8宝石改善与人工合成_助熔剂法详解
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式。
助熔剂法晶体生长进程，类似于岩浆结晶分异进程中矿物的形成，与水热法生长晶体相类似，只只是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腹地位，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轻忽，直到近些年来才得以大量应用。
1．助熔剂法分类依照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进程的第一步，确实是形成晶核。
成核是一个相变进程，即在母液相中形成固相小晶芽。
这一相变进程中体系自由能的转变为：△G=△Gu+△Gs。
公式中：△Gu 为新相形成时体系自由能的转变，且△Gu﹤0；△Gs为新相形成时新相与旧相界的表面能，且△Gs﹥0。
这确实是说，晶核的形成，一方面由于体系从液相转变成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。
实验说明，阻碍成核的外因主若是过冷却与过饱和度。
成核的相变有滞后现象，确实是说，当温度降至相变点时，或当浓度刚达到饱和度时，并非能看到成核相变。
成核总需要必然的过冷或过饱和。
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，非均匀成核那么是在体系的某些部位的成何率高于另一些部位。
均匀成核是在超级理想的情形下才能发生，实际成核进程都是非均匀成核，即在体系里老是存在杂质、热流不均、容器壁不平等不均匀的情形，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。
因这人工合成宝石老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。
该法依照获取过饱和溶液的方式不同，又可分为缓冷法、反映法和蒸发法三种，其中以缓冷法设备简单而被普遍利用（图2-3）。
a．缓冷法是晶体材料全数熔于助熔剂以后，在高温炉中缓慢降温冷却，使晶体自发成核并慢慢成长的方式。
05 第五章 合成宝石及人造宝石
三、冷坩埚法
冷坩埚法是生产合成立方氧化锆晶体的方法。 该方法是俄罗斯科学院列别捷夫固体物理研究所的 科学家们研制出来的，并于1976年申请了专利。由 于合成立方氧化锆的外观和钻石相似，无色的合成 立方氧化锆迅速而成功的取代了其他的钻石仿制品， 成为钻石首选的代用品。合成立方氧化锆易于掺杂 着色，可获得各种颜色鲜艳的晶体，因此受到了宝 石商和消费者的欢迎。
钻石-石墨相图
球形压机
球形压机内部结构
合成钻石晶形与生长温度的关系
宝石级合成钻石的主要识别特征
结晶习性：合成钻石常常为立方体、八面体， 及二者的聚形，而天然钻石最常见的形态是八面体、 菱形十二面体。 晶面纹理：合成钻石可显示树枝状、漏砂状或 交切状纹理，接种面上粗糙不平。天然钻石常见三 角凹痕。 钻石类型：合成钻石为Ib型或者II型。 包裹体：针状、片状、针点状的金属包裹体，大量 的金属包裹体使得合成钻石具有明显的有磁性，甚 至会导电。 吸收光谱：合成钻石无415nm吸收线，
一、水热法
早在1882年人们就开始了水热法合成晶体的研究, 最早获得成功的是合成水晶。二十世纪上叶，由于 军工产品的需要，水热法合成水晶投入了大批量的 生产。随后，水热法合成红宝石于1943年由 Laubengayer和Weitz首先获得成功，Ervin和Osborn进 一步完善了这一技术。1946年奥地利的N.Lechleitner 首先成功合成水热法 祖母绿，1960年澳大利亚的 Johann Lechleitner也研究成功，1965年美国的Linde公 司开始水热法合成祖母绿的商业生产。1988年我国 有色金属工业总公司广西桂林宝石研究所曾骥良等 用水热法合成出质量较好的宝石级祖母绿 。九十年 代俄罗斯合成出了海蓝宝石、红色绿柱石等其它颜 色的绿柱石。
