冷坩埚熔壳法生长立方氧化锆宝石 - 合成优化
合成立方氧化锆
彩色合成立方氧化锆
生长立方氧化锆晶体原理
• 1.冷坩埚熔壳法 • 放料：粉料ZrO2与稳定剂Y2O3按摩尔比
9∶1的比例混合均匀,加入相应的着色剂。 • 引燃：金属锆片或石墨棒，高频线圈加热，
1200°C熔融氧化锆导电 • 熔体稳定30到60min • 降温结晶
工业合成立方氧化锆
• 摩氏硬度：8～9，密度：5.8～6.34g/cm3， 折射率2.12～2.19，色散0.055，亚金刚光泽。 光性：除粉红色立方氧化锆表现出非均质 性外，其余的均为均质性。
• 具有非常高的化学稳定性，耐酸、耐碱、 耐化学腐蚀性良好。一般内部干净，可能 有未完全融化的面包屑状的氧化锆粉末。
祖母绿与祖母绿色立方氧化锆
• 520nm,489n内m,部48多5n有m,4气61液nm包,4体51和nm与,4晶43体nm,407 nm处。 长轴平行的裂纹。
紫水晶与 浅紫色、深紫色立方氧化锆
• 紫色合成立方氧化锆紫外荧光为惰性。深 紫色立方氧化锆在滤色镜下为红色；浅紫 色的不变色。紫深水紫晶色含立微方量氧的化Fe锆，在经橙辐、照黄产、 绿区有吸收生谷空，穴解色释心了，滤主色要镜在下5呈50红nm色处原 因，在红、产蓝生、吸紫收区。透颜过色；分浅布紫不色均立，方有氧 化锆在橙黄色区带有、一色组块强、的絮吸状收颜线色，分在布绿。区 有 一一组组极较弱弱的一四的 吸轴叶吸 收晶 螺收 线正 旋线 ，光 桨， 这性 状在 是， 黑红 典干 带、 型涉 。蓝的图折区钕可射分谱能率别。有为有 1.544～1.553。多色性弱。
正交偏光下四明四暗，加上锥光后有牛眼状干涉图。 乳锆可以用于模仿天然玉石。
2
氧丢失，造成大量的晶体缺陷， 粉色钻石是塑性变形引起晶格缺陷，还可改变钻石中N的聚集速率和形式使其成色。
冷坩埚熔壳法生产立方氧化锆宝石
$ 彩色立方氧化锆的生长
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目前市场上出现了颜色各异的立方氧化锆 宝石，行内统称为彩锆。彩锆的生产是在原料 中加入不同的致色剂，但黑色立方氧化锆是用 白锆 在 真 空 条 件 下 加 热 到 !"""# 进 行 还 原 处 理获得的。
冷坩 埚 熔 壳 法 生 长 立 方 氧 化 锆 技 术 是 )’0’年由法国科学家罗林（5678./）等 人 发 明 的，但仅作 了 探 索 性 研 究。)’9! 年，前 苏 联 科 学家阿列克索诺夫等人改进了法国人的装置， 生长 出 了 大 的 晶 体，并 申 请 了 专 利。)’90 年 后，前苏联把无色立方氧化锆晶体作为钻石的 代用品推向市场，引起了世界钻石界的关注，称 其为“苏联钻”。随后，其他国家也相继生产了 这种宝石，并在国际上流行。
立方氧化锆的相变温度为):"*9)"8*=， 要使单斜相 天 然 氧 化 锆 完 成 相 转 变，需 解 决 : 个问题：!用什么容器盛放 >,?) 粉末，在):"* 9)"8*=容器自身 不 会 熔 化；" 用 什 么 方 法 加 热至 温 度 为 :***= 左 右，使 所 有 粉 末 全 部 融 熔；#自然界不稳定的立方相怎样才能稳定生 长出来。由于冷坩埚熔壳法成功地解决了上述 问题，使人工生产立方氧化锆宝石成为可能。
! 立方氧化锆的生长过程
在$%&! 粉末中按摩尔比’()加入稳定剂 *!&+ 混合均匀，放入紫铜管围成的“圆杯”内， 在粉末的上部放入一定量的金属锆片或锆粉， 接通高频 发 生 器 电 源，起 燃 ),! -./，原 料 开 始熔化。待原料大部分熔化达到要求后，改变 高频发生器反馈关系，使熔体稳定加热+",0" -./。然后“冷坩埚”以 1,)1--!2 的 速 度 下 降，熔体底部因降温产生过饱和浓度而开始结 晶，直至熔体全部结晶成晶体。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，即可取出产品。生长一炉立方氧化锆 的总时间 大 约 为 !"2，每 炉 的 产 量 最 高 可 达 )!"34。没有熔化的原料及壳体料仍可在下次 使用。 万石
罕见的人工宝石立方氧化锆晶体观赏石
笔者收藏的是人工合成立方氧化锆晶体的观赏石。由于现在用“冷坩埚熔壳法”合成立 方氧化锆的“冷坩埚”可以放 1000 多公斤原料，合成的立方氧化锆晶体有 400 公斤左右，最 大晶体可达２公斤以上，所以出现合成立方氧化锆晶体观赏石是完全可能的“。冷坩埚熔壳法” 生长立方氧化锆晶体的设备和过程［１］可参阅图１、２、３、４。
入紫铜管围成的杯状“冷坩埚”中，
3
4
在中心投入 0.08% ～ 0.15% 左右 ( 或
CHINA GEMS & JADES
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பைடு நூலகம்
“引燃” 小熔区
“冷坩埚”
Zr02+Y203
熔融液
高频线圈 未熔壳 立方氧化锆
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4 ～ 6g) 金属锆片或锆粉用于“引燃”； 2）接通电源，进行高频加热，起燃 1 ～ 2
5）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，取出熔块，
6
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JEWELRY Connoisseurship
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9 用小锤轻轻拍打，一颗颗立方氧化锆单晶体便分离出 来。
整个操作从粉料熔化到完全熔融 ( 除熔壳外 )，时 间很短，而晶体生长的时间却较长，生长一炉立方氧 化锆晶体的总时间大约为 20 小时。
3）待“冷坩埚”内原料达到完全熔融要求后，
改变反馈关系，使熔体稳定 30 ～ 60 分钟； 4）“冷坩埚”以 5 ～ 15mm/h 的速度逐
渐下降，离开高频加热后温度降低，造成熔 融液过冷却。这时，在熔体底部开始结晶出 立方氧化锆晶体。开始时形成的晶核较多， 以后互相竞争，根据几何淘汰率，多数小晶 体停止生长，只有少数晶体得以发育成较大 的晶块；
合成立方氧化锆.
