助熔剂法其合成宝石鉴定
助熔剂法合成宝石
助熔剂法合成宝石助熔剂法，顾名思义，它是在高温下，矿质借助助熔剂的作用在较低温度下熔融，从熔融体中生长出宝石晶体的方法。
助熔剂法晶体生长过程，类似于岩浆结晶分异过程中矿物的形成，与水热法生长晶体相类似，只不过助熔剂代替了水溶剂。
因此，助熔剂法也可称为高温熔体溶液法、熔剂法或熔盐法。
该法在晶体合成中占有重要地位，早在十九世纪中叶曾有人用此法合成金红石，但由于焰熔法兴起而被忽视，直到近些年来才得以大量应用。
1．助熔剂法分类根据晶体成核及晶体生长方式，助熔剂法可分为两大类：（1）自发成核法该法生长晶体过程的第一步，就是形成晶核。
成核是一个相变过程，即在母液相中形成固相小晶芽。
这一相变过程中体系自由能的变化为：△G=△Gu+△Gs。
公式中：△Gu 为新相形成时体系自由能的变化，且△Gu﹤0；△Gs为新相形成时新相与旧相界的表面能，且△Gs﹥0。
这就是说，晶核的形成，一方面由于体系从液相转变为内能更小的晶相而使体系自由能下降，另一方面又由于增加了液-固界面而使体系自由能升高。
实验表明，影响成核的外因主要是过冷却与过饱和度。
成核的相变有滞后现象，就是说，当温度降至相变点时，或当浓度刚达到饱和度时，并不能看到成核相变。
成核总需要一定的过冷或过饱和。
另外成核可分为均匀成核与非均匀成核两种。
均匀成核是在体系内任何部位成核率是相等的，非均匀成核则是在体系的某些部位的成何率高于另一些部位。
均匀成核是在非常理想的情况下才能发生，实际成核过程都是非均匀成核，即在体系里总是存在杂质、热流不均、容器壁不平等不均匀的情况，这些不均匀性有效地降低了成核时的表面能位垒，核就先在这些部位形成。
所以人工合成宝石总是人为地制造不均匀性，使成核容易发生，如放入籽晶、成核剂等。
该法按照获取过饱和溶液的方式不同，又可分为缓冷法、反应法和蒸发法三种，其中以缓冷法设备简单而被广泛使用（图2-3）。
a．缓冷法是晶体材料全部熔于助熔剂之后，在高温炉中缓慢降温冷却，使晶体自发成核并逐渐成长的方法。
助熔剂法及其合成宝石的鉴定
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式。
利用生长晶体的历史已近百年，此刻用助熔剂生长的晶体类型很多，从金属到硫族及卤族化合物，从半导体材料、激光晶体、光学材料到磁性材料、声学晶体，也用于生长宝石晶体，如助熔剂法红宝石和祖母绿。
一、助熔剂法的大体原理和方式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，然后通过缓慢降温或在恒定温度下蒸发熔剂等方式，使熔融液处于过饱和状态，从而使宝石晶体析诞生长的方式。
助熔剂一样为无机盐类，故也被称为盐熔法或熔剂法。
助熔剂法依照晶体成核及生长的方式不同分为两大类：自发成核法和生长法。
一、自发成核法依照取得过饱和度方式的不同助熔剂法又可分为缓冷法、反映法和蒸发法。
这些方式中以缓冷法设备最为简单，利用最普遍。
缓冷法是在高温下，在晶体材料全数熔融于助熔剂中以后，缓慢地降温冷却，使晶体从饱和熔体中自发成核并慢慢成长的方式。
二、籽晶生长法籽晶生长法是在熔体中加入籽晶的晶体生长方式。
要紧目的是克服自发成核时晶粒过量的缺点，在原料全数熔融于助熔剂中并成为过饱和溶液后，晶体在籽晶上结晶生长。
依照晶体生长的工艺进程不同，籽晶生长法又可分为以下几种方式:A.籽晶旋转法：由于助熔剂熔融后粘度较大，熔体向籽晶扩散比较困难，而采用籽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。
B.顶部籽晶旋转提拉法:这是助熔剂籽晶旋转法与熔体提拉法相结合的方法。
其原理是: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，在籽晶上结晶生长晶体。
随着籽晶的不断旋转和提拉，晶体在籽晶上逐渐长大。
该方法除具有籽晶旋转法的优点外，还可避免热应力和助熔剂固化加给晶体的应力。
另外，晶体生长完毕后，剩余熔体可再加晶体材料和助熔剂继续使用。
C.底部籽晶水冷法：助熔剂挥发性高，顶部籽晶生长难以控制，晶体质量也不好。
人工合成红宝石的配方
人工合成红宝石的配方一、原料选择。
1. 主要原料：氧化铝（Al₂O₃）- 氧化铝是红宝石的主要成分。
在自然界中，红宝石就是刚玉（主要为氧化铝）晶体中含有少量铬（Cr）元素而呈现红色。