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。
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
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。
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。
红蓝宝石的人工合成方法
红蓝宝石的人工合成方法摘要：主要为了大家了解宝石合成的常用方法关键词：宝石人工合成。
人工合成宝石是相对于天然宝石而言的，是为缓解天然宝石供需矛盾而产生和发展的产物，是人工制作而非天然产出的宝石。
人工合成宝石，可简称为人工宝石，是指人们运用现代科学技术的基本原理和方法，选用适宜的原材料，通过合理的工艺、技术流程，在实验室或工厂里制造出来的用作首饰及装饰品的材料1．1 焰熔法这个方法是1902年由法国的维尔纳叶发明的，所以也称“维尔纳叶法”。
它主要用于合成熔点很高的宝石，如合成红宝石、蓝宝石、各种颜色的尖晶石、金红石、星光红宝石、星光蓝宝石及人造钛酸锶等，也是目前合成宝石的主要方法之一。
此法合成宝石的原理是利用氢气与氧气燃烧的温度可以高达2900℃的特点，在火焰的上方放宝石原料的粉末，火焰的下方放生长晶体的晶种，宝石粉末通过氢氧火焰时被熔化成熔融液掉落在下面的宝石晶种上，晶体即可不断往上生长。
为了保证晶体能够不断往上生长，宝石晶种要安放在一个可以下降的装置上，并且要使下降装置的下降速度与晶体生长速度相同。
其次，还要使生长的宝石晶体下降入一个保温良好的容器里，否则宝石晶体在空气中会因急剧冷却而产生内应力，对宝石晶体产生破坏作用，轻则形成裂纹，重则使宝石破裂。
1.1.1 优点（1）焰熔法合成红宝石时不用坩埚，可以节省制作坩埚的耐高温材料，又可以避免坩埚成分的污染；（2）晶体生长速度较快，短时间内可以得到较大尺寸的晶体；（3）生长设备比较简单，劳动生产率高，适用于工业化生产；（4）三氧化二铝晶体本身是没有颜色的，为无色蓝宝石，只要在三氧化二铝的粉末原料中加入致色剂后就能出现颜色1.1.2 缺点（1）由于氢氧火焰的温度梯度较大，造成晶体结晶层的纵向温度梯度和横向温度梯度均较大，故生长出来的红宝石晶体质量欠佳，不能用于激光等要求质量很高的高科技方面；（2）火焰气体的温度不可能控制得很稳定，由此造成的温度变化使晶体产生较大的内应力，导致晶体的位错密度较高；（3）原材料在火焰中熔化时不可能完全被熔化结晶成晶体，大约有30％的粉料损失；1.2 水热法这是模拟自然界热液成矿条件创造的一种宝石合成方法。
宝石学速成合成宝石及人造宝石PPT课件
（3）提拉法合成宝石的识别特征
①弧形生长纹 提拉法生长的宝石晶体，由于提拉和旋转作用，会产生弯曲的弧形生长纹， 但不如焰熔法明显。
提拉法合成红宝石 的弯曲生长纹
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②气泡 提拉法合成的晶体，都会含有气体包体，且气泡分布不均匀。提
拉法常可见拉长的或哑铃状气泡。 ③金属包体
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①自发成核法 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种晶生长法
种晶生长法主要目的是克服自发成核时晶粒过多的缺点，使得晶体在种 晶上结晶生长。
