3.1.3 宝石光学特征与颜色加工
宝石学基础：宝石矿物的物理性质(光学性质).
宝石学基础：宝石矿物的物理性质（光学性质）光学性质光和宝石（自然光和偏振光）自然光经宝石（特别是各向异性宝石）反射、折射、双折射或选择性吸收等作用后，可转变成只在一个固定方向内振动的光波，这种光称为偏振光。
偏振光是在单一平面内并只在与传播方向垂直的一个方向上振动的光。
1、光的反射是指落到宝石表面的一部分光由表面折回的现象。
由光的反射而提供的一系列重要的光学效应：光泽：金刚光泽、亚金刚光泽、玻璃光泽、树脂光泽、丝绢光泽、金属光泽宝石的光泽也称反射率，可通过反射率仪来测试。
特殊光学效应：光彩、猫眼效应、星光效应、晕彩。
亮度：是指光从宝石亭部小面反射而导致冠部呈现的明亮和度，取决于宝石的透明度和琢磨比例。
2、光的折射折射：是指光穿过两个不同光密度的介质时（入射线与分界呈900除外），其传播方向发生变化的现象。
全内反射；以临界角（折射角等于900时）为基准，所有小于临界角的角度与分界面相遇的入射光，将离开光密度较大的物质而进入光疏介质中。
所有大于临界角的入射光与分界面相遇时，将发生全内反射（遵守反射定律）并留在光密度较大的物质中。
3、宝石的颜色颜色不是物质固有的特征，它只是光作用于人的眼睛而在人的头脑中产生的一种感觉。
这是颜色的本质。
颜色形成的条件：白光源、改变光的物质（致色元素）、接受残余光的人眼和解释它的人脑。
宝石颜色引起的因素：化学元素（自色元素、他色元素），铬元素致色的重要性。
（红宝石、祖母绿、变石），电荷转移（堇青石），晶体结构缺陷造成电子转移（电子色心和空穴色心，如萤石）主要致色元素（Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu），放射性元素如U、Th。
色散；如钻石干涉与衍射；如欧泊的晕彩。
月长石的光彩。
多色性：一轴晶宝石具二色性，二轴晶宝石具三色性。
4、宝石的透明度透明度就是指宝石矿物透过可见光的能力，主要与宝石矿物对光的吸收的强弱有关。
透明：宝石矿物碎片厚为0.01cm时能透光.半透明：宝石矿物碎片厚为0.01—0.001 cm之间时能透光。
任务2宝石的光学特性
任务2 宝石的光学特性宝石的光学特性是评价和鉴定宝石的重要标志，是宝石在光的作用下对光的吸收、反射、折射以及干涉和衍射所产生的综合效果。
一、颜色宝石的颜色是光照射在宝石上，经过反射、透射、折射、漫反射以及选择性吸收等作用后，剩余的可见光的组合。
颜色是评价宝石最直观的特征，影响宝石的价值。
1、颜色是怎样形成的宝石的颜色是宝石对自然界中可见光选择性吸收后的补色。
宝石的颜色取决于光源。
白光由7种不同的色光混合而成，当宝石选择性吸收某些波长的色光，则反射或透射出这些色光的补色，宝石就呈现出颜色。
如照射到宝石上的白光中的绿光被宝石吸收，宝石即呈现绿色的补色——红色。
当光源发生变化时，人眼感知到的宝石的颜色就会发生改变，宝石基本的体色是不会发生改变，只是因为宝石对光源进行了选择性吸收后剩下的光发生了改变。
另外，光波的多次反射、散射、干涉等作用也可以影响宝石的颜色。
可见光中的七色光与波长颜色互补关系2、致色元素宝石的颜色常由一些元素导致，被称为致色元素。
致色元素常见的有：钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜这八种过渡型元素。
当致色元素为宝石化学成分中的主要成分时，宝石为自色宝石。
自色宝石是由化学成分中的主要部分致色，是由于宝石本身内在原因引起的颜色，其颜色很少变化。
如橄榄石，致色元素铁是主要成分，属于自色宝石，其颜色呈黄绿色。
当致色元素为宝石的次要成分是，宝石为他色宝石。
他色宝石纯净时往往是没有颜色的，当微量的致色元素存在时导致其出现颜色。
如刚玉类宝石，不含致色元素的时候是无色的，当含有微量的铬，则出现红色；含有微量的铁和钛，则出现蓝色。
纯净的硬玉是白色的，铬元素导致其出现绿色，铁元素导致红色、黄色。
自色宝石品种较少，颜色变化少。
大多数宝石都是他色宝石，不同的致色元素会使宝石颜色发生很大的变化。
常见色素离子及有关矿物的颜色3、颜色三要素颜色的三要素分别是：色调、饱和度、亮度。
色调又称色相，是指颜色的类别，即黄、橙、红、绿色。
宝石琢型设计光学原理
宝石琢型设计光学原理3.1.1刻面琢型宝石的光学效果刻面宝石的特殊光学效果是体现其美感的重要特征，主要表现在三个方面：亮度（Intensity）火彩(Fire)闪烁(Sparkle)亮度、火彩、闪烁的综合效果称为：明亮度（Brilliance）1、亮度亮度也称明亮度，指刻面宝石在白光照射下的反射光强度，它包括宝石表面反射光和内部反射光两个部分，也称表面亮光和内部亮光，二者的总和即为宝石的整体明亮度。
（1）表面反射光宝石的表面反射光也称为光泽。
宝石光泽的强弱主要取决于宝石的折射率（N）和反射率（R），二者之间有下列简化关系式：由公式可见，折射率和反射率成正比关系。
也就是说，宝石的折射率越大，则反射率越大，光泽就越强，其抛光表面也就更明亮。
例如，钻石的折射率n约为2.42 ，反射率R为17 % ，呈金刚光泽；而水晶的折射率n约为1.55 ，反射率R为4.6 % ，呈玻璃光泽。
因此，从表面上看，钻石比水晶要显得"亮"得多。