对于人工合成，需要高纯度的氧化铝粉末。
一般纯度要求达到99.99%以上。
这是因为杂质过多会影响晶体的生长和颜色的纯正性。
2. 致色剂：铬（Cr）化合物。
- 通常选用铬酸铅（PbCrO₄）或氧化铬（Cr₂O₃）作为致色剂。
添加量一般在0.5% - 2%左右。
铬离子（Cr³⁺）取代晶体结构中的铝离子（Al³⁺），从而使合成的晶体呈现红色。
致色剂的用量需要精确控制，如果添加量过少，颜色会太淡，达不到红宝石应有的颜色深度；如果添加量过多，可能会导致晶体内部结构缺陷或颜色过深而不自然。
二、助熔剂法合成红宝石的配方及原理。
1. 配方。
- 助熔剂通常采用氧化铅（PbO） - 硼砂（Na₂B₄O₇）体系。
一般比例为PbO:Na₂B₄O₇ = 1:1到3:1之间。
再加入氧化铝和致色剂铬化合物。
例如，以100克原料总量计算，氧化铝粉末约80 - 90克，致色剂（如氧化铬）0.5 - 2克，助熔剂（氧化铅 - 硼砂混合）10 - 20克。
2. 原理。
- 助熔剂的作用是降低氧化铝的熔点。
氧化铝的熔点非常高（约2050°C），在加入助熔剂后，体系的熔点可以降低到1200 - 1300°C左右，这样就可以在相对较低的温度下进行晶体生长。
在这个过程中，原料在助熔剂的熔体中溶解，然后通过缓慢降温或其他方式，使溶质（氧化铝和铬离子等）以红宝石晶体的形式结晶出来。
三、焰熔法合成红宝石的配方及原理。
1. 配方。
- 原料主要是高纯度的氧化铝粉末和少量的铬酸铅（PbCrO₄）作为致色剂。
氧化铝粉末的纯度要求在99.9%以上。
致色剂的添加量约为1% - 1.5%。
2. 原理。
- 焰熔法是通过氢氧火焰来熔化原料。
氢氧火焰的温度可以达到2500 - 3000°C。
查塔姆助熔剂法合成红宝石——具暗色核心的新品种
查塔姆助熔剂法合成红宝石——具暗色核心的新品种
亓利剑;熊金言;裴景成
【期刊名称】《宝石和宝石学杂志》
【年(卷),期】1999(001)003
【摘要】一种具暗色核心的助熔剂法合成红宝石近期由查塔姆公司推向珠宝市场。
它表现出的特征是内部缺乏助熔剂残余物，并普通发育暗色核心，测试结果表明，这种合成红宝石内部多发育完美的几何对称生长分区结构、相间分布的六边形暗色薄层及具分带结构的暗色核心，紫外光区内O2-—Fe3+荷移带吸收边<230nm，且荷移带吸收尾部<320nm。
研究认为，该红宝石在生长过程中由于物化条件的
变更和Cr,Ti杂质元素的不均匀局部聚集，是导致其暗色核心形成的主要缘由。
【总页数】7页(P1-5,7,8)
【作者】亓利剑;熊金言;裴景成
【作者单位】中国地质大学，武汉430074
【正文语种】中文
【中图分类】TQ164.2
【相关文献】
1.查塔姆合成无色钻石——一种Ⅱa～Ⅱb混合型品种 [J], 亓利剑;袁心强;罗永安;苑执中
2.英国查塔姆研究所能源政策咨询研究的核心要素分析 [J], 赵冬;李力
3.宝石学文摘——查塔姆合成宝石公司实验室合成彩色钻石．JamesE Shigley,
et al. Gems and Gemology, 2004, 40（2）：128～145 [J],
4.具愈合裂隙的合成红宝石以及红宝石中铅玻璃充填物的耐久性 [J], 陈钟惠
5.助熔剂生长法合成红宝石与未处理天然红宝石的比较研究 [J], 余平
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助熔剂法合成宝石的原理和方法(精)
• 原理：高温常压下，缓慢降 温或蒸发均匀饱和熔融液（ 组分原料+低熔点助熔剂） • A—宝石组分，Ta—A熔点 TQ—A结晶温度，B—助熔剂 Tb—B熔点，X—熔融液 • B使Ta< TQ (降低熔点) • 可以在较低温度下生长高熔 点宝石晶体 • B:一般为无机盐类
可生长红蓝宝石、祖母绿、YAG、GGG、金绿宝 石、尖晶石
助熔剂法分类
缓冷法：缓慢冷却降温自发成核 (无色蓝宝石 \红宝石 \YAG) 自发成核法 反应法：助熔剂与原料反应 (钡铁氧 ) 蒸发法：恒温下蒸发熔剂，所得晶体质量不好 (CeO2)
籽晶旋转法：搅拌，生长快， inc 少 籽晶生长法 顶部籽晶旋转提拉： 底部籽晶水冷法 (YAG) 坩埚底部：熔融饱和液 坩埚顶部：过饱和溶液
• 克服自发成核晶粒过多的缺点
ห้องสมุดไป่ตู้
缓冷法
籽晶旋转法
顶部籽晶旋转提拉装置
底部籽晶水冷法
合成红蓝宝石