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（2）助熔剂法祖母绿的生长工艺
埃斯皮克法
助熔剂法合成祖母绿 的公司有：美国的林 德(Linde)、查塔姆 (Chatham)、法国的 吉尔森(Gilson)和日 本的拉姆拉 (Ramaura)。
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（2）水热法工艺（合成祖母绿）
原料：氧化铬、氧化铝和氧 化铍粉末的烧结块，水晶； 矿化剂：国内采用HCl，充 填度80%； 种晶：种晶用铂金丝挂于高 压釜中部，可用天然无色绿 柱石或合成的祖母绿。 温度：6000C； 工作压力：1000X105Pa 生长速度：每天
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c. 弧形生长纹 • 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。 • 合成尖晶石很少显示色带。
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d. 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。
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宝石的四种制作
宝石的四种制作
人造宝石的四种制作方法
时间：2012-09-15 来源：好乐美饰
人造宝石已经历了近百年的研究和发展。
目前，工艺日趋完善，产品十分精美，尤其是合成的宝石，已经达到了与天然宝石真假难分的境地。
为了准确地鉴别人造宝石，掌握因生产环境的局限性，而出现的与天然宝石不同的微小差别，就必须了解人造宝石的制造方法。
目前常见的人造宝石制造方法有以下4种：
（1）焰熔法：将合成宝石化学组成所需要的固态粉末原料混合在一起，在氢氧高温火焰下熔融，溶液随着温度的降低，而结晶成为合成宝石晶体。
具体方法如维纽耳氏法。
（2）熔融法：将合成宝石化学组成所需要的固态物质放在高温下熔融，溶液随着温度的降低，结晶成为合成宝石晶体。
具体方法如提拉法。
（3）水热生长法：将合成宝石化学组成所需要的固态原料，置于高温高压条件下溶解于水中，随后在较冷的部位，以晶种为核心，结晶成为合成宝石晶体，具体方法如高压釜法。
（4）助溶剂熔化生长法：将合唱宝石原料，在高压高温条件下借助熔剂熔解，随后随着温度降低，以晶种为核心，结晶成合成宝石晶体。
当今，绝大多数高贵宝石都有与其相似的人造宝石或仿制品，常见的人造宝石有：祖母绿、金刚石、红宝石、蓝宝石、变石、水晶、蛋白石、碧玺、绿松石等。
宝石改善与人工合成__高温高压法解读共29页文档
ห้องสมุดไป่ตู้
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
宝石改善与人工合成__高温高压法解 读
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生
宝石改善与人工合成-助熔剂法详解PPT精品课件
主要设备
高温马弗炉和铂坩埚。
合成祖母绿晶体常采用
1650℃的硅钼棒电炉。炉子 一般呈长方体或圆柱体，要
求炉的保温性能好，良好的
控温系统。
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生长过程
首先在铂坩埚中放入晶体原料和助熔剂，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。
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助熔剂法生长宝石的实例
助熔剂法生长祖母绿晶体
