焰熔法習(xí)題20160912

1、焰熔法生長寶石晶體2016年9月12日 焰熔法生長寶石晶體與鑒別焰熔法生長寶石晶體與鑒別本章要點(diǎn)1 焰熔法基本原理、合成裝置與條件、過程及特點(diǎn)2 合成品種3 焰熔法合成寶石的鑒定思考題思考題1. 試述焰熔法生長寶石的工作原理。2. 焰熔法可以生長哪些寶石？3. 焰熔法生長的寶石晶體有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？4. 如何鑒別焰熔法生長的剛玉類寶石？5. 如何鑒別焰熔法生長的尖晶石及金紅石晶體？6. 焰熔法生長寶石晶體的共同特征有哪些？一、 焰熔法合成方法1 基本原理 焰熔法是從熔體中生長單晶體的方法。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。 目前合成寶石的主

2、要方法之一，可生產(chǎn)：目前合成寶石的主要方法之一，可生產(chǎn)： 合成紅、藍(lán)寶石、合成星光紅藍(lán)寶石、合成尖合成紅、藍(lán)寶石、合成星光紅藍(lán)寶石、合成尖晶石、合成金紅石、人造鈦酸鍶晶石、合成金紅石、人造鈦酸鍶等等2 合成裝置與條件、過程合成裝置與條件、過程 焰熔法合成裝置由供焰熔法合成裝置由供料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和生長料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和生長系統(tǒng)組成，合成過程是在系統(tǒng)組成，合成過程是在維爾納葉爐維爾納葉爐中進(jìn)行的中進(jìn)行的 。 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(dòng)裝置使粉末少量、等量、周期性地自動(dòng)釋放。

3、 震蕩器：使料筒不斷抖動(dòng)，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；氫氧燃燒溫度為2900，Al2O3粉末的熔點(diǎn)為2050； 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供氣狀態(tài)，保證火焰以上的氧管不被熔化 C 生長系統(tǒng) 梨晶：長出的晶體形態(tài)類似梨形，故稱為梨晶。梨晶大小通常為長23cm，直徑2.5-5cm。生長速度：1厘米/小時(shí)，一般6小時(shí)完成即可完成生長。 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)：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

4、控制旋轉(zhuǎn)平臺(tái)擴(kuò)大晶種的生長直徑，稱為擴(kuò)肩；然后，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)以均勻的速度邊旋轉(zhuǎn)邊下降，使晶體得以等徑生長。 焰熔法生長寶石的優(yōu)缺點(diǎn)焰熔法生長寶石的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 無需坩堝無需坩堝 可生長可生長高熔點(diǎn)高熔點(diǎn)（2800C）的寶石晶體的寶石晶體 晶體生長速度較快，生長晶體生長速度較快，生長大尺寸大尺寸晶體晶體 設(shè)備較簡單，設(shè)備較簡單，生產(chǎn)率高生產(chǎn)率高，適于工業(yè)化生產(chǎn)，適于工業(yè)化生產(chǎn) 生長過程可進(jìn)行觀察生長過程可進(jìn)行觀察 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 溫度梯度大，生長溫度梯度大，生長晶體質(zhì)量欠佳晶體質(zhì)量欠佳 不易控溫，內(nèi)應(yīng)力大，位錯(cuò)密度高，須退火處理不易控溫，內(nèi)應(yīng)力大，位錯(cuò)密度高，須退火處理 對粉料純度和粒度要求高，原料對

5、粉料純度和粒度要求高，原料成本高成本高 不能生長易于揮發(fā)和氧化的寶石材料不能生長易于揮發(fā)和氧化的寶石材料二、合成品種合成剛玉原料Al2O3 ，另加致色元素如下合成紅寶石Cr2 O3， 1-3%合成藍(lán)寶石Fe，Ti；0.3-0.5%合成黃色藍(lán)寶石Ni，Cr合成紫色藍(lán)寶石Cr Fe，Ti合成變色藍(lán)寶石Cr2 O3，V2O5，3-4%合成星光紅寶石TiO2 0.1-0.3%，Cr2 O3 1-3%合成星光藍(lán)寶石FeO+TiO2：0.3-0.5%；TiO2 ： 0.1-0.3%1 合成剛玉 2 合成尖晶石紅色： MgO：Al2O3=1：1，致色元素Cr2 O3藍(lán)色：MgO： Al2O3 =1：1.5-