祖母绿色立方氧化锆
• 主要的掺杂元素(Pr、Co、Cr等)，另外 附加了一些微量发光离子(如La、Ti、E r等)。考虑到不同离子高温挥发不同,实 验中在配料时特别对不同离子配比进行 了调整,以期达到最佳效果。主要着色 剂含量1.22%Pr2O3，0.05%CoO, 0.02%Cr2O3，合成时稳定剂Y2O3含量 高，达到15mol%～20mol%。祖母绿 色氧化锆用于模仿天然祖母绿。
• 彩色立方氧化锆颜色丰富,光泽耀 眼,是目前珠宝首饰市场用得最多 的人造宝石。大大丰富了人们的审 美情趣，具有广阔的市场前景。对 彩色立方氧化锆的宝石学性质与其 成分关系的研究,为合成色彩丰富 的宝石级立方氧化锆提供了更多的 资料，也为其仿制其他种类天然宝 石创造了基础。冷坩埚熔壳法在合 成立方氧化锆上取得了巨大成功， 也为彩色宝石合成开拓了新思路。
彩色钻石与彩色合成立方氧化锆
பைடு நூலகம்• 蓝色钻石含B，空穴色心致色，有导电性。粉 色钻石是塑性变形引起晶格缺陷，还可改变钻 石中N的聚集速率和形式使其成色。绿色钻石 是辐射产生的晶格损伤致色。黑色钻石可能是 多晶集合体、大量黑色内含物（石墨）、裂隙 造成的。合成立方氧化锆的热导率远低于钻石， 用热导仪测试没有钻石反应。钻石密度 3.52g/cm3x远小于合成立方氧化锆。钻石面 平棱直，合成立方氧化锆棱角圆化可见磨痕。 合成立方氧化锆色散高于钻石。
离子着色是主要的宝石着色手段，常用的着色离子是过渡金 属离子(如Cr、Fe、Co、Cu等)和稀土金属离子(如Ce、Pr、 Nd、Ho等)。它们内部不饱和电子层中的价电子,在不同能级 间跃迁,由此引起对可见光的选择性吸收而导致着色。
黑色立方氧化锆
• 采用还原气氛或真空对无色氧 化锆进行高温退火，可制得深 黑色的锆石。原理是ZrO2中的 氧丢失，造成大量的晶体缺陷， 对可见光全部吸收而呈黑色。
冷坩埚熔壳法合成宝石技术（一）
中国宝玉石173期页2022年8月Aug. 2022CHINA GEMS & JADES冷坩埚熔壳法合成宝石技术（一）沈才卿/核工业北京地质研究院陆太进/中宝协珠宝研究所刘结文/原中恒誉资产评估公司沈 湄/台湾宝石学协会理事长编者按：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。
冷坩埚氧化晶体生长法
冷坩埚氧化晶体生长法
1.非金属坩埚：传统的晶体生长通常使用金属坩埚容纳高温熔融材料，而在冷坩埚法中，不使用高熔点金属材料作为坩埚，而是利用原料自身形成的熔壳作为“冷坩埚”。
2.外部冷却：冷坩埚技术的关键在于外部设有冷却装置，使得原料在加热过程中只在内部形成熔融区域，而外层保持未熔状态，形成一个固态的外壳，防止熔体与外界接触，避免坩埚材料的污染和反应。
3.晶体生长过程：首先将含有氧化锆和其他添加剂（如氧化钇用于稳定立方相）的原料放入特别设计的炉膛中，通过高频感应加热使其内部部分熔化。
随着坩埚缓慢下降或者熔体上升，熔融的晶体材料在适当条件下结晶长大。
4.精确控制：在整个生长过程中，温度、气氛、降温速率和熔体的纯净度都需要精确控制，以得到高质量的大尺寸单晶。
高级宝玉石检验员知识试卷(B卷)-宝石学基础理论及有关法律法规试卷与试题
高级宝玉石检验员知识试卷（B卷）-宝石学基础理论及有关法律法规试卷与试题专业工种号XXXXXX注意事项1.请首先按要求在试卷的标封处填写您的姓名、准考证号和所在单位的名称。
2.请仔细阅读各种题目的回答要求，在规定的位置填写您的答案。
3.不要在试卷上乱写乱画，不要在标封区填写无关内容。
一.单项选择题(将正确答案的序号填入括号内，每题1分，共40分)1. 宝石中所见的由于干涉产生的颜色通常称为（）。
A. 晕彩B. 多色性C. 体色D. 残余色答案：A2. 澳玉的颜色成因是（）A. 自色B. 他色C. 假色D. 晕色答案：B3. 当光从光密介质向光疏介质传播时，在下列那种情况下必定出现临界角（）A. 入射线与法线一致B. 入射线与界面呈45。
C. 折射线沿分界面方向D. 折射线与法线所构成的角度等于入射角答案：C4. 海蓝宝石和蓝色黄玉最明显判别依据是：（）A. 多色性B. 折射率C. 荧光反应D. 紫外荧光灯答案：B5. 红纹石的主要矿物组成为（）A. 菱锰矿B. 蔷薇辉石C. 红宝石D. 矽线石答案：A6. 用电子探针判别合成紫晶与紫晶是检测它们的:（）A. 矿物成分B. 主要化学成分C. 微量元素D. 晶体结构答案：C7. 用偏光显微镜观察宝石多色性，应在（）A. 单偏光下进行B. 正偏光下进行C. 锥光下进行D. 不可测答案：A8. 天河石的致色离子是（）。
A. 铁离子B. 铬离子C. 铷离子D. 镍离子答案：C9. 区分翡翠与有机胶充填B货翡翠应选用（）。
A. 滤色镜B. 显微镜C. 红外光谱仪D. 折射仪答案：C10. 紫独玉致色原因是：（）。
A. 含绿帘石B. 含透闪石C. 含铬黑云母D. 锂辉石答案：C11. 珊瑚的结构是（）。
A. 同心放射状状结构B. 纤维交织结构C. 粒状结构D. 柱状结构答案：A12. 当一束白光穿过透明宝石的斜面时，将把白光分解成它所组成的颜色的性质称为（）。
各种宝石合成品种及其鉴别特征
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。
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。
