珠寶鑒定培訓(xùn)合成寶石及人造寶石的鑒定及分類

1、一、概述一、概述 人工寶石人工寶石 指完全或部分由人工生產(chǎn)或制造的、用于制作首飾及裝飾品的材料。根據(jù)人為因素的差異以及產(chǎn)品的具體特點，又劃分為合成寶石、人造寶石、拼合寶石及再造寶石o人工寶石：包括人工寶石：包括合成寶石、人造寶石、拼合成寶石、人造寶石、拼合寶石、再造寶石。合寶石、再造寶石。.一、概述一、概述 1 1、合成寶石：、合成寶石： 用各種原料通過晶體生長用各種原料通過晶體生長等方法制備的、在化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)、等方法制備的、在化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)上與其天然的對應(yīng)寶石基本相物理性質(zhì)上與其天然的對應(yīng)寶石基本相同的材料。同的材料。 例如合成紅寶石對應(yīng)天然紅例如合成紅寶石對應(yīng)天然紅寶石

2、，它們的物理性質(zhì)、化學(xué)成分和原寶石，它們的物理性質(zhì)、化學(xué)成分和原子結(jié)構(gòu)都基本相同。子結(jié)構(gòu)都基本相同。 2 2、人造寶石：指人工生產(chǎn)的、沒有天然、人造寶石：指人工生產(chǎn)的、沒有天然對應(yīng)物的、具有寶石的工藝性能的材料，對應(yīng)物的、具有寶石的工藝性能的材料，例如釔鋁榴石、塑料。例如釔鋁榴石、塑料。一、概述一、概述常用人工寶石合成的方法常用人工寶石合成的方法：1、焰熔法、焰熔法 2、冷坩堝法、冷坩堝法 3、晶體提拉法和導(dǎo)模法、晶體提拉法和導(dǎo)模法 4、助溶劑法、助溶劑法 5、水熱法、水熱法 6、高溫超高壓法、高溫超高壓法 7、化學(xué)沉淀法、化學(xué)沉淀法第二節(jié)第二節(jié) 從熔體中結(jié)晶的方法從熔體中結(jié)晶的方法 從熔體中

3、生長晶體的方法是最早研究出從熔體中生長晶體的方法是最早研究出的合成寶石的方法，也是廣泛應(yīng)用的合成的合成寶石的方法，也是廣泛應(yīng)用的合成方法。從熔體中生長單晶體的最大優(yōu)點是方法。從熔體中生長單晶體的最大優(yōu)點是生長速率快，大于在溶液中的生長速率大于在溶液中的生長速率 ，二者速率的差異在二者速率的差異在10-100010-1000倍。從熔體中生倍。從熔體中生長晶體的方法主要有長晶體的方法主要有焰熔法、提拉法和冷焰熔法、提拉法和冷坩堝法。坩堝法。 從熔體中結(jié)晶合成寶石的基本過程是：從熔體中結(jié)晶合成寶石的基本過程是：粉末原料粉末原料加熱加熱熔化熔化冷卻冷卻超過臨界超過臨界過冷度過冷度結(jié)晶。結(jié)晶。 一、焰熔

4、法一、焰熔法 二、晶體提拉法二、晶體提拉法 三、冷坩堝法三、冷坩堝法 1 1、焰熔法、焰熔法 焰熔法也稱火焰法，或稱維爾納葉法。焰熔法也稱火焰法，或稱維爾納葉法。 顧名思義，它是用火焰把原料熔化而顧名思義，它是用火焰把原料熔化而進(jìn)行晶體生長的方法，屬于由熔體中生進(jìn)行晶體生長的方法，屬于由熔體中生長晶體的方法。它是較重要的一種生長長晶體的方法。它是較重要的一種生長寶石的方法。寶石的方法。 焰熔法已有焰熔法已有100100多年的歷史，它在人造多年的歷史，它在人造寶石工業(yè)中占有相當(dāng)重要的地位，是產(chǎn)寶石工業(yè)中占有相當(dāng)重要的地位，是產(chǎn)量和規(guī)模最大、使用歷史最長的一種方量和規(guī)模最大、使用歷史最長的一種方法