6、3.5，致色元素Co；綠色：MgO： Al2O3 =1：3褐色：MgO： Al2O3 =1：5粉紅色：MgO： Al2O3 =1：1.5-3.5 致色元素Cu； 有月光效應(yīng)的無色品種： 1：5，過多的氧化鋁未熔形成無數(shù)細(xì)小針狀包體導(dǎo)致月光效應(yīng)，有時(shí)甚至形成星光。 燒結(jié)藍(lán)色尖晶石：由鈷致色，并加入金粉，用來仿青金巖。 3 合成金紅石 獲得的梨晶為藍(lán)黑色，這是因?yàn)楦邷叵滦纬闪薚i33+ 和相應(yīng)的氧空位。通過在高溫氧化環(huán)境中退火處理，退火溫度為800-1000 ，即可去除藍(lán)黑色，變?yōu)榈S色到近無色的透明晶體。 合成金紅石的寶石學(xué)性質(zhì) 化學(xué)成分：TiO2； 四方晶系 光澤：金剛光澤； 透明度：透明；

7、顏色：無色者常帶淺黃色調(diào)。還可有紅、橙、黃、藍(lán)色者。 硬度：6-6.5； 相對密度：4.25； 折射率：2.616-2.903； 雙折射率：0.287； 光性：一軸晶正光性； 色散：極強(qiáng)，0.28-0.30； 光譜：紫區(qū)末端有強(qiáng)吸收帶，使其光譜看似被截短了； 內(nèi)含物：氣泡、未熔粉末； 4 人造鈦酸鍶 與合成金紅石一樣，其合成裝置也必須多加一根氧管，長出的晶體也是烏黑的，需要在氧化條件下退火（溫度1600 ），才能變成近無色的透明晶體。 所采用的原料為：SrO ： TiO2 =1：1鈦酸鍶的寶石學(xué)性質(zhì) 化學(xué)成分：SrTiO3； 等軸晶系 光澤：亞金剛金剛光澤； 透明度：透明； 顏色：無色為主，偶

8、見紅、黃、藍(lán)、褐色材料； 硬度：5.5-6； 比重：5.13； 斷口：貝殼狀； 折射率：2.41，單折射； 色散：0.19，極強(qiáng)； 內(nèi)含物：氣泡；焰熔法合成寶石的鑒定焰熔法合成寶石的鑒定1 1）原始晶形原始晶形 梨形梨形。而天然寶石的晶體形態(tài)為一定的幾何多。而天然寶石的晶體形態(tài)為一定的幾何多面體。晶體生長時(shí)，溫差較大，寶石內(nèi)應(yīng)力大，面體。晶體生長時(shí)，溫差較大，寶石內(nèi)應(yīng)力大，晶體裂成晶體裂成半圓形晶棒半圓形晶棒。 2 2）、氣泡）、氣泡 晶體生長過程沒有水參與，無氣液包裹體。晶體生長過程沒有水參與，無氣液包裹體。3 3）彎曲生長紋）彎曲生長紋 晶體生長過程伴隨旋轉(zhuǎn)，橫截面留下密集弧形晶體生長過程

9、伴隨旋轉(zhuǎn)，橫截面留下密集弧形生長紋或色帶。生長紋或色帶。焰熔法合成紅寶石中的氣泡及彎曲生長紋焰熔法合成紅寶石中的氣泡及彎曲生長紋4 4）. .面包屑狀包裹體面包屑狀包裹體 未熔融的粉末撒落在晶體上。未熔融的粉末撒落在晶體上。5 5）個(gè)體較大，顏色鮮艷個(gè)體較大，顏色鮮艷返回合成紅寶石的鑒定合成紅寶石的鑒定(1)原始晶形(2)顏色 ：過于純正、艷麗，給人以不真實(shí)感。 (3)多色性 ：從臺(tái)面觀察可看到較明顯的二色性。 (4)發(fā)光性 ：紫外光光源照射下可發(fā)強(qiáng)紅色熒光 ，X射線有紅色磷光 ，查爾斯濾色鏡下可有更明顯的紅色 (5)生長線弧形生長線是區(qū)分的重要依據(jù) (6)氣泡有較明顯的輪廓，一般為球狀，少數(shù)