吸收光谱：无色透明者在可见光区有良好的透过率；彩色者可有吸收峰，对紫外光均有强烈的吸收。可显稀土光谱。
荧光：多数晶体在长波紫外线照射下发出黄橙色荧光，在短波下发出黄色荧光。而有些晶体只在短波下有荧光反应，有些甚至不发光。
化学性质：非常稳定，耐酸、耐碱、抗化学腐蚀性良好。
一、合成祖母绿
A.固相包体
（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。最严重的包体发生在自发成核过程中枝蔓状生长阶段，快速生长使枝蔓间的助熔剂在随后的稳定生长中被包裹起来。
E.荧光及滤色镜: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；天然尖晶石：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；天然尖晶石：全消光。
三．钛酸锶的鉴别
1、化学成分：SrTiO3；
2、等轴晶系
3光泽：亚金刚－金刚光泽；
8．合成红、蓝宝石的加工质量：
天然合成红、蓝宝石的加工质量通常较为精细，尤其是高质量的宝石，其台面通常垂直光轴，以显示最好的颜色。而合成红、蓝宝石加工质量通常较差，常见火痕，更不会精确定向加工。加上，合成梨晶通常因为应力作用会沿长轴方向裂开，其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2-6）。所以合成刚玉在台面通常都可见多色性，而天然的则不然
宝石合成与优化处理
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。
合成立方氧化锆剖析
• 彩色立方氧化锆颜色丰富,光泽耀 眼,是目前珠宝首饰市场用得最多
谢谢观赏 的人造宝石。大大丰富了人们的审
美情趣，具有广阔的市场前景。对 彩色立方氧化锆的宝石学性质与其 成分关系的研究,为合成色彩丰富 的宝石级立方氧化锆提供了更多的 资料，也为其仿制其他种类天然宝 石创造了基础。冷坩埚熔壳法在合 成立方氧化锆上取得了巨大成功， 也为彩色宝石合成开拓了新思路。
• 摩氏硬度：8～9，密度：5.8～6.34g/cm3， 折射率2.12～2.19，色散0.055，亚金刚光泽。 光性：除粉红色立方氧化锆表现出非均质 性外，其余的均为均质性。
• 具有非常高的化学稳定性，耐酸、耐碱、 耐化学腐蚀性良好。一般内部干净，可能 有未完全融化的面包屑状的氧化锆粉末。
祖母绿与祖母绿色立方氧化锆
黄水晶与浅黄色立方氧化锆
• 浅黄色立方氧化锆在紫外长波下有弱的不均匀 的紫色、黄色荧光，在短波下有强的不均匀的 紫红色、黄色荧光。浅黄色立方氧化锆在蓝区 有3个极弱的吸收谷，分别在486,475,452nm处。
• 黄水晶颜色与Fe2+占位有关，与紫晶一样分布 不均匀，可出现色带、色块、絮状分布，透明 度高。弱多色性。正交偏光下四明四暗，加上 锥光后有牛眼状干涉图。密度2.66g/cm3远小于 合成立方氧化锆。
生长立方氧化锆晶体原理
• 1.冷坩埚熔壳法 • 放 9∶料1的：比粉例料混ZrO合2与均稳匀定,加剂入Y相2O应3按的摩着尔色比剂。 • 引燃：金属锆片或石墨棒，高频线圈加热，
1200°C熔融氧化锆导电 • 熔体稳定30到60min • 降温结晶
工业合成立方氧化锆
• 水热法 • 以Zr4+和Y3+的氢氧化物为水热前驱体，氢氧
• 祖 谱母分绿析祖色，母立在绿方 蓝是氧 光C化 至r致锆 黄色在 光的可 波翠见 段绿光 的色波透，段过具的率有透比丝过较绒 高，质在感蓝。紫光波型段特和征红是黄一波轴段晶都，有负比光较型强。的折 吸收射。率出：现1的.5特77征～吸1.5收8峰3。主主要要位呈于现40C9r的nm吸， 447n收m,线47，3n红m,区48648n3mnm,58、5n68m0,n6m08强nm吸,6收60线nm，, 714n6m6,2其nm中、44674n6mnm, 弱吸收线；橙黄区
合成立方氧化锆
合成立方氧化锆摘要本文介绍了合成立方氧化锆的方法，包括溶胶-凝胶法和水热法两种常见方法。
详细介绍了合成步骤、原理以及这两种方法的优缺点。
通过改变实验条件，还可以调控立方氧化锆的形貌和性能。
合成立方氧化锆在材料科学、能源储存等领域具有广泛的应用价值。
引言立方氧化锆（Cubic Zirconia, CZ）是一种具有优异性能的功能陶瓷材料。
它具有高硬度、高熔点、优良的耐腐蚀性和热稳定性等特点，在材料科学、能源储存、催化等领域具有广泛的应用。
为了实现合成高质量的立方氧化锆，人们通过不同的方法进行研究和优化，以满足各种应用的需求。
1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的合成立方氧化锆的方法。
其原理是通过溶胶和凝胶过程中的水解和缩聚反应，将金属离子转化为固态氧化物。
1.1 合成步骤1.溶液制备：将前驱体溶解在适当的溶剂中，通常选择乙醇、水或有机酸作为溶剂。
2.水解反应：向溶液中加入一定量的水，使金属离子发生水解反应生成氢氧化物。
3.缩聚反应：调节pH值和温度，将氢氧化物缩聚成氧化锆的胶体颗粒。
4.凝胶形成：通过溶胶凝胶过程，将胶体颗粒形成凝胶。
5.干燥：将凝胶分散在适当的介质中，进行干燥过程。
1.2 优缺点优点： - 溶胶-凝胶法操作简单，易于控制合成条件。
- 可以得到高纯度、均一性好的立方氧化锆颗粒。
- 可以通过改变合成条件来调控颗粒的形貌和尺寸。
