焰熔法合成寶石復(fù)習(xí)

1、焰熔法合成寶石復(fù)習(xí)1、 原理：其原料的粉末在通過高溫的氫氧火焰后熔化，熔滴在下落過程中冷卻并在籽晶上固結(jié)逐漸生長形成晶體。2、 主要設(shè)備：A 供料系統(tǒng) 原料：成分因合成品的不同而變化。原料的粉末經(jīng)過充分拌勻，放入料筒。 料筒（篩狀底）：圓筒，用來裝原料，底部有篩孔；料筒中部貫通有一根震動裝置使粉末少量、等量、周期性地自動釋放。 震蕩器：使料筒不斷抖動，以便原料的粉末能從篩孔中釋放出來。B 燃燒系統(tǒng)： 氧氣管：從料筒一側(cè)釋放，與原料粉末一同下降； 氫氣管：在火焰上方噴嘴處與氧氣混合燃燒。 通過控制管內(nèi)流量來控制氫氧比例，O2：H2=1：3； 冷卻套：吹管至噴嘴處有一冷卻水套，使氫氣和氧氣處于正常

2、供氣狀態(tài)，保證火焰以上的氧管不被熔化C 生長系統(tǒng) 落下的粉末經(jīng)過氫氧火焰熔融，并落在旋轉(zhuǎn)平臺上的籽晶棒上，逐漸長成一個晶棒（ 梨晶）。水套下為一耐火磚圍砌的保溫爐，保持燃燒溫度及晶體生長溫度，近上部有一個觀察孔，可了解晶體生長情況。耐火磚：保證熔滴溫度緩慢下降，以便結(jié)晶生長； 旋轉(zhuǎn)平臺：安置籽晶棒，邊旋轉(zhuǎn)、邊下降；落下的熔滴與籽晶棒接觸稱為接晶；接晶后通過控制旋轉(zhuǎn)平臺擴大晶種的生長直徑，稱為擴肩；然后，旋轉(zhuǎn)平臺以均勻的速度邊旋轉(zhuǎn)邊下降，使晶體得以等徑生長。3、 主要工藝流程：a. 原料制備：要求純凈，顆粒均勻，高分散，具適當(dāng)?shù)亩逊e密度和流動性。摻雜劑要考慮到寶石的顏色，光學(xué)性能，寶石結(jié)構(gòu)和物理

3、性質(zhì)，生長過程中的燒失量。b. 下料，將原料粉末與摻雜劑按比例置于篩狀容器，振動過篩，落入氧氣流內(nèi)。c. 熔料，內(nèi)管中的氧氣與外管中的氫氣混合燃燒。d. 晶體生長：熔體下落到種晶的生長臺上，旋轉(zhuǎn)并下降 ，晶體生長成梨形圓棒。e. 處理晶體，關(guān)閉氣體，晶體冷卻，由于晶體生長時內(nèi)聚了大量應(yīng)力，當(dāng)停止加熱晶體，易從縱軸裂成兩半。f.退火處理，將合成晶體裝爐緩慢升溫幾小時，恒溫保溫，再慢慢降至室溫以減少熱應(yīng)力4、 特點：a. 生長速度快、設(shè)備簡單、產(chǎn)量大、便于商業(yè)化。b.不需坩堝，即節(jié)省坩堝材料，又避免坩堝污染。c.氫氧燃燒溫度達2500OC,適合難溶氧化物。d.生產(chǎn)設(shè)置簡單能生長出大的晶體。e.但用

4、此方法合成的寶石晶體缺陷多、容易識別。5、 合成品種及鑒別A合成剛玉原始晶形 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。包裹體：合成紅、藍寶石中常可見氣泡和未熔粉末出現(xiàn)，一般氣泡小而圓，或似蝌蚪狀；可單獨或成群出現(xiàn)；合成尖晶石中氣泡和未熔粉末較少出現(xiàn)，偶爾出現(xiàn)的氣泡多為異形。色帶： 紅寶石中常常為細密的弧形生長紋，類似唱片紋；藍寶石中色帶較粗而不連續(xù)；黃色藍寶石很少含有氣泡，也難見色帶。天然紅寶石和藍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。吸收光譜：合成藍寶石的光譜見不到天然藍寶石通常可以見到的藍區(qū)的吸收，或450nm的吸收帶十分模糊。合成藍色尖晶

5、石顯示典型的鈷譜（分別位于540、580、635nm的三條吸收帶 ），天然藍色尖晶石顯示的是藍區(qū)的吸收帶，為鐵譜。熒光合成藍寶石有時顯示藍白色或綠白色熒光，天然的為惰性；合成藍色尖晶石為強的紅色熒光，而天然的也為惰性。合成紅寶石通常比天然紅寶石的紅色熒光明顯強。帕拉圖法：將剛玉浸于盛有二碘甲烷的玻璃器皿中，在顯微鏡下沿光軸方向，加上正交偏光片下，合成剛玉可以觀察到兩組夾角為1200的結(jié)構(gòu)線焰熔法合成星光剛玉：合成星光剛玉內(nèi)含物，大量氣泡和未熔粉末；金紅石針極其微小，難以辨認；彎曲色帶明顯， 星帶外觀特征,星光浮于表面，星線直、勻、細，連續(xù)性好；中心無寶光合成紅、藍寶石的加工質(zhì)量：天然合成紅、藍

