第九章 合成宝石 广州大学公选课《宝石鉴定和 与贸易》.ppt

熟悉几种常见的合成宝石（如合成钻石、合成刚玉、合成立方氧化锆、合成祖母绿、合成欧泊、合成水晶等）的生产方法及其特征。掌握天然宝石与合成宝石的鉴定方法。;(一) 合成宝石与人造宝石 1. 合成宝石的定义 　　合成宝石是全部或部分由人工生产的无机产物,且它们的物理性质,化学成分和晶体结构和所对应的天然宝石基本相同。 A．原料：半人工材料；如天然去皮水晶作为合成水晶的原料； ????? 人工分离出的原料Al2O3 作为合成红宝石的原料； B．有天然对应物：天然红宝石---合成红宝石 ?????? 它们的物理性质、化学成分和原子结构都基本相同； C．可以有小的差异： ??天然尖晶石：MgO：Al2O3==1：1， RI 1.718， SG 3.60 ??????? 合成尖晶石：MgO：Al2O3==1：1.5—3.5；RI 1.727， SG 3.63 ?????? 正是这微小的差异，使我们能够区分它们。;2人造宝石 指人工生产的非天然形成的无机材料。 ???? 狭义的人造宝石：具有独特的化学成分、原子结构和物理性质的人工宝石材料； ????? 如YAG：钇铝榴石，Y3Al5O12 ；无天然对应物，广义的人造宝石：人工生产的宝石，包括合成宝石； ;(二)人工制造宝石的历史 1500年埃及人开始用玻璃模仿祖母绿、青金石和绿松石等。 18世纪中期和19世纪人工开始合成宝石.由于矿物学研究的发展以及化学分析方法取得的进展，使人们逐渐掌握了宝石的化学成分及性质，加上化学工业的发展以及对结晶过程的认识，人工合成宝石才变为现实。 1892年出现了闻名的“日内瓦红宝石”，这是用氢氧火焰使品质差的红宝石粉末及添加的致色剂铬熔融，再重结晶形成优质红宝石的方法。随后，这种方法经改进并得以商业化。 1890年， 助熔剂法合成红宝石获得成功； 1900年助熔剂法合成祖母绿成功。合成尖晶石、蓝宝石、金红石、钛酸锶等逐渐面市。 1953年合成工业级钻石、1960年水热法合成祖母绿及1970年宝石级合成钻石也相继获得成功。 五十年代末，我国为了发展我国的精密仪器仪表工业，从原苏联引进了焰熔法合成刚玉的设备和技术，六十年代投产后，主要用于手表轴承材料的生产。后来发展到有20多家??熔法合成宝石的工厂，能生长出各种品种的刚玉宝石、尖晶石、金红石和钛酸锶等。; 我国进行水热法生长水晶的研究工作，始于1958年。目前几乎全国各省都建立了合成水晶厂。我国的彩色石英从1992年开始生产，现在市场上能见到的各种颜色品种的合成石英。 七十年代，由于工业和军事的需要，尤其是激光研究的需要，我国先后用提拉法生产了人造钇铝榴石（YAG）和钆镓榴石（GGG）晶体，它们曾一度被用于仿钻石。 1982年，我国开始研究合成立方氧化锆的生产技术，1983年投产。由于合成立方氧化锆的折射率高、硬度高、产量大、成本低，很快取代了其它仿钻石的晶体材料。广西宝石研究所1993年成功生产水热法合成祖母绿，现已能生产水热法合成其它颜色的绿柱石及红、蓝宝石。 合成工业用钻石在我国是l963年投产的，至八十年代末，我国已有300余家合成工业用钻石的厂家。但宝石级合成钻石的生产还在探索之中。l995年，我国采用 化学气相沉积法生长出了多晶金刚石薄膜，已在首饰方面应用。;石墨的相图是一元相图，如图所示。这个相图表明，在很大的压力和温度范围内存在碳的固态相变。它是根据热力学原理，结合多次实验和外推等做出的。石墨在温度1400-16000C和4.5-6×109Kb的压力下会转变为钻石，该图是合成钻石的依据。 ; 在合成晶体过程中，为了获得理想的晶体，人为提供的晶核称为种晶或籽晶。 种晶一般都是从已有的大晶体上切取的。种晶上的缺陷，如位错、开裂、晶格畸变等在一定的范围内会“遗传”给新生长的晶体。在选择种晶时要避开缺陷。 根据晶体生长习性和应用的要求，种晶可采用粒状、棒状、片状等不同的形态。种晶的光性方位对合成晶体的形态、生长速度等有很大的影响。所以种晶的选择非常重要。 ; 2.晶体生长界面稳定性： 晶核出现后，过冷或过饱和，驱使质点按一定的晶体结构在晶核上排列生长。温度梯度和浓度梯度直接影响界面的稳定性，从而影响晶面的生长速度、晶体的形态。 晶体生长过程中，介质的温度、浓度会影响晶体与介质的界面的宏观形状，如是凸起、凹陷或平坦光滑。界面为平坦光滑状态，则界面稳定性；如果生长条件的干扰，界面会产生凹凸不平，即形成不稳定界面。;3． 晶体生长的界面模型 晶体生长最重要的过程是一