙之中,改善了祖母绿的清晰度和颜色。石英岩、大理岩,玛瑙玉等常染成各种鲜艳的颜色,染色大量出现常常以假乱真,灰玉翻和一些多孔的蛋白石在糖溶液中煮过,经浓硫酸处理后,除去糖中的氢和氧,所剩下的是均匀的黑色的碳,使宝石变为黑玉和黑蛋白石。也可用硝酸银将珍珠染成黑色。 染色处理的品种很多,仔细观察时可能会发现颜色的分布与裂隙和孔度有关,吸收酸银将珍珠染成黑色光谱和紫外荧光可能显示染色剂的存在,查尔斯滤色镜和热针等也可能会发现疑点三、加热处理和扩散处理 加热处理是在高温条件下改变色离子的含量和价态,调整晶
宝石优化处理及方法 摘要： 宝石由于其特殊的魅力，一直为人们所喜爱，随着科技的进步，人们生活水平的日益提高，人们对宝石的需求量越来越大。由于自然界的资源有限，宝石新矿床的发展速度远远低于社会的需求量，完美无瑕的天然产出品极少。由于天然资源的局限，使供需发生矛盾，决定了人们必须要对那些质量不好的天然宝石进行改善，以满足社会对天然宝石的需求。因此，宝石优化处理有着非常重要的意义。常用的宝石优化处理方法有热处理法、扩散处理法、辐照处理法、化学处理法、物理处理法。 关键字： 热处理扩散处理辐照处理化学处理物理处理 一、宝石优化处理的概念 天然宝石的优化处理是指除切磨和抛光以外，用于改善珠宝玉石的外观(颜色、净度或特殊现象)、耐久性或可用性的所有方法。它是宝石学研究的一个重要内容。 优化处理可进一步划分为优化(Enhancement)和处理(Treatment)两类。 优化是指“传统的、被人们广泛接受的使珠宝玉石潜在的美显示出来的优化处理方法”，如加热处理、漂白、浸无色油以及玉髓玛瑙的染色等。市场上不予声明当做天然宝石出售。处理是指“非传统的，尚不被人们接受的优化处理方法”，如染色处理、辐照处理、表面扩散处理等。属于处理的宝石在市场出售时，必须声明其经过人工处理的真实性。 二、宝石优化处理的意义 由于自然界的资源有限，宝石新矿床的发展速度远远低于社会的需求量，完美无瑕的天然产出品极少。由于天然资源的局限，使供需发生矛盾，决定了人们必须要对那些质量不好的天然宝石进行改善，以满足社会对天然宝石的需求。 三、宝石优化处理的方法 （一）、热处理 根据宝石在热处理过程中内部变化的机理将热处理的原理分成以下几类详加说明：（1）、使宝石中致色元素改变而产生颜色的变化。
云南科技信息职业学院 宝石合成及优化处理学习报告 姓名：王桢 学号：11241060 2013年12月12日
宝石合成及优化处理学习报告 随着社会的进步和科学技术的发展，人工合成宝石的方法和手段也在不断增多和更新，有些宝石还可以用多种方法合成。目前，常用的人工合成宝石方法有以下几种：①焰熔法；②冷坩埚法，③晶体提拉法和导模法，④助熔剂法：⑤水热法，⑥高温超高压法；⑦化学沉淀法。 除上述主要方法外，还有一些其他方法，主要是指利用玻璃、陶瓷、塑料或其他工艺制，作人造宝石(如人造玻璃猫眼、人造夜光宝石及用玻璃等材质仿绿松石、仿欧泊、仿琥珀、仿珍珠等)、拼合宝石(蓝宝石拼合石、红宝石拼合石、拼合欧泊和石榴石拼合石等)和再造宝石(再造琥珀)的方法。各种人工合成宝石的方法各有其制作原理、生产工艺和设备的特点。能够生长的宝石晶体有些与天然宝石是相同的，但天然宝石中某些宝石晶体只能在特定的条件下形成，人工的方法尚不能代替。 现今用的最为广泛的是焰熔法，冷坩埚法（仅用于合成立方氧化锆），助溶剂法，水热法，化学沉淀法（CVD钻石薄膜）。 这里我就具体说下焰熔法。 焰熔法：早在1837年M．Gaudin(法国)用明矾加铬酸钾放入有炭黑层的黏土坩埚内熔化而生成片状的刚玉，1877年E．Fremy和Feil(法国)将A12O3熔于PbO 中，用20 天长出小片状红宝石晶体，到1885年，他们俩又与Wyse(瑞士)用天然红宝石粉末加少量铬酸钾，用O2和H2火焰熔化长出了Geneva Rubies(日内瓦红宝石)，但真正的成功是到1890年，法国化学家Vemeuil改进了焰熔技术，并于1900年发表了以Y—A12O3为原料，H2、O2火焰熔化生长出可用晶体的文章。自此，焰熔法被推广到工业中去。 焰熔法除生产合成红宝石外，还生产合成蓝宝石、合成尖晶石和人造钛酸锶等晶体。在人工宝石业中，这种方法及所生长的产品，占有相当重要的位置。 焰熔法也称火焰法，或称维尔纳叶法。顾名思义，它是用火焰把原料熔化在熔体中进行晶体生长的方法是较重要的一种生长宝石的方法。焰熔法生长宝石装置由供料系统、气体燃烧系统、炉体和下降系统等部分组成。 供料系统：添加原料粉末于筛状平底容器中，在振动器有规律的振动下，粉末通过筛底均匀等量地落入氧气流内。 气体燃烧系统：这是熔化粉末的主要部件，氧气和氢气通过燃烧器燃烧，可产生高达2400～2500oC的温度。