吸收光谱：694nm，692nm,659nm吸收线，620nm540nm吸收带，476nm,475nm,468nm吸收线，紫 光区吸收。 放大检查：焰熔法：气泡，弧形生长纹。 助熔剂法：助熔剂包裹体，铂金属片呈三角形、六边 形，彗星状包体，糖浆状纹理。 水热法：树枝状生长纹，色带，金黄色金属片，无色 透明的纱网状包体或钉状包体。 红外光谱：水热法合成红宝石，（3800-2800）cm-1 范围有明显吸收，有别于天然红宝石。 特殊光学效应：星光效应 优化处理：淬火炸裂后加工，以仿天然红宝石。
水热法合成红蓝宝石
天然红宝石
六方或角状生长纹理，富 CO2 的流体相包裹体，针状金红石、 锆石、磷灰石等结晶矿物或假 像包裹体。 与硬水铝石或其假像包裹体相 伴生的 OH 伸缩振动致红外吸 收谱带。
水热法合成红宝石
微波纹状生长纹理，短针状富 CO32- 流体相包裹体，黄金屑、 合金屑及面包屑状包裹体，面 状或随机分布的气液包体。 不同程度存在OH和Al－OH伸 缩振动致红外吸收谱带，主要 出现在3500--3000cm－1处。
内含物特征： 矿物晶体、气液流体 相包裹体，三组定向排列金红石针体 尺度较大，20倍镜下易识别，六方生 长环带发育。 星线特征： 星线发自红宝石内部， 粗细相对不匀，有时不连续。
星光红宝石
荧光特征：LW/中强红，SW/弱暗红 内含物特征： 微气泡群或未熔粉末， 三组定向排列金红石微针尺度很小， 20 倍镜下难以识别，弧形生长纹理发 育。 星线特征： 星线似浮在红宝石表面， 星线直、匀、细，连续性好。
焰熔法合成红蓝宝石
鉴定特征
25X
15X
20X
25X
焰熔法合成红蓝宝石
鉴定特征
内含物 吸收光谱 弯曲生长纹(蓝滤色片) 天然结晶矿物(或热熔烛
人工合成白水晶 红外光谱鉴定方法
人工合成白水晶红外光谱鉴定方法人工合成白水晶是一种广泛应用于珠宝、装饰、仪器等领域的材料。
由于其外观与天然白水晶相似，因此很难通过肉眼或简单的观察方法区分两者。
因此，红外光谱鉴定方法成为一种可靠的手段。
一、人工合成白水晶的制备方法人工合成白水晶的制备方法主要有两种：熔融法和水热法。
熔融法是将高纯度的二氧化硅和适量的助熔剂混合，加热至高温熔化，然后缓慢冷却形成白水晶。
水热法是将高纯度的二氧化硅和适量的碱金属氢氧化物混合，加入适量的水，然后在高温高压条件下反应，形成白水晶。
二、人工合成白水晶的物理化学性质人工合成白水晶的物理化学性质与天然白水晶相似。
它的硬度为7，比重为2.65，折射率为1.54，双折射为0.009，光学正性。
同时，它还具有一些独特的物理化学性质，如高温稳定性、化学稳定性等。
三、红外光谱鉴定方法红外光谱鉴定方法是一种常用的鉴定人工合成白水晶的方法。
它通过测量样品在红外光谱区间的吸收光谱，来确定样品的组成和结构。
在人工合成白水晶的红外光谱图中，主要有以下几个特征峰： 1. 3600~3200 cm-1 的宽峰：这是由于水分子和羟基的振动引起的。
2. 1640~1620 cm-1 的峰：这是由于氟离子引起的振动。
3. 1240~1200 cm-1 的峰：这是由于氢氧根离子引起的振动。
4. 800~750 cm-1 的峰：这是由于氟离子和羟基引起的振动。
通过对这些特征峰的分析和比较，可以确定样品是否为人工合成白水晶。
四、红外光谱鉴定方法的优点和局限性红外光谱鉴定方法具有以下几个优点：1. 鉴定结果准确可靠。
2. 操作简便、快速。
3. 适用于大批量样品的鉴定。
但是，红外光谱鉴定方法也存在一些局限性：1. 对于复杂的样品，可能需要结合其他鉴定方法才能得到准确的结果。
2. 需要红外光谱仪等专业设备，成本较高。
3. 可能会受到样品的制备方法、处理方式等因素的影响。
五、结语人工合成白水晶是一种广泛应用的材料，红外光谱鉴定方法是一种可靠的手段。
宝石人工合成方法第二部分
助熔剂法又称高温熔体法，将原料成分在高温下熔解于低熔点助熔剂熔体中，形成饱和溶液,然后通过缓慢地降温或在恒定温度下蒸发熔剂等方法，形成过饱和溶液而析出晶体。
似自然界矿物晶体从岩浆中结晶的过程。
一、助熔剂法的原理:顾名思义，一定有助熔剂.助熔剂条件：熔化后能溶解待生长的晶体材料且不易挥发。
常用助熔剂：PbF2、Pb02、Bi203、B203、BaO—Bi203等极性化合物。
另外还有一些复杂的化合物,如钨酸盐、钼酸盐等。
助熔剂法生长晶体的原理：1)A熔点为TA，B熔点为TB，E为共结点。