6、寶石的加工質(zhì)量通常較為精細，尤其是高質(zhì)量的寶石，其臺面通常垂直光軸，以顯示最好的顏色。而合成紅、藍寶石加工質(zhì)量通常較差，常見火痕，更不會精確定向加工。加上，合成梨晶通常因為應(yīng)力作用會沿長軸方向裂開，其長軸方向與光軸方向夾角為60度，為了充分利用原料，其臺面通常會平行長軸方向切磨（圖2-6）。所以合成剛玉在臺面通常都可見多色性，而天然的則不然B合成尖晶石：1 內(nèi)含物:包體少，偶有氣泡，形態(tài)狹長或異形；色帶少見，僅見于紅色尖晶石中;天然尖晶石：氣液包體常見晶體包體：尤其是八面體形色帶少見2 RI:1.727 Fixed紅色尖晶石例外用于檢測折射儀；天然尖晶石：1.714-1.718,高鉻的紅色尖晶

7、石: 1.74，鎂鋅尖晶石: 1.715-1.80，鋅尖晶石: 1.80。3 SG:3.63，紅色尖晶石：3.60-3.66；仿青金巖的燒結(jié)藍色尖晶石：3.52；天然尖晶石：3.604 光譜：藍色者：Co譜,540, 580和 635nm處有吸收帶；紅色：紅區(qū)只有一條熒光光譜線淺黃綠色：445nm，422nm線；天然尖晶石：藍色者：Fe譜，藍區(qū)458nm有吸收帶；紅色者：紅區(qū)5條管風(fēng)琴狀熒光譜線（交叉濾色鏡下觀察）5 熒光及濾色鏡:無色者：SW下強藍白色；藍色者：SW：紅色或藍白色，濾色鏡下變紅紅色：紅色熒光，濾色鏡下變紅；天然尖晶石：無色：惰性藍色：惰性，濾色鏡下不變紅，紅色：紅色熒光，濾色

8、鏡下變紅。6 正交偏光鏡:斑紋狀消；天然尖晶石：全消光。C鈦酸鍶的鑒別內(nèi)含物：氣泡；12鈦酸鍶作為仿鉆材料，極易識別。鈦酸鍶極強的火彩使它明顯不同于鉆石。盡管標(biāo)準(zhǔn)圓多面型的鈦酸鍶在線試驗中不透光，但它明顯較低的硬度使之表面顯示出明顯的磨損痕跡、圓滑的刻面棱和不平整的小面。盡管反射儀上可獲得與鉆石相同的折射率，但熱導(dǎo)儀檢測時卻無鉆石反應(yīng)。卡尺法或靜水稱重都可測出未鑲品的比重，從而確認它。D合成金紅石：內(nèi)含物：氣泡、未熔粉末；14合成金紅石具有極高的色散值使其泛出五顏六色的火彩。這種特征使之不易與其他任何材料相混淆。此外，其極高的雙折射率使其刻面棱重影異常清晰。僅此二特征就足以確認它了。助溶劑法合

9、成復(fù)習(xí)1、 原理：助熔劑法是將組成寶石的原料在高溫下溶解于低熔點的助熔劑中，使之形成飽和溶液，然后通過緩慢降溫或在恒定溫度下蒸發(fā)熔劑等方法，使熔融液處于過飽和狀態(tài)，從而使寶石晶體析出生長的方法。助熔劑通常為無機鹽類，故也被稱為鹽熔法或熔劑法。 分類：A自發(fā)成核法1 緩冷法：在高溫使材料熔融于助溶劑中，緩慢降溫冷卻，使晶體從飽和熔體中自發(fā)成核并逐漸成長的方法。2 反應(yīng)法：助熔劑和原料熔融后，助溶劑與原料反應(yīng)，反應(yīng)后的晶體成分在熔融體中維持一定的過飽和度，生長晶體的方法。3 蒸發(fā)法：是在恒溫下，蒸發(fā)熔劑，使熔體過飽和，從而使晶體析出并長大的方法。B籽晶生長法： 籽晶旋轉(zhuǎn)法：由于助熔劑熔融后粘度較大

10、，采用籽晶旋轉(zhuǎn)，攪拌熔體，使晶體長大，且少含包裹體。（合成紅寶石） 頂部籽晶旋轉(zhuǎn)提拉法：這是法和晶體提拉法的結(jié)合。邊旋轉(zhuǎn)邊提拉，晶體繞籽晶逐漸長大。 底部籽晶水冷法：水冷部位形成過飽和熔體抑制了熔體其它部位成核，保證籽晶的生長。 助溶劑的選擇4 對待生長晶體有極好的溶解性，隨溫度的變化，溶解度變化也較大 。5 在寬的溫度范圍內(nèi)，所生長的晶體是唯一的穩(wěn)定相，助熔劑與晶體成分不能形成中間產(chǎn)物。6 助熔劑具有較低的粘度和較高沸點。7 揮發(fā)性小，毒性小，容易清除。 2、 特點1 適用性強，幾乎所有材料都有合適的助熔劑。2 溫度要求低，許多難熔化合物或熔點處易揮發(fā)和變價的化合物等均能生長。3 包裹體類似