10、情況下變形成蝌蚪狀異形氣泡。 焰熔法合成藍(lán)寶石焰熔法合成藍(lán)寶石(1)生長紋：具有較寬的生長線。(2)氣泡：與合成紅寶石中的類似，有時(shí)氣泡周圍會(huì)有藍(lán)色物質(zhì)聚集，在鑒定中更容易發(fā)現(xiàn)。(3)發(fā)光性：焰熔法合成藍(lán)寶石的發(fā)光性較活躍，不同顏色的樣品具有不同的熒光特點(diǎn)。 (4)吸收光譜 ：缺失天然藍(lán)寶石中的特征鐵線。 合成星光剛玉天然星光剛玉內(nèi)含物大量氣泡和未熔粉末；金紅石針極其微小，難以辨認(rèn);彎曲色帶明顯各種晶體包體、氣液包體、指紋狀包體；金紅石針較粗，易識別；直角狀或六方色帶星帶外觀特征星光浮于表面，星線直、勻、細(xì)，連續(xù)性好；中心無寶光星光發(fā)自內(nèi)部深處；星線中間粗，兩端細(xì)，可以不連續(xù)；中心有寶光焰熔法

11、合成星光剛玉焰熔法合成星光剛玉合成尖晶石的鑒定：合成尖晶石的鑒定：異常消光、折射率和密度異常消光、折射率和密度均大于天然品，均大于天然品，熒光強(qiáng)、吸收光譜熒光強(qiáng)、吸收光譜不同于天然品不同于天然品晶 系：等軸晶系，內(nèi)部晶格常發(fā)生畸變。密 度：3.64（+0.02，-0.12）g/cm3。光性特征：均質(zhì)體，常具異常光性（晶格畸變）。折 射 率：1.728（+0.012，-0.008）。紫外熒光：（略）紫外熒光：（略）吸收光譜吸收光譜：紅色：688nm線，695nm帶，680nm690nm帶。 變色：525660nm，690nm帶。 粉色：640700nm強(qiáng)帶。 深藍(lán)色：550nm，570600nm

12、強(qiáng)帶，帶，625650nm帶。 綠、綠藍(lán)色：425nm吸收帶。放大檢查：焰熔法焰熔法：潔凈，偶見弧形生長紋，氣泡。 合成尖晶石天然尖晶石內(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氣液包體常見晶體包體：尤其是八面體形色帶少見RI1.727 Fixed紅色尖晶石例外用于檢測折射儀1.714-1.718,高鉻的紅色尖晶石: 1.74鎂鋅尖晶石: 1.715-1.80鋅尖晶石: 1.80SG3.63，紅色尖晶石：3.60-3.66；仿青金巖的燒結(jié)藍(lán)色尖晶石：3.523.60光譜藍(lán)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：44

13、5nm，422nm線藍(lán)色者：Fe譜，藍(lán)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）熒光及濾色鏡無色者：SW下強(qiáng)藍(lán)白色；藍(lán)色者：SW：紅色或藍(lán)白色，濾色鏡下變紅紅色：紅色熒光，濾色鏡下變紅無色：惰性藍(lán)色：惰性，濾色鏡下不變紅紅色：紅色熒光，濾色鏡下變紅正交偏光鏡斑紋狀消光紅色尖晶石例外全消光合成尖晶石的斑紋狀消光 合成金紅石的鑒定：合成金紅石的鑒定：根據(jù)根據(jù)密度、硬度、吸收光譜密度、硬度、吸收光譜常見顏色：淺黃色，也可有藍(lán)、藍(lán)綠、橙色。光 澤：亞金剛光澤至亞金屬光澤。摩氏硬度：67。密 度：4.26（+0.03，-0.03）g/cm3。光性特征：非均質(zhì)體，一軸晶，正光性。多 色 性：很弱，淺黃，無色。折 射 率：2.6162.903。雙折射率：0.287。紫外熒光：無。吸收光譜：黃和藍(lán)色在430nm以下全吸收以下全吸收。放大檢查：強(qiáng)重影強(qiáng)重影，一般潔凈，偶見有氣泡。特殊光學(xué)效應(yīng)：色散強(qiáng)色散強(qiáng)（0.330