5、。法。 焰熔法焰熔法 早在早在18371837年，年，MMGaudinGaudin（法國）用明礬（法國）用明礬十鉻酸鉀放入有碳黑層的粘土坩堝內(nèi)熔化而生十鉻酸鉀放入有碳黑層的粘土坩堝內(nèi)熔化而生成片狀的剛玉；成片狀的剛玉； 1877 1877年年E EFrsFrsmymy和和FedFed（法國）用（法國）用Al2O3Al2O3熔熔于于PbOPbO中，用中，用2020天長出小片狀紅寶石晶體；天長出小片狀紅寶石晶體； 到到18851885年，他們倆又與年，他們倆又與WyseWyse（瑞士）（瑞士）用天然紅用天然紅寶石粉末加少量鉻酸鉀，用寶石粉末加少量鉻酸鉀，用O2O2和和H2H2火焰熔化火焰熔化長出長

6、出了了Geneva RubiesGeneva Rubies（日內(nèi)瓦紅寶石）（日內(nèi)瓦紅寶石）；但真；但真正的成功是到正的成功是到18901890年法國化學(xué)家年法國化學(xué)家VerneullVerneull改進(jìn)了改進(jìn)了焰熔技術(shù)，并于焰熔技術(shù)，并于19001900年發(fā)表了以年發(fā)表了以y-Al2O3y-Al2O3為原料，為原料，H2H2、O2O2火焰熔化生長出可用晶體的文章。自火焰熔化生長出可用晶體的文章。自此，焰熔法推廣到工業(yè)中去。此，焰熔法推廣到工業(yè)中去。 維爾納葉法裝置維爾納葉法裝置維爾納葉法裝置維爾納葉法裝置 焰熔法除生產(chǎn)焰熔法除生產(chǎn)紅寶石外紅寶石外，還生產(chǎn)，還生產(chǎn)其他顏色的剛玉如合成其他顏色的剛

7、玉如合成藍(lán)寶石藍(lán)寶石，以及，以及合成合成尖晶石、人造鈦酸鍶尖晶石、人造鈦酸鍶等晶體。在等晶體。在人造寶石業(yè)中，這種方法及所生長的人造寶石業(yè)中，這種方法及所生長的產(chǎn)品，占有相當(dāng)重要的位置。產(chǎn)品，占有相當(dāng)重要的位置。2、焰熔法的特點、焰熔法的特點 生長速度快（生長速度快（1cm/h） 、設(shè)備簡單、設(shè)備簡單、產(chǎn)量大、便于商業(yè)化。世界上每年用此法產(chǎn)量大、便于商業(yè)化。世界上每年用此法合成的寶石大于合成的寶石大于10億克拉。但用此方法合億克拉。但用此方法合成的晶體缺陷多成的晶體缺陷多 ，往往達(dá)不到功能材料，往往達(dá)不到功能材料（如光電材料）的要求，多用于寶石。（如光電材料）的要求，多用于寶石。 3. 焰熔法

8、合成寶石的品種焰熔法合成寶石的品種 焰熔法合成寶石的品種主要有：焰熔法合成寶石的品種主要有：合成剛玉、合合成剛玉、合成尖晶石、合成金紅石、鈦酸鍶等成尖晶石、合成金紅石、鈦酸鍶等 多種品種。多種品種。合合成的剛玉族寶石有多種的顏色，致色劑和天然的可成的剛玉族寶石有多種的顏色，致色劑和天然的可以不同：以不同： 合成紅寶石：加入合成紅寶石：加入1-3% 1-3% 的的Cr2O3Cr2O3； 合成藍(lán)寶石：加入合成藍(lán)寶石：加入TiO2TiO2和和FeOFeO，但，但T Ti i和和FeFe的逸散的逸散作用，使合成藍(lán)寶石常常有無色核心和藍(lán)色表皮；作用，使合成藍(lán)寶石常常有無色核心和藍(lán)色表皮； 粉紅色和紫紅色