缺点： - 热处理过程耗时较长。
- 有些金属离子的水解和缩聚反应速度较慢，影响合成效率。
- 需要使用大量的有机溶剂。
2. 水热法水热法是另一种常用的合成立方氧化锆的方法。
它利用高温高压水环境下，金属离子和水的反应来合成固态氧化物。
2.1 合成步骤1.溶液制备：将前驱体以及适量的溶剂混合。
2.加热：将溶液放入高压容器中，通过加热使其达到适当的温度。
3.反应：在高温高压水环境中，金属离子与水反应生成氢氧化物，然后缩聚成氧化锆颗粒。
4.冷却：将高压容器冷却至常温。
第五章冷坩埚法及其合成宝石的鉴定
第五章冷坩埚法及其合成宝石的鉴定要点：1．冷坩埚法基本原理、合成装置与条件、过程及特点2．合成品种3．冷坩埚法合成宝石的鉴定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晶体良好的物理性质，无色的合成立方氧化锆迅速而成功的取代了其它的钻石仿制品，成为了天然钻石良好的代用品。
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。
图5-1 冷坩埚法的冷却管和加热装置图5-2 冷却水铜管及底座构成的“杯”一、冷坩埚法生长晶体的原理冷坩埚法是一种从熔体中生长法晶体的技术，仅用于生长合成立方氧化锆晶体。
其特点是晶体生长不是在高熔点金属材料的坩埚中进行的，而是直接用原料本身作坩埚，使其内部熔化，外部则装有冷却装置，从而使表层未熔化，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。
合成立方氧化锆的熔点最高为2750℃。
几乎没有什么材料可以承受如此高的温度而作为氧化锆的坩埚。
该方法将紫铜管排列成圆杯状“坩埚”（图5-1），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5-2）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。
冷坩埚法生长晶体的装置见图5–3。
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，解决一般非金属材料如金属氧化物MgO、CaO等电阻率大，不导电，所以很难用高频电磁场加热熔融的问题。
某些常温下不导电的金属氧化物，在高温下却有良好的导电性能，可以用高频电磁场进行加热。
氧化锆在常温下不导电，但在1200℃以上时便有良好的导电性能。
为了使冷坩埚内的氧化锆粉末熔融，首先要让它产生一个大于1200℃的高温区，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5-4），氧化锆粉末就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为止，此技术称为"引燃"技术。
冷坩埚熔壳法合成立方氧化锆
冷坩埚熔壳法
冷坩埚熔壳法生长晶体不需要专用高温材料制作的坩埚，而是直接用拟生长的晶体材料本身作“坩埚”，通过高频振荡器使其内部熔化，用作导电的“种子”熔体。
在其外部设有冷却装置，使表层不熔，形成一层未熔壳，起到坩埚的作用。
内部已熔化的晶体材料，依靠坩埚下降法晶体生长原理使其结晶并长大（图2-6）。
该法生长晶体是以一种非晶质固相经液相（熔体）转变为另一种接近固相方式进行的。
该法主要用来生产合成立方氧化锆晶体材料。
我国从1983年生产合成立方氧化锆以来，在设备上有很大提高。
起初每台高频炉每炉只能生产出五公斤，现在可生产出四百公斤合成立方氧化锆，产量大增，成本降低；同时以前生产的晶体较小，只有几十克重，现在可以达到单体1980克以上，而且颜色品种也有了很多增加。
熔壳法合成立方氧化锆晶体，通常要求ZrO
2粉料及Y
2
O
3
稳定剂的纯度为99％
-99.9％。
杂质含量应小于0.005％-0.01％（NiO、TiO
2、Fe
2
O
3
等）；生产彩色立
方氧化锆，只需要在ZrO
2＋Y
2
O
3
的混合料中加入着色剂即可生产出各种颜色的晶
体，特别是蓝色和绿色的晶体可用来仿制蓝宝石和祖母绿。
（表2-3）。
人工合成宝石方法
人工合成宝石方法1、焰熔法使原料粉末在氢氧焰中，边投入边熔融而结晶生成宝石晶体的方法。
由于此法是法国的维尔纳叶在1902年发明的，所以又称“维尔纳叶法”。
这是目前合成宝石的主要方法之一。
现今的合成红宝石、蓝宝石、彩色尖晶石、金红石、星光红蓝宝石及人造钛酸锶等宝石大多用此法制得。
2、水热法也称热液法是在密封的高压容器内，从水溶液中生长出晶体的方法，在一定程度上再现了地下热液矿物结晶的过程。
用此法合成的宝石有水晶、祖母绿、红宝石、海蓝宝石等。
3、助熔剂法这是在常压高温下，借助助熔剂的作用在较低温度下加速原料的熔融，从熔融体中生长出宝石晶体的方法。
此法在一定程度上模拟了自然界的岩浆分异结晶成矿过程。
通常所说的“卡善（KASHAN）”合成红宝石、“查截姆（CHATHAM）”合成祖母绿以及人造钇铝榴石（YAG）、人造钆镓榴石（GGG）、合成蓝宝石、合成金绿宝石、合成尖晶石等均可用此方法制成。
4、熔体法直接熔化宝石原料，然后逐渐降低温度，从而生长出宝石晶体的方法。
根据实际工艺过程的不同又可进一步分为以下两种方法：（1）提拉法：也称丘克拉斯法，适用于红宝石、蓝宝石、星光红宝石、星光蓝宝石、变石、钇铝榴石、钆镓榴石等宝石晶体的生长。