天然红宝石与优化合成红宝石 的内含物区别 摘要：详细介绍了天然、合成以及优化处理红宝石中常见的包裹体类型以及相似包裹体的区别特征，表明包裹体在区分天然、合成与优化处理宝石中提供了有力依据，也为今后在对它们进行区分鉴别提供有效信息。 1 背景介绍 随着经济与科学技术的发展，在对优质天然宝石供不应求的情况之下，人造合成宝石和优化处理宝石应运而生，并且不断发展创新。它们无论从数量、质量还是价格上，都占据了巨大的优势，引起珠宝市场上的广泛关注。合成刚玉作为其中一种重要的人造宝石，使众多学者对其各种特征展开了不同深度和层面的研究。 红宝石是最早合成并进行商业化生产的宝石，尤其是在1902年法国科学家维尔纳叶利用焰熔法成功合成红宝石[1]之后，经过多年来技术不断地改进以及人们对刚玉生长环境认识的不断深入，人们模拟红宝石不同的生长环境，合成出了质量优良的红宝石。 由于合成、优化的红宝石晶体在其物理性质、化学成分和晶体结构等方面与所对应的天然红宝石基本相同，即两者具有相近的硬度、比重，相同的双折射率和折射率范围等。常规的参数测定难以达到准确区分天然品与优化合成品的目的。因此，从能够反映生长环境的包裹体着手，找到两者包裹体的特征及差异。 2 天然红宝石的矿床类型 红宝石的矿床有原生矿床和次生矿床两种。原生矿床主要为两种成因：1、岩浆岩型矿床，即在地幔高温高压的条件下形成，并随岩浆喷出地表形成的矿床。 2、变质岩型矿床，即在区域变质或接触变质作用的条件下，由一水硬铝石等变质而来。次生矿床主要是指经过风化、搬运等作用富集形成的矿床。我国的红原生矿床主要为玄武岩型，次生矿床主要是砂矿。 3 天然红宝石中常见的包裹体及其特征 根据1989年国际有色宝石协会（简称ICA）在曼谷召开的年会对红、蓝宝
宝石人工优化处理方法及检测 一、高温热处理 高温热处理是把天然宝石置于高温环境中，并在一定的气氛 条件下进行处理，促使宝石的特征向人们所希望的方向转变。 如致色离子含量和价态的转变可以改善宝石的颜色，宝石内 部包裹体溶解可以提高透明度，固溶体的出溶以及某些物质 通过表面扩散进入宝石可以产生特殊的光学效应等。 经常用高温热处理的宝石主要是红宝石、蓝宝石、海蓝宝石、托帕石、水晶、玛瑙等。 热处理的宝石在其小面和腰棱处可见到麻点小凹坑；宝石中 的液态包裹体在热处理时发生膨胀，其周围有胀裂现象；固 态包裹体边缘有熔融现象。 二、漂白处理 有些宝石颜色不均匀，内部常见一些“脏点”，使用一 些强酸强碱及氧化剂还原剂等化学活性物质对宝石进 行浸泡处理，可去除某些不好的杂色和脏点，净化质地，改善颜色。 经常进行漂白处理的宝石有翡翠、珍珠、虎睛石等。 在漂白处理中，化学药剂对玉石的结构有一定的破坏作用，在宝石显微镜下，可观察到腐蚀痕迹。 三、灌注充填处理
灌注处理是把某些物质如油、蜡、塑料、玻璃等物质注入宝石的孔隙和裂纹中。 一方面提高宝石的透明度、改善颜色，另一方面也可提高宝石的物理稳定性。 经常进行灌注处理的宝石有祖母绿、翡翠、红宝石、蓝宝石、钻石、绿松石、欧泊等。 灌注处理的宝石在显微镜下可以看到由于孔隙没有被全部 充填所留下的空隙，充填物与宝石在颜色、光泽方面的差异。如果灌注的是油，包装纸上有油迹，用热针检测时有油从裂隙中渗出。 四、染色处理 染色处理是用化学药剂对宝石进行处理，使无色或颜色过淡的宝石染上鲜艳的颜色。 一般有孔隙和裂隙的宝石才能进行染色处理。石英岩、大理岩、翡翠、软玉、绿松石、玉髓、玛瑙、珍珠、珊瑚等玉石常进行染色处理。 染色处理的宝石有以下鉴别标志： 1、颜色过于浓艳，颜色分布不均，在裂隙和孔隙处颜色浓； 2、染色宝石的吸收光谱与天然品不同； 3、紫外光下，染色宝石与天然品可能有差别； 4、在查尔斯滤色镜下，染色宝石与天然品有时有差异； 5、大多数有机染色剂可使蘸有丙酮的棉球染色。 五、覆膜处理