9、：加入粉紅色和紫紅色：加入CrCr、TiTi、FeFe等致色元素；等致色元素； 黃色：加入黃色：加入NiNi和和CrCr致色元素；致色元素； 變色：加入變色：加入V V（和（和CrCr）；顯紫紅色到藍(lán)紫色的變）；顯紫紅色到藍(lán)紫色的變色效應(yīng)；色效應(yīng)； 星光：星光：加入加入0.l0.l一一0.3%0.3%的的TiO2TiO2，然后通過在，然后通過在l300l300度度下恒溫下恒溫2424小時，使小時，使TiO2TiO2成針狀的金紅石析出，產(chǎn)成針狀的金紅石析出，產(chǎn)生星光效應(yīng)。生星光效應(yīng)。焰熔法焰熔法 4.焰熔法合成寶石的識別特征焰熔法合成寶石的識別特征 （1）原始晶形：焰熔法合成的寶石原始晶形都是梨

10、）原始晶形：焰熔法合成的寶石原始晶形都是梨形。而天然寶石的晶體形態(tài)為一定的幾何多面體。形。而天然寶石的晶體形態(tài)為一定的幾何多面體。 （2）包裹體和色帶：合成紅、藍(lán)寶石中?？梢姎猓┌w和色帶：合成紅、藍(lán)寶石中?？梢姎馀莺臀慈鄯勰?。泡和未熔粉末。 （3）彎曲生長紋：紅寶石中常見低反差的弧形生長）彎曲生長紋：紅寶石中常見低反差的弧形生長紋，類似唱片紋；天然紅寶石和藍(lán)寶石都顯示直或紋，類似唱片紋；天然紅寶石和藍(lán)寶石都顯示直或角狀或六方色帶。合成尖晶石很少顯示色帶。角狀或六方色帶。合成尖晶石很少顯示色帶。 氣氣泡泡天然生長紋天然生長紋 合成彎曲生長紋合成彎曲生長紋 天然紅寶石生長紋天然紅寶石生長紋 合

11、成紅寶石彎曲生長紋合成紅寶石彎曲生長紋 合成星光剛玉與天然星光剛玉的區(qū)別合成星光剛玉與天然星光剛玉的區(qū)別 合成星光剛玉 天然星光剛玉 二、晶體提拉法晶體提拉法 提拉法又稱丘克拉斯基法，是丘克拉斯提拉法又稱丘克拉斯基法，是丘克拉斯基基(J.Czochralski)(J.Czochralski)在在19171917年發(fā)明的。這種方法年發(fā)明的。這種方法能夠生長能夠生長無色藍(lán)寶石、紅寶石、釔鋁榴石無色藍(lán)寶石、紅寶石、釔鋁榴石 、釓鎵榴石、變石和尖晶石等重要的寶石晶體。釓鎵榴石、變石和尖晶石等重要的寶石晶體。 2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代，提拉法進(jìn)一步發(fā)展為一種年代，提拉法進(jìn)一步發(fā)展為一種更為先進(jìn)的定型

12、晶體生長方法更為先進(jìn)的定型晶體生長方法熔體導(dǎo)模法。熔體導(dǎo)模法。它是控制晶體形狀的提拉法，它是控制晶體形狀的提拉法，即直接從熔體即直接從熔體中拉制出具有各種截面形狀晶體，它不僅免中拉制出具有各種截面形狀晶體，它不僅免除了工業(yè)生產(chǎn)中對人造晶體所帶來的繁重的除了工業(yè)生產(chǎn)中對人造晶體所帶來的繁重的機械加工，還有效的節(jié)約了原料。機械加工，還有效的節(jié)約了原料。 1、提拉法合成裝置、提拉法合成裝置.1、提拉法合成裝置、提拉法合成裝置 這種方法的主要優(yōu)點是：這種方法的主要優(yōu)點是：（l）晶體生長過程直觀，便于觀察。）晶體生長過程直觀，便于觀察。（2）短時間內(nèi)可長出高質(zhì)量的大晶體。）短時間內(nèi)可長出高質(zhì)量的大晶體。