（2）导模法：也称斯切帕诺夫法，是提拉法的变种。
用于生长合成红宝石、金绿猫眼等。
5、区域熔炼法（也称浮区法）将原料逐区熔融并重结晶而生长出宝石晶体的方法。
用此法可生长出合成刚玉类宝石、合成变石和人造钇铝榴石晶体等。
6、冷坩埚熔壳法简称熔壳法，主要用于生产合成立方氧化锆（CZ）晶体。
其原理与熔体法相近，但具体方法及工艺过程较复杂。
7、高温超高压法是在高温超高压条件下，模拟变质成矿过程合成宝石的方法。
常用于合成金刚石、翡翠等。
8、化学沉淀法是一种经化学反应和沉淀，进而加热加压合成非单晶质宝石的方法，如合成欧泊、合成绿松石等。
另外，用于生产合成金刚石薄膜的化学气相沉淀（CVD）法以及最新资料报道的合成碳化硅单晶生产技术，也暂且归属于此类。
宝石合成与优化
宝石合成与优化第一部分宝石的人工合成绪论☐一、人工合成宝石的发展历史☐二、人工合成宝石的概念、分类及定名☐三、人工合成宝石的价值和价格☐四、人工合成宝石的方法一、人工合成宝石的发展历史人工合成宝石经历了一个从简单到复杂、由低级到高级的发展过程。
早在5000多年前，古埃及人就开始用上釉陶瓷来模拟、仿制绿松石或其他不透明宝石。
随着社会生产力的发展，人们便开始用更为先进的方法制造装饰晶和合成宝石。
在我国古代西汉和战国的墓葬和遗址中，出土了大量各种形状的高铅钡玻璃珠和不同纹饰的玻璃璧。
16世纪埃及人开始用玻璃来模仿祖母绿、碧玉、青金石和绿松石；1656年法国人用空心玻璃充填蜡和重晶石以仿珍珠；1758年又制作出铅玻璃用于仿钻石等。
这段时期内，人们用玻璃仿制宝石的品种多，但工艺相对简单，因此只是人工合成宝石工艺的起步阶段。
☐人工合成宝石的蓬勃兴起要追溯到18世纪中下叶和19世纪。
1837年，法国化学家马克·高丁。
他使用含有重铬酸钾的明矾和硫酸钾饱和溶液进行反应，将残留物熔融得到氧化铝结晶体，开始了正式以化学方法合成宝石的历史；1877年，法国的E．弗雷米和费尔又用焰熔法将Al2O3。
熔于PbO中，在20天内长出小片状红宝石晶体；1885年，在红色Al2O3粉末中加入少量重铬酸钾，用氢氧火焰熔化生长出合成红宝石，这种合成红宝石被称为“再造红宝石”或称“日内瓦红宝石”；1902年，法国化学家维尔纳叶在弗雷米等人的基础之上改进了焰熔技术，以r－Al2O3为原料，用氢氧焰熔化，成功合成出了数克拉的合成红宝石，这是人工合成宝石史上具有重大意义的一个发明，它使商业化生产人工合成宝石成为可能，是人工合成宝石史上的一个分水岭。
☐我国对于人工合成宝石的研究起步较晚，始于20世纪50年代。
从20世纪50年代末研究焰熔法生长合成刚玉类宝石和水热法生长合成水晶技术开始，到60年代和70年代研制成功合成金刚石、人造钇铝榴石(YAG)、人造钆镓榴石(GGG)和合成变色猫眼石等宝石晶体，继而在80年代和90年代研制冷坩埚熔壳法生长合成立方氧化锆晶体、水热法生长合成祖母绿和合成红宝石晶体以及制作玻璃猫眼、金星玻璃系列品种等方面获得成功，而在2l世纪之初又成功研发了人造夜光宝石等新型的人工宝石品种。
珠宝鉴定思考题3-2
珠宝鉴定思考题3-21．岩石是地壳中由（）作用形成的固体物质。
2．岩石学主要由（）学和（）学两部分组成。
3．地质作用可分为（）作用和（）作用两大部分。
4．内力地质作用可分为（）、（）、（）、（）等。
5．外力地质作用可分为（）、（）、（）、（）等。
6．岩石可分为（）、（）和（）三大类。
7．根据（）的相对含量，岩浆可分为酸性、中性、基性和超基性岩浆。
8．岩浆作用可分为（）作用和（）作用两种方式。
9．举出六种岩浆岩的主要造岩矿物名称。
10．岩浆岩中的矿物以（）含量最多。
11．写出六种斜长石的名称。
12写出岩浆岩中10种最主要的造岩元素。
13．按结晶程度，岩浆岩的结构可分为（）结构、（）结构和（）结构。
14．按矿物颗粒形态，岩浆岩的结构可分为（）、（）、（）、（）等15．金伯利岩是（）和（）的主要母岩。
21．沉积岩的结构主要有（）、（）、（）和（）四类。
22．沉积岩的构造类型主要有（）和（）两类。
23．与碎屑岩类有关的宝石主要有（）、（）、（）、（）、（）等。
24．与粘土岩类有关的宝石主要有（）、（）。
25．碧玉（石）是产于沉积型的（）岩中。
26．由岩浆岩经变质作用形成的变质岩称（）岩。
27．由沉积岩经变质作用形成的变质岩称（）岩。
28．变质作用的类型有哪些29．举出5种特征性的变质成因矿物名称。
30．变质岩结构类型有那些31．变质岩构造类型有那些32．大理岩中有哪些宝玉石33．石英岩中有哪些宝玉石34．矽卡岩中有哪些宝玉石35．片麻岩中有哪些宝玉石答案1．（地质）2．（岩类）、（岩理）3．（内力地质）、（外力地质）4．（构造运动）、（岩浆运动）、（变质作用）、（地震）5．（风化作用）、（剥蚀作用）、（搬运作用）、（沉积作用）6．（岩浆岩）、（沉积岩）、（变质岩）7．（二氧化硅）8．（侵入）、（喷发）9．（石英、长石、橄榄石、辉石、角闪石、黑云母）10．（长石）11．（钠、奥、中、拉、培、钙长石）12．（O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、H、Ti）13．（全晶质）、（半晶质）、（玻璃质）14．（粒状结构）、（柱状结构）、（片状结构）、（针状结构/纤维状结构）15．（金刚石）、（镁铝榴石）16、（红蓝宝石）、（锆石）、（橄榄石）17．（镁铝榴石）、（橄榄石）18．（海蓝宝石、碧玺、黄玉、金绿宝石、红蓝宝石）19．