2)将A、B组分混合，混合比例X。
当温度为TX时，混合组分X融成溶液。
随着温度的下降，X组分至Q 点，相当于TQ时，结晶析出A。
3)温度进一步降低，熔融的成份沿共结线TA-Q-E下滑。
A在X混合溶液中的成分不断增加，溶液处于过饱和状态,不断析出A组分，并长大成晶体。
从图可知：由于A组分中加入低熔点的B组分后，A组分的熔点和结晶点由TA 下降到TQ，这样就可以在较低的温度下生长出高熔点的宝石晶体。
因为B组分起到了降低熔点的作用，故称为助熔剂。
二、助熔剂法的分类1.自发成核法（1）缓冷法：在高温使材料熔融于助溶剂中，缓慢降温冷却，使晶体从饱和熔体中自发成核并逐渐成长的方法。
(2）反应法：助熔剂和原料熔融后，助溶剂与原料反应，反应后的晶体成分在熔融体中维持一定的过饱和度，生长晶体的方法.（3）蒸发法:是在恒温下，蒸发熔剂，使熔体过饱和,从而使晶体析出并长大的方法。
①籽晶旋转法:由于助熔剂熔融后粘度较大，采用籽晶旋转，搅拌熔体，使晶体长大，且少含包裹体.(合成红宝石)②顶部籽晶旋转提拉法：这是①法和晶体提拉法的结合。
边旋转边提拉，晶体绕籽晶逐渐长大。
③底部籽晶水冷法：水冷部位形成过饱和熔体抑制了熔体其它部位成核，保证籽晶的生长.1。
对待生长晶体有极好的溶解性,随温度的变化,溶解度变化也较大。
2.在宽的温度范围内，所生长的晶体是唯一的稳定相，助熔剂与晶体成分不能形成中间产物。
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
宝石人工合成方法第二部分
助熔剂法又称高温熔体法，将原料成分在高温下熔解于低熔点助熔剂熔体中，形成饱和溶液，然后通过缓慢地降温或在恒定温度下蒸发熔剂等方法，形成过饱和溶液而析出晶体。
似自然界矿物晶体从岩浆中结晶的过程。
一、助熔剂法的原理：顾名思义，一定有助熔剂。
助熔剂条件：熔化后能溶解待生长的晶体材料且不易挥发。
常用助熔剂：PbF2、Pb02、Bi203、B203、BaO-Bi203等极性化合物。
另外还有一些复杂的化合物，如钨酸盐、钼酸盐等。
助熔剂法生长晶体的原理：1)A熔点为TA，B熔点为TB，E为共结点。
2)将A、B组分混合，混合比例X。
当温度为TX时，混合组分X融成溶液。
随着温度的下降，X组分至Q 点，相当于TQ时，结晶析出A。
3)温度进一步降低，熔融的成份沿共结线TA-Q-E下滑。
A在X混合溶液中的成分不断增加，溶液处于过饱和状态，不断析出A组分，并长大成晶体。
从图可知：由于A组分中加入低熔点的B组分后，A组分的熔点和结晶点由TA 下降到TQ，这样就可以在较低的温度下生长出高熔点的宝石晶体。
因为B组分起到了降低熔点的作用，故称为助熔剂。
二、助熔剂法的分类1.自发成核法（1）缓冷法：在高温使材料熔融于助溶剂中，缓慢降温冷却，使晶体从饱和熔体中自发成核并逐渐成长的方法。
（2）反应法：助熔剂和原料熔融后，助溶剂与原料反应，反应后的晶体成分在熔融体中维持一定的过饱和度，生长晶体的方法。
（3）蒸发法：是在恒温下，蒸发熔剂，使熔体过饱和，从而使晶体析出并长大的方法。
①籽晶旋转法：由于助熔剂熔融后粘度较大，采用籽晶旋转，搅拌熔体，使晶体长大，且少含包裹体。
（合成红宝石）②顶部籽晶旋转提拉法：这是①法和晶体提拉法的结合。
边旋转边提拉，晶体绕籽晶逐渐长大。
③底部籽晶水冷法：水冷部位形成过饱和熔体抑制了熔体其它部位成核，保证籽晶的生长。
1.对待生长晶体有极好的溶解性，随温度的变化，溶解度变化也较大。
2.在宽的温度范围内，所生长的晶体是唯一的稳定相，助熔剂与晶体成分不能形成中间产物。
珠宝知识294：珠宝考研考证篇(九十七)：助熔剂法合成宝石方法简介
珠宝知识294：珠宝考研考证篇（九十七）：助熔剂法合成宝石方法简介展开全文助熔剂法目前也是全球最重要的合成宝石方法之一，与焰熔法一样，都是非常典型利用液-固结晶作用，并且所使用的液体为熔体。
但是，由于很多宝石的熔点非常高，例如刚玉的熔点在2000摄氏度以上，因此在合成过程中必然需要较高的能量，并且对所需要的仪器设备要求较高，为了能够降低晶体生长过程所需的温度，人们想出了一种降低熔点的方法。
【融雪剂的原理】在日常生活中，尤其是在北方的冬天，会使用到一种叫做“融雪剂”的物质，将融雪剂洒在雪上之后，雪就可以在很低的温度下发生熔化，从而减少道路的发生危险的几率，同时也降低了积雪清理的难度。