（2）内部反射光宝石的表面反射光（光泽）对其亮度的贡献固然重要，但与其内反射光作用相比，刻面宝石的内反射作用对亮度的影响则远胜于表面反射作用。
以刚玉宝石为例，刚玉的折射率N约为1.76 ，代入上述公式计算:则得到刚玉的表面反射率R为0.76。
也就是说仅有7.6%的入射光在表面发生反射，如果让其余92.4 % 的入射光在进入刚玉刻面宝石内部后，再通过内反射作用从正面射出，则宝石的亮度必将大幅度提高。
由此可见，内反射作用才是提高刻面宝石亮度的真正潜力。
如下图所示，只有设法使进入宝石体内的折射或直射光线在到达亭部各刻面的入射角大于全反射临界角，以及最后反射到冠部各刻面时的入射角小于临界角，这样才能使光线最大限度地从宝石正面（冠部）射出。
光线在宝石内的全内反射作用i - 入射角；r - 折射角；θ- 临界角宝石的临界角（i ）与其折射率（n）有关，可用下式表示：由式中可以看出，宝石的折射率越大，则临界角越小。
宝石的物理性质
第三节 宝石的物理性质一、宝石的光学性质(一）光的本质(二）宝石的颜色(三）宝石的折射率和色散(四）宝石的光泽和透明度(五）宝石的多色性(六）宝石的特殊光学效应宝石的光学性质宝石的力学性质宝石的物理性质(一）光的本质光的本质是电磁波，在极为宽阔的电磁波谱大家族中，可见光的光波只占有很小的空间(波长范围在380nm-770nm)，包含了人眼可辩别的紫、靛、蓝、绿、橙、红七种颜色。
电磁波宇宙射线—γ射线—X射线—紫外光—可见光—红外光—短无线电波—无线电波—长无线电波。
光波是一种横波，其振动垂直于光波的传播方向。
自然光自然光即一束光线内朝同一方向传播的亿万条光波组成的，正常情况下振动方向是全方位的，即朝所有方向振动的光叫自然光；振动被局限于一个方向，被称为平面偏振光，也称偏振光。
(二）颜色颜色：从物理意义上讲，颜色意味着一定波长范围的电磁波辐射，当其刺激我们的视神经时，我们就产生了颜色的感觉。
颜色是具有一定波长的电磁波。
一定波长的可见光，会呈现一定的颜色。
体色：透射色表色：反射色宝石的颜色是宝石与不同波长的可见光相互作用的结果。
当对不同波长的可见光选择吸收时,宝石呈不同的颜色。
在可见光区400-700nm 范围内，由七色光波组成。
从长波一端向短波一端的顺序依次为：红色 700nm, 橙色 620nm, 黄色 580nm ，绿色510nm ，青色480nm ，蓝色470nm ，紫色 420nm 。
两个相邻颜色之间有一系列的过渡色。
当宝石对可见光中各单色光没有或均匀吸收时，宝石呈白色-灰色-黑色，当吸收率小于20%时，呈白色；吸收率为20%-80%时，宝石呈灰色；吸收率为80%以上时宝石呈黑色。
1.宝石的颜色红外光紫外光700nm 400nm 可见光（白光）光的选择吸收（小结）均匀吸收：无色——白——灰——黑选择吸收：彩色原色光、互补色光原色光（三原色）：红、绿、蓝三种色光称为原色光。
互补色光：两种色光混合后呈现白色则称它们为互补色光，如红和青、黄和蓝、绿和品红。
宝石鉴赏_宝石的物理性质(一)-ppt
宝石中常见的致色元素及产生的颜色
致色元素
产生的颜色
Cr
红色、绿色
Fe
红色、绿色、蓝色、黄色
Mn
粉红色
Ti
蓝色
V
绿色、蓝色
Co
蓝色
Ｂ、物理因素 一些物理作用如光的干涉、衍射、散射作用也会
使宝石产生颜色。如欧泊中的五颜六色是因此其中的 二氧化硅小球对可见光的衍射作用而形成的。
4、颜色的宝石学意义 1）颜色是体现宝石的美丽的重要方面。许多宝石之 所以受到人们的青睐，是因为它具有绚丽多彩的颜色。
2）颜色是评价宝石的质量的重要因素，如在钻石、 红宝石等宝石的质量评价中，颜色是十分重要的方面。
3）颜色是鉴定宝石最直观的依据之一。
二、折射率与双折射率 1、光的折射与折射率
当光波从一种介质进入另一种介质时其传播方向和 传播速度要发生改变。这种现象称为光的折射。
根据折射定律有式中α、β分别为入射角和折射角。v1 和v2分别为光在介质1和介质2中的速度。
第三节 宝石的物理性质
内容简介
宝石的物理性质是评价和鉴定宝石的主要依据。 本节主要介绍宝石的光学性质(如宝石的颜色、折射、 色散、光泽、透明度等)、力学性质（如密度、硬度 等）、发光性和热学性能等。
宝石物理性质是对宝石进行鉴定和评价所必须了 解的基础知识。
学习内容
宝石光学性质 ：颜色、折射率与双折射率、多色性、 色散、光泽、透明度、特殊光学效应。
2、双折射与双折射率
有些物质当入射光照射时会产生两条方向不同的折射光，这种现象
称为双折射。因此，就会得到两个折射率。二者之差称为该物质的
双折射率。
有些宝石没有双折射，有些宝石有 双折射，双折射率对宝石的鉴定具 有重要意义。
03 加工对象性质的认知
03加工对象性质的认知4学时3.1宝石的颜色特性与加工3.1.1宝石的光学特性与加工3.1.2材料颜色与加工4、光源：能发光且正在发光的物体叫做光源。
太阳、燃烧着的蜡烛等都是光源。
5、光泽：是指宝石材料表面对光的反射能力。
它的量值与宝石表面对可见光的反射光量与透射光量有关。
8、亮度：指明亮度，指宝石成品在白光照射下的表面反光与内部反射光的叠加强度。
9、亮度分类：按强度可分为灿光（金属和金刚石）、辉光（红宝石、蓝宝石、金绿宝石和托帕石等）、闪光（翡翠、蔷薇辉石和汉白玉等）、微光（绿松石、青金石和玛瑙等）。
