合成宝石特征.docx

合成宝石特征当代由于合成技术的发展，几乎所有天然宝石都可在实验室里合成，而且彼此的特征愈来愈接近，甚至达到难以分辨的程度。

一、合成金刚石（钻石）宝石级合成金刚石主要采用高温高压法（HTHP）的BARS压力机生产，目前首饰用合成钻石的主要生产国有俄罗斯、乌克兰、美国等。

HTHP合成钻石其主要物理、化学性质与天然钻石类似。

（一）晶种触媒法合成金刚石特征1．晶形一般为立方体{100}与八面体{111}的聚形。

“BARS”法合成的钻石晶形上可有轻微的歪曲树枝状花纹，波状附生像及残晶薄片，温度过低时晶面的边缘常有突出而中心凹陷，温度过高时，整个晶体变圆。

显微镜下可见生长纹理及不同生长区的颜色差异。

2．合成钻石晶体一般呈浅黄色、橘黄色、褐色。

低温生长者色较浅，高温生长者色较深。

颜色明显依赖于所采用的触媒合金。

若触媒为Fe－Al合金时，所生晶体为无色，含B（硼）元素其色为蓝，含Ni（镍）元素其色褐黄。

颜色分布不均匀，可见沿八面体晶棱平行排列的色带。

3．内含物主要是触媒金属，孤立或成群的出现于晶体表面或沿内部生长区间边界定向分布，呈浑圆状、拉长状、点状或似针状。

净度以P、SI为主。

HTHP 合成钻石生长纹发育，其特征因生长区而异。

八面体生长区的生长纹平直，并可有褐红色针状包体（仅在阴极发光下可见）；立方体生长区无生长纹，但可有黑十字包体；四角三八面生长区边缘发育有平直生长纹。

4．光性特征：常有很弱的异常双折射。

干涉色颜色变化不明显，不如天然钻石明显。

5．发光性：在紫外灯下、X射线和阴极射线下均呈规则的分区分带发光，不同生长区发出不同颜色的光，且具有规则的几何图形。

6．吸收光谱：Ⅰb型者一般明显吸收，有时因生长过程中的冷却作用会造成658nm处的吸收；Ⅰb＋Ⅰa型者在600－700nm处可见数条清晰的吸收线，而无天然钻石的415nm吸收线。

（见表2-5）（二）化学气相法合成金刚石薄膜（CVD合成钻石）1．物理性质：硬度、导热性、密度、弹性、透光性等物理性质接近或达到天然金刚石。

CVD合成钻石呈板状，{111}与{110}面不发育；颜色多为褐色和浅褐色，或为无色和蓝色。

正交偏光下具强烈的异常消光，不同方向上有所不同。

2．结构缺陷：存在有大量的（111）挛晶、（111）层错或位错。

放大检查可见不规则深色包体和点状包体，可有平行的生长色带。

3．蓝色合成钻石薄层具导电性，均匀分布在刻面钻石的全部表面。

4．钻石膜是多晶体，表面具粒状结构，特征峰在1332cm-1附近，半高宽（FWHM），甚至在1500cm-1附近出现一个宽峰，在紫外线照射下通常出现弱的橘黄色荧光。