11、天然寶石。4 設(shè)備簡單。（坩鍋/加熱爐）5 生長周期長，速度慢，晶體小，容易夾雜助熔劑陽離子，且有些助熔劑有腐蝕性和毒性，容易污染環(huán)境。 3、 合成工藝及設(shè)備A、Espig自發(fā)成核緩冷法生長祖母綠 1.主要設(shè)備：高溫馬弗爐和鉑坩堝.據(jù)爐體溫度，可采用硅碳棒發(fā)熱體爐(1350)或硅鉬棒發(fā)熱體爐(1650)。爐子呈長方體或圓柱狀。保溫性好，鉑坩堝出入方便。2.工藝流程1)鉑坩堝裝料（按比例） 燒結(jié)塊經(jīng)導(dǎo)管至坩堝底部，2)懸掛籽晶: 籽晶在擋板下，防止浮到表面.3)高溫爐加熱熔化原料: 加熱材料在熔劑中，底部燒結(jié)塊向上擴散，上部石英向下，相遇后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成祖母綠溶液；4)晶體生長:組分繞籽晶長

12、 3）生長結(jié)束傾倒殘余溶液晶體回爐冷卻室溫3.工藝條件1)原料為純凈的綠柱石粉或純氧化物。2)助熔劑：多采 用LiM0207，且熔點低于祖母綠(1750)。 3)合成祖母綠的穩(wěn)定溫度為90011500C，時間320小時，嚴(yán)格控溫，否則易形成金綠寶石120013000C)或硅鈹石(110012000C)。4)嚴(yán)格供料:Si02 24周次,其它2天一次。5)坩堝頂、底部溫度要高，中溫要低，存在溫差。6）晶體大小2-10毫米，產(chǎn)量小。一年最大2厘米 B吉爾森籽晶法祖母綠1.主要設(shè)備 鉑坩堝中間豎向加鉑柵欄，分為二區(qū)(高、低溫區(qū)，產(chǎn)生冷、熱對流)。二區(qū)溫差小，以保持低的過飽和度，防止硅鈹石和祖母綠的自

13、發(fā)成核。2.生長過程1)優(yōu)化種晶：先選用無色綠柱石切片做籽晶，在二面上合成祖母綠再把合成 祖母綠做種晶。2)放置原料：熱區(qū)放入綠柱石塊原料，冷區(qū)掛種晶。3)加熱坩堝，使熱區(qū)原料熔融后，擴散到稍低溫的冷區(qū)，形成過飽和的條件，在籽晶上生長晶體。3.工藝條件1）原料采用綠柱石塊，助熔劑采用鉬酸鋰。2）兩區(qū)對流可用機械來驅(qū)動。3）典型生長工藝：1mm月，7個月厚7mm14mm*20mm大的晶體可得18ct的刻面寶石。4) 由于使用籽晶，生長晶體體積大，質(zhì)量好。C助熔劑法生長紅寶石晶體1.主要設(shè)備1）鉑坩鍋、電爐（與Espig相似)。2）坩堝變速旋轉(zhuǎn)器：使熔體處于攪動中充分熔融。3）籽晶桿轉(zhuǎn)動，晶體遇沖

14、刷，包裹體減少。2、生長過程放置原料和助熔劑于坩堝內(nèi)。將坩堝放入裝有旋轉(zhuǎn)底座的電爐內(nèi)加熱。 在高于飽和溫度20，旋轉(zhuǎn)坩堝，使原料充分熔融，緩慢下降籽晶、降低溫度，使溶液達到過飽和，晶體生長。停止加熱、冷卻、倒出熔劑。3、 工藝條件1)Na3AlF6和A1203的二元相圖確定配比：1：0.13-0.2，1-3的Cr203為原料。2)坩堝裝料1000g，大于飽和溫度200C。 保持4-5h，使熔質(zhì)充分熔化。3)生長溫度980-1050，T=204)降溫速度:05-1.0h 5)熔劑在熔融狀態(tài)有6%的揮發(fā),故須增加熔劑的比例,并且使種晶放在液面較下方.D助熔劑法生長YAG晶體1.主要設(shè)備1）底部籽晶

15、水冷卻法鉑坩堝(體積25升)，加熱爐，控溫測溫裝置，坩堝底部用冷水冷卻裝置。2）自發(fā)成核緩冷法鉑坩堝、加熱爐 2.生長過程以底部籽晶冷卻法為例:Y3Al5O12 1、將原料與熔劑放入坩堝，置于爐中。 2、加熱1300熔融原料。 3、浸入籽晶于中心水冷區(qū)。 4、緩慢降溫，溶液過飽和沿籽晶長出晶體。 5、自發(fā)成核緩冷法過程同紅寶石。 3.工藝條件1、將原料Y2O3/Al2O3與熔劑PbO/PdF2/B2O3,Nd2O3按比例放入坩堝、爐中。2、籽晶:YAG晶體,底面為(110), 高8mm,16*16mm2.3.加熱1300熔融原料,恒溫25h.以3/h降溫到1260, 底部采用水冷。4、浸入籽晶

16、后以0.3-2/h降至950.5、提拉晶體離開溶液,于爐體一同自然冷卻。合成品種及鑒別一、合成祖母綠A.固相包體（1）助熔劑殘余包體：助熔劑包體的形成與晶體的非穩(wěn)定生長有關(guān)。最嚴(yán)重的包體發(fā)生在自發(fā)成核過程中枝蔓狀生長階段，快速生長使枝蔓間的助熔劑在隨后的穩(wěn)定生長中被包裹起來。（2）結(jié)晶物質(zhì)包體：晶體在生長過程中，溫度降到其它晶相可以存在的范圍，或者由于組份過冷，成分分布時高時低，其它晶相在局部區(qū)域形成較高的過飽和度，新相便可以在晶體界面上發(fā)生非均勻成核，晶芽牢固地附著于晶體表面上，并隨著晶體的生長，被包裹在晶體內(nèi)部，如祖母綠晶體內(nèi)的硅鈹石包體。（3）坩堝金屬材料包體：助熔劑生長的晶體或多或少要