蔷薇辉石青金石10、光的全反射和全反射临界角：当光波由光密介质进入光疏介质时，折射角总是大于入射角，折射线向远离界面法线的方向偏折；随着入射角逐渐增大，折射角也以更大的幅度逐渐增大，当折射角增至90°时，折射光不再折入光疏介质，而是沿界面方向传播；再稍微增大入射角，入射光波将全部按反射定律反射回光密介质中，这种现象称为透明物质的全反射。
使折射角r=90°的入射角称为全反射临界角。
光密介质：纤芯光疏介质：包层11、火彩：当白光照射到透明刻面宝石时，因色散而使宝石呈现光谱色闪烁的一种现象。
3.1.3宝石光学特征与颜色加工1、宝石的颜色定义：是宝石对自然光进行选择性吸收后的残余色的综合在人眼中的反映。
2、宝石的颜色分类：（1）彩色宝石绝大部分宝石属彩色系。
（2）非彩色宝石非彩色系指由白色，黑色及它们之间的过渡灰色系列，称为黑白系列。
非彩色系列的宝石有无色钻石，无色水晶，无色长石，还有黑玛瑙等。
（3）钻石钻石的主要颜色为无色至淡黄色，或淡灰色，或淡褐色，与其他彩色和非彩色宝石的颜色不一样。
经过上百年的发展，钻石已有了一套完整的评价体系，其中也包括对其颜色的评价体系，所以它无法被纳入其他体系中，只能独立出来。
钻石三大系列颜色包含：开普系列，褐色系列，彩色系列。
开普系列：包括无色、浅黄至黄色钻石;褐色系列：包括不同强度的褐色钻石;彩色系列：包括粉红、紫红、金黄、蓝色、绿色等钻石。
4.1.3 宝石光学特征与火彩加工
第二章 宝石材料特性与加工
3、火彩和亮度的关系
（1）火彩与亮度互为消长 需要注意的是，火彩和亮度是相互矛盾，是此涨彼消的 关系。这两种光学效果都与刻面宝石的全内反射作用有关 ，全内反射的一部分光线由于折射而产生火彩，另一部分 光线则产生亮光。因此，不可能在同一个琢型宝石上得到 最大的火彩和最大的亮度。 （2）火彩与亮度理想状态 在评价火彩与亮度时，由于两者具有消长的关系，因此 只能考虑火彩与亮度是否达到了最优组合效果，即达到所 谓的理想状态。而不可一味追逐亮丽的火彩，最终导致琢 型黯淡无光；也不可为提高琢型的亮度而丧失火彩。
3、抛光平整与光洁
抛光程度是影响光线射入、射出材料的主要因素，表 面光洁度不够，光线射入量减少，火彩自然就会受到影 响。这就要求抛光时，对此类宝石的刻面进行高强度抛 光，使其刻面达到平整、光洁的效果
第二章 宝石材料特性与加工
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钻石的火彩
第二章 宝石材料特性与加工
（二）、火彩的形成过程
色散原理图
刻面型宝石色散作用
第二章 宝石材料特性与加工
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火彩形成的前提
①折射率决定 材料呈现火彩的一个重要条件是：材料具有较高的折射率。折射 率的大小关系着色散的强弱，折射率越大，色散就越强。因此材料的 高折射率是形成亮丽火彩的重要前提条件。 ②琢型的决定 琢型对火彩的影响是最明显的。光线进入宝石后，在宝石的内部 经过一系列的反射、折射后，最终产生火彩，如若琢型的刻面角度不 合理，会产生漏光、无折射等现象，导致火彩减弱或消失。 ③透明度决定 产生火彩的材料必须是无色透明的，不透明就不会发生色散，自 然不会产生火彩。而有色宝石即使具有产生火彩的高折射率和适当的 琢型角度，其火彩也常常被体色所掩盖（如翠榴石、榍石等），不能 表现出火彩。因此呈现火彩的宝石材料常要具备较好的透明度。
宝石的光学性质
１）变彩效应：是由于特殊的结构（如宝石内部有微裂隙、结构空隙、双晶面、解理面以及晶体离溶的微晶片等）使光发生干涉、衍射作用而产生一种漂浮的五彩缤纷游动的色晕。
随着光源或观察的角度的变化，颜色也发生变化。
最典型的例子是欧泊欧泊的特殊结构决定了其变彩的能力和变彩特点：当二氧化硅的大小大于可见光波长时，可见光直接通过，不具有变彩效应，即普通的蛋白石。
当二氧化硅的大小小于可见光波长时，大部分的可见光被挡在欧泊外，仅发生瑞利散射，形成一种淡淡的蓝色乳光。
当二氧化硅的大小与可见光的波长相近或略大于时，会产生各种颜色的色斑。
（色斑的存在应理解为堆积小球直径的不均匀分布）（１）具有变彩效应宝石：欧泊，拉长石（由于聚片双晶的片状构造引起）合成蛋白石，塑料，玻璃，玛瑙，珠母，贝壳大理石等（２）分类单变彩：如月光石多色变彩：欧泊，拉长石（３）评价对变彩效应的宝石，应顾及其种类、石质、变彩的式样以及变彩的颜色。
最珍贵的变彩是红色，其次为紫色，橙色，黄绿色，蓝色。
颜色越鲜艳、浓、明亮，越受人喜爱。
２）月光效应：半透明乳白色弧面型的宝石表面，随着宝石的转动，在一定的角度范围，可见到白色至蓝色的似朦胧的乳光，胜似夏夜的月光，这种现象称为月光效应。
原因：是由于折射率稍有差异的正长石和钠长石呈薄的互层生长，这种互层结构对光的散射作用以及解理面对光的反射和干涉作用的综合效果使宝石表面产生漂浮状的光彩。
颜色取决于薄层的厚度：层厚：为白色层薄：为蓝色或淡蓝色。
３）砂金效应：在透明或半透明的宝石内部含有大量的定向排列的赤铁矿、针铁矿或其他金属矿物薄片，随着宝石的转动能反射出红色或金色的反光，这种性质称为沙金效应。
常见宝石：日光石和人造砂金石。