注意两种生长工艺的差异
助熔剂法生长红宝石晶体 助熔剂法生长YAG晶体
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埃斯皮克(Espig)缓冷法生长祖母绿晶体
1888年和1900年，使用自发成核法中的缓冷法生长出祖母 绿晶体的技术。 1924-1942年，德国人埃斯皮克(H. Espig)等进 行深入研究，并对助熔剂缓冷法做了改进，生长出长达2cm的 祖母绿晶体。
生长速度约0.33mm/月。12个月内可长出2cm的晶体。
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工艺要点:
a. 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，使原料始终均匀地分布在熔体中。
c. 坩埚顶部和底部要保持较高的温度，中部温度 2021/较3/1 低，存在一定的温差防止其它晶核的大量出现。16
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助熔剂法生长宝石的基本原理
助熔剂法: 将组成宝石的原料在高温下溶解于低熔点的助
熔剂中，使之形成饱和熔融液，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。
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。
第四节 宝石的合成与优化
二、优化处理方法—表面扩散处理 1、方法与目的 表面扩散处理是在较高的温度下,让着色的离子从宝石 的表面扩散到宝石的晶格中从而使宝石产生颜色 。 表面扩散目前常用于蓝宝石和红宝石。
实例：蓝宝石的扩散处理
扩散元素：Fe+Ti 扩散条件： 温度 1800℃； 时间 24h 扩散层厚度： 0.1-0.25mm
二、优化处理方法—幅照处理
1、方法与目的 用高能射线或粒子束对宝石进行照射，使宝石晶体产 生缺陷，造成着色中心，而使宝石产生颜色。 常用的幅照源有γ射线、中子束、高能电子束。 幅照处理是一种常用的优化处理方法。 它可使无色的钻石变成蓝色、绿色、黄色和红色。它 还可将无色的蓝宝石变成黄色，无色的黄玉变成蓝 色，黄色水晶变成紫色。
晶体的生长过程 1. 经过由氢气和氧气燃烧产 生的火焰发生熔融作用， 产生的熔体并落在旋转杆 顶端的籽晶上冷却结晶。 2. 随旋转杆下降，晶体一层 一层地生长，不断长大， 形成梨晶。 3. 梨晶在生长过程中，其顶 部始终保持厚度约20μm 的熔融层。
梨晶的生长过程
2、焰熔法合成宝石的特点 1）具有弯曲生长纹。 2）可能含有大量的气泡而不是天然宝石中常见的气 液两相的包裹体。 3）晶体生长速度快，生产成本低。 3、常用焰熔法合成的宝石
生长过程： 1、将所需的原料放入坩 埚内，并用高频线圈加热 至原料熔化。 2、将熔体表面的温度控 制在晶体熔点，让晶种接 触熔体表面。 3、在拉杆的作用下缓慢 旋转提拉。在晶种的端部 发生结晶作用，形成圆棒 状的晶体。
4、提拉法合成的宝石 目前，合成宝石中大多数氧化物类的晶体，如红 宝石、蓝宝石、尖晶石、变石、YAG、GGG等都可 用提拉法生长。 但由于该方法的成本高，实际中用于合成宝石的 并不多，更多地用于人工光晶体等的生长。 提拉法合成宝石的特点：晶体质量好，宝石中的 内含物较少，有时含有少量的气泡及弯曲生长纹。
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。
蓝宝石常见优化处理和合成方式
蓝宝石常见优化处理和合成方式关于宝石，借用农夫山泉的一句广告语来说，我们不生产宝石，我们只是大自然的搬运工。
市场总是会存在良莠不齐的情况，所以很多时候，人们总是需要一颗识货的眼睛或是懂货的心。