（虹彩拉长石）20．（石英）21．（碎屑结构）、（泥质结构）、（晶粒结构）、（生物结构）22．（层理构造）、（层面构造）23．（钻石）、（红蓝宝石）、（水晶）、（翡翠）、（软玉）24．（欧泊）、（绿松石）25．（硅质岩）26．（正变质）、（负变质）27．（重结晶作用、变质结晶作用、交代作用、变质分异作用、变形和碎裂作用）28．（接触变质作用、动力变质作用、气液变质作用、区域变质作用）29．（红柱石、蓝晶石、矽线石、方柱石、透闪石、蛇纹石）30．（变余结构、变晶结构、变形结构、交代结构）31．（变余构造变成构造（斑点状构造、板状构造、千枚状构造、片状构造、片麻状构造、块状构造）32．（汉白玉、红宝石、蛇纹石玉、软玉等）33．（东陵石、密玉、京白玉、贵翠等）34．（尖晶石、青金石、查罗石、石榴石、蔷薇辉石、软玉、水晶、蓝宝石等）35．（红宝石、蓝宝石、月光石等）1．按工业用途矿产可分为（）、（）、和（）三大类。
宝石改善与人工合成-助熔剂法
助熔剂包裹体
助熔剂法生长祖母绿晶体的鉴别
红外光谱鉴定：不存在任何水的吸收峰 包裹体特征
未熔化的固体包裹体呈羽毛状、纱状或束状，看 上去象飘动的窗纱；
阶梯状粗粒助熔剂包体； 铂或硅铍石的固相包裹体。 天然籽晶片痕迹 颜色较浅，生长的祖母绿颜色较深，环绕着种晶
的深色祖母绿部分显示出相同包裹体类型； 成分分析
热区：添加原料、助熔剂和致色剂； 冷区：吊挂籽晶，视坩埚大小排列祖母绿籽晶片。
升温至原料熔融，热区熔融后祖母绿分子扩散到温度 稍低的冷区。当祖母绿熔融液浓度过饱和时，祖母绿便 在籽晶上结晶生长。热区和冷区的温差很小，保持低的 过饱和度以阻止硅铍石和祖母绿的自发成核作用。
添加原料，一次可生长多粒祖母绿晶体。
助熔剂法生长宝石晶体与鉴别
本章要点
掌握助熔剂法生长宝石晶体的基本原理 了解助熔剂法生长宝石晶体的各种方法及
工艺过程
鉴别助熔剂法生长的祖母绿和红宝石晶体
复习思考题
1. 助熔剂法生长宝石晶体的概念？ 2. 助熔剂法生长宝石晶体的基本原理？ 3. 合成祖母绿和合成红宝石晶体可用哪几种助熔 剂法进行生长？ 4. 助熔剂法生长宝石晶体有何优缺点。 5. 助熔剂法生长的宝石晶体有哪些特征？ 6. 如何鉴别助熔剂法合成的祖母绿和红宝石？
主要设备 高温马弗炉和铂坩埚。
合成祖母绿晶体常采用 1650℃的硅钼棒电炉。炉子 一般呈长方体或圆柱体，要 求炉的保温性能好，良好的 控温系统。
生长过程
首先在铂坩埚中放入晶体原料和助熔剂，将坩埚放入高温 电阻炉中加热，待原料和助熔剂开始熔化后，在略高于熔点 的温度下恒温一段时间，使所有原料完全熔化。
生长速度约0.33mm/月。12个月内可长出2cm的晶体。
珠宝知识问答：7.31作为首饰，莫桑石和立方氧化锆分别有什么优缺点？
珠宝知识问答：7.31作为首饰，莫桑石和立方氧化锆分别有什么优缺点？粉丝提问作为首饰，莫桑石和立方氧化锆分别有什么优缺点？莫桑石和立方氧化锆都属于人工宝石，不过这两个宝石的全名分别叫做合成碳化硅与合成立方氧化锆，他们的出现都是以钻石的仿制品出现的，在市场贸易中，多称合成碳化硅为莫桑钻，立方氧化锆为CZ或者锆石。
首先聊聊两种合成宝石的发现历史莫桑钻的合成其实是一个偶然的发现，十九世纪末，一个叫做爱德华阿杰森的科学家在合成钻石的时候偶然发现的，并且将其命名为“金刚砂（Carborundum）”，这样的命名主要是因为它是碳和刚玉的化合物，也有可能是因为它的硬度位于钻石和刚玉之间。
到了后来，它使用C和沙子的混合物生产这种产品获得了较高的产量，因此这种方法一直延续到了今天，所生产的碳化硅多用于磨料，这也是人们对碳化硅最初的认识。
虽然莫桑钻的合成历史已经有了一百多年，但是真正的应用到宝石中还是近代的事情，1980 年初苏联的戴依洛夫才生长出大尺寸的莫桑钻，可以呈现近无色的外观，正式的推向了市场，1995 年创立的美国诗思有限公司解决了颜色、透明度等问题，使得外观更加美观。
目前莫桑钻的合成方法多使用的是CVD法，即化学气相沉淀法立方氧化锆的发现实际上是在研究天然锆石中发现的，上世纪1937年，德国的两位化学家用X射线分析蜕晶化锆石（低型锆石）发现了氧化锆，同时发现了立方晶系的氧化锆发生相变时晶体会发生破裂，并且立方晶系的氧化锆的稳定温度为2500摄氏度。
下图为合成设备。
而立方氧化锆的合成是在1969年由法国科学家罗林实现的，1972年由苏联的科学家进行了技术改进，生长出了可用于首饰的氧化锆，其方法为冷坩埚熔壳法，1976 年正式推向市场，作为钻石的仿制品，命名为“苏联钻”，我们国家曾经将其称之为“水钻”，不过“水钻”这一名称目前多指“玻璃”制品，现在商业上多称合成立方氧化锆之为“锆石”。
宝石的光泽与折射率有密切的关系，折射率越高，光泽越强，其中莫桑钻的折射率为2.65~2.69，大于钻石（钻石的折射率为2.417），因此具有非常明显的金刚光泽，甚至高于钻石；而CZ的折射率为2.18，低于钻石与莫桑钻，因此，整体上CZ的光泽不如莫桑钻；第二，火彩上的差异火彩主要与宝石的色散值密切相关，色散值越高，则火彩越强，其中莫桑钻的色散值为0.104，大约是钻石的2.5倍，因此莫桑钻具有非常漂亮的火彩；CZ的色散值为0.055，略高于钻石的0.044，因此有着与钻石相近的火彩。
合成立方氧化锆是什么
合成立方氧化锆是什么
合成立方氧化锆是一种重要的化学过程。
立方氧化锆是一种高温稳定、耐腐蚀性好的材料，广泛应用于钢铁、陶瓷、航空航天、电子等领域。