17、受到坩堝材料的污染。（4）未熔化熔質(zhì)包體：原料熔化不完全，有時會存在未熔化的溶質(zhì)原料包體。 （5）種晶包體：助熔劑法加種晶生長時，晶體有時還可見種晶包體。 B.氣相包體 助熔劑具揮發(fā)性，熔體粘滯性較大，由于熔體攪拌不均勻，有時助熔劑未蒸發(fā)完全以氣相包裹在晶體中。由于助熔劑冷凝收縮也會產(chǎn)生收縮泡。C.氣固兩相包體 當(dāng)氣相收縮泡和固相助熔劑殘余包體同時存在時，還可構(gòu)成氣-固兩相包體。D.生長條紋 助熔劑法生長的晶體有時可觀察到平直的生長條紋，它是由組成成分的相對濃度或雜質(zhì)濃度的周期性變化引起的。生長條紋的出現(xiàn)也與晶體中存在著很細的包裹體有關(guān)，另外，溫度波動和對流引起的振蕩，也是造成生長條紋的因素。

18、 E.生長丘助熔劑生長的晶體多含有螺旋位錯，螺旋位錯在晶面上終止時，表面會形成生長丘或卷線。它是由大量晶層堆疊而成，生長位錯中心可由自發(fā)成核形成，或由包裹體產(chǎn)生。緊挨生長丘的下面常常聯(lián)結(jié)著小的包體中心。F.相對密度，助熔劑法合成祖母綠的相對密度略小于天然祖母綠的相對密度。這可以作為助熔劑法合成祖母綠輔助性的鑒定特征。G.折射率 天然及不同方法合成的祖母綠的折射率及雙折率也存在一定的差異，助熔劑法合成祖母綠的折射率和雙折率略小于天然祖母綠H.查爾斯濾色鏡 一些天然及合成祖母綠在查爾斯鏡下可顯紅色，粉紅色，甚至綠色。有些類型的合成祖母綠查爾斯鏡下顯強紅色這可以是一個有用的標(biāo)志。但某些哥倫比亞祖母綠

19、在查爾斯濾色鏡也可能顯示很強的紅色。I.發(fā)光性紫外光下助溶劑法合成紅寶石呈中一強的紅色熒光，可以對紅寶石的鑒定起到指示作用，而拉姆拉紅寶石加入了某些稀土元素，在紫外光下橙紅色熒光。少數(shù)樣品可能顯示藍白色熒光。天然及合成祖母綠都可以顯示紅色，綠色熒光，也可能不顯熒光。合成祖母綠在長波紫外光中發(fā)出強紅色熒光，其發(fā)光強度比天然的要大的多。J、紅外光譜特征：助熔劑法合成的祖母綠中不含水，因此使用紅外光譜測試，50006000 CM-1處無任何水的吸收峰。而天然祖母綠的紅外光譜中有I型水和型水的吸收峰。K.替代性雜質(zhì)及成分不均勻性 經(jīng)電子探針及X射線熒光分析測定，助熔劑法生長的晶體往往含有助熔劑的金屬陽

20、離子，如合成祖母綠晶體中含有Mo和V，合成紅寶石含有Pb、B等。二、助熔劑法合成紅寶石的鑒別A、助溶劑殘余包裹體B、氣固兩相包體：C、鉑金片D、特殊的色帶或色域助熔劑合成寶石中可見直線狀、角狀生長環(huán)帶，這些特征與天然紅、藍寶石中的色帶，在外觀上是一致的。但在拉姆拉合成紅寶石中可出現(xiàn)一種攪動狀的顏色現(xiàn)象和紡錘形色域，在多羅斯（Douros）合成紅寶石中可出現(xiàn)淺紅、無色色帶和藍色三角色塊。F、種晶早期生產(chǎn)的產(chǎn)品采用了很大的種晶，例如Leichleitner公司僅在種晶上生長薄薄的一層合成紅寶石。目前，絕大多數(shù)的助溶劑法合成紅、藍寶石中很難看到種晶及其相關(guān)的特征。G、發(fā)光性紫外光下助溶劑法合成紅寶石

21、呈中一強的紅色熒光，可以對紅寶石的鑒定起到指示作用，而拉姆拉紅寶石加入了某些稀土元素，在紫外光下橙紅色熒光。少數(shù)樣品可能顯示藍白色熒光。H、可見光譜助熔劑法合成紅寶石的吸收光譜與天然的一樣，只是比天然紅寶石更清晰、更明顯。I、微量元素用電子探針分析暴露到寶石表面的助溶劑殘余包裹可以檢驗出包裹的化學(xué)組成，用X-熒光能譜儀，可以無損分析出寶石所含的微量化學(xué)元素。最常用的助溶劑是一些重金屬的氧化物，如PbO、PbF2、BiO2、MoO2，以外還可有B2O5，Li2O，有時也用冰晶石（Na3AlF6）。冷坩堝法1、 原理：冷坩堝法是一種從熔體中生長法晶體的技術(shù)，僅用于生長合成立方氧化鋯晶體。其特點是晶