红、蓝宝石的优化处理及其鉴别特征 红、蓝宝石的优化处理的方法很多，有传统的热处理、染色处理、注油处理等，新发展的处理方法有玻璃充填、加充填物的热处理、表面散处理和辐照处理等。 一、红、蓝宝石的热处理及其鉴别特征 红宝石和蓝宝石均可进行单纯的不添加其他化学物质的加热处理，用于改善红宝石和蓝宝石的颜色，如消除红宝石的紫色调和蓝色色斑，加深无色或浅色蓝宝石的颜色，或者改变蓝宝石的颜色。加热处理还可用于消除红宝石或蓝宝石的丝绢光泽或者增强星光红色、蓝宝石的星光现象。红、蓝宝石的热处理被认为是优化类型。热处理红、蓝宝石的特征有： （一）熔蚀的金红石针 （图10-2-38） 高温下热处理通常会使金红石针完全分解或者部分溶蚀。金红石针熔蚀的典型特征是长针状的晶体被熔断，形成点状线、断续线或者较粗大的晶体被熔蚀成线状溶滴。 （二）熔蚀的晶体包体 （图10-2-39）；被称为“雪球”，是热处 理的标志性特征。有些晶体熔融或部分熔融 后会在与主晶的接触面上形成颜色浓集的 区域，称为“色边”，也是热处理的典型标志。 图10-2-38 熔蚀的金红石 针 图10-2-39 熔蚀的晶体包体
如果加热的温度达到或接近晶体包体的熔点，晶体包体发生完全熔化或部分熔解。晶体包体的棱角被熔蚀，形成浑圆状的形态；晶体包体完全熔化后凝固成白色或灰色的球状体或似球状体，被称为“雪球”，是热处理的标志性特征。有些晶体熔融或部分熔融后会在与主晶的接触面上形成颜色浓集的区域，称为“色边”，也是热处理的典型标志。 （三）穗边裂隙 （图10-2-40） 如果晶体包体完全或部分熔化后，部分熔体溢 入裂隙，形成环绕熔化的晶体分布的熔滴环，或者 充填到裂隙的其他位置，溢出的熔体还可能在熔化 的晶体周围形成强对比度的空穴，在应力裂隙的最 外环，通常形成非常特征的，呈白色或灰白色的边 沿，如同环礁的形态，故也称为环礁裂隙。 （四）热处理应力晕(锆石晕) 由于锆石具有很高的熔点，在热处理过程中锆石包体不受影响，但其所伴随的应力裂隙有可能会形成环边裂隙。 当晶体包体因加热发生熔融或分解作用时，还可能诱发应力裂隙或者改造原生已存在的应力裂隙，常见现象有：盘状、穗边、环礁裂隙以及锆石晕。 （五）热处理后的愈合裂隙(水管状的包裹体) （图10-2-41） 红、蓝宝石的指纹状愈合裂隙经热处理会形 成连通的水管状包裹体和破裂的树枝状包裹体。 原分布在裂隙面上孤立状态的指纹状包裹体，经 加热后形成连通的弯曲的、同心状的、象很长的 卷曲地散布在地上的水管状的包裹体。 （六）色带和生长带 热处理致色的蓝宝石其色带往往具有典型的 特征，例如斯里兰卡浅色或无色的刚玉加热后形成蓝色，其蓝色多集中在边界模糊色带和色斑中， 而这些色带和色斑又是由边缘不清的蓝色斑点所组成。热处理会使生长带和色带的边界扩散，使界线变模糊，甚至变形。 （七）云雾体 图10-2-40 穗边裂隙 图10-2-41 水管状的愈合裂隙
钻石的优化处理 钻石(Diamond)源自希腊语“Adamas”，意思是坚硬无比、不可征服。钻石号称“宝石之王”，是四月的诞辰石、也是结婚六十周年记念宝石。 钻石是指经过琢磨的金刚石，金刚石是一种天然矿物，是钻石的原石。简单地讲，钻石是在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳元素组成的单质晶体。在矿物学中属自然元素大类、非金属元素类、金刚石族。化学组要成分是C，质量分数可达99.95%；微量元素有N、B、H、Si、Ca、Mg、Mn、Ti、Cr、S、惰性气体及稀有元素等约50多种。这些微量元素决定了钻石的颜色、性质与类型。 通常以钻石中是否含氮元素将钻石分为两类，含氮的为Ⅰ型，不含氮的为Ⅱ型。其中Ⅰ型又分为Ⅰa型和Ⅰb型，Ⅱ型又分为Ⅱa型和Ⅱb型。 钻石的优化处理是指对品质欠佳的钻石进行颜色、净度或耐久性的优化处理。 颜色类型与成因 ⑴无色透明钻石 无色透明钻石不存在对可见光造成选择性吸收的色心、杂质元素和染色包体。它的成因是由于其禁带能隙过宽，超过了可见光能量上限，不能对可见光产生选择性吸收，故而使钻石呈无色透明。 ⑵黑色钻石 钻石的黑色成因有三个：其一是钻石由多晶集合体构成，颗粒间的暗色包体、大量界面与裂隙的存在造成了黑色；其二是单晶钻石中大量的石墨等黑色包体将钻石染成黑色。其三，辐照损伤也可以使钻石成黑色。 ⑶黄色 钻石的黄色由钻石中杂质元素N引起。 ⑷蓝色 Jib型钻石中含微量的B元素。B在晶格中替代C后形成空穴心，吸收了部分波长在500nm(绿光边缘)以上的可见光，使钻石呈现蓝色。