合成立方氧化锆的方法有很多种，下面介绍其中几种常见的方法。
首先，柠檬酸法是一种常见的合成立方氧化锆的方法。
该方法首先将硝酸锆与柠檬酸反应生成一个络合物，然后通过加热分解络合物得到立方氧化锆。
这种方法具有操作简单、反应条件温和的优点。
其次，氯氧法也是一种常用的合成立方氧化锆的方法。
这种方法通过将氯化锆与氧气在高温下反应生成立方氧化锆。
氯氧法合成的立方氧化锆纯度高，晶粒细小，具有良好的性能。
此外，碱熔法也是一种合成立方氧化锆的方法。
该方法将氟化锆与碱金属氢氧化物在高温下熔融反应生成立方氧化锆。
碱熔法合成的立方氧化锆晶体大且均匀，适用于制备高纯度的立方氧化锆。
合成立方氧化锆的过程中需要注意一些关键的影响因素。
例如反应温度、反应时间、溶剂的选择等都会对合成结果产生影响。
此外，反应过程中的搅拌速度、反应容器的材质等也需要考虑。
合成立方氧化锆的应用非常广泛。
首先，由于其高温稳定性和耐腐蚀性，立方氧化锆常被用作高温陶瓷材料。
在电子行业中，立方氧化锆被用于制作集成电路和电子陶瓷等。
此外，立方氧化锆还可用于制备催化剂、陶瓷材料和生物材料等。
总之，合成立方氧化锆是一项重要的化学过程。
通过不同的合成方法，可以得到高纯度、晶粒细小的立方氧化锆材料。
合成立方氧化锆的成功应用于各个领域，推动了材料科学的发展。
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锆 ,解决了高温下找不到合 适的 盛 放 ZrO2 粉 末 及 溶 液 的难题 。这被称为“冷坩埚 熔壳 法 生 长 立 方 氧 化 锆 ”技 术 。参见图 1 。
图 1 冷坩埚熔壳法晶体生 长设备示意图
1. 熔壳盖 2. 石英管 3. 水冷用铜管 4. 高频线圈 ( RF) 5. 熔体 6. 晶体 7. 未熔料 8. 水冷座
常温下不导电, 只有在 1200 ℃以上才转变成导体导 电 。怎样才能使 ZrO2粉末导 电呢 ? 就要设法在 ZrO2粉末 中出现一个点的 温 度 超 过 1200 ℃。人们在 ZrO2粉末中 加入一定量的金属锆片或锆 粉 ,从而在高频电磁场作用 下可以加热金属锆达到 1900 ℃熔 化 温 度 , 此 温 度 可 使金属锆周围的 ZrO2粉末超 过 1200 ℃而成导电体 , 这些 ZrO2粉末即刻被高频电磁场 加热熔化而又使周围的 ZrO2 粉末成导电体 , ……这样发 展下去 , 就可以使所有的 ZrO2 粉 末 被 熔 化 。当 然 , 要 控制生产工艺条件 ,不要将 外层的熔壳也熔化掉 。加入 金属锆这样的巧妙技术被称 为“引燃”技术 , 引燃区域称 为“小熔池”这是此方法的特 点之一 。 三 、稳定剂的选用 氧化锆从单斜相转变到 立方相的原子最紧密堆积 , 其中体积变化较大 ,晶体易 裂 ,所以在晶体生长的配料 中必须加入稳定剂 。为了得 到立方氧化锆晶体 ,经常可 考虑 加 入 Y2 O3 、CaO 、MgO ……等作为稳定剂 , 使晶体 稳定在立方相的状态 ,经试 验 ,加 入 Y2 O3 作 稳 定 剂 最 好 , 易 生 长 出 大 的 单 晶。 CaO 、MgO 等 虽 然 同 样 可 以 起稳定剂作用 ,但生长出来 的晶体直径较小 ,而且不容 易将立方氧化锆产品分离为 单晶 。
《人 造 宝 石》中 节 选 的 一 部 天然氧化锆加热到这个相变
分 ,主要阐述当前仿钻石最 温度 ,人们碰到三个难题 :一
佳材料立方氧化锆的生长及 是用什么坩埚容器盛放 ZrO2 其宝石特性的 。但由于“科 粉未而在 2370 ℃～2750 ℃自
技博 览”栏 目 只 允 许 播 出 5 身不 被 熔 化 ?! 二 是 用 什 么
分钟 , 不可能详细介绍立方 方法可以加热到使所有粉末
氧化锆的生产技术 。为了让 都融熔 , 其温度为 3000 ℃左
大家进一步了解此技术 ,进 右 ?! 三是自然界不稳定的
行珠宝知识科普宣传 , 现介 立方相怎样才能稳定生长出
绍如下 :
来 ?! 为解决这些问题 ,人们
立方氧化锆在自然界至 经过了不懈的努力 , 终于巧
◆保养戒指小常识 你是否经常为不知如何
保养及清洁心爱的珠宝饰品 而心烦呢 ? 一般珠宝店都用 超音波 震 荡 来 清 洗 珠 宝 , 但 有些宝石又不能用超音波清 洗 。其实最方便也是最安全 的方法是自己在家保养心爱 的珠宝 , 只 要 用 中 性 肥 皂 将 汗渍等 洗 净 , 再 以 清 水 冲 掉 即可 。既不必担心超音波震 坏自己 的 珠 宝 , 更 不 用 费 时 的送到珠宝店去保养了 。
性能也由低级向高级转变 , 管紧接着排列成圆杯状 ,里
立方相氧化锆具有折射率高 边放原料 ZrO2 粉末等 ,紫铜 (2. 15 ～ 2. 23) 、色 散 大 ( 0. 管外层有石英管 , 以套装发
06) 、硬度较高 (摩氏 8. 0～8. 热用的高频线圈 , 通过高频
5) 、化 学 稳 定 性 好 等 特 性 。 发生器让高频线圈产生的高
名称占领了市场 ,深受广大 消费者的欢迎 。需求的矛盾 刺激了生长厂家的建立 , 80 年代末 ,我国有将近 90 台炉 子生产立方氧化锆 ,年产量 超过 100 吨 。由于此法耗电 量大 ,电费的增加及市场的 饱和 ,到 1992 年 ,剩下 40 多 家生 产 厂 , 拥 有 约 50 台 设 备 ,年生产量在 70 吨左右 。 目前 ,我国仅剩三家生产 ,但 由于一家与台商合资的生产 厂引进了单炉生产 120 公斤 的设备 4 套 ,一个厂年产量 就超过 100 吨 ,故我国仍然 是立方氧化锆的生产大国 。 立 方 氧 化 锆 的 合 成 成 功 ,大大地丰富了珠宝首饰 市场 ,满足了人们对美追求 的需要 。但我国目前尚不能 生产市场需求的鸽血红 、蓝 宝石蓝和翠绿色 立 方 氧 化 锆 ,我们呼吁生产厂家与科 研院所专家联合攻关 ,早日 取得突破 。