22、體生長不是在高熔點金屬材料的坩堝中進行的，而是直接用原料本身作坩堝，使其內(nèi)部熔化，外部則裝有冷卻裝置，從而使表層未熔化，形成一層未熔殼，起到坩堝的作用。內(nèi)部已熔化的晶體材料，依靠坩堝下降脫離加熱區(qū)，熔體溫度逐漸下降并結(jié)晶長大。2、 主要設(shè)備：1)高頻電源工作頻率1-6MHz振蕩穩(wěn)定,可以調(diào)節(jié). 工作匹配性好,在過壓下不損壞元件可以長時間運行2)冷坩鍋系統(tǒng)水冷“U”型單管銅管,之間縫隙1-1.5mm(確保電磁場能量通過).水冷底座:絕緣層(切斷高頻感應(yīng)電流)上供水腔,下出水腔,與銅管焊接.玻璃鋼絕緣支架,以與引下裝置絕緣3)引下裝置及調(diào)速系統(tǒng)采用絲桿式蝸輪桿傳動機構(gòu),用直流力矩發(fā)電機核可精確調(diào)速

23、的電動機組拖動,保證晶體的穩(wěn)定生長.3、 工藝流程a. 首先將生O2與穩(wěn)定劑Y2O3按摩爾比9：1的比例混合均勻，裝入紫銅管圍成的杯狀冷坩堝中.b. 在中心投入4-6g鋯片或鋯粉用于引燃。接通電源，進行高頻加熱。先產(chǎn)生了小熔池，然后由小熔池逐漸擴大熔區(qū)。同時，紫銅管中通入冷水冷卻，帶走熱量，使外層粉料未熔，形成冷坩堝熔殼。c. 待冷坩堝內(nèi)原料完全熔融后，將熔體穩(wěn)定3O-6O分鐘。然后坩堝以每小時5-15mm的速度逐漸下降，“坩堝”底部溫度先降低，所以在熔體底部開始自發(fā)形成多核結(jié)晶中心，晶核互相兼并，向上生長。d. 晶體生長完畢后，慢慢降溫退火一段時間，然后停止加熱，冷卻到室溫后，取出結(jié)晶塊，用

24、小錘輕輕拍打，一顆顆合成立方氧化鋯單晶體便分離出來。4、 特點：a. “坩堝”即是本身合成原料，不會引進其他雜質(zhì)離子，又節(jié)省成本。b. 克服了立方氧化鋯合成的高溫條件，采取了非金屬材料ZrO2 ，并采用冷卻系統(tǒng)使其外部不熔。c. ZrO2 的熔體導(dǎo)電性能良好，這就為高頻加熱技術(shù)提供條件d. 設(shè)備原理簡單，生產(chǎn)商業(yè)化，產(chǎn)品質(zhì)量高。提拉法合成復(fù)習(xí)1、 原理：將構(gòu)成晶體的原料放在坩堝中加熱熔化，在熔體表面接籽晶提拉熔體，在受控條件下，使籽晶和熔體的交界面上不斷進行原子或分子的重新排列，隨降溫逐漸凝固而生長出單晶體。2、 裝置：晶體提拉法的裝置由五部分組成：（1） 加熱系統(tǒng)：加熱系統(tǒng)由加熱、保溫、控溫

25、三部分構(gòu)成。最常用的加熱裝置分為電阻加熱和高頻線圈加熱兩大類。采用電阻加熱，方法簡單，容易控制。保溫裝置通常采用金屬材料以及耐高溫材料等做成的熱屏蔽罩和保溫隔熱層?？販匮b置主要由傳感器、控制器等精密儀器進行操作和控制。（2）坩堝和籽晶夾：作坩堝的材料要求化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、純度高，高溫下機械強度高，熔點要高于原料的熔點200左右。常用的坩堝材料為鉑、銥、鉬、石墨、二氧化硅或其它高熔點氧化物。籽晶用籽晶夾來裝夾。籽晶要求選用無位錯或位錯密度低的相應(yīng)寶石單晶。（3）傳動系統(tǒng)：為了獲得穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)和升降，傳動系統(tǒng)由籽晶桿、坩堝軸和升降系統(tǒng)組成。（4）氣氛控制系統(tǒng)：該系統(tǒng)由真空裝置和充氣裝置組成。（5）后加熱

26、器：后熱器可用高熔點氧化物如氧化鋁、 陶瓷或多層金屬反射器如鉬片、鉑片等制成。通常放在坩堝的上部，生長的晶體逐漸進入后熱器，生長完畢后就在后熱器中冷卻至室溫。后熱器的主要作用是調(diào)節(jié)晶體和熔體之間的溫度梯度，控制晶體的直徑，避免組分過冷現(xiàn)象引起晶體破裂。3、 主要工藝流程首先將待生長的晶體的原料放在耐高溫的坩堝中加熱熔化，調(diào)整爐內(nèi)溫度場，使熔體上部處于過冷狀態(tài)；然后在籽晶桿上安放一粒籽晶，讓籽晶接觸熔體表面，待籽晶表面稍熔后，提拉并轉(zhuǎn)動籽晶桿，使熔體處于過冷狀態(tài)而結(jié)晶于籽晶上，在不斷提拉和旋轉(zhuǎn)過程中，生長出圓柱狀晶體。4、 特點（1）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

27、。（3）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、 熔體揮發(fā)等的影響，給生長晶體帶來困難。合成品種及鑒別一、合成剛玉：1.合成紅寶石可見極細的彎曲生長紋和拉長的氣泡，有時還可見云朵狀的氣泡群。2.寶石中偶爾可見未熔化的原料粉末。3.在暗域照明和斜向照明下，偶爾可見一些細微的白色云狀包體。4.顯微鏡下有時可見晶體不均勻的生長條紋。4.顯微鏡下有時可見晶體不均勻的生長條紋。5.寶石晶體可能帶有籽晶的痕跡。二、合成金綠寶石的鑒別：1.合成金綠寶石可見彎曲的生長紋和拉長的氣泡。2.寶石中偶爾可見未熔化的原料粉末。3.在暗域照明和斜向照明下，偶爾可見板條狀的雜質(zhì)包體和針狀包體。4.