13、（3）可以定向等徑生長，但是受坩堝材料）可以定向等徑生長，但是受坩堝材料污染、熔體對流以及飽和蒸氣壓低、熔體污染、熔體對流以及飽和蒸氣壓低、熔體揮發(fā)等的影響，給生長晶體帶來困難。揮發(fā)等的影響，給生長晶體帶來困難。2、提拉法合成寶石的識別特征、提拉法合成寶石的識別特征 (1)弧形生長紋：由于提拉和旋轉(zhuǎn)作弧形生長紋：由于提拉和旋轉(zhuǎn)作用，會產(chǎn)生彎曲的弧形生長紋。導(dǎo)模用，會產(chǎn)生彎曲的弧形生長紋。導(dǎo)模法生長晶體時晶體不旋轉(zhuǎn)，因而沒有法生長晶體時晶體不旋轉(zhuǎn)，因而沒有彎曲生長紋。彎曲生長紋。 (2)氣泡：提拉法和導(dǎo)模法合成的晶氣泡：提拉法和導(dǎo)模法合成的晶體都會含有分布不均勻的氣泡，常為體都會含有分布不均勻的

14、氣泡，常為拉長的或啞鈴狀。拉長的或啞鈴狀。 (3)金屬包體：銥、鎢或鉬等金屬坩金屬包體：銥、鎢或鉬等金屬坩堝被熔化后形成的包裹體。堝被熔化后形成的包裹體。 .1、提拉法合成裝置、提拉法合成裝置(4)未熔粉末：偶爾可見未熔化的原料未熔粉末：偶爾可見未熔化的原料粉末。粉末。 (5)雜質(zhì)包體：由于原料不純或配比不雜質(zhì)包體：由于原料不純或配比不當(dāng)對熔體造成污染，形成雜質(zhì)包體。當(dāng)對熔體造成污染，形成雜質(zhì)包體。 (6)不均勻生長條紋：在晶體的生長不均勻生長條紋：在晶體的生長過程中，由于固液界面產(chǎn)生的振動或溫過程中，由于固液界面產(chǎn)生的振動或溫度的波動，因而形成晶體不均勻的生長度的波動，因而形成晶體不均勻的生

15、長條紋。條紋。三、冷坩堝法三、冷坩堝法 冷坩堝法是生產(chǎn)合成立方氧化鋯晶冷坩堝法是生產(chǎn)合成立方氧化鋯晶體的方法。體的方法。 該方法是俄羅斯科學(xué)院列別捷夫固體該方法是俄羅斯科學(xué)院列別捷夫固體物理研究所的科學(xué)家們研制出來的，物理研究所的科學(xué)家們研制出來的，并于并于19761976年申請了專利。由于年申請了專利。由于合成立合成立方氧化鋯方氧化鋯的外觀和鉆石相似，無色的的外觀和鉆石相似，無色的合成立方氧化鋯迅速而成功的取代了合成立方氧化鋯迅速而成功的取代了其他的鉆石仿制品，成為鉆石首選的其他的鉆石仿制品，成為鉆石首選的代用品。合成立方氧化鋯易于摻雜著代用品。合成立方氧化鋯易于摻雜著色，可獲得各種顏色鮮艷

16、的晶體，因色，可獲得各種顏色鮮艷的晶體，因此受到了寶石商和消費者的歡迎。此受到了寶石商和消費者的歡迎。1、冷坩堝法生長晶體的原理、冷坩堝法生長晶體的原理 冷坩堝法僅用于生長合成冷坩堝法僅用于生長合成立方氧化鋯晶體，立方氧化鋯晶體， 由于合成立方氧化鋯的熔由于合成立方氧化鋯的熔點最高為點最高為2750,2750,幾乎沒有什幾乎沒有什么材料可以用做承受如此高么材料可以用做承受如此高溫的坩堝。溫的坩堝。 冷坩堝法的特點是晶體不冷坩堝法的特點是晶體不在高熔點的金屬坩堝生長，在高熔點的金屬坩堝生長，而是用原料本身作坩堝，使而是用原料本身作坩堝，使其內(nèi)部熔化，外部則裝有冷其內(nèi)部熔化，外部則裝有冷卻裝置，形