颜色较鲜艳的天然蓝色钻石就属于IIb型钻石，该型钻石具有半导电性。 ⑸粉色与棕－褐色 钻石的粉色和棕——褐色由塑形形变导致的晶格缺陷引起。 ⑹绿——蓝绿色 钻石的绿色和蓝绿色通常是由长期的天然辐射作用形成。在高能射线或粒子作用下，C原子进入晶格间隙，形成一些列空位——间隙原子对，这种结构缺陷引起的可见光选择性吸收是钻石呈现绿色－深绿色的主要原因。过量的辐照还可以使钻石呈黑色。 1．颜色的优化处理 ⑴传统方法 在钻石表面覆盖一层蓝色的高折射率涂层可以使钻石颜色提高1-2个级别；在钻石表面涂上蓝墨水、油彩、指甲油等都可以提高钻石的色级；在钻石底部附上金属薄膜也可以改进钻石色级。 ⑵辐照改色 这种方法是用高能粒子束照射，这样会在钻石晶体中产生色心，从而形成永久性色彩。K色级以下的棕、褐色钻石经过辐照可以获得各种彩色钻石，但该方法不能用于改善白色钻石的色级。 通常可用颜色分布判别法、吸收光谱判别法、导电性能判别法来进行鉴别。 首先，天然彩色钻石色带呈直线或三角形，并且与晶面平行；人工辐照改色钻石的颜色仅限于刻面宝石表面，其色带形状和位置与钻石琢形及辐照方向有关。其次，天然黄色钻石没有H4心或H4心不明显。含N的无色钻石经辐照和热处理后呈现的黄色起因于H3和H4心，尤其是H4心明显占优。第三，天然成因的蓝色钻石因含微量元素B而呈半导电性，辐照致色的蓝色钻石则不导电。 ⑶高温高压修复法 这种钻石的处理方法是，用与合成钻石相似的设备，控制样品所处的环境压强为6GPa（60亿帕斯卡），温度为2100℃左右，持续时间不超过30分钟，甚至更短时间。这样就可以得到一种高饱和颜
史上最全红宝石科普干货 1.美丽 红宝石的美首先体现在其独一无二的红色上。虽然在自然界中红色的宝石有很多种，比如红碧玺，红尖晶...但多多少少都会偏紫，偏粉，偏橘，唯有红宝石的纯正红色，能够给人带来最震撼的视觉冲击。 2.耐久 红宝石的耐久性主要源于卓越的硬度和耐高温的特性。刚玉族（红、蓝宝石）的莫氏硬度9，仅次于钻石，是自然界中第二硬的物质。同时它可以承受高温而不熔化，这也是为什么红蓝宝石可以高温优化处理。因此，不管佩戴还是收藏，红宝石都可以无惧环境变迁，历久弥新。 3.稀缺 优质的红宝石是极其稀有且极难获得的。在缅甸，平均每400吨红宝石矿石，只能筛选出1克拉左右的红宝石原矿。而对这些红宝石原矿进行再次精选之后，每1000颗这种矿石仅能够挑选出一颗在颜色、净度、重量等各方面均达到宝石级的红宝石。 因为其结晶之小和生长条件的苛刻，很少有大克拉的红宝石出现，一般在5克拉及以上的红宝石就非常难得了。因此，红宝石的每克拉单价是彩色宝石中最高的，在拍卖界，也是能与大克拉彩钻并肩的顶尖拍品。
1.颜色 红宝石一直保持着彩宝界克拉单价最高的地位，多次打破拍卖纪录，顶级的红宝石令无数人追捧，并且长年以来高质量红宝石价值一直在提升，而对红宝石价值影响最大的就是颜色。 颜色可以从色调和彩度两个方面影响红宝石价值。 色调可以分为红色、紫红色、橙红色，以纯正的红色最为稀有珍贵。 彩度可分为Deep、Vivid、Intense和Moderate，Vivid 是最理想的，太深太浅都不利于红宝石的价值。 其中最好的颜色在商业上被称为“鸽血红”（Pigeon’s Blood），用于描述一种略带紫或者粉调的艳红色，并且伴有柔和且鲜艳生动的红色荧光。 2.净度 净度对于红宝石这样拥有浓郁颜色的宝石来说，要求并不苛刻，甚至有些专业人士觉得起码也得有点包体。红宝石由多种元素共同构成，生长在地质条件复杂的变质岩中，红宝石要做到像钻石那样的Flawless几乎是不可能的。 当然内部包裹体也不能太多，否则就会影响到红宝石的透明度、火彩，并直接影响红宝石价值。一般，10倍放大镜下干净就是非常干净的，肉眼可见干净即为被广泛接受的干净。净度对于红宝石级别的影响要建立在颜色级别的基础之上。