28、合成金綠寶石的折射率（1.740-1.745）稍微偏低。5.用電子探針和X射線熒光分析法，可檢測寶石晶體中的銥或鉬金屬包體。三、人造釔鋁榴石的鑒別：1成分：Y 3AL5O12 2晶系：等軸晶系 3密度：4.58g/cm4摩氏硬度：8-8.5 5折射率：1.83 6色散:0.0287內(nèi)含物：彎曲生長紋和拉長氣泡8致色元素：紫-Nd； 藍-Co； 綠-Ti（+Fe）；紅-Mn；9其他：某些綠色、藍色釔鋁榴石在強光照射下顯強紅色，即顯示紅光效應(yīng)。 倒模法合成復(fù)習(xí)1、 原理：在熔體中放入一個導(dǎo)模，導(dǎo)模與熔體以毛細管或狹縫相通，熔體因毛細現(xiàn)象而沿細管上升，在頂部可用種晶引晶，在晶體與模具之間有一液態(tài)的薄

29、膜，液體在晶體和模頂面之間擴散到邊緣，固化后就得到和模具的邊緣形狀一樣的晶體。2、 主要設(shè)備：a. 加熱保溫系統(tǒng)：高頻加熱管(450kHz20kW)加熱石墨受熱器,熔化原料。石墨氈保溫隔熱及剛玉熱屏起保溫作用。b. 提拉升降系統(tǒng)：籽晶和籽晶桿用籽晶定位裝置定位,通過波紋管上下操c. 保護環(huán)境：將封閉的裝置內(nèi)充填氬氣或氦氣等惰性氣體進行保護.d. 模具：模具性質(zhì):1)熔點高于晶體.2)能被熔體浸潤.3)與熔體不發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 模具的條件：1)形狀:桿狀、片狀、管狀或多管狀.;2)邊界尺寸精確,邊緣平滑,表面光潔度高.3)使用前應(yīng)退火處理,減少氣孔.3、 主要工藝流程：1 晶體材料在高溫坩鍋中加熱熔

30、化2 將帶有毛細管的模具放置熔體中3 熔體沿毛細管上升到模具頂端.4 下降籽晶桿,浸潤、回熔籽晶.提拉上引,先使晶體形成窄條5 放肩,提拉使熔體達到模具頂部表面(從中心-邊緣)6 等速提拉,等徑生長.晶體形態(tài)由模具截面形狀決定.晶體生長的關(guān)鍵技術(shù)是模具設(shè)計(模具與熔體間的浸潤)和溫場的設(shè)計.以及引晶條件、籽晶優(yōu)良、生長速度、爐溫控制等均對晶體的生長由影響.導(dǎo)模法生長寶石晶體的鑒別：1.通常無未熔粉末,但可見金屬包體和常見氣體包體(大小為0.255-0.5um),且氣泡分布不均勻. 2.二者采用籽晶生長,故可見籽晶痕跡和籽晶缺陷.3.合成變石有針狀、板條狀雜質(zhì)包體和彎曲生長紋。水熱法合成寶石復(fù)習(xí)

31、1、 原理：水熱法是利用高溫高壓的水溶液使那些在大氣條件下不溶或難溶的的物質(zhì)溶解，或反應(yīng)生成該物質(zhì)的溶解產(chǎn)物，通過控制高壓釜內(nèi)溶液的溫差使產(chǎn)生對流以形成過飽和狀態(tài)而析出生長晶體的方法。自然界熱液成礦就是在一定的溫度和壓力下，成礦熱液中成礦物質(zhì)從溶液中析出的過程。水熱法合成寶石就是模擬自然界熱液成礦過程中晶體的生長。 分類（按晶體生長的運輸方式不同）A等溫法：在高壓釜內(nèi)無溫差的條件下，采用礦化劑，加熱溶液溫度接近水的臨界溫度時，使不穩(wěn)定相/亞穩(wěn)定相的原料不斷溶解，直至溶液達到過飽和狀態(tài)時，即在穩(wěn)定的籽晶上生長，這是利用物質(zhì)的溶解度差異生產(chǎn)晶體的方法。B溫差法：在封閉的高壓釜中，高溫高壓條件下，原

