珠宝知识培训之人工合成宝石讲解

2019/3/19
6
1．成核 成核过程实际是一个相变过程。相是一个体系中均 匀一致的部分，它与另外的其它部分有明显的分界线。
化学成分相同的物质，在不同的温压条件下，可以呈 不同的结构（同质多象）、或不同的状态如固相、液相 和气相。 相变：当某一体系在外界条件改变时，会发生状态 的改变，这种现象即相变。宝石合成的过程即生长晶体， 从液相变为固相，或固相变为固相、气相变为固相；相 变过程受温压条件、介质组分的控制。
2019/3/19
5
二、合成宝石的晶体生长基本理论
晶体生长的发生最初是从溶液或熔体中形成固相的 小晶芽，即成核。晶核形成后，就形成了晶体--介质 的界面，晶体生长最重要的过程就是界面过程。科学 家们提出了许多生长机制或模型，结合热力学和动力 学探讨了这一过程。 尽管晶体生长理论已有一百多年的发展历程，但晶 体生长理论还并不完善，现有的晶体生长模型还不能 完全用于指导晶体生长实践，为了提高晶体质量还有 许多实际问题尚待解决。
2019/3/19
石墨-钻石的相图
8
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。
2019/3/19
9
源自文库
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。
2019/3/19
10
3． 晶体生长的界面模型 晶体生长最重要的过程是一个界面过程，涉及生长 基元如何从母液相传输到生长界面以及如何在界面上定位 成为晶体的一部分。 A．完整光滑界面生长模型 此模型又称为成核生长理论模型，或科塞尔-斯特 兰斯基（Kossel-Stranski）理论模型。该模型是1927年， 由科塞尔首先提出，后经斯特兰斯基加以发展 。
相图：根据相变理论公式（克拉帕珑方程），即反 映压力、温度和组分的关系，作出的表示相变、温度、 压力、组分关系的图解。
2019/3/19 7
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。
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；
2019/3/19
3
(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多家焰熔法合成宝石的工 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。
合成宝石
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。
2019/3/19 1
一、概述
(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。 2019/3/19 2
2019/3/19
4
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。