融雪剂的主要成分是醋酸钾和氯盐，为了分析的方便，我们下看一下水-NaCl相图，纵坐标为绝对温度（K），从这个相图中我们可以看到，当为纯水的时候，水的熔点为273K（0摄氏度），当在水中添加NaCl时，水的熔点随之降低，同时熔点的降低程度与NaCl的含量呈正比，当NaCl的浓度达到20%左右时，水的熔点达到的最低值，为250K（-19℃）左右。
这就是加入融雪剂之后，冰雪能够发生熔化的最基本的理论依据。
【二元相图】整体上讲，助熔剂法合成宝石的基本原理与“融雪剂融雪”基本一致，理论上可以用一张二元相图来进行解释。
如下图所示，A物质可以认为是待合成的宝石，B物质为添加的其他杂质物质，宝石A物质的熔点为TA，但是随着B物质含量的增加，熔点逐渐降低，假设B物质的含量为X，此时A物质对应的熔点为TQ，TQ明显小于TA，因此宝石A就可以在较低的温度TQ下结晶形成宝石。
继续随着温度的降低，A物质不断地结晶析出，会导致整个体系中A 物质的比例逐渐减少，杂质物质B的含量逐渐增大，因此熔点会沿着TAQE曲线发生变化，为了能够让A物质不断的沉淀结晶，整个体系的温度要保证低于相对应的熔点，因此温度也同样要逐渐的降低；当达到TE点时为物质A和物质B 的共熔点，温度再继续下降，A和B物质同时结晶，由于我们的目的是合成宝石A物质，若B物质大量的结晶不仅仅会造成原料的浪费，同时还会影响到宝石的净度，这并不是我们所希望发生的事情，因此在实际的操作过程中，必须要在达到TE点之前，停止合成宝石。
宝石鉴定学校教你合成金绿宝石的鉴别-元实珠宝培训学校
宝石鉴定学校教你合成金绿宝石的鉴别-元实珠宝培训学校合成金绿宝石的鉴别——元实宝石鉴定培训金绿宝石是铍和铝的氧化物，品质优良的是极为珍贵的猫眼石。
金绿宝石一般为厚板状，透明有玻璃光泽，呈深浅不同的绿色或黄至棕色，有些在不同的光源下会发出不同的颜色。
金绿宝石主要产于花岗伟晶岩、细晶岩和云母片岩中，因为它非常坚硬耐磨，所以在溪流和砾石中也会存在。
人工的方法可以合成金绿宝石，但品质不如天然的。
合成金绿宝石的鉴定方法很难，用肉眼很难识别，而用仪器鉴定也颇费功夫。
据了解，目前合成金绿宝石的主要合成方法有：助溶剂法、晶体提拉法和区域熔炼法。
与天然金绿宝石一样，合成金绿宝石可以有金绿宝石、猫眼、变石三个品种，而且主要是合成变石。
合成变石是最难于同变石鉴别的宝石。
合成变石具有几乎同天然变石完全一样的物理、化学、晶体光学性质。
因此，对于合成变石的鉴定仅能从合成变石内部包体的特点入手。
不同的合成方法产生不同特征的内部包体。
1、助溶剂法合成金绿宝石的鉴定方法对于助溶剂法合成变石，经常见到脉状包体，助溶剂包体可呈云雾状外挂，具有细薄的、模糊的外形，也可以是粗粒的冰含有助溶剂的小水滴。
在大约70倍放大镜下，熔剂小滴趋于拉长状，一群小滴大致在同一方向上拉长。
在反射光中，具有粒状表面，并具淡黄橙色。
助溶剂法合成变石另一常见的特征包体是微小的六边形或三角形铂金属片。
铂金属片来源于铂坩埚。
铂金属片在某些方向看起来黑色不透明，转动一定方向，铂金属片可发出亮白反射光。
平行于晶面的生长线呈直线状，互相间并以一定角度交汇，生长线非常清晰，往往相似于助溶剂法合成祖母绿所显示的“威尼斯百叶窗”效应。
成层的包体平行于种晶面也常见到。
2、晶体提拉法生长的合成变石鉴定方法晶体提拉法生长的合成变石具有针状包体及弧形生长纹，是鉴定其为合成品的证据。
合成变石猫眼显示出极其细小的白色粒状包体，也发现有波浪状纤维包体。
短波紫外线下宝石表现出弱的白至黄色荧光，而内部呈弱的红橙色荧光。
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。
助熔剂法合成宝石的鉴别特征(合成祖母绿为例)(精)
助熔剂法合成宝石的共性
• 偶见平直生长纹 • 少量螺旋位错 • 杂质：坩埚和助熔剂的污染(可用电子探针分析)
鉴别祖母绿
• 红外光谱分析不存在任何水的吸收峰 (同水热法)
• 内无方解石、云母或阳起石矿物，能见到其他固态 包裹体 • 偶然见到籽晶片(先溶蚀再生长，色浅) • 包裹体形态：羽状—未熔溶质；钉状—小硅铍石或 籽晶片；充满流体的腔；堆积状—硅铍石晶核 • 成分分析：含钼等助熔剂金属阳离子
助熔剂法合成祖母绿中的面纱状残余助熔剂
助熔剂法合成祖母绿中的面纱状残余助熔剂
助熔剂法合成祖母绿中助熔剂残余
天然红宝石与人造红宝石的鉴别
天然红宝石与人造红宝石的鉴别