４）猫眼效应：在光线的照射下，以弧面形切磨的某些宝石，表面呈现一条明亮的光带，当转动宝石时，光带随之移动或出现光带张合现象，犹如猫眼瞳孔收缩成的一条狭缝，这种效应称为猫眼效应。
（１）产生的条件：一组密集的定向排列的包裹体或相似结构，包括：气液包体，纤维状、针状晶体，晶体生长过程中留下的管状负晶，或一些片晶，定向的解理等，他们对光的反射、折射形成。
宝石的光学性质
宝石的光学性质１）变彩效应：是由于特殊的结构（如宝石内部有微裂隙、结构空隙、双晶面、解理面以及晶体离溶的微晶片等）使光发生干涉、衍射作用而产生一种漂浮的五彩缤纷游动的色晕。
随着光源或观察的角度的变化，颜色也发生变化。
最典型的例子是欧泊欧泊的特殊结构决定了其变彩的能力和变彩特点：当二氧化硅的大小大于可见光波长时，可见光直接通过，不具有变彩效应，即普通的蛋白石。
当二氧化硅的大小小于可见光波长时，大部分的可见光被挡在欧泊外，仅发生瑞利散射，形成一种淡淡的蓝色乳光。
当二氧化硅的大小与可见光的波长相近或略大于时，会产生各种颜色的色斑。
（色斑的存在应理解为堆积小球直径的不均匀分布）（１）具有变彩效应宝石：欧泊，拉长石（由于聚片双晶的片状构造引起）合成蛋白石，塑料，玻璃，玛瑙，珠母，贝壳大理石等（２）分类单变彩：如月光石多色变彩：欧泊，拉长石（３）评价对变彩效应的宝石，应顾及其种类、石质、变彩的式样以及变彩的颜色。
最珍贵的变彩是红色，其次为紫色，橙色，黄绿色，蓝色。
颜色越鲜艳、浓、明亮，越受人喜爱。
２）月光效应：半透明乳白色弧面型的宝石表面，随着宝石的转动，在一定的角度范围，可见到白色至蓝色的似朦胧的乳光，胜似夏夜的月光，这种现象称为月光效应。
原因：是由于折射率稍有差异的正长石和钠长石呈薄的互层生长，这种互层结构对光的散射作用以及解理面对光的反射和干涉作用的综合效果使宝石表面产生漂浮状的光彩。
颜色取决于薄层的厚度：层厚：为白色层薄：为蓝色或淡蓝色。
３）砂金效应：在透明或半透明的宝石内部含有大量的定向排列的赤铁矿、针铁矿或其他金属矿物薄片，随着宝石的转动能反射出红色或金色的反光，这种性质称为沙金效应。
常见宝石：日光石和人造砂金石。
４）猫眼效应：在光线的照射下，以弧面形切磨的某些宝石，表面呈现一条明亮的光带，当转动宝石时，光带随之移动或出现光带张合现象，犹如猫眼瞳孔收缩成的一条狭缝，这种效应称为猫眼效应。
（１）产生的条件：一组密集的定向排列的包裹体或相似结构，包括：气液包体，纤维状、针状晶体，晶体生长过程中留下的管状负晶，或一些片晶，定向的解理等，他们对光的反射、折射形成。
宝石加工工艺特点及技术要求
宝石加工工艺特点及技术要求宝石加工是指将原石中的宝石颗粒加工成加工品的过程，包括切割、磨光、打磨、抛光等。
宝石加工具有以下特点和技术要求。
1.特点：(1)硬度高：宝石加工需要使用切削工具对原石进行切割和磨光，因此加工工具必须具有足够的硬度来抵抗宝石的硬度。
同时，宝石本身也具有较高的硬度，不容易被切削和磨损。
(2)星光效果：宝石的颜色和光泽是其价值的重要评判标准之一，因此宝石加工过程中要追求出现理想的色彩和透明度，以展现出宝石的独特光泽和火彩效果。
(3)成品的形态多样：宝石加工可以根据原石的不同特点和要求，选择不同的切割和打磨方式，从而得到形状各异的成品。
例如，圆形、椭圆形、心形、梨形、方形等等。
(4)高功率要求：宝石加工需要使用高功率的工具来完成切割和磨光等工艺，因此需要保持工具的高效运转，以确保加工质量和效率。
2.技术要求：(1)切割技术要求：宝石切割是宝石加工中最关键的一步，主要是将原石切割成形状规则、面平整、光泽度高的多面体。
切割时需要根据宝石的硬度、色泽和光线折射率等特点，选择合适的加工角度和形状，以最大限度地展现宝石的美感和火彩效果。
(2)磨光技术要求：磨光是宝石加工中的重要环节，通过磨光可以使宝石表面更加平整、光滑，并提高宝石的光线折射能力。
磨光时需要使用细砂和研磨液进行磨光，同时要注意研磨的速度和力度，以防止宝石表面的损伤和划痕。
(3)打磨技术要求：打磨是宝石加工过程中的最后一道工序，主要是为了提高宝石的光泽度和火彩效果。
打磨时需要使用高速旋转的抛光机，以提供足够的力度和速度，从而达到理想的光泽度和表面质量。
(4)卫生要求：宝石加工需要涉及接触宝石和工具，因此要求宝石加工场所和设备要保持清洁，以防止灰尘和杂质对宝石造成损害。
同时，操作人员在加工过程中需要注意个人卫生，尽量减少对宝石的污染。
总之，宝石加工是一项精细、复杂的工艺，需要掌握一定的技术要求和专业知识。
只有通过科学合理的加工方法和技术手段，才能保证宝石加工的质量和成品的美观效果。
3.1.4 宝石光学特征与多色性加工
第二章 宝石材料特性与加工
在偏光显微镜下的红宝石显二色性，红色和浅红色
坦桑石显3色性，不同方向的颜色
第二章 宝石材料特性与加工
常见二色性宝石表
第二章 宝石材料特性与加工
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第二章 宝石材料特性与加工
常见三色性宝石表第二章 宝石 Nhomakorabea料特性与加工
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中：肉眼难观察到多色性，但二色镜下观察却极明显，如红 宝石。