17、成一層未熔殼，卻裝置，形成一層未熔殼，起到坩堝的作用。起到坩堝的作用。內(nèi)部已熔內(nèi)部已熔化的晶體材料，依靠坩堝下化的晶體材料，依靠坩堝下降脫離加熱區(qū)，熔體溫度逐降脫離加熱區(qū)，熔體溫度逐漸下降并結(jié)晶長大。漸下降并結(jié)晶長大。 冷坩堝殼熔法生長晶體的裝置1 熔殼蓋；熔殼蓋；2 石英管；石英管；3 通冷卻水的銅管；通冷卻水的銅管；4 高頻線圈（高頻線圈（RF）；）；5 熔體；熔體；6 晶體；晶體； 7 未熔料；未熔料；8 通冷卻水底座通冷卻水底座 合成立方氧化鋯晶體顏色及著色劑 摻質(zhì)成分摻質(zhì)成分 占總重量百分比占總重量百分比 晶體顏色晶體顏色 CeCe2 2O O3 30.150.15 紅紅 色色 Pr

18、Pr2 2O O3 30.10.1 黃黃 色色 NdNd2 2O O3 32.02.0 紫紫 色色 HoHo2 2O O3 30.130.13 淡黃色淡黃色 ErEr2 2O O3 30.10.1 粉紅色粉紅色 V V2 2O O5 5 0.10.1 黃綠色黃綠色 Cr Cr2 2O O3 3 0.30.3 橄欖綠色橄欖綠色 CoCo2 2O O3 30.30.3 深紫色深紫色 CuO CuO 0.150.15 淡綠色淡綠色 Nd Nd2 2O O3 3+Ce+Ce2 2O O3 30.09+0.150.09+0.15 攻瑰紅色攻瑰紅色 Nd Nd2 2O O3 3+CuO+CuO 1.1+1

19、.11.1+1.1 淡藍(lán)色淡藍(lán)色 Co Co2 2O O3 3+CuO +CuO 0.15+1.00.15+1.0 紫藍(lán)色紫藍(lán)色 Co2Co22 2O O3 3+V+V2 2O O5 50.08+0.080.08+0.08 棕棕 色色 2、冷坩堝法合成寶石的鑒別特征、冷坩堝法合成寶石的鑒別特征 目前，冷坩堝法合成的寶石只有合成立目前，冷坩堝法合成的寶石只有合成立方氧化鋯一種。方氧化鋯一種。 (1)(1)生長特征：冷坩堝法采用自發(fā)結(jié)晶生長特征：冷坩堝法采用自發(fā)結(jié)晶的生長方式，所以沒有特別的生長結(jié)構(gòu)。的生長方式，所以沒有特別的生長結(jié)構(gòu)。合成立方氧化鋯晶體的生長過程中沒有合成立方氧化鋯晶體的生長過程

20、中沒有晶體的旋轉(zhuǎn)，也沒有弧形生長紋。晶體的旋轉(zhuǎn)，也沒有弧形生長紋。 (2)(2)包裹體：不使用金屬坩堝，因此合包裹體：不使用金屬坩堝，因此合成立方氧化鋯晶體中不含金屬固體包體。成立方氧化鋯晶體中不含金屬固體包體。個別情況含有未完全熔化的面包屑狀的個別情況含有未完全熔化的面包屑狀的氧化鋯粉末和因冷卻速度過快而產(chǎn)生氣氧化鋯粉末和因冷卻速度過快而產(chǎn)生氣體包體。體包體。 .第三節(jié)第三節(jié) 從溶液中結(jié)晶的方法從溶液中結(jié)晶的方法 由兩種或兩種以上的物質(zhì)組成的均勻混合由兩種或兩種以上的物質(zhì)組成的均勻混合物稱為溶液，溶液由溶劑和溶質(zhì)組成。物稱為溶液，溶液由溶劑和溶質(zhì)組成。 合成晶體所采用的溶液包括：低溫溶液合成