现在人工合成红宝石的技术已经很成熟，人工合成红宝石的方法也很多，但目前主要有三种方法：焰熔法，助熔剂法，水热法。
其中焰熔法红宝石较易鉴定，通过观察内部弧形生长纹和气泡而确定为合成红宝石，市面上特别是在旅游商店出售的颜色鲜红、颗粒较大的标有“红刚玉”、“刚玉”“鲁宾石”的雕件或饰品，实则就是此种人工合成的红宝石。
助熔剂法红宝石需要专业人员在高倍显微镜下观察其内部特征才能鉴定出来。
水热法红宝石合成环境仿照天然红宝石的生长环境，内部特征极象天然红宝石，一般仪器都很难将其区分，常需借助其它大型仪器，如x射线仪。
合成宝石大致有合成红宝石、合成尖晶石、合成红色碧玺、合成红锆石和含钴红玻璃等，要鉴别这些貌似红宝石并不困难，因为它们在各种物理性质上与真正的红宝石有着比较明显的差异。
不同方法合成的红宝石有不同的包裹体，区别它们需在专业实验室进行或通过放大镜检查。
合成红宝石的共同特征是颜色鲜艳，且比较均匀，肉眼难以发现其中有包裹体，感觉内部非常干净。
而市场上大多数天然红宝石或多或少都明显存在所谓的“棉绺”，即沿一定方向(受晶体内部结构控制）分布的包体和内裂的组合，有时可见绢丝状包体。
对于难以发现明显包裹体的天然红宝石可以用长波紫外灯（普通便携式袖珍验钞机）与合成红宝石区别。
天然红宝石与合成红宝石在长波紫外灯下均发红色荧光，但合成红宝石的更亮、更艳。
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【宝石学】宝石的合成方法
提拉、转动机：一组精密机械装置。
提拉法生产晶体设备
钇铝榴石YAG
3、优缺点
优点： ⑴在生长过程中可以方便地观察晶体的生长状况； (2)晶体生长的完整性好，生长时间短，尺寸大，
应力小； (3)定向杆晶和“缩颈”工艺，保证了晶体位错密
度明显降低，提高了晶体的光学均匀性。
缺点：对于那些化学活性较强或熔点极高的材料， 很难找到不污染熔体的坩埚，这就限制了提拉法使 用的范围。
三、冷坩埚法生长CZ
CZ以其高硬度、高折射率、高色散、“火彩”好、耐酸碱的 特点，备受人们喜爱，畅销世界，成为目前产量最大的人工宝 石。冷坩埚法也因此而名声大噪。
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，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。
3.生产过程
焰熔法合成晶体生产过程中
燃烧温度 2050-2150℃
生产过程结束
3、焰熔法生长晶体的优缺点 优点：
(1)采用无坩埚生长晶体，既节省坩埚材料又避免 了坩埚对晶体的污染。
(2)燃烧温度可达2500℃以上，对难熔氧化物晶体 生长十分有利。
(3)成本低、生长速度快，利于大规模生产。 (4)生产设备装置较简单，可生长出大尺寸的晶体。 例如，刚玉梨晶可达直径10～30mm，长500～1000mm 。 缺点：
二、晶体提拉法
提拉法又称丘克拉斯基法，是J.Czochralski在 1917年发明的。
大多数氧化物类晶体如蓝宝石、红宝石、钇铝榴 石（YAG，Y3Al5O12）、钆镓榴石（GGG， Gd3Ga5O12）、变石、尖晶石等都能用提拉法生长晶 体。
合成宝石特征
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。
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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，从金属到硫族及卤族化合物，从半导体材料、激光晶体、光学材料到磁性材料、声学晶体，也用于生长宝石晶体，如助熔剂法红宝石和祖母绿。
一、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，使熔融液处于过饱和状态，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：自发成核法和籽晶生长法。
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、籽晶生长法籽晶生长法是在熔体中加入籽晶的晶体生长方法。
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，晶体在籽晶上结晶生长。