一、合成钻石 （一）、合成钻石的方法 静压合成法→晶体触媒法（主要合成大颗粒钻石） （二）晶种触媒法合成钻石（画图） 石墨、钻石粉的混合物为碳源，将其熔于铁镍合金触媒中。 1、金属触媒：在合成钻石中起着助熔剂和催化剂的作用，它既能熔解碳，又能激发石墨向金刚石转变，降低了合成钻石的压力和温度条件。 在温度梯度作用下，使熔解在触媒金属中的碳输送到高压反应腔中，钻石在晶种上长大。 2、高压装置 （1）压带装置：上下压砧（顶锤）和中部一个压缸组成。压砧装置产生的压力达6.5 GPa，温度达2000°C。 （2）四面顶装置：有四个可移动的压贴按四面体形状组成，贴面正好围成1个四面体空间。预制的试样大于这个空间，压缩时产生高压力。可达6—7GPa，温度达2000—2500°C。 （3）六面顶装置：由上下、前后、左右3对压钻组成，拢时形成立方体的高压腔，各压钻用多缸油塞来推动。工作压力可达6—7GPa，温度达2000—2500°C。 （4）BARS装置（分裂球无压装置） 俄罗斯发明的方法。将液体注入压力桶内，使8个球体截体合拢，构成八面体形状的6个活塞产生压力。 3、生长舱：加热设备、籽晶、钻石粉、金属熔剂 生长舱的装配 （1）原料：钻石粉和溶剂触媒放入生长舱中；石墨→是钻砂的主要原料。钻石粉末→是宝石级钻石常用的原料。 （2）籽晶片：放入生长舱底部，顶部温度高，钻石粉溶解后并穿过周边的溶剂向生长舱运移，并在籽晶（晶核）上进行结晶。 （3）碳加热器：传导热量，碳化钨钻使得钻石粉溶解触媒，形成封闭的生长舱。 （4）金属触媒：Fe、Ni、Co、Pd（钯）合金。作用：降低合成的温度、压力，提高合成效率（石墨→钻石转变率提高）。 （5）叶蜡石：为绝缘体、高温下叶蜡石可塑性强，起着垫圈或密封圈的作用。纯净的叶蜡石具有异常稳定和惰性的化学性质。 4、生长过程 （1）加压：将装配好的生长舱放入压机中，加压至极高压50×108千巴帕； （2）加温：电流通过金属触片，碳加热器加温至1650°C或更高，底部温度约1550°C，碳在较“冷”的底部围绕籽晶缓慢结晶，缓慢生长制止杂质在表面上生长。 （3）形成晶形：温度调整可控制晶体的生长，1300°C为立方体，1600°C为八面体。
第四章 宝石的人工优化处理 概 述 天然宝石的优化处理是指人们利用某种技术和工艺处理来改变宝石的颜色、提高宝石的净度、物理和化学稳定性，从而提高宝石美学价值和商品价值的过程。当然，不包括对宝石进行切磨、抛光、雕刻和镶嵌等造型艺术的基本加工。 自然界产出的宝石色彩、质地、光泽俱佳的数量不多，并且产量越来越少，而人们的需求越来越大，这就造成市场供求紧张、价格上涨。解决这一矛盾比较有效的途径就是对某此有缺陷的天然宝石进行人工优化处理。 天然宝石在复杂的地质作用过程中形成，经历了漫长的地质历程，存在或多或少的缺陷。为了消除这种美中不足的遗憾，宝石优化处理技术在人们不懈努力下不断发展起来。 优化处理的宝石大批进入珠宝市场，给珠宝业的发展带来了前所未有的繁荣。但同时也带来了一些不良后果，许多优化处理宝石被充作天然宝石出售。由于天然宝石和人工优化处理宝石的美学价值不同，商品价值差别较大。区别天然宝石和人工优化处理宝石是非常重要的。 天然宝石的优化处理又分为优化和处理两类： 优化：是指传统的、被人们广泛接受的使宝石潜在的美显示出来的优化处理方法。 属于优化的方法有： 热处理、漂白、浸蜡、浸无色油、染色处理（除碧玉外的玉髓、玛瑙）等。 处理：是指非传统的、尚未被人们接受的优化处理方法。 属于处理的方法有： 浸有色油、充填处理（玻璃充填、塑料充填或其他聚合物等硬质材料充填）、浸蜡（绿松石）、染色处理、辐射处理、激光钻孔、表面扩散处理等。 属于处理的宝石必须在标牌上标明。 如一块经表面扩散处理的红宝石，其正确标识为红宝石（处理）。 宝石人工优化处理方法及检测 一、 高温热处理 高温热处理是把天然宝石置于高温环境中，并在一定的气氛条件下进行处理，促使宝石的特征向人们所希望的方向转变。 如致色离子含量和价态的转变可以改善宝石的颜色，宝石内部包裹体溶解可以提高透明度，固溶体的出溶以及某些物质通过表面扩散进入宝石可以产生特殊的光学效应等。