弱：二色镜下能观察到多色性，如紫晶、橄榄石等。 无：二色镜下不能观察到多色性，如石榴子石、尖晶石等均 质体宝石，以及一些颜色浅、没有多色性的非均质宝石。
第二章 宝石材料特性与加工
（二）、 多色性的种类
多色性宝石有二色性和三色性之分。 一轴晶宝石具二色性，二轴晶宝石具三色性。 三色性只出现在有色的二轴晶宝石中，据此可以确定宝石的轴 性。 三色性较强的如堇青石（蓝色、紫蓝色、浅黄色）。 二色性宝石，如蓝宝石晶体顺其柱体延长方向呈蓝绿色，垂直 延长方向呈蓝色。 多色性强的宝石肉眼便可觉察出，但多数宝石的多色性需用特 殊的仪器（如二色镜）方可观察到。
（三）、 多色性与宝石加工
多色性与加工定向 定向切工对多色性宝石的外观、成品质量及价值
影响极大。正确定向能够发挥宝石的颜色优势，并 有效避免多色性带来的弊端，充分展现宝石的美丽 ，提高其价值。在其定向设计时，总的原则是将颜 色鲜艳并不显多色性的方向作为台面的方向或弧面 的顶部。如材料具有特殊光学效应，在定向时则要 兼顾光学效应，以便达到相对理想的效果。
第二章 宝石材料特性与加工
宝石光学特性与加工
第二章 宝石材料特性与加工
3.2.1 宝石的光学特征与光泽加工
第二章 宝石材料特性与加工
①涂覆法 涂覆就是把一些涂料类物质涂在宝石表面，以增强宝石 的表面光泽和光洁度，或改变宝石的颜色。常见的涂覆剂 有蜡、油漆、无色清漆以及混合有染料的各种树脂胶等， 可以是有色涂层，也可以是无色涂层。如白色硬玉的表面 常涂上一绿色塑料薄层或极薄的绿色胶，俗称“穿衣翡翠 ”，使饰品看上去颜色浓绿、光泽好、翡 水足。
翠 涂 层 影 响 光 泽 判 断
第二章 宝石材料特性与加工
②镀膜法 宝石镀膜法是在分子或原子层次上，运用晶体生长技术 等高新技术在宝石表面铺设多层分子或原子膜。薄膜一般 都是透明的，并带有需要加的某种颜色，因而它可以填平 宝石表面的凹陷，可将宝石表面的小擦痕、细粒结构或其 他表面缺陷掩盖起来，使宝石变的极为光洁、平整。即提 高了光泽度，也有利于增加宝石颜色的浓度。并且可以根 据实际情况采用有色镀膜或无色镀膜。用这种方法的表面 涂层，改善了抛光效果，增强了宝石光泽。
金属光泽
第二章 宝石材料特性与加工
（2）非金属光泽 ①金刚光泽 折射率一般为2.0－2.6，是非金属光泽 中最强的光泽。当入射光线照射到材料 表面，出现少量的散射，当光线进入反 射面的时候，由于反射面的特性而导致 光线在这一反射过程中出现部分色散， 部分反射，很少吸收，这时，反射出来 的光线在我们的观察中呈现有色彩的较 强烈的反射光，我们把此称之为金刚光 泽；所谓金刚光泽，就是在反射光中， 夹带偏金属色的黄色光系和银灰色光系 。金刚石所显示的抛光表面约10％～20 ％的光作镜面反射，这种反射效应称为 金刚光泽。
（三）、光泽与加工 微观上说，材料的结构决定光泽 合理的工艺也可以展现光泽 抛光的技法可以调整光泽 高精度抛光可以增强成品光泽 柔抛、砂抛可以降低成品光泽
8 宝玉石的光学性质及鉴定简介
2. 偏光仪
原理：简化的偏光显微镜。
结构：两个振动方向互相垂 直的偏光片、支架、底部照 明灯
偏光仪用途及鉴定方法 （1）区分均质、非均质体，转动宝石，视域：
全暗，为均质体宝石（玻璃质、等轴晶系） 全亮，为微细多晶质宝石（翡翠、软玉等） 四明四暗，为双折射宝石（一轴/二轴）
（2）观察多色性
光照下一些弧面形宝石的表面呈现一组放射状闪动 的亮线，形如夜空中闪烁的星星，称为星光效应。 随着宝石的转动或光源的转动，星光将在宝石表面 作反向转动。
形成条件：含有两组以上定向排列的针状、纤维状包体
变彩效应（ play-of-colour） ：
由于宝石的特殊结构对光的干涉、衍射作用产生的颜 色，颜色随着光源或观察角度的变化而变化的现象。
六、特殊光学效应
由于宝石内部保存了结晶过程中遗留下来的某
些痕迹，如包裹体、双晶、微细球状结构等。当光
线与宝石这些特殊的内在因素发生作用时，则造成
光的干涉、散射、衍射等现象，使宝石显现特殊的
光学效应，增加了宝石的奇特感，提高了宝石的价
值。
常见的特殊光学效应：星光效应、猫眼效应、变彩
效应和晕彩效应等。
结构：
–棱镜工作台
–刻度尺
–目镜 –目镜偏光片 –进光孔
用途
测定折射率、双折射率 区分均质体、非均质体 确定轴性和光性符号
折射率测定方法：
1. 大刻面宝石：近视法 2. 小刻面、弧面宝石： 远视法（离目镜30—45cm）
弧面宝石远视法（点测法）
近视法
用折射仪测光性和轴性
（1） 宝石在折射仪上转动时，始终只有一条阴影边界（固定 不变）：各向同性（单折射宝石）。
宝石的光学性质
2、宝石中的致色元素
大多数宝石含有能引起光的选择性吸收的元素， 它们既可以是微量元素，也可以是宝石中的主要化学 成分。宝石中最常见的致色元素有八种：钛、钒、铬、 锰、铁、钴、镍、铜。这些致色元素在每种宝石中所 占据位置不一样。
以宝石的主要成分出现使宝石致色的元素称为自 色宝石矿物，如菱锰矿（MnCO3）的粉红色是由成分 中的Mn元素致色; 橄榄石（(Mg Fe)2SiO4）绿色由成分 中Fe元素致色。
四、特殊光学效应
星光效应 猫眼效应 变彩效应 砂金效应 变色效应
一）、星光效应