21、晶體所采用的溶液包括：低溫溶液（如水溶液、有機溶液、凝膠溶液等）、（如水溶液、有機溶液、凝膠溶液等）、 高溫溶液（即熔鹽）。從溶液中生長寶石高溫溶液（即熔鹽）。從溶液中生長寶石晶體的方法主要有水熱法和助熔劑法。晶體的方法主要有水熱法和助熔劑法。 從溶液中結(jié)晶合成寶石的基本過程是：從溶液中結(jié)晶合成寶石的基本過程是：原料原料加熱加熱溶解（遷移、反應(yīng)）溶解（遷移、反應(yīng)）過飽過飽和和析出結(jié)晶析出結(jié)晶 一、水熱法一、水熱法 二、助熔劑法二、助熔劑法水熱法水熱法 早在早在18821882年人們就開始了水熱法合成晶體的研究年人們就開始了水熱法合成晶體的研究, , 最早獲得成功的是合成水晶。二十世紀(jì)上葉，由于

22、最早獲得成功的是合成水晶。二十世紀(jì)上葉，由于軍工產(chǎn)品的需要，水熱法合成水晶投入了大批量的軍工產(chǎn)品的需要，水熱法合成水晶投入了大批量的生產(chǎn)。隨后，生產(chǎn)。隨后， 水熱法合成紅寶石于水熱法合成紅寶石于19431943年由年由LaubengayerLaubengayer和和WeitzWeitz首先獲得成功，首先獲得成功，ErvinErvin和和OsbornOsborn進(jìn)一步完善了這一技進(jìn)一步完善了這一技術(shù)。術(shù)。 19461946年奧地利的年奧地利的N.LechleitnerN.Lechleitner首先成功合成水熱首先成功合成水熱法法 祖母綠，祖母綠， 19601960年澳大利亞的年澳大利亞的Joha

23、nn LechleitnerJohann Lechleitner也研究成功，也研究成功， 19651965年美國的年美國的LindeLinde公司開始水熱法合成祖母綠的商公司開始水熱法合成祖母綠的商業(yè)生產(chǎn)。業(yè)生產(chǎn)。 19881988年我國有色金屬工業(yè)總公司廣西桂林寶石研年我國有色金屬工業(yè)總公司廣西桂林寶石研究所曾驥良等用水熱法合成出質(zhì)量較好的寶石級祖究所曾驥良等用水熱法合成出質(zhì)量較好的寶石級祖母綠母綠 。 九十年代俄羅斯合成出了海藍(lán)寶石、紅色綠柱石九十年代俄羅斯合成出了海藍(lán)寶石、紅色綠柱石等其它顏色的綠柱石。等其它顏色的綠柱石。 水熱法原理水熱法原理 水熱法是利用高溫高壓的水溶液使水熱法是利用

24、高溫高壓的水溶液使那些在大氣條件下不溶或難溶的物質(zhì)溶那些在大氣條件下不溶或難溶的物質(zhì)溶解，或反應(yīng)生成含有寶石分子的溶液，解，或反應(yīng)生成含有寶石分子的溶液，通過控制高壓釜內(nèi)溶液的溫差產(chǎn)生對流通過控制高壓釜內(nèi)溶液的溫差產(chǎn)生對流 ，使溶液過飽和而析出溶質(zhì)生長晶體的方使溶液過飽和而析出溶質(zhì)生長晶體的方法。法。 這種方法與天然寶石在熱液成礦過這種方法與天然寶石在熱液成礦過程中形成的方式非常相似。程中形成的方式非常相似。 水熱法合成祖母綠裝置圖 溫度壓力：溫度壓力：6000C6000C、1000X105Pa 1000X105Pa 生長過程：電爐在高生長過程：電爐在高壓釜下部加熱，溶解壓釜下部加熱，溶解的原

25、料在溶液中對流的原料在溶液中對流擴散，相遇并發(fā)生反擴散，相遇并發(fā)生反應(yīng)，形成祖母綠分子，應(yīng)，形成祖母綠分子，當(dāng)溶液中祖母綠分子當(dāng)溶液中祖母綠分子濃度達(dá)到過飽和時，濃度達(dá)到過飽和時，便在種晶上析出結(jié)晶便在種晶上析出結(jié)晶成祖母綠晶體成祖母綠晶體。 水熱法合成寶石的識別特征水熱法合成寶石的識別特征特征包裹體：鉑金片. 助熔劑法又稱高溫熔體溶液法助熔劑法又稱高溫熔體溶液法，它是將晶體的原成分在高溫下溶解于低熔點助熔劑熔體中，形成過飽和的溶液，然后通過緩慢地降溫或其他方法，形成過飽和的溶液而析出晶體，這種過程類似于自然界中礦物晶體從巖漿中結(jié)晶的過程，因此在寶石晶體合成中占有重要的位置。 利用助熔劑法生長