蓝宝石和红宝石同为刚玉家族中的一员，其合成方式与上文中提到的红宝石的合成方式基本上没有什么明显的区别。
天然无烧矢车菊蓝宝石1、焰熔法合成蓝宝石与天然蓝宝石的区别焰熔法合成蓝宝石可有多种颜色，当化学组成为纯 A12O3 时，合成样品为无色，当掺人少量 Pe 和 Ti 时样品呈蓝色，当掺人少量 Co 和 Ni 时样品呈绿色，单纯的 Ni 可使样品呈黄色，当样品掺人少量 V 时可产生具变色效应的蓝宝石，焰熔法合成蓝宝石与天然蓝宝石在颜色上无明显差异。
二者在鉴定方面可以从生长纹、气泡包体、发光性、吸收光谱几个方面来鉴别。
焰熔法合成蓝宝石2、助熔剂法合成蓝宝石系统宝石学里面关于助熔剂法合成蓝宝石是这样描述的：助熔剂法合成蓝宝石内的助熔剂残余、颜色色带、铂金属片等特点与其相应的助熔剂法合成红宝石相同，不同点在于：1)荧光在紫外灯下助熔剂残余可有粉红色、黄绿色、棕绿色等多种荧光，而且荧光较强，而天然蓝宝石多表现为荧光惰性；2)吸收光谱与天然蓝宝石相比，助熔剂合成蓝宝石有可能缺失460nm、470nm的吸收线。
合成蓝宝石戒指3、水热法合成蓝宝石水热法合成技术是一种更接近天然宝石在热液环境中生长的技术，因此合成蓝宝石与天然蓝宝宝石极为相近，但是由于成本比较高，所以很少作为商品来流通。
在鉴定方面，一般也是从颜色、发光性、晶体、包体、生长纹几个方面来鉴别。
合成蓝宝石耳钉4、蓝宝石的优化及特殊处理蓝宝石在优化处理方面和红宝石还是很相似的，目前国际上接受或者说认可的处理方式仅限于单纯的传统加热处理。
其他染色、浸有色油、填充、扩散等方式都是目前国际上不接受的处理方式，有些处理方式甚至有可能给人的身体带来一定损害。
贵重宝石都是纯天然的，如果遇到一颗特别漂亮，完美无瑕的时候，就要多花点心思了！填充一般是为了遮盖天然宝石的瑕疵，将石蜡、有色油或合成树脂等折射率与刚玉相近的物质注入裂隙、裂纹明显的宝石中，消除因裂隙造成的光线折射不均匀等的现象，提高宝石的净度。
宝石改善与人工合成习题
宝石改善与人工合成习题名词解释：合成宝石、人造宝石、拼合宝石、再造宝石、仿宝石、优化处理、优化、处理、籽晶、助熔剂、CVD、KM、HTHP一、填空题1、是助熔剂法合成宝石的鉴定特征，是焰熔法合成宝石的鉴定特征。
2、颜色集中于棱线上呈“蛛网”状分布，说明该宝石经过处理。
3、焰熔法合成红宝石一般有较强的紫外荧光。
4、助熔剂法合成红宝石内部最主要的包裹体是。
5、水热法合成红宝石普遍具有明显的内部生长纹，常呈状和状。
6、合成星光红宝石的特点有、和等。
7、刚玉类宝石优化处理的方法有、、和等。
8、焰熔法合成的蓝宝石在紫外灯下常具有荧光。
9、斯里兰卡一种名为Geuda的乳白色蓝宝石经热处理后，可改变颜色成色。
10、水热法合成祖母绿中常见的包裹体是：、、和。
11、助熔剂法合成祖母绿中常见的包裹体有：、、、等。
12、祖母绿注油是为了和，注油祖母绿可用检查，其表现特点是。
13、合成尖晶石在正交偏光下常表现为，宝石学中称为。
14、染色水晶有明显的，颜色全部集中在其中。
15、若确定绿色翡翠是否为染色，应借助放大观察颜色分布是否为，并结合和观察来确定。
16、欧泊的二层拼合石通常是由和或拼合，而欧泊的三层拼合石通常是由、和拼合。
17、天然欧泊的色斑呈，其特点为，沿一定方向排列呈纤维状，糖处理欧泊的色斑呈，合成欧泊的色斑则呈，其特点为具三维形态，界限分明呈锯齿状，为结构。
18、欧泊常用的优化处理方法是：、和。
19、染色青金石的主要鉴别方法是观察和试验。
20、绿松石的优化处理方法有：、、和。
21、青金石的优化处理方法有：、和。
22、将珍珠放在中浸泡是一种改色的方法，其另一种改色方法为法。
23、不透明的玻璃被用于仿、和等玉石，或仿、和等有机宝石。
24、脱玻化玻璃内部有特殊结构，可仿。
25、最常见的仿珍珠是在珠上涂涂层制成。