星光效应是由几组定向排列的针管状包体对光 的反射所造成。 产生星光的条件： 1、宝石具有至少两个方向和定向排列的针管状包体； 2、琢磨的宝石使其底面平行于包体的平面 3、宝石是弧面型琢型
一）、星光效应
能显示出星光效应的宝石有红宝石、蓝宝石、 铁铝榴石、尖晶石、透辉石、芙蓉石等。以刚玉为 例解释星光的产生：
透明：能完全清晰地透视其它物体。如钻石、红宝石、蓝宝石 等能 允许绝大部分的可见光透过晶体。
半透明：一般厚度下，能模糊地透视其它物体的轮廓。如：玛 瑙、芙蓉石等能允许部分光透过晶体。
微透明：一般厚度下，能透过光，但看不清透过的物象。如： 软玉、独山玉、岫玉等。
不透明：宝石的晶体或块体基本上不透光。如：青金岩、绿松 石、珊瑚等。
1）、晶体场理论认为：
在过渡金属元素铁、铬、铜等和稀土金属中-存 在一种特殊的电子态。其原子仅仅有部分被填充的内 壳层，这些未填满的内壳层保持有不成对的电子，它 们的激发态往往落于可见光谱内，能产生范围很宽的 鲜明颜色，称之为晶体场颜色。
宝石矿物只要存在带有不成对电子的离子就会产 生晶体场颜色。如红宝石、鲜红色是由微量的杂质铬 离子（Cr）替换了铝离子(Al)而呈色。海蓝宝石的海 水蓝色是由微量过渡金属杂质铁离子（Fe）引起。绿 松石的瓷松色是由过渡金属铜（Cu）引起。
宝石的物理性质及外观特征
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颜色的定性描述
通常对颜色的命名方法是将主色 调放在后面，用颜色修饰词描述次要 的色调，如绿黄色、紫红色等，把颜 色浓度的修饰词放在最前面，如浅黄 绿色，淡蓝紫色等。
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颜色的定量描述
• 颜色的定量描述可以采用色度学的三要 素的数值，现在常用的一种方法是孟塞 尔表色系统，在孟塞尔表色系统中将色 调分为10种，分别用英文名称的字头表 示：红（R）、黄（Y）、绿（G）、蓝 （B）、黄红（YR）、绿黄（GY）、蓝绿 （BG）、紫蓝（PB）、红紫（RP）。每 种色调又细分为10个等级，分别从1-10； 再对颜色的明度从暗到明亮分为0到10共 11个等级。
冰洲石下的绳子有两个像
双折射
玻璃下的绳子只有一个像
单折射
3
二、宝石颜色的描述方法
宝石的颜色特征可以用色调、 明度、饱和度三要素来描述
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1.色调（色彩）（Hue）
• 指颜色的种类，彩色宝石的色调取决于 光源的光谱组成和宝石对光的选择性吸 收；
• 是彩色宝石间相互区分的特性，如红色、 绿色、紫色、蓝色。色调与残余光的波 长有关，常用主波长表示。
• 不同颜色的宝石其色调不同；而相同颜 色的宝石，色调上也会有差异。
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N1(光蔬质) N2(光密质)
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当光线从光疏介质 进入光密介质时
光线偏向法线 折射角小于入射角
当光线从光密介质 进入光疏介质时
光线偏离法线 折射角大于入射角
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1.折射率的概念
• 光在两种不同介质中速度的比值叫折射率，就 是上面所说的相对折射率。即：
中国地质大学智慧树知到“产品设计”《宝石加工学》网课测试题答案5
中国地质大学智慧树知到“产品设计”《宝石加工学》网课测试题答案（图片大小可自由调整）第1卷一.综合考核(共15题)1.宝石光学特性是加工中需要突现的对象，其中重要的因素是()。
A.亮度B.光泽C.颜色D.火彩2.红蓝宝石的硬度仅次于钻石，摩氏硬度为()A.9B.6C.8D.73.变彩效应由于宝石内部的特殊结构，引起光的()和()作用，使宝石产生多彩的色斑，且色斑随观察角度的不同而变幻A.反射B.干涉C.折射D.衍射4.下列选项中不属于人造宝石的是()。
A.镁铝榴石B.人造钇铝榴石C.塑料D.人造钛酸锶5.对于大多数宝石，抛光时可以多加点水，以便抛光剂中水能在抛光中迅速蒸发，以达到最佳抛光效果。
()T.对F.错6.关于琢型与亮度，下面说法正确的是()。
A.为了保证亮度和火彩，圆多面型宝石应尽量扩大台面面积B.某些半透明的宝石，将弧面的底面做成粗糙面，不利于增强亮度C.为了保证弧面型宝石的亮度，要注意抛光，改善光泽D.为了保证内部反射光充足，使进入宝石内部的光线发生一组反射7.具体切割手法按照加工方式分为：()A.锯切法B.砍切法C.劈切法D.电切法8.影响切割效率的因素的是()。
A.增大孔径B.减少进料C.及时冷却D.增加转速9.琢型的基本类型一般可分为以下几种基本类型?()A.标准圆多面型B.椭圆刻面型C.祖母绿型D.Burgundian琢型10.本课程研究的是从()到()的过程。
A.琢型到原石B.原石到琢型C.琢型到镶嵌宝石D.镶嵌宝石到琢型11.下面关于粘胶的注意事项，正确的是()。