五 、立方氧化锆的生长 过程
先在 ZrO2粉末中按摩
38
图 2 冷坩埚熔壳法晶体生 长过程示意图
1. 水冷坩埚 2. 高频线圈 3 .“引燃”造成的小熔区 4. ZrO2 + Y2O3 粉料 5. 熔壳 6. 熔融液 7. 立方氧化锆晶体
尔比例 9 : 1 加 入 稳 定 剂 Y2 O3 ,混合均匀 ,放入紫铜管围 成的“圆杯”内 , 在粉末的上 部放入一定量的金属锆片或 锆粉 ,接通高频发生器电源 , 起燃 1～2 分钟 ,原料开始熔 化 。待 原 料 大 部 分 熔 化 , 达 到要求后 ,改变高频发生器 反馈关系 ,使熔体稳定加热 30～60 分钟 。然后“冷坩埚” 以 5～15mm/ 小时速度下降 , 熔体底部产生过饱和浓度而 开始结晶 , 随着“冷坩埚”的 不断下降 ,熔体将全部结晶 成晶 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 , 即 可取出产品 ,用小锤轻轻拍 打 ,一颗颗晶莹漂亮的立方 氧化锆晶体便呈现在您的面 前 。生长过程示意图见图 2 。 立方氧化锆晶体见彩页 。 上述操作从粉料熔化到 完全熔融 ,时间较快 ,而晶体 生长的时间则较长 ,生长一
表 立方氧化锆晶体中掺质与 相对应的晶体颜色
掺质占总重 掺质成份 量百分比 晶体颜色
( %)
Ce2O30. 15来自红色Pr2O3
0. 1
黄色
Nd2O3
2. 0
紫色
Ho 2O 3
0. 13 淡黄色
Er2O3
0. 1 粉红色
V 2O 5
0. 1 黄绿色
Cr2O3
0. 3 橄榄绿色
Co 2O 3
0. 3 深紫色
CuO
0. 15 淡绿色
Nd2O3 + Ce2O3 0. 09 + 0. 15 玟瑰红色
Nd2O3 + CuO 1. 1 + 1. 1 淡蓝色
Co2O3 + CuO 0. 15 + 1. 0 紫蓝色
Co2O3 + V2O5 0. 08 + 0. 08 棕 色
(据付林堂 、刘卫国 1986 年)
二 、高频加热及“引燃” 技术的运用 要把 ZrO2粉末熔融产生 立方相相变 ,通常认为需要 3000 ℃左 右 , 产 生 这 样 高 的 温度 ,最合适的加热方法是 利用高频发生器 (也称射频 炉) 产生的高频电磁场加热 。 但高频电磁场只对导电体起 作用 ,而单斜相 ZrO2 粉末在
37
合成优化
珠宝科技/ 98. 1
冷坩埚熔壳法生长立方氧化锆宝石
沈才卿
97 年 10 月 5 日 ,中央电 成功 地 生 产 出 了 立 方 氧 化
视台二频道“科技博览”栏目 锆 。
播出了“人造《钻石》”节目 ,
立方氧化锆的相变温度
这是最近摄制完成的科教片 是 23702750 ℃, 要把 单 斜 相
Y2 O3 的加入量 ,以能全 部将立方相稳定为原则 ,最 少 加 入 量 为 ZrO2 原 料 的 10 %。加入过少则会出现四 方相 ,晶体出现乳白状的混 浊 ;加入过多则使晶体带黄 色 ,还会降低硬度 。 四 、彩色立方氧化锆的 生长 目前市场上出现了各种 各样颜色的立方氧化锆 ,在 行内统称为彩锆 。彩锆的生 产只要在原有的原料中加入 各种不同的致色剂 ,如表所 示 。但黑色立方氧化锆的生 产不是加入致色剂 ,而是用 白锆在真空条件 下 加 热 到 2000 ℃进 行 还 原 处 理 获 得 的。
(据珠宝界)
39
炉立方氧化锆的总时间大约 为 20 小时 。每一炉的产量 最高可达 120 公斤 。没有熔 化的原料及壳体料仍可在下 次使用 。彩锆生长时往原料 中加入相应的致色剂即可 。 冷坩埚熔壳法生长立方 氧化锆的技术是在 1969 年 由法国科学家罗林 ( Roulin) 等人发明的 ,但仅作了探索 性研究 。1972 年 , 前苏联科 学院列别捷夫固体物理研究 所的阿列克索诺夫等人改进 了法国人的装置 ,生长出了 大的晶体 。并申请了专利 。 1976 年后 ,原苏联把无色的 立方氧化锆晶体作为钻石的 代用品推向市场 ,引起了世 界钻石界的恐慌 ,被称为“苏 联钻”。随后 ,其他国家也相 继生产了这种宝石 ,并在国 际上流行 。 我国从 1982 年开始立 方氧化锆合成的研究 , 1983 年投产 , 并迅速以“水钻”的
由于钻石的折射率为 2. 42 , 频电磁场对原料加热使其熔
色散为 0. 044 ,所以 ,若把二 化 ,而外层紫铜管及底座通
者琢磨成相同的戒面 ,其综 冷水带走热量 ,使外壳形成
合效果非常相似 ,因此 ,立方 氧化锆成了钻石最佳的代用 品 ,人们采用冷坩埚熔壳法
一层不熔的 ZrO2 粉末熔壳 , 即用 ZrO2粉末自身作坩埚的 特殊生产工艺生长立方氧化
今没有找到矿石或矿床 , 它 妙地逐一解决了 。
是天然氧化锆 (单斜相) 在一 一 、冷坩埚熔壳技术的
定条件下产生相变 , 经四方 产生
相 、六方相而转变到具原子 人们在一个由通冷却水
最紧密堆积的高级结构立方 且可以升降的底座上 , 焊接
相的 。随 着 相 变 的 产 生 , 其 上通水冷却的紫铜管 , 紫铜