根据晶体生长的工艺过程不同，籽晶生长法又可分为以下几种方法:A.籽晶旋转法：由于助熔剂熔融后粘度较大，熔体向籽晶扩散比较困难，而采用籽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。
B.顶部籽晶旋转提拉法:这是助熔剂籽晶旋转法与熔体提拉法相结合的方法。
其原理是: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，在籽晶上结晶生长晶体。
随着籽晶的不断旋转和提拉，晶体在籽晶上逐渐长大。
该方法除具有籽晶旋转法的优点外，还可避免热应力和助熔剂固化加给晶体的应力。
另外，晶体生长完毕后，剩余熔体可再加晶体材料和助熔剂继续使用。
C.底部籽晶水冷法：助熔剂挥发性高，顶部籽晶生长难以控制，晶体质量也不好。
为了克服这些缺点，采用底部籽晶水冷技术，则能获得良好的晶体。
水冷保证了籽晶生长，抑制了熔体表面和坩埚其它部位的成核。
这是因为水冷部位才能形成过饱和熔体，从而保证了晶体在籽晶上不断成长。
用此法可生长出质量良好的钇铝榴石晶体。
D.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，使籽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。
E.移动熔剂区熔法：这是一种采用局部区域熔融生长晶体的方法。
籽晶和晶体原料互相连接的熔融区内含有助熔剂，随着熔区的移动(移动样品或移动加热器)，晶体不断生长，助熔剂被排挤到尚未熔融的晶体原料一边。
只要适当地控制生长速度和必要的生长气氛，用这种方法可以得到均匀的晶体。
二、助熔剂的选择和工艺特点助熔剂的选择是助熔剂法生长宝石晶体的关键，它不仅能帮助降低原料的熔点,还直接影响到晶体的结晶习性、质量与生长工艺。
助熔剂有两类：一类为金属，主要用于半导体单晶的生长；另一类为氧化物和卤化物（如PbO，PbF2等），主要用于氧化物和离子材料的生长。
理想的助熔剂的条件：1.对晶体材料应具有足够强的溶解能力；2.具有尽可能低的熔点和尽可能高的沸点；3.应具有尽可能小的粘滞性；4.在使用温度下挥发性要低(蒸发法除外)；5.毒性和腐蚀性要小，不易与坩埚材料发生反应；6. 不易污染晶体，不与原料反应形成中间化合物；7. 易把晶体与助熔剂分离。
常采用的助熔剂：硼、钡、铋、铅、钼、钨、锂、钾、钠的氧化物或氟化物，如B2O3，BaO，Bi2O3，PbO，PbF2，MoO3，WO3，Li2O，K2O，KF，Na2O，NaF，Na3AlF6等。
在实际使用中，人们多采用复合助熔剂，也使用少量助熔剂添加物，通常可以显著地改善助熔剂的性质。
合成不同宝石品种采用的助熔剂类型不同。
即使合成同一品种的宝石，不同厂家采用的助熔剂种类也不一样。
助熔剂法生长宝石技术的优缺点助熔剂法与其它生长晶体的方法相比，有着许多突出的优点：1.适用性很强，几乎对所有的材料，都能够找到一些适当的助熔剂，从中将其单晶生长出来。
2.生长温度低，许多难熔的化合物可长出完整的单晶，并且可以避免高熔点化合物所需的高温加热设备、耐高温的坩埚和高的能源消耗等问题。
3.对于有挥发性组份并在熔点附近会发生分解的晶体，无法直接从其熔融体中生长出完整的单晶体。
4.在较低温度下，某些晶体会发生固态相变，产生严重应力，甚至可引起晶体碎裂。
助熔剂法可以在相变温度以下生长晶体，因此可避免破坏性相变。
5.助熔剂法生长晶体的质量比其它方法生长出的晶体质量好。
6.助熔剂法生长晶体的设备简单，是一种很方便的晶体生长技术。
助熔剂法存在着一定的缺点，归纳起来有以下四点：1.生长速度慢，生长周期长。
2.晶体尺寸较小。
3.坩埚和助熔剂对合成晶体有污染。
4.许多助熔剂具有不同程度的毒性，其挥发物常腐蚀或污染炉体和环境。
三、助熔剂法合成宝石的品种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已经发展到了六、七家，如美国的查塔姆（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。
随着科技的发展，各个生产厂家也在不断地改进合成工艺，如Chatham生产出供销售的单个晶体和晶簇。
1.埃斯皮克(Espig)缓冷法生长祖母绿晶体早在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)等人进行了深入的研究(于1924-1942年)，并对助熔剂缓冷法做了许多改进，生长出了长达2cm的祖母绿晶体。