A.粘胶前，一定要对粘棒和宝石坯料进行清洗B.粘胶完成后要将有宝石的一头向上悬放C.宝石加热前要进行预热D.粘胶要加热到冒烟起火，防止脱胶12.下列宝石中具有明显多色性的宝石的是()A.坦桑石B.蓝宝石C.镁铝榴石D.玻璃13.下列选项中属于宝石材料的光学特性的是()A.压电性B.热稳定性C.火彩D.热敏性14.色散会导致白光分解成七色光谱，将七色光谱按波长从小到大排序，首位是()色光。
3.3.2 宝石的光学特征与透明度加工
2、透明度的分类
直观透明度
按描述方法可分为
客观透明度
第二章 宝石材料特性与加工
（1）客观透明度
用透射系数来表示，用透射光的强度比上入射光的强
（2）直观透明度
可按它的强弱分成 ①透明：很容易透过光线，即使有颜色也极易透视。且透过
宝石的光线无畸变和吸收，可以清晰看清透射出的图象； 如优质的钻石、祖母绿、水晶。 ②较透明：不太容易透过光线，对透射光有少量吸收或畸变 。可以隐约看见映出的图象，但有些变形，清晰程度不如 透明宝石。如某些品种的琥珀和优质月光石。
3、检验透明度的小方法
（画字的纸、打光看扩散：三分水、六分水、九分水）
直观透明度
较透明
半透明 微透明
第二章 宝石材料特性与加工
（二）、透明度形成的基本原理
1、构成透明度的三要素 光源、材料、人眼
2、三要素对透明度的影响 1）光源的颜色、强度对透明度的影响 2）材料的价健、颜色、包体、结构缺陷、
第二章 宝石材料特性与加工
不同晶质类型透明度比较
多晶质：不透明
单晶质：透明
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第二章 宝石材料特性与加工
（三）、透明度与宝石加工
1、原料选取时，应选择纯净透明的部分来加工。放
弃透明度时，只有在材料具有特殊光学效应及贵重材料时 才依据它们的特性来选择。
厚度的影响。举例包体中的深色、固态、不 透明包体云雾、液态。
3）人眼，观察的心理经验影响。
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第二章 宝石材料特性与加工
不同颜色浓度对透明度的影响
第二章 宝石材料特性与加工
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第二章 宝石材料特性与加工
（二)、宝石的颜色成因
1、致色元素 钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜
(1)自色
自色是由宝石化学成分中的主要元素作为致 色离子而引起的颜色。它的特点是颜色相对固定 ，且较为单一。由这种成因呈色的宝石矿物就称 为自色宝石。
第二章 宝石材料特性与加工
自色矿物
Ⅰ类：宝石矿物本身的主要化学成分中有致色离子使其呈色。
第二章 宝石材料特性与加工
但物理呈色也可以是伴色，即与宝石本身的体色混 杂叠加后共同呈色，由于黑珍珠表层的叠瓦状构造对光 的干涉和衍射而形成的绿色伴色就是一个很好的例子。 再如，黄铜矿表面由氧化薄膜引起的锖色（蓝紫混杂的 斑驳色彩）也是如此。总之，物理呈色不是宝石本身所 固有的体色，它的形成与光在宝石中的物理作用有直接 关系。
第二章 宝石材料特性与加工
（3）饱和度 也称色品，指色彩的纯净程度，或者是白光的混入程
度。通常以色光和白光的比例定量表示。有彩色的各种色 都具有彩度值，无彩色的色的彩度值为0，对于有彩色的 色的彩度（纯度）的高低，区别方法是根据这种色中含灰 色的程度来计算的。宝石的饱和度取决于宝石对可见光谱 选择性吸收的程度。当宝石仅对可见光中某一很窄波段的 光反射或透射时，该宝石的颜色饱和度很高，宝石颜色就 鲜艳。
第二章 宝石材料特性与加工
（2）他色
他色是由宝石化学成分中的微量致色杂质元素引 起的颜色。它的特点是颜色变化范围大，难以预测。 具有他色成因的宝石矿物就叫他色宝石。通常他色 宝石在十分纯净时无色，当其含有微量致色元素时 就会产生颜色（微量元素的存在是通过两种方式实 现的：
通过类质同象替代置换了晶格中部分电价相同 的离子而进入宝石的晶格中；
第二章 宝石材料特性与加工
Ⅱ类：宝石中微量致色杂质元素引起宝石呈色。 此类自色宝石中的杂质元素是主要的致色因素。 如果没有这些杂质元素，这类宝石通常是无色的。
杂质致色元素 Cr
颜色与宝石 绿色：祖母绿，翠绿锂辉石，铬电气石，符山石 红色：红宝石，尖晶石，粉红色黄玉
红色+绿色：变石
Mn
红色：红色绿柱石，红色榍石，粉红色符山石，绿帘石，
第二章 宝石材料特性与加工
（2）明度 也称强度，指色彩的明亮程度，即色光的光强大小。
可以用振幅的平方表示。在宝石学中通常用视觉透射率来 描述，它取决于宝石和照射光线的相互作用以及宝石琢磨 质量的优劣。色调深的明度就低，色调浅的明度就高。明 度与宝石折射率和加工工艺成正相关关系，与颜色深浅成 反相关关系。
第二章 宝石材料特性与加工
第二章 宝石材料特性与加工
第二章 宝石材料特性与加工
第二章 宝石材料特性与加工
第二章 宝石材料特性与加工
第二章 宝石材料特性与加工
第二章 宝石材料特性与加工
第二章 宝石材料特性与加工
第二章 宝石材料特性与加工
第二章 宝石材料特性与加工
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第二章 宝石材料特性与加工
2、宝石的颜色分类
（1）彩色宝石 彩色系指太阳光谱中的各单色光及其复合色光。宝石