26、塑料仿琥珀与琥珀的区别是：在1.13g/cm3的饱和盐水中塑料仿琥珀，而琥珀则。
27、玻璃球和水晶球的最简易区分方法是。
宝石改善与人工合成
天然宝石的人工改善（Nature gemstone enhancement）指人们运用某种技术方法和工艺处理来改变宝石的颜色，提高宝石的净度、物理和化学稳定性，使天然宝石的外观得到改善，从而提高宝石美学价值和商品价值的过程。
优化处理：指除切磨和抛光以外，用于改善珠宝玉石的外观(颜色、净度或特殊现象)、耐久性或可用性的所有方法。
光的颜色变化表达方法——牛顿光谱、CIE颜色系统颜色三要素：色相、饱和度（色度）、明度（亮度）近代科学颜色理论：晶体场理论、分子轨道理论、能带理论、结构缺陷理论优化：传统的、被人们广泛接受的、使珠宝玉石潜在的美显示出来的优化处理方法。
如热处理红宝石、浸无色油祖母绿、玉髓玛瑙的染色处理等处理：非传统的、尚不被人们接受的优化处理方法。
如染色处理翡翠、辐照处理钻石、表面扩散处理蓝宝石等。
热处理：将宝石放置在可控气氛和温度的加热设备中，添加不同的化合物和涂填物、选择不同的温度范围、气氛条件、加热速率及恒温时间对宝石进行热处理，使宝石的颜色、透明度、净度、光学效应等外观特征得到明显改善。
经热处理后，宝石的颜色相对稳定，它是一种将宝石的潜在美展示出来并为人们广泛接受的常见优化方法。
热处理技术的原理分为八类：1. 使宝石中致色元素改变而产生颜色的变化，如珍珠、象牙、珊瑚、琥珀等2.使宝石原有的色心被破坏而引起颜色的变化3.使宝石中的杂质扩散或改变存在状态而改变颜色4.使一些含水的宝石发生脱水作用而引起颜色的变化5.使某些宝石发生结晶构型的变化6.使某些宝石发生重组、再生和净化而达到优化的目的7.消除宝石中的包裹体，提高宝石的透明度和净度8.温度骤变可能引起珠宝玉石内部产生裂纹热处理刚玉的鉴别特征：1.颜色不均匀，原色带的颜色、清晰度也会发生不同程度的变化。
2.固态包裹体有不同程度变化3.流体包裹侵入新胀裂的裂隙中4.表面特征：表面产生一些凸凹不平的麻坑。
二次抛光出现双角棱、多面角棱。
5.吸收光谱和荧光特征：黄色和蓝色蓝宝石在台式分光镜下观察，缺失450nm吸收带，某些热处理的蓝色蓝宝石在短波紫外光下显示弱的淡绿色或淡蓝色荧光。
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冷坩埚熔壳法生长宝石晶体与鉴别
本章要点
理解冷坩埚熔壳法生长宝石晶体的基本原理
了解冷坩埚熔壳法生长立方氧化锆晶体工艺过程
掌握立方氧化锆人造宝石晶体的鉴别
复习思考题
1. 为什么生长立方氧化锆晶体的方法称为 冷坩锅熔壳法？ 2. 立方氧化锆宝石晶体有哪些特征？ 3. 简要说明立方氧化锆与钻石的鉴别？
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。 添加原料，一次可生长多粒祖母绿晶体。
生长速度大约为1mm/月，晶体个大质匀。
自发成核缓冷法生长红宝石
助熔剂法合成红宝石是采用 自发成核缓冷法生长的，在生 长过程中采用坩埚变速旋转技 术。使熔体不断处于搅拌中： 1、对晶面可产生冲刷效果， 从而使包体大大减少，
助熔剂法生长宝石的优缺点
优点
适用性强； 生长温度低； 可生长有挥发组份并在熔点附近会发生分解的晶体； 可在相变温度以下生长晶体； 比焰熔法生长出的晶体质量好； 热量输送对晶体生长的影响可以忽略； 设备简单。 生长速度慢， 许多助熔剂具有不同程度的毒性，其挥发物还常腐蚀 或污染炉体。
工艺条件