红蓝宝石的优化处理及其鉴别 （1）刚玉类宝石的热处理 a T温度刚玉≥1600℃ b Δt 升温速度 c Ct 恒温时间 d fo 氧化还原条件（气氛） e Δt 退火时间 热处理属优化、市场上的大多数红蓝宝石都是经过热处理的。 应用： a.削减蓝色——高温氧化条件 Fe2++Ti4+电荷转移产生蓝色 Fe2+Fe3+，使Fe2++Ti4+电子对减少，从而削减蓝色 b.增加蓝色——高温还原条件 c.去除金红石，增加净度透明度 1600℃-1800℃迅速冷却 金红石（TiO2）熔融，Ti进入晶格形成固溶体，消除了金红石 d.产生星光——加热缓慢冷却 加热使以固溶体形式存在的Ti析出，缓慢冷却而形成金红石丝状物可产生星光。 e.浅黄—黄绿色刚玉黄色、金黄色蓝宝石 在高温氧化条件下，刚玉晶格内原由Fe2+造成的氧空位全部填满，Fe2+氧化成Fe3+使刚玉宝石形成黄至金黄色。 f.改变透明度和颜色 斯里兰卡乳白色久达（Geudas）刚玉，热处理后变得透明，并产生蓝色。 牛奶石（久达刚玉），呈乳白色、灰白色，1200℃-1700℃，（1600℃±最好），还原条件，用木炭控制气氛或通入CO或氧气控制气氛，长达几星期进行热处理，有时反复多次，使金红石（TiO2）熔解，进入晶格（透明了），与 Fe2+结合产生蓝色。 热处理的鉴定： a.固态矿物包体熔蚀 b.气液包体炸裂 c.表面可有凹坑、麻点 d.内部出现应力纹 （2）表面扩散处理属处理 表面扩散处理也称热扩散处理或热化学处理方法 表面扩散是在高温或超高压条件下，通过某种元素在宝石中以扩散的方式来改变宝石内致色元素的种类、含量和元素间的比例，从而达到改变宝石外观特征（如颜色、透明度等）的一种化学处理方法。 宝石表层所形成的颜色层称扩散层（渗层） Cr3+→红色
宝石的优化处理和对比特性 第一节 合成和人造宝石的概念 一、合成宝石 二、人造宝石 三、人工宝石 四、再造宝石和仿制宝石 随着科学技术的发展，人民生活水平不断提高，人类对宝石的需求也逐渐增加。天然宝石材料的资源毕竟是有限的，而人工宝石材料能够大批量生产，且价格低廉，故人工宝石材料成为宝石的替代品 ，在市场上也占有一定的份额，随着合成技术进步，合成宝石的特性也越来越接近天然品种，宝石学家不断面临合成宝石的挑战。 一、合成宝石 1.定义 用各种原料通过晶体生长等方法制备的、在化学成分、晶体结构、物理性质上与其天然的对应宝石基本相同的材料。 2.要点 （1）有天然的对应物：例如合成红宝石对应天然红宝石，它们的物理性质、化学成分和原子结构都基本相同。 （2）化学成分、原子结构、物理性质基本相同，但存在一定的差异: 例如天然尖晶石的化学成分上MgO:Al2O3为1比1，而合成尖晶石为1比1.5-3.5。天然尖晶石的折射率为 1.718，合成尖晶石的为1.727。这些差异使得合成宝石的鉴别成为可能。 二、人造宝石 指人工生产的、没有天然对应物的、具有宝石的工艺性能的材料，例如钇铝榴石（Y3Al5O12 ）。 三、人工宝石 合成宝石和人造宝石的统称。
四、再造宝石和仿制宝石 1.再造宝石：将一些天然宝石的碎块、碎屑经人工熔结后制成。常见的有再造琥珀。 2.仿制宝石: 完全或者部分由人工生产的材料，它们模仿天然宝石或者人造宝石的颜色和外观，但不具有所仿宝石的化学成分、物理性质以及晶体结构，如玻璃和塑料做成的仿制品。 第二节从熔体中结晶的方法 一、焰熔法 二、晶体提拉法 三、冷坩埚法 从熔体中生长晶体的方法是最早研究出的合成宝石的方法，也是广泛应用的合成方法。从熔体中生长单晶体的最大优点是生长速率快，大于在溶液中的生长速率，二者速率的差异在10-1000倍。从熔体中生长晶体的方法主要有焰熔法、提拉法和冷坩埚法。从熔体中结晶合成宝石的基本过程是：粉末原料→加热→熔化→冷却→超过临界过冷度→结晶。 一、焰熔法 1.焰熔法最早是1885年由弗雷米（E. Fremy）、弗尔（E. Feil）和乌泽（Wyse）一起，利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“日内瓦红宝石”。后来于1902年弗雷米的助手法国的化学家维尔纳叶（Verneuil）改进并发展这一技术使之能进行商业化生产。因此，这种方法又被称为维尔纳叶法。焰熔法的基本原理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。 2. 焰熔法合成工艺焰熔法合成装置由供料系统、燃烧系统和生长系统组成，合成过程是在维尔纳叶炉（图7-2-1）中进行的。 图7-2-1 维尔纳叶法装置 (1)供料系统三氧化二铝粉末通过焙烧铝铵矾来制备，如果合成红宝石，则需要加入