二、合成碳化硅（合成碳硅石）合成碳化硅主要由莱利法生产，1998年6月首先在美国亚特兰大等城市上市。

其宝石学特征如下：（一）颜色无色至浅黄色、浅灰、浅绿、浅褐、浅蓝、绿色和灰色，是由掺入的微量氮铝杂质影响的。

如黄色（含氮0.01％）、绿色（含氮0.1％）、蓝绿色（含氮10％）、蓝色（含高量铝）。

无色晶体不含氮或通过加入电荷补偿微量元素铝来减少氮的影响。

（二）透明度透明，亚金刚光泽。

体积达工艺要求。

（三）晶系与光性六方晶系，纤锌矿型结构。

常呈块状，一轴晶正光性。

（四）折射率与色散度折射率2.648-2.691，双折率0.043，聚焦于底尖能看到台面及冠部刻面的反射重影。

反射率约为21.0％，色散度0.104。

（五）密度与硬度密度3.20-3.24g∕cm3，摩氏硬度9.25左右。

诺谱硬度2917－2954kg/mm2,晶体的韧性极好。

（六）内含物细长的白色管状物，不规则空洞，小的SiC晶体，负晶及深色具金属光泽的球状物，可三粒或多粒呈线状排列，也有一些呈云雾状的，分散的针点状包体，并有气泡。

（七）吸收光谱未见特征的吸收光谱。

近于无色的合成碳硅石在425nm以下有一弱吸收。

（八）发光性呈现惰性，少数在长波下呈中至弱的橙色荧光，极少在短波下呈弱橙色荧光；极少数的在X射线下呈中至弱黄色荧光。

（九）导热性670-2010w∕（m·k），热导率0.55－1.17cal/(cm·℃·s)，热惰性0.30－0.63 cal/(cm·℃·s1/2)。

（十）导电性具导电性，为半导体材料。

（十一）红外光谱1800cm-1以下吸收，2000-2600cm-1区域内有数条强的和尖锐的吸收峰，在3000－3200cm-1区间勉强可见几个吸收峰。

（十二）与钻石鉴别的简易方法1．光照法：将钻石与合成碳硅石混在一起的通货倒入塑料盘中，加水淹没宝石。

在塑料盘下一英寸处放一张白纸，在宝石之上六英寸处用光纤灯或手电筒照明。

若用带狭缝的盘子盖住光源且在暗室中进行，效果更好。

在光照下将塑料盘从一侧移至另一侧，可见合成碳硅石具鲜艳颜色，而钻石只有白色光芒。

2．加热法：（1）用烘箱电炉或250W白炽灯加热这些宝石，这时合成碳硅石变成亮黄色，而钻石不变色。

（2）将一根火柴或打火机的外焰置于宝石正下方，钻石不变色，而合成碳硅石则变成黄色，但退火后，恢复原装。

3．色散法：钻石台面向下放在浅的平底的干净玻璃碟中，完全浸入自来水内，以笔式灯垂直照明，合成碳硅石具有明亮的光谱色闪光，而钻石具有不太亮的有色闪光。

4．比重法：将宝石放在二碘甲烷重液中，合成碳硅石浮起，钻石下沉。

三、合成祖母绿合成祖母绿的方法主要有水热法和助熔剂法。

其合成的产品折射率、密度等物理特征与天然祖母绿很接近，主要区别在于内部特征和红外光谱特征。

不同生产工艺亦有不同。

（一）水热法合成祖母绿用水热法合成祖母绿的有俄罗斯合成祖母绿、Linde法合成祖母绿、Biron 法合成祖母绿、Lechleitner法合成祖母绿和我国桂林水热法合成祖母绿等。