原料：纯净的绿柱石粉 纯氧化物：BeO、SiO2、Al2O3及微量Cr2O3 。 助熔剂：常用氧化钒、硼砂、钼酸盐、锂钼酸盐、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. 用铂栅隔开坩埚，放置补充料的铂金属管。 b. 按比例投料（氧化物、助熔剂和着色剂）。 c. 原料入坩锅，加SiO2玻璃、浮于熔剂表面，其它反应物通 过导管加到坩埚底部，将坩埚置于高温炉中。 d. 升温至I400℃，恒温数小时，再缓慢降温至1000℃保温。 e. 补充料，底部2天一次，顶部2-4周一次。 f. 温度至800℃时，坩埚上下组份扩散、反应形成祖母绿分子 g. 当溶液浓度达到过饱和时，便在祖母绿晶种上生长。 h. 生长结束后，将助熔剂倒出，坩埚加热硝酸进行溶解处理 50小时，待温度缓慢降至室温后，即得到干净的祖母绿单晶。
缺点
助熔剂法生长宝石的实例
助熔剂法生长祖母绿晶体
注意两种生长工艺的差异
助熔剂法生长红宝石晶体
助熔剂法生长YAG晶体
埃斯皮克(Espig)缓冷法生长祖母绿晶体
1888年和1900年，使用自发成核法中的缓冷法生长出祖母 绿晶体的技术。 1924-1942年，德国人埃斯皮克(H. Espig)等进 行深入研究，并对助熔剂缓冷法做了改进，生长出长达2cm的 祖母绿晶体。
助熔剂法生长宝石的基本原理
助熔剂法 : 将组成宝石的原料在高温下溶解于低熔点的
助熔剂中，使之形成饱和熔融液，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。
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。 “ Kashan” 合 成 红 宝 石 、 合 成 蓝 宝 石 、 “ Chatham” 合成祖母绿、YAG、GGG、合成金绿宝 石、合成尖晶石等。
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14×20mm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。
装置
铂坩埚中央 加竖铂栅栏网 ，分隔为两个 区，一个为熔 化区，另一个 为生长区。
生长工艺
助熔剂：钼酸锂； 热区：添加原料、助熔剂和致色剂； 冷区：吊挂籽晶，视坩埚大小排列祖母绿籽晶片。
助熔剂法生长红宝石晶体的鉴别
气相包裹体 似断非断，似连非连，与周围反差大。 助熔剂包裹体 黄 - 粉红色块状，呈典型的平行条带状或云朵状， 有时象水滴、虚线或粘带状。 铂金属包裹体 金属光泽，三角形、六边形等。 籽晶法 籽晶周围可见特有的云状或条帚状包裹体。 偶见粗粒助熔剂包裹体和有蓝色边缘的籽晶。 成分分析 有Pb、B等助熔剂阳离子的存在。 短波紫外光下 呈中～强的红色荧光
冷 坩 埚 熔 壳 法 生 长 晶 体
的 装Y2O3 = 9∶1
装料：粉料 “冷坩埚”中，在中心投入0.08%～0.15% (4～ ６g)金属锆片或锆粉片用于“引燃”。
“小熔池”的产生：接通电源，进行高频加热，起燃1～2分钟， 原料开始熔化。先产生小熔池，然后由小熔池逐渐扩大熔 区。 “冷坩埚熔壳”的形成：紫铜管中通入冷水冷却，带走热量， 使外层不熔，形成“冷坩埚熔壳”。 晶体生长：粉料完全熔融后，改变反馈关系，使熔体稳定30～ 60 分钟。坩埚以 5 ～ 15mm/h 的速度逐渐下降，产生过冷却 熔融液。熔体底部开始结晶并发育长大。
冷坩埚熔壳法生长晶体的工艺过程图
工艺关键
1、原料要求：纯度99～99.9%，其它氧化物杂质含量小于 0.005 ～0.01%，生长彩色加着色剂； 2、生长色彩鲜艳需热处理，使着色剂变价，提高蓝紫光透光率； 3、加入原料总量0.08 ～0.15%的金属锆粉产生小熔池； 4、维持系统平衡。
合成立方氧化锆晶体的鉴别
2、使浓度分布均匀、减少 局部过冷形成的小晶核，抑 制局部地段其它相的析出。
生长工艺：
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℃，旋转坩埚，使坩埚内助熔剂和原 料完全熔融。 生长：停止加热，以2℃/h的速度缓慢冷却至915℃，约需 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。