32、料在釜內(nèi)下部溫度較高部位溶解達飽和狀態(tài)，并逐漸向上部溫度較低部位流動，形成過飽和溶液后即以籽晶為核心生長晶體的方法。采用溫差法使晶體生長的條件是：（1）原料在高溫高壓的礦化劑水溶液中，具有一 定的溶解度且為穩(wěn)定的單一相。（2）原料的溶解度溫度系數(shù)大，高溫溶解，低溫則形成足夠的過飽和度。（3）籽晶的切型易于晶體的生長。（4）溶液密度的溫度系數(shù)要足夠大，能起到溶液的對流及溶質(zhì)傳輸作用。（5）備有耐高溫高壓抗腐蝕的容器。2、 合成裝置：1 高壓釜:具有耐熱耐壓抗腐蝕性好抗蠕變性強的特種合金鋼圓形鋼筒.2 加熱爐:提供加熱溫度和溫度梯度.加熱的方式有兩種(1)加熱板結(jié)合不同厚度的保溫層調(diào)節(jié)溫度梯度(2

33、)位置分布不同的可控制的電阻繞組管式加熱爐. 3 密封系統(tǒng):壓縮式、拉封式.密封材料有銀、純鐵、石墨、銅等各種軟金屬.3、 優(yōu)缺點1 適宜高溫下存在相變和在接近熔點時近乎分解的材料。 2 合成晶體完整、粒大、質(zhì)優(yōu)，能很好地控制材料成分。 3 生長的條件與自然界相似,合成晶體與天然寶石最接近。 4 設(shè)備貴，內(nèi)壓大，安全性差. 5 生產(chǎn)過程均在釜內(nèi)進行不直觀。 6 晶體生長的速度慢、周期長，產(chǎn)量受高壓釜空間限制。 7 需要適當(dāng)大小的優(yōu)質(zhì)籽晶。4、 晶體生長的影響因素A礦化劑（溶劑）的性質(zhì)和濃度 礦化劑的作用：使結(jié)晶物質(zhì)具有比較大的溶解度。使結(jié)晶物質(zhì)具有足夠大的溶解度溫度系數(shù)。 不同寶石需不同的礦化

34、劑；同一寶石采用不同礦化劑，合成晶體質(zhì)量和生長速度亦不相同。礦化劑溶液的濃度影響晶體生長速度，濃度過大過小都可大大地降低寶石晶體的生長速度。B溫度與溫差 晶體生長受各種物理、化學(xué)條件影響。溫差愈大，溶液的對流速度和溶質(zhì)的轉(zhuǎn)移量越大，質(zhì)量交換越快，晶體的包裹體越多。C壓力和充填度（裝滿度） 在一定的溫度和溶液濃度條件下，高壓釜內(nèi)的壓力是由反應(yīng)腔內(nèi)溶液的充填度所決定的。 充填度：加入溶液的體積占反應(yīng)腔自由體積的百分比。 充填度一般不應(yīng)超過86%。D對流擋板高壓釜中生長區(qū)和溶解區(qū)之間裝有擋板，擋板上打有圓孔。對流擋板作用：調(diào)整生長系統(tǒng)的質(zhì)量交換，開孔率越大，上下區(qū)溫差越小，晶體的生長速度越小不同口徑

35、的高壓釜，其開孔率不同，小口徑以10%20%為好；大口徑以5%7%為宜；大于200mm的高壓釜以3%5%為好。E籽晶取向 因為晶體具各向異性，不同的晶面，生長速度不同。所以合成寶石時必須對籽晶進行定向及切型，以利于晶體的生長。 例：水晶的定向有：垂直于Z 軸；平行于Y 軸。剛玉的定向有：垂直于Z 軸。F培養(yǎng)體多為合成寶石化學(xué)成分的氧化物材料。要求其量足、質(zhì)地均勻無雜質(zhì)，表面潔凈且具有一定的表面積比。增大生長區(qū)和溶解區(qū)溫差合成品種及鑒別：一、合成祖母綠1 特征性包裹體有來自坩堝的貴金屬的包體，如鉑金片或枝。2 合成綠柱石中釘狀包裹體和硅鈹石晶體包體；天然綠柱石常常含有大量各種礦物的晶體包體和三相

36、包體。3 合成綠柱石常常顯示鋸齒狀紋理、波狀紋理等；4 表面增生裂紋以切磨好的天然淺色綠柱石為種晶生長一層薄的合成祖母綠的來改善寶石顏色外觀的方法稱為水熱表面增生或水熱鍍層。在這種表面增生的祖母綠表面可見明顯的龜裂紋5 種晶片及多層結(jié)構(gòu)6 吸收光譜：合成紅色綠柱石與天然紅色綠柱石明顯不同，為典型的鈷（Co2+）譜，即530-590之間幾個模糊到清晰的吸收帶（400nm以下寬的吸收，以530nm為中心的中等強度的較窄的吸收帶。545nm和560處2個強的窄帶，570nm和590nm處2個弱的窄帶）。而天然紅色綠柱石450以下和540-580之間的寬的吸收。7紅外光譜:紅外光譜自1967年起就開始

37、用于天然及合成祖母綠的鑒別了，尤其對那些內(nèi)部十分干凈、找不到特征生長痕跡的寶石是十分有效且無損的鑒定手段。一般說來這種方法是基于祖母綠中兩種類型水分子( I 型水， II 型水)的有無來進行鑒別的。二、合成水晶1 合成水晶中常見面包渣狀包裹體，合成水晶中的面包渣狀包裹體實際是錐輝石的細小雛晶。2 合成彩色石英的色帶：合成彩色水晶常常顯示不同與天然品種的色帶。合成彩色水晶的色帶總是平行種晶板，而合成紫晶時種晶板通常平行于菱面體面方向；合成黃水晶的種晶板平行于底軸面。所以利用偏光鏡可以幫助確定。3.干涉圖：合成水晶中一般沒有復(fù)雜的雙晶結(jié)構(gòu)，所以通常在正交偏光下顯示“牛眼干涉圖”（即中空黑十字），看