哈尔滨师范大学 红宝石的优化及处理 学生刘振 指导教师王艳茹 年级2009级 专业资源勘查工程 系别地理系 学院地理科学学院 哈尔滨师范大学 2013年4月
红宝石的优化及处理 刘振 摘要：红宝石是世界上珍贵的宝石之一。本文介绍了红宝石的优化及处理工艺。同时介绍了红宝石的处理过程。 关键词：红宝石；优化；处理 从古至今，红宝石(RUBY)一直都被认为世界上珍贵的宝石之一，历来都是达富贵人争相购买的首饰，又极具收藏价值。高品质的红宝石令人百看不厌，回味无穷。其他红色矿物与它那天生的自然美，“鸽血”红般艳丽的色彩相比都无法企及。我们中国人讲究红红火火，红色代表吉祥如意。而在西方国家，在王室的婚庆上，也将红宝石作为婚姻的见证，被称为七月生辰石。 一、红宝石资源成因 红宝石的原生矿床主要有两种类型：①形成于地幔的高温高压条件下，随岩浆喷出地表；②区域变质作用下或接触变质作用下由一水硬铝石等变质而来。著名的产地有缅甸、阿富汗、 巴基斯坦、坦桑尼亚、澳大利亚、泰国、柬埔寨、越南等[1]。在中国的云南、安徽、青海也 有一定质量的红宝石产出[2]。虽然产地较多，但由于天然资源有限，且随着经济的发展人们 对红宝石的需求日益增加，天然的红宝石越来越无法满足人们的需求，因此优化处理及合成红宝石应运而生。人工宝石的出现虽然一方面解决了不断扩大的市场供需矛盾，但另一方面却对珠宝市场带来了不小的冲击，影响了红宝石市场正常有序的运行。因此，行之有效的珠宝鉴定工作显得倍加重要。阴极发光技术作为一种无损检测方法，近年来在宝石的测试与研究中得到了较为广泛的应用，不但可以用来区分天然和合成钻石，还可以用来鉴别天然与合成祖母绿、天然翡翠和处理翡翠及合成红蓝宝石。 二、红宝石的性质 红宝石的矿物名称是刚玉，国标规定所谓红宝石即红色的刚玉宝石，它包括了浅红到深红，所有红色调的刚玉宝石。化学式为Al 2O 3，由于含微量的杂质元素Cr致色而呈红色(其它 品种的红颜色宝石不能称作级宝石)。红宝石主要性质为：折射率：1.762-1.770，双折率为 0.008-0.010，密度：4.00g/cm 3，具典型的吸收谱线，硬度与蓝宝石并排在钻石其后，为第 二大硬度9，因此只有钻石才能在其表面刻划，用它的一个棱角可以很容易的在玻璃的表面划出痕迹(玻璃的硬度一般为6以下)，因为红宝石裂理较发育，常见的红宝石其内部有很多的裂纹，即所谓红宝石的“十红九裂”。 三、红宝石的加工工艺 优化处理定义为除切磨和抛光以外，用于改善珠宝玉石的外观(颜色、净度或特殊光学效应)、耐久性或可用性的所有方法。优化处理可进一步划分为优化和处理两类。 优化是指“传统的被人们广泛接受的使珠宝玉石潜在的美显示出来各种改善方法”，如热处理红宝石、浸无色油祖母绿及玉髓、玛瑙的染色处理。 处理是指“非传统的尚不被人们广泛接受的改善方法”，如染色处理翡翠、辐照处理蓝钻石、表面扩散处理蓝宝石、染色处理红宝石等。属于处理的宝石在出售和出鉴定证书时，必须特别标识，如红宝石(处理)、红宝石(玻璃充填处理)。
红宝石的特征与优化处理 一、红宝石基本特征 红宝石是指颜色呈红色的刚玉，主要成分是氧化铝(Al?O?)。红色来自铬(Cr)，主要为Cr?O?，含量一般0.1~3%，最高者达4%。红宝石质地坚硬，硬度仅在金刚石之下。其颜色鲜红、美艳，可以称得上是“红色宝石之冠”。 红宝石一般会有裂纹，没有一点裂纹及瑕疵的红宝石是极少见的，所为“十红九裂”。红宝石中最常见的瑕疵是小的针状杂质，称为“丝状物”。因为每颗红宝石都是在自身独特的环境中形成的，每颗宝石均含有赋予其精确颜色的痕量矿物质组合以及独特的识别标记或杂质。 结晶习性:属三方晶系、复三方偏方面体晶类 透明度:透明至半透明 光泽:亮玻璃光泽至亚金刚光泽 折射率: 1.762- 1.770 (+0.009， -0.005) 双折射率: 0.008-0.010 色散:低0.018 多色性:二色性明显，常表现为:紫红/褐红，深红/红，红/橙红，玫瑰红/粉红 特殊光学效应:星光效应，在光线的照射下会反射出迷人的六射星光或十二射星光 摩氏硬度: 9 SG (相对密度) : 3.99- 4.00 解理:无解理，底面裂理发育 色彩来源:微量铬使它显红色，铬含量越高越红，最红的俗称“鸽血红” 出生地:主要为火成岩或变质岩地区
