宝石合成技术

宝石合成技术

人工宝石的合成方法:

1、焰熔法

2、水热法

3、助溶剂法

4、熔体法

5、冷坩埚熔壳法

6、高温高压法

7、化学沉淀法

8、区域熔炼法

焰熔法

一、原理

将合成宝石的原料(固态的粉末组分)按一定比例均匀混合在一起，用氢氧火焰把原料熔化，然后随着温度下降在熔体中进行晶体生长的方法。

二、设备

1.供料系统：为圆柱形的筛状供料容器和料斗组成，震动器有规律地振动使粉末均匀下落到氧气流中。

2.气体燃烧系统：融化粉料的设备。氧气、氢气通过燃烧器燃

烧，温度可达2500℃。

3.结晶炉：马弗炉，主要起保温作用。炉膛呈流线型，易于气

体流动和不积粉。

4.下降系统：把籽晶固定于结晶杆上，并把结晶杆安装在支架

上，结晶杆可缓慢下降并不断旋转，以保证晶体的生长尺寸。

三、一般工艺流程

1、原料制备：要求纯净，颗粒均匀，高分散，具适当的堆积

密度和流动性。掺杂剂要考虑到宝石的颜色，光学性能，宝石

结构和物理性质，生长过程中的烧失量。

2、下料，将原料粉末与掺杂剂按比例置于筛状容器，振动过

筛，落入氧气流内。

3、熔料，内管中的氧气与外管中的氢气混合燃烧。

4、晶体生长：熔体下落到种晶的生长台上，旋转并下降，晶体生长成梨形圆棒。

5、处理晶体，关闭气体，晶体冷却，由于晶体生长时内聚了大量应力，当停止加热晶体，易从纵轴裂成两半。

6、退火处理，将合成晶体装炉缓慢升温几小时，恒温保温，再慢慢降至室温以减少热应力。

四、焰熔法晶体生长工艺特点

1.此方法不需坩埚，即节省坩埚材料，又避免坩埚污染。

2.氢、氧燃烧温度高达2500度，适合难熔氧化物。

3.生长速度快、有利于大规模生产，成本低。

4.生产设置简单，能长出大的晶体。

5.若生长温度梯度大，内应力大，易裂开。

6.对粉料的纯度、粒度要求严格，并在合成过程中有30%的损失量，提高了原料成本。

7.易挥发或易氧化的材料不适宜此方法。

五、合成品种及其鉴定特征

（一）合成刚玉

1．原始晶形：

焰熔法合成的宝石原始晶形都是梨形。而天然宝石的晶体形态为一定的几何多面体。

2．包裹体：

合成红、蓝宝石中常可见气泡和未熔粉末出现，一般气泡小而圆，或似蝌蚪状；可单独或成群出现；合成尖晶石中气泡和未熔粉末较少出现，偶尔出现的气泡多为异形。

3．色带：

红宝石中常常为细密的弧形生长纹，类似唱片纹；蓝宝石中色带较粗而不连续；黄色蓝宝石很少含有气泡，也难见色带。天然红宝石和蓝宝石都显示直或角状或六方色带。合成尖晶石很少显示色带。

4．吸收光谱：

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。

6．帕拉图法：

将刚玉浸于盛有二碘甲烷的玻璃器皿中，在显微镜下沿光轴方向，加上正交偏光片下，合成刚玉可以观察到两组夹角为1200的结构线

7．焰熔法合成星光刚玉：合成星光刚玉

内含物，大量气泡和未熔粉末；金红石针极其微小，难以辨认；弯曲色带明显，星带外观特征,星光浮于表面，星线直、匀、细，连续性好；中心无宝光

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。所以合成刚玉在台面通常都可见多色性，而天然的则不然。

（二）合成尖晶石

1．内含物:包体少，偶有气泡，形态狭长或异形；色带少见，仅见于红色尖晶石中;天然尖晶石：气液包体常见晶体包体：尤其是八面体形色带少见

2.RI:1.727

Fixed红色尖晶石例外用于检测折射仪；天然尖晶石：1.714-1.718,高铬的红色尖晶石: 1.74，镁锌尖晶石:1.715-1.80，锌尖晶石: 1.80。

3.SG:3.63，红色尖晶石：3.60-3.66；仿青金岩的烧结蓝色尖晶石：3.52；天然尖晶石：3.60

4．光谱：蓝色者：Co谱,540,580和635nm处有吸收带；红色：红区只有一条荧光光谱线浅黄绿色：445nm，422nm线；天然尖晶石：蓝色者：Fe谱，蓝区458nm有吸收带；红色者：红区5条—管风琴状荧光谱线（交叉滤色镜下观察）

5.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。

6．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；

4、透明度：透明；

5、颜色：无色为主，偶见红、黄、蓝、褐色材料；

6、硬度：5.5-6；

7、比重：5.13；

8、断口：贝壳状；

9、折射率：2.41，单折射

10、色散：0.19，极强；

11、内含物：气泡；

12、钛酸锶作为仿钻材料，极易识别。钛酸锶极强的火彩使它明显不同于钻石。尽管标准圆多面型的钛酸锶在线试验中不透光，但它明显较低的硬度使之表面显示出明显的磨损痕迹、圆滑的刻面棱和不平整的小面。尽管反射仪上可获得与钻石相同的折射率，但热导仪检测时却无钻石反应。卡尺法或静水称重都可测出未镶品的比重，从而确认它。

（四）合成金红石：

1、化学成分：TiO2；

2、四方晶系

3、光泽：金刚光泽；

4、透明度：透明；

5、颜色：无色者常带浅黄色调。还可有红、橙、黄、蓝色者。

6、硬度：6-6.5；

7、相对密度：4.25；

8、折射率：2.616-2.903；

9、双折射率：0.287；

10、光性：一轴晶正光性；

11、色散：极强，0.28-0.30；

12、光谱：紫区末端有强吸收带，使其光谱看似被截短了；

13、内含物：气泡、未熔粉末；

14、合成金红石具有极高的色散值使其泛出五颜六色的火彩。这种特征使之不易与其他任何材料相混淆。此外，其极高的双折射率使其刻面棱重影异常清晰。仅此二特征就足以确认它了。