38、不到“螺旋漿狀干涉圖。而天然的水晶常常出現(xiàn)巴西雙晶，所以常常見到“螺旋漿狀干涉圖”。4紅外光譜:水晶中含有水，H2O在紅外光譜中3200cm-13600cm-1的區(qū)間內(nèi)顯示伸縮振動譜帶，在1500cm-11700cm-1的區(qū)間內(nèi)顯示彎曲振動的譜帶，以及在5200cm-1的伸縮振動與彎曲振動的合頻譜帶。天然無色水晶以3595 cm-1和3484 cm-1為特征吸收，而合成水晶則缺失這兩個吸收帶，而以3585 cm-1或5200 cm-1為特征吸收。合成紫晶具有明顯的3545譜帶，而天然紫晶中這一譜大明顯較弱。與天然煙晶相比，合成煙晶缺失3595 cm-1和3484 cm-1的吸收。合成鉆石復(fù)習(xí)

39、1.原理：石墨與鉆石的轉(zhuǎn)變 (1)石墨在超高壓高溫下熔化,石墨晶體解體斷鍵,然后在鉆石穩(wěn)定去冷凝析出鉆石(2)超高壓高溫下,石墨無需斷鍵,只在Z軸方向?qū)又刑荚酉蛏虾拖蛳乱苿?轉(zhuǎn)變成鉆石結(jié)構(gòu).2.合成鉆石的生長機制: 鉆石、石墨是碳的兩種同質(zhì)多像變體. 低壓高溫區(qū):石墨是穩(wěn)定相，鉆石為亞穩(wěn)定相; 高溫高壓區(qū):鉆石是穩(wěn)定相。合成鉆石實質(zhì)上就是人為的建立一定條件（壓力、溫度及其它條件），使碳原子及其集團經(jīng)過壓縮、切變、熱振動，使非sp3雜化軌道轉(zhuǎn)為sp3雜化軌道,從而使金剛石成核生長.1)直接法合成鉆石的形成機制直接法合成鉆石是利用瞬時靜態(tài)超高壓高溫技術(shù)和動態(tài)沖擊波技術(shù)及靜態(tài)、動態(tài)混合超高壓高溫技

40、術(shù)，使石墨等碳質(zhì)原料直接轉(zhuǎn)變成鉆石。(石墨在超高壓高溫下熔化、解體、斷鍵，結(jié)晶; 石墨無需解體，碳原子只在層間分別向上和向下移動轉(zhuǎn)化為鉆石結(jié)構(gòu)）。2）觸媒法合成鉆石的形成機制觸媒法:是以天然鉆石或合成鉆石粉，石墨及鉆石粉的混合物為碳源，利用熔劑-觸媒的復(fù)合作用, 將碳溶解于鐵鎳觸媒中，并通過觸媒從高溫區(qū)(供碳區(qū))輸運到低溫區(qū)(生長區(qū))合成鉆石的方法. 作為碳的溶解劑。 在一定的溫壓條件下，石墨和鉆石均可溶解于觸媒中，且石墨比鉆石的溶解度大，壓力越高，二者的溶解度差越大，即石墨在觸媒中飽和時，鉆石已達到過飽和狀態(tài)。合成寶石級鉆石的晶種觸媒法。金屬觸媒（通常是按一定比例配制的鐵鎳合金）的作用： 能

41、降低石墨等碳質(zhì)原料生成鉆石所需的壓力和溫度（4.0X109-1.0 X1010Pa，溫度1200；無觸媒1.25 X1010 Pa，溫度2700）。3、HPHT法合成鉆石 利用高溫超高壓設(shè)備，使粉末狀原料在高溫超高壓條件下，產(chǎn)生相變和熔融而結(jié)晶生長晶體的方法。主要有以下三類： 1）靜壓法：包括靜壓觸媒法；靜壓直接轉(zhuǎn)變法；晶種觸媒法。 2）動力法：包括爆炸法；液中放電法；直接轉(zhuǎn)變六方金剛石法。 3）在亞穩(wěn)定區(qū)生長金剛石法：包括氣相法；液相外延生長法；氣液固相外延生長法等HPHT合成鉆石的設(shè)備及工藝流程A、HPHT法合成鉆石的設(shè)備 靜壓法合成鉆石的設(shè)備大致可以分為四部分1.大噸位的液壓機 2.合成鉆石用高溫高壓容器（即模具）3.加熱系統(tǒng) 4.控制檢測系統(tǒng)。 油壓機：其作用是將液壓機的驅(qū)動力變成對高壓裝置中被壓物質(zhì)的靜態(tài)超高壓，以滿足合成鉆石的高溫超高壓條件。壓力大于1.01010Pa。 目前高壓設(shè)備主要有：兩面砧壓機（對頂式、年輪式、活塞缸式）、四面砧壓機及六面砧壓機。 砧壓機是合成鉆面的靜態(tài)超高壓設(shè)備的核心部分。高壓容器(生長艙)：是鉆石合成的場所，其材質(zhì)要求能承受4.9109Pa以上的壓強，并且有良好的密封、隔熱、絕緣性能，及提供較大的合成艙（腔體）和均壓區(qū)域。加熱和測試系統(tǒng)：是用來精確測試合成鉆