不同水热法合成祖母绿的特征见表2-6。

表2-6 不同水热法合成祖母绿特征1．颜色：浓艳的绿色。

2．结构：Ⅰ型水为主，亦有Ⅱ型水。

3．红外光谱：水热法合成祖母绿，虽也含Ⅰ型水和Ⅱ型水，但水分子的伸缩振动和合频震动的峰位及强弱不同。

水热法合成祖母绿，在中红外4357、4052、3490、2995、2830、2745㎝-1处有吸收，可与天然祖母绿区别开（见图2-9）。

4．内含物：常有两相包裹体，针状或钉状硅铍石和孔洞，固液包体分布在一个个平面上并且位于同一平面上的包体相互平行排列。

在某种情况下，有双折射晶体，多相填充物的腔体和晶种形状的平面及扭曲的白羽痕状、纱状和棉絮状包体。

此外，还有渣状包体呈面状分布，且晶体表面呈现特有生长波纹。

晶体内部的波状或锯齿状生长纹和色带，大多平行于种晶板，与Z轴的交角在22°～40°之间，并具不规则的亚颗粒边界近于垂直色带，形成角状图案。

中国桂林采用水热法生产的合成祖母绿，属于含氯无碱系列，只有Ⅰ型水峰。

平行C轴的钉状包体在宽头处常为金绿宝石，有时为绿柱石。

固相包体分布与种晶边界有关，针管状包体的排列方向与种晶和主生长面垂直。

5．特殊光学效应：在黑色底衬条件下，用强光源照射，在某些角度会出现红色。

6．荧光性：较强的红色荧光。

7．滤色镜观察：鲜亮红色。

（二）助熔剂法合成祖母绿助熔剂法合成祖母绿的生产厂家有查塔姆（Chatham）、吉尔森（Gilson）、莱尼克斯（Linnix）等。

不同厂商的合成祖母绿，其特点稍有不同（表2-7）。

添加（吉尔森N型），在紫区具427nm吸收带，天然祖母绿无此吸收带。

2．内含物：未熔化的固体熔质包体，常沿裂隙和空洞充填，呈羽毛状、纱状或束状，像飘动的窗纱；阶梯状粗粒助熔剂包体；一些平行的带状或线条，它们或一致伸向六面棱柱面，或都与棱柱面成一定角度，有的顺着晶体轴方向出现，使六面型的外轮廓看上去像有个空洞一般；有时还有坩埚材料（铂金）和硅铍石的固态包体；有时还可以见到天然籽晶片的痕迹，（颜色较深），环绕着籽晶的深色祖母绿部分显示出相同的包裹体特征。

这些包裹体可分为五种类型：（1）弯曲的像面纱或稻草把似的羽状包体类型；（2）楔型钉状包裹体类型；（3）气液二相包裹体类型；（4）小的堆积状晶体类型；（5）稀有的大园锥形暗色包裹体类型。

3．成分分析：含Mo、V等助熔剂的金属阳离子。

而天然祖母绿却没有。

4．发光性：红色荧光。

在短波下查塔姆合成祖母绿的透过率（低于230nm 时）比天然祖母绿（小于295nm不能透过）强得多。

通过上述，助熔剂法或水热法合成的祖母绿，都非常相近天然祖母绿，一般不易区分。

主要鉴别依据是，在显微镜和红外光谱仪对彼此的内部特征和红外光谱特征进行分析（表2-8）。

四、合成刚玉类宝石（一）焰熔法合成刚玉宝石1．合成红宝石（1）内部比较干净，无气泡或偶见气泡。

气泡小而少，多为球状，少为蝌蚪状。

若生产工艺不稳定时，可产生大量点状气泡成堆聚集，呈带状、云雾状分布。

偶见未熔的氧化铝粉末和红色氧化铬粉末呈面包渣状。

（2）颜色鲜艳，过于纯正，可有深红色、橙红色、紫红色等多种颜色，往往给人“假”的感觉。

（3）具有较宽的弧形生长纹，并贯穿整个样品。

现在因技术改进生长纹的曲率相对变小，在较小范围内看上去变得相对平直。

在加工抛光过程中，可产生雁行状裂纹，亦可在后热处理过程中产生裂隙。

若充胶，可在裂隙内部产生一种假指纹状包体。

（4）由于台面是平行或近于平行Z轴取向的，故在台面方向上有较明显的二色性。

（5）紫外光照射下，呈中强－强的红色荧光。

（6）x射线照射后，可有红色磷光现象。

2．合成蓝宝石（1）颜色多种，蓝色蓝宝石从台面看是蓝的，从腰部看是紫蓝色的。

（2）气体包体、固体包体、生长纹、二色性等方面同合成红宝石，在荧光性及吸收光谱方面见表2-9。

有时气泡周围会有蓝色物质聚集，容易发现。

（3）天然蓝宝石中的铁吸收线450nm有可能消失或很弱而模糊。

3．合成星光红（蓝）宝石（1）颜色、透明度：合成星光红宝石粉红-红色，半透明-透明；合成星光蓝宝石有乳蓝-蓝色、白色-灰色、紫色、绿色、黄色、褐色、黑色，半透明。

（2）弧形生长纹一般平行于底面，气泡往往沿弧形生长层分布。

细小的金红石包体沿三向密集排列，呈云雾状。

（3）星线细而窄，完整、清晰，分布于样品表层。

合成星光红（蓝）宝石与天然品的鉴别特征见表2-10。

（二）水热法合成刚玉宝石1．晶体外部特征（1）晶体外形多为厚板状－板状，常见的单形有六方双锥{2241}和{2243},次为菱面体{0111},偶见负三方偏三角面体{3581}及平行双面{0001}。

（2）晶体的六方双锥晶面上普遍发育有各种生长花纹。

较为常见的有舌状或乳滴状生长丘，阶状生长台阶，格状生长纹理和不规则生长斜纹，偶见放射纤维状条纹。

这些生长花纹与晶体生长过程中的温度，压力，矿化剂，溶体流向和温度梯度密切相关。

是晶体内部镶嵌结构及生长位错的一种表现形式。