A.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6-1）。
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。
图6-1 助熔剂法采用的坩锅和马福炉坩埚材料常用铂，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。
B.生长过程首先在铂坩埚中放入晶体原料和助熔剂，并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。
然后缓慢降温，降温速度为每小时0.2-0.5℃，形成过饱和溶液。
电炉顶部温度稍高于底部温度，晶体便从坩埚底部结晶生长。
晶体生长速度很慢，约每秒6.0×Lo-6cm。
主要晶体生长结束后，倒出熔融液，所得晶体随后与坩埚一起重新放回炉中，随炉温一起降至室温。
出炉后，将晶体与坩埚一起放在能溶解助熔剂的溶液中，溶去剩余的助熔剂，即可得到生长的晶体。
C.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。
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）、和氧化铍（BeO）、助熔剂和少量着色剂氧化铬（Cr2O3）。
c.原料放入铂柑锅内，原料SiO2以玻璃形式加入熔剂中，浮于熔剂表面，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。
d.升温至I400℃，恒温数小时，然后缓慢降温至1000℃保温。
e.通常底部料2天补充一次，顶部料2-4周补充一次。
f.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。
g. 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。
h.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。
相对密度值图6-2 助熔剂法合成祖母绿的装置图(点击可进入多媒体演示)i. 生长速度大约为每月0.33mm。
在12个月内可长出2cm的晶体。
(4)工艺要点:a. 必须严格控制原料的熔化温度和降温速度，以便祖母绿单晶稳定生长，并抑制金绿宝石和硅铍石晶核的大量形成。
b.在祖母绿晶体生长过程中必须按时供应生长所需的原料，使形成祖母绿的原料自始至终都均匀地分布在熔体中。
2.吉尔森籽晶法生长祖母绿晶体法国陶瓷学家吉尔森(P·Gilson)采用籽晶法生长祖母绿晶体，能生长出14×2Omm的单晶体，曾琢磨出l8Ct大刻面的祖母绿宝石，于1964年开始商业性生产。
A.装置如图6-3所示，在铂坩埚的中央加竖铂栅栏网，将坩埚分隔为两个区，一个区的温度稍高为熔化区，另一个区的温度稍低为生长区。
B.生长工艺助熔剂：酸性钼酸锂；热区：添加原料、助熔剂和致色剂；冷区：吊挂籽晶，视坩埚大小可以排布多个祖母绿籽晶片。
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。
不断添加原料，一次可以生长出多粒祖母绿晶体。
其生长速度大约为每月lmm。
3.自发成核缓冷法生长红宝石图6-3 吉尔森助熔剂法合成祖母绿的装置助熔剂法合成红宝石是自发成核缓冷法生长的，在生长过程中采用了坩埚变速旋转技术。
使熔体不断处于搅拌之中，对晶面可产生冲刷效果，从而使包体大大减少。
搅拌熔体还可使溶质浓度分布均匀、减少局部过冷，从而减少小晶核的数目，抑制局部地段有其它相的析出。
图6-4 助熔剂法合成红宝石晶体（多罗斯）具体工艺：原料：AL2O3和少量的Cr2O3；助熔剂：PbO-B2O3或PbF2-PbO。
铂坩埚置于装有旋转支持底座的电炉内加热。
加热：加热至1300℃，并旋转坩埚，使坩埚内的助熔剂和原料完全熔融。
生长：停止加热，以每小时2℃的速度缓慢冷却至915℃，大致需8天。
晶体缓慢生长。
晶体生长结束，倒出助熔剂。
用稀硝酸将残存的助熔剂溶解，即可获得干净的红宝石晶体。
图6-5 助熔剂法合成红宝石（Ramaura)用此法长成的红宝石晶体成本高，难以大量生产。