二、常见优化处理 红宝石常采用的优化处理方法有:热处理、浸有色油、染色处理、充填处理及表面扩散处理。 红宝石的热处理基本过程是将宝石放置在加热设备中使其中致色离子的含量、价态和晶体结构等发生变化，进而去除蓝色成分，形成和获得更好的红色。这种方法历史悠久，其结果稳定、持久而被人们所接受。 红宝石的浸有色油处理基本过程是将宝石放入红颜色的油中进行浸泡，然后取出，达到改善颜色和透明度的目的。这种方法因其结果不稳定、不持久而不被人们接受。 红宝石的染色是一项古老的优化处理技术，基本过程是将经过淬火的宝石放入不易褪色的无机和有机染料中，在低温加热条件下进行浸染，使之着色。这种方法因其结果不稳定、不持久，也不被人们所接受。 红宝石的充填处理过程是在真空和加热条件下完成，使充填物质以玻璃态或液态浸入红宝石裂隙中，在充填过程中可以加入一些着色剂，充填处理的红宝石填补了裂隙和空洞掩盖了红宝石的瑕疵，使之颜色更加鲜艳。这种方法其结果相对较稳定，但也不被人们接受。 红宝石的表面扩散处理基本过程是用化学方法在颜色浅的红宝石表面渗入微米级的铬元素，使颜色加深，或者产生星光效果。这种方法其结果稳定，但也不被人们接受。 （一）加热优化 方法： 1、将颜色为紫红、玫瑰红或粉红色的天然“红宝石”在氧化条件下，加热到1600C- 1700C，使成份中的三价铁离子转变为二价铁离子。以消除红宝石中的蓝色调，使其转化为颜色纯正的红宝石。 2、将质量较差的含有丝状包裹体红宝石，加热至1600C-1900C，在还原条件下，
教学目标 1.掌握宝石合成与优化处理的基本概念、分类及定名规则； 2.了解国内外宝石合成与优化的现状及发展趋势； 3.了解晶体生长的理论 4.掌握常见宝石的合成与优化方法以及合成与优化宝石的鉴定特征 课程安排： 第一章概论；人造宝石材料的重要性，人造宝石材料的发展，基本概念 第二章宝石（晶体）生长理论基础概论；常见宝石的合成方法焰熔法及焰熔法合成宝石的鉴定 第三章常见宝石的合成方法提拉法及其合成宝石的鉴定 第四章常见宝石的合成方法冷坩埚法及其合成宝石的鉴定 第五章常见宝石的合成方法助熔剂法及其合成宝石的鉴定 课程安排： 第六章常见宝石的合成方法水热法及其合成宝石的鉴定 第七章高温高压合成钻石和其它方法合成的宝石材料 第八章宝石优化处理总论：优化处理的概念；宝石优化处理方法发展史；宝石优化处理对珠宝行业的影响，优化处理的命名 第九章宝石优化处理的主要类型和特征 第十章宝石优化处理各论 教材及参考书 教材：自编?宝石合成与改善? 参考书： 1.沈才卿、吴国忠?人造宝石学? 2.吴瑞华?天然宝石的改善及鉴定方法? 3.何雪梅、沈才卿?宝石人工合成技术? 考试方式
本课程采取完成读书报告和闭卷考试的形式来考核评定学生的期终成绩，并结合平时作业成绩给出学生的总成绩，其中期终成绩占70%，平时作业成绩占30%。第一章概论 1.人工合成宝石的概念 2.人工合成宝石的分类及定名原则 3.人工合成宝石的发展史 4.宝石合成与优化的特点和意义 1.人工宝石a r t i f i c i a l p r o d u c t s 的概念: （1）合成宝石： A定义:指部分或完全由人工制造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对应的天然宝石基本相同。如合成红宝石。 （1）合成宝石： B定名规则：必须在其所对应天然珠宝玉石名称前加“合成”二字，如：“合成红宝石”、“合成祖母绿”等。 a)禁止使用生产厂、制造商的名称直接定名，如：“查塔姆（C h a t h a m）祖母绿”、“林德（L i n d e）祖母绿”等。 b)禁止使用易混淆或含混不清的名词定名，如：“鲁宾石”、“红刚玉”、“合成品”等。 A定义:指由人工制造的晶质或非晶质材料，然而这些材料没有天然对应物，如人造釔铝榴石（Y A G，83年美国生产“美国钻”），人造钛酸锶。 B定名规则：必须在材料名称前加“人造”二字，如：“人造钇铝