26、晶體已有很久的歷史，19世紀(jì)中期，西歐就曾有人用此法合成金紅石和祖母綠，由于焰熔法紅寶石的出現(xiàn)，該法曾一度被人忽視，但近幾十年來，由于科技發(fā)展的需要又重新發(fā)展起來，在寶石生長中更是大量應(yīng)用，不僅生長各種助熔劑紅寶石，而且生長了祖母綠、尖晶石等，大量投入市場。助熔劑法助熔劑法 助熔劑法助熔劑法 助熔劑法又稱熔劑法或熔鹽法，它是助熔劑法又稱熔劑法或熔鹽法，它是在高溫下從熔融鹽熔劑中生長晶體的一種在高溫下從熔融鹽熔劑中生長晶體的一種方法。方法。 19401940年美國人用助熔劑法實現(xiàn)了合成祖年美國人用助熔劑法實現(xiàn)了合成祖母綠的商業(yè)生產(chǎn)。目前世界上祖母綠生產(chǎn)母綠的商業(yè)生產(chǎn)。目前世界上祖母綠生產(chǎn)的大公司

27、的大公司 有美國的查塔姆（有美國的查塔姆（ChathamChatham）、）、RegencyRegency、林德（、林德（LindeLinde），澳大利亞的畢），澳大利亞的畢榮（榮（BironBiron）、法國的吉爾森（）、法國的吉爾森（GilsonGilson）、）、日本的拉姆拉（日本的拉姆拉（RamauraRamaura） 、俄羅斯的、俄羅斯的TairusTairus。年生產(chǎn)祖母綠已經(jīng)達(dá)到了。年生產(chǎn)祖母綠已經(jīng)達(dá)到了5000kg5000kg以上。以上。助熔劑法的基本原理和方法助熔劑法的基本原理和方法 助熔劑法是將組成助熔劑法是將組成寶石的原料在高溫下寶石的原料在高溫下溶解于低熔點的助熔溶解于

28、低熔點的助熔劑中，使之形成飽和劑中，使之形成飽和溶液，然后通過緩慢溶液，然后通過緩慢降溫或在恒定溫度下降溫或在恒定溫度下蒸發(fā)熔劑等方法，使蒸發(fā)熔劑等方法，使熔融液過飽和，從而熔融液過飽和，從而使寶石晶體析出生長使寶石晶體析出生長的方法。的方法。. 助熔劑法，顧名思義，一定有助熔劑。作為助熔劑，一個基本的要求就是它熔化后能溶解待生長的晶體，且不易分解揮發(fā)。PbF2、PbO2、Bi2O3等極性化合物是最好的材料，它們?nèi)埸c低，溶解能力強。B2O3和BaO-Bi2O3也很常用。還有一些復(fù)雜的化合物如鎢酸鹽、鉬酸鹽、冰晶石等有時也被選做助熔劑。 助熔劑的選擇要依據(jù)幾個原則： （1）它對擬生長的晶體有極好

29、的溶解性，隨溫度的變化，溶解度變化也較大，這樣晶體容易生長。 （2）在寬的溫度范圍內(nèi)，所生長的晶體是唯一的穩(wěn)定相，也就是熔助劑與晶體成分不能形成中間化合物。 （3）助熔劑具有較低的粘度和較高的沸點。 （4）揮發(fā)性小，毒性小，容易清除。助熔劑合成紅寶石中的助熔劑殘余和鉑金屬片助熔劑合成紅寶石中的助熔劑殘余和鉑金屬片. 早在18世紀(jì)的后期，就已經(jīng)證實了鉆石和石墨都由碳元素組成，后來就開始了人造鉆石的研究工作，經(jīng)過較長時間的艱苦努力，在本世紀(jì)中葉，才在實驗室合成出人造鉆石，初期的合成鉆石僅僅是磨料級的。我國在這方面起步也不算太晚，早在60年代，就合成出了磨料級鉆石。 由于超高壓設(shè)備和高溫技術(shù)的限制，