紫外荧光：无至中等橙色（长波），无至红橙色（短波）； 粉红色、蓝色：无； 黄绿色：强黄色，可具磷光； 绿色：强，红色（长波），弱红色（短波）。 吸收光谱：浅粉色及浅蓝色：600nm～700nm多条吸收线。
放大检查：洁净，偶见气泡。 特殊光学效应：变色效应。
人造钆镓榴石（GGG）的鉴定
化学成分：Gd3Ga5O12。 结晶状态：晶质体。 晶 系：等轴晶系。 常见颜色：通常无色至浅褐或黄色。 光 泽：玻璃光泽至亚金刚光泽。 解 理：无。 摩氏硬度：6～7。 密 度：7.05（＋0.04,－0.10）g/cm3。 光性特征：均质体。 多 色 性、双折射率：无。 折 射 率：1.970（＋0.060）。 紫外荧光：短波：中至强，粉橙色。 吸收光谱：不特征。 放大检查：可有气泡，三角形板状金属包体，气液包体。 特殊光学效应：色散强（0.045）。
冷坩埚熔壳法生长宝石的基本原理
冷坩埚熔壳法没有专门的坩埚，直接用拟生长 的晶体材料本身作 “坩埚”，使其内部熔化，外部 设有冷却装置而使表层不熔，形成一层未熔壳， 起到坩埚的作用。内部已熔化的晶体材料，依靠 坩埚下降过冷却使其结晶生长。
冷坩埚熔壳法在合成宝石方面主要用于 生长立方氧化锆（CZ）晶体。
自发成核法和籽晶生长法
籽 晶 旋 转 提 拉 法
助熔剂法生长宝石的关键因素
——助熔剂的选择
助熔剂性质：1．溶解能力强；
2．低熔点、高沸点； 3．粘滞性小； 4．挥发性、毒性和腐蚀性小； 5．易与晶体分离； 6．不易污染晶体。 实际中因难于同时满足上述条件，多采用复合助熔剂。 目前使用最广泛的助熔剂是 铅、铋极性化合物类，如PbO、PbF2、PbCl2、PbO-PbF2、 Bi2O3、BiF3、Bi2O3－B2O3等。 硼 化 合 物 类 如 B2O3、NaBO2、Na2B4O7、KBO2、BaB2O4 等 。
此法长成的红宝石晶体成本高，难以大量生产。
助熔剂法生长钇铝榴石晶体（YAG）
钇铝榴石工艺有：底部籽晶水冷法、缓冷法。
底部籽晶水冷法生长的晶体几乎没有热应力，质量较高。
生产工艺
原料：Y2O3和Al2O3，加入少量Nd2O3作稳定剂；
助熔剂：采用PbO-PbF2-B203，将原料及助熔剂混合后放 入铂坩埚内，置于炉中加热。 加热：升温至1300℃时恒温25小时，将原料熔化； 生长：以3℃/h的速度降至1260℃，此时，底部加水冷却 ，将籽晶浸入坩埚底部中心水冷区。再按20℃/h的速度降至 1240℃，然后以0.3-2℃/h的速度降至950℃，至生长结束
人造钇铝榴石的鉴定
化学成分：Y3Al5O12。 结晶状态：晶质体。 晶 系：等轴晶系。 常见颜色：无色、绿色（可具变色）、 蓝色、粉红色、红、橙、黄、紫红色。 光 泽：玻璃光泽至亚金刚光泽。 解 理：无。 摩氏硬度：8。 密 度：4.50g/cm3～4.60g/cm3。 光性特征：均质体。 多 色 性：无。 折 射 率：1.833（±0.010）。 双折射率：无。
主要设备 高温马弗炉和铂坩埚。
合成祖母绿晶体常采用 1650℃的硅钼棒电炉。炉子 一般呈长方体或圆柱体，要 求炉的保温性能好，良好的 控温系统。
生长过程
首先在铂坩埚中放入晶体原料和助熔剂，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。 然后以0.2-0.5℃/h缓慢降温， 形成过饱和溶液。电炉顶部温度 稍高于底部，晶体便以约每秒 6.0×10-6cm生长。 生长结束，倒出熔融液，所得 晶体与坩埚一起重新放回炉中， 随炉温一起降至室温。 出炉，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，即得到生长晶体。