对可见光选择性吸收，使宝石产生各种颜色，所呈现的颜 色是残余光中各色光的混合色，绝大部分宝石属彩色系。
（2）非彩色宝石 非彩色系指由白色，黑色及它们之间的过渡灰色系列
，称为黑白系列。非彩色系列的宝石有无色钻石，无色水 晶，无色长石，还有黑玛瑙等。
第二章 宝石材料特性与加工
（三）、宝石颜色与加工
1、刻面型琢型与颜色处理 琢型厚度调节颜色浓度 琢型比例改善颜色亮度 材料不均匀的处理方法 （1）色斑的加工处理（放亭尖处） （2）色带的加工处理（色带平行） （3）色团的加工处理（放冠部、亭部、腰部都 可）
第二章 宝石材料特性与加工
对于有色斑的宝石材料设计示意图
第二章 宝石材料特性与加工
接上表
Fe
Co Ni Cu
蓝色：蓝尖晶、蓝宝石 红褐色：红玛瑙 黑色：电气石、铁金红石 白色：翡翠 黄色：金绿宝石、黄水晶、正长石、长石 绿和蓝色：海蓝宝石、绿色的紫晶 绿和褐色：电气石 绿、黄和棕色：玛瑙、尖晶石、符山石 蓝色：合成蓝尖晶、蓝尖晶（极纯） 绿色：绿玉髓（澳玉） 在他色宝石中极少作为致色元素出现
第二章 宝石材料特性与加工
（3）钻石 钻石的主要颜色为无色至淡黄色，或淡灰色，或淡褐
色，与其他彩色和非彩色宝石的颜色不一样。经过上百年 的发展，钻石已有了一套完整的评价体系，其中也包括对 其颜色的评价体系，所以它无法被纳入其他体系中，只能 独立出来。 钻石三大系列颜色包含：开普系列，褐色系列，彩色系列。 开普系列：包括无色、浅黄至黄色钻石; 褐色系列：包括不同强度的褐色钻石; 彩色系列：包括粉红、紫红、金黄、蓝色、绿色等钻石。
电气石，芙蓉石（含Mn2+和Ti4+） 紫色：紫水晶（含Mn2+和Fe3+） 绿色+黄色：红柱石
第二章 宝石材料特性与加工
接上表
Fe
Ni V Co
绿色—蓝色：海蓝宝石，蓝宝石，带绿色的紫晶 黄色：金绿宝石，黄水晶，正长石，长石
绿色—黄色—棕色：各种玉石，玛瑙，尖晶石，符山石 红色—褐色：石榴石 黑色：电气石，铁金红石 绿色：绿宝石（含Co，Ni和V），绿玉髓 黄色：金绿宝石 绿色：含钒祖母绿，绿色钙铁榴石 蓝色：尖晶石 绿色：绿宝石
第二章 宝石材料特性与加工
第二章 宝石材料特性与加工
第二章 宝石材料特性与加工
第二章 宝石材料特性与加工
2.色心致色 所谓色心就是指能选择吸收可见光的晶体
结构缺陷，它是晶体结构缺陷的一种。宝石在 生长过程中，由于地质环境中的物理——化学 因素，在晶体局部范围内，质点的排列偏离了 晶格的周期性重复规律，从而形成了这种晶格 缺陷。按照点缺陷的性质可将其分为电子色心 和空穴色心两种。
具有色带色团色斑的宝石设计示意 图
对于有色团的宝石材料设计示意图
第二章 宝石材料特性与加工
2、弧面琢型与颜色处理
（1）深色宝石用薄弧面型减色 （2）不均色宝石，好色置弧顶 （3）图纹好宝石，好纹置弧顶
第二章 宝石材料特性与加工
第二章 宝石材料特性与加工
第二章 宝石材料特性与加工
第二章 宝石材料特性与加工
第二章 宝石材料特性与加工
3.物理呈色
物理呈色是指由于宝石内部某些特殊的结构、构造，如平 行排列的包裹体、平行解理或同样排列的出溶片晶等，引起光 的某些物理作用而在宝石体表呈现颜色的现象。从定义看，物 理呈色与宝石矿物本身的化学成分对可见光的选择性无直接的 关系，而是与其结构或构造引发的物理光学现象有关。它既可 以掩盖宝石自身的体色成为宝石的主色，也可以只成为宝石体 色的伴色。如果物理呈色是主色时，多是因为宝石本身发生了 “结构性颜色”（因色散、干涉、衍射等所导致的颜色效应）， 且其体色很浅或无色。如日光石的黄色、东陵石的绿色、月光 石的蓝色等。
微量元素直接沉积在晶格中的离子间隙或结构 孔道中。
第二章 宝石材料特性与加工
杂质致色元素 Ti Ti、Fe V Cr
Mn
他色矿物
颜色与宝石 蓝色：蓝锥矿 蓝色：蓝色蓝宝石 绿色：绿色绿柱石 绿色：祖母绿、翠绿锂辉石、铬电气石、符山石 绿色：绿玉髓、翡翠 红色：红宝石、红尖晶石、粉红色黄玉 红色+绿色：变石 粉红色：粉红色绿柱石①、粉红色符山石、粉红色绿帘 石、粉红色电气石、芙蓉石（含Mn2+和Ti4+） 紫色：紫水晶（含Mn2+和Fe3+） 绿色+红色：红柱石
第二章 宝石材料特性与加工
3、宝石颜色的表述
(1)色调 指颜色的种类，是为Байду номын сангаас定某一颜色在可见光谱或色谱
表中的位置所进行的定性描述。彩色宝石和钻石的色调取 决于光源的光谱组成和宝石对光的选择性吸收，也是各颜 色间相互区分的本质属性。最基本的彩色色调就是红、黄 、蓝三种，最基本的非彩色色调就是黑、白两种。
第二章 宝石材料特性与加工
宝石光学特性与加工
第二章 宝石材料特性与加工
五、颜色
（一）、颜色的定义与范畴
1、宝石颜色的定义
宝石的颜色是宝石对自然光进行选择性吸收后的残余色 的综合在人眼中的反映。当光照射到宝石上，部分被反射 ，部分被吸收，部分被透过。透明的宝石以投射光为主， 并有对光的反射，颜色主要由透过的光谱组成决定；不透 明宝石以反射为主，兼有透射和吸收，颜色则以反射光谱 为主。在剩余光中所占比例最大的色光决定了宝石颜色的 主色调，次要波段的色光决定了宝石的辅色调。如红宝石 通过680~700mm的红光及480mm的青光而呈现红色并带紫色 调。