30、起初合成鉆石進(jìn)步不是很快。直到1970年，美國GE公司才公布了第一顆寶石級合成鉆石，之后幾年各國一直在保密的情況下進(jìn)行研究，進(jìn)展不快，進(jìn)入90年代，才有了突破性進(jìn)展，日本的住友公司、英國的戴比爾斯公司和美國的GE公司等相繼公布了他們合成的寶石級鉆石，引起了珠寶界的震驚。合成的鉆石品質(zhì)、品種都大大超過天然鉆石，從而打破了天然鉆石壟斷珠寶業(yè)的局面。人工合成鉆石的歷史 合成鉆石的歷史和現(xiàn)狀合成鉆石的歷史和現(xiàn)狀 19531953年瑞士工程公司（年瑞士工程公司（ASEAASEA）使用壓力）使用壓力球裝置首次成功地合成出了球裝置首次成功地合成出了4040粒小顆的鉆石，粒小顆的鉆石， 19551955年年美

31、國通用電氣公司（美國通用電氣公司（GEGE）采用壓采用壓帶裝置合成出了小顆粒的鉆石。此后，工業(yè)帶裝置合成出了小顆粒的鉆石。此后，工業(yè)級鉆石的合成技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，目前幾乎級鉆石的合成技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，目前幾乎三分之二的工業(yè)用鉆已由合成鉆石替代了。三分之二的工業(yè)用鉆已由合成鉆石替代了。直到直到19701970年寶石級大顆粒的鉆石才由美國通年寶石級大顆粒的鉆石才由美國通用電氣公司合成成功。目前已能獲得用電氣公司合成成功。目前已能獲得十幾克十幾克拉大的晶體，但寶石級鉆石合成的成本仍然拉大的晶體，但寶石級鉆石合成的成本仍然很高，不能進(jìn)行大批量的生產(chǎn)。很高，不能進(jìn)行大批量的生產(chǎn)。 20002000年可切

32、磨的合成鉆石只有年可切磨的合成鉆石只有3500ct3500ct，僅占當(dāng)年天然寶石級鉆石產(chǎn)量的僅占當(dāng)年天然寶石級鉆石產(chǎn)量的0.01%0.01%。二、二、 高溫高壓種晶觸媒法合成鉆石高溫高壓種晶觸媒法合成鉆石 1、合成鉆石的原理、合成鉆石的原理 鉆石和石墨是碳的兩種同質(zhì)多像的變體。鉆石和石墨是碳的兩種同質(zhì)多像的變體。在常溫常壓下石墨是碳的穩(wěn)定結(jié)晶形式，鉆在常溫常壓下石墨是碳的穩(wěn)定結(jié)晶形式，鉆石只有在高溫高壓下才是最穩(wěn)定的，在高溫石只有在高溫高壓下才是最穩(wěn)定的，在高溫高壓下，石墨的中的碳原子會重新按鉆石的高壓下，石墨的中的碳原子會重新按鉆石的結(jié)構(gòu)排列，而形成鉆石。結(jié)構(gòu)排列，而形成鉆石。 合成鉆石的方法主要分靜壓法、動壓法和合成鉆石的方法主要分靜壓法、動壓法和低壓法（即在亞穩(wěn)定區(qū)內(nèi)生長鉆石的方法）。低壓法（即在亞穩(wěn)定區(qū)內(nèi)生長鉆石的方法）。合成工業(yè)用鉆石主要采用靜壓法中的靜壓觸合成工業(yè)用鉆石主要采用靜壓法中的靜壓觸媒法，通過液壓機產(chǎn)生（媒法，通過液壓機產(chǎn)生（4500-90004500-9000）X109PaX109Pa的壓力，以電流加熱到的壓力，以電流加熱到1000-20001000-2000的高溫，的高溫，利用金屬觸媒實現(xiàn)石墨向鉆石的轉(zhuǎn)化。利用金屬