歐泊、翡翠等寶石合成方法簡介

1、第五節(jié)其他合成寶石及其方法簡介一、合成碳硅石（合成莫依桑石）二、合成歐泊-合成非晶質(zhì)材料三、合成多晶質(zhì)材料一、合成碳硅石（合成莫依桑石）1.概況天然的碳硅石是1904年最先由莫依桑發(fā)現(xiàn)于亞利桑那的隕石中，自然界極為稀少。早在1955年Lely就利用氣相升華法生長出大顆粒的合成碳硅石，這種技術(shù)被稱為Lely技術(shù)，但獲得的是有六方的、三方的和立方晶系的多型的混合物，主要用作工業(yè)磨料和半導(dǎo)體材料。大約于二十世紀(jì)九十年代晚期，通過利用選定多型的定向種晶，生長出只由一種多型，即6H-SiC，4H-SiC，構(gòu)成的大的單晶體。90年代末由北美的C3 Inc.公司作為首飾用投放于市場，并主要作為鉆石的仿制品。

2、這種材料的合成方法的詳情尚不清楚，不過可以肯定應(yīng)用了在高溫常壓下氣相遷移的化學(xué)機(jī)制。近無色的大顆粒六方-碳化硅，即碳硅石，因?yàn)榫哂信c鉆石相近的導(dǎo)熱性、硬度和光學(xué)性質(zhì)，被廣泛的用作鉆石的仿制品。目前合成碳硅石年產(chǎn)量達(dá)7萬克拉。2.合成碳硅石的寶石學(xué)性質(zhì)：成分：SiC晶系：六方晶系，一軸晶，正光性。折射率：2.649-2.691，雙折射率：0.042；臺(tái)面通常都垂直C軸，刻面棱重影明顯。圖7-51。色散：0.104，大于鉆石；相對密度：3.22，在二碘鉀烷中鉆石下沉，莫依桑石上浮，圖7-52；光澤：金剛光澤；顏色：近無色，通常帶黃綠色色調(diào)；包裹體：常含平行的針狀包體，圖7-53；導(dǎo)熱性：很好，與鉆

3、石相近。圖7-51 雙折射導(dǎo)致的刻面棱重影圖7-52 在二碘鉀烷中鉆石下沉圖7-53 定向的針狀包體3.與鉆石的鑒別特征合成碳硅石具有明顯的刻面棱重影、大量的定向的針狀包體和極高的色散使它十分容易在10倍放大鏡下就可以與鉆石區(qū)分開。此外，利用其較低的相對密度也可以將它與鉆石區(qū)分開。合成碳硅石在二碘甲烷中浮起，而鉆石沉下。其導(dǎo)熱性較高，與鉆石接近，用熱導(dǎo)儀也難以區(qū)分?，F(xiàn)在已研制出一種小儀器（DiamondTester Model 590，圖7-54） ，利用兩者對紫外光吸收特征能夠的不同，來方便、快捷地區(qū)分。 圖7-54 儀器Diamond Tester Model 590可以區(qū)分鉆石與莫依桑石

4、 合成碳硅石上浮二、合成歐泊-合成非晶質(zhì)材料1.概況電子顯微鏡的出現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)了歐泊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的奧秘，也為歐泊的合成提供了理論依據(jù)。1972年合成歐泊由吉爾森（Pierre Gilson）首次合成成功，它是用化學(xué)沉淀固結(jié)的方法合成的。1974年才開始投入市場。目前，合成歐泊已的品種有包括白歐泊、黑歐泊和火歐泊。主要產(chǎn)自法國、日本、俄羅斯和中國。日本和中國生產(chǎn)的相對密度較低的歐泊，是灌注了塑料成分的合成歐泊。2.合成的方法雖然合成方法是嚴(yán)格保守的工業(yè)秘密，但一般認(rèn)為合成歐泊的生產(chǎn)過程可分為三步：首先形成細(xì)粒的二氧化硅化合物，并在水和酒精的溶液中均勻地分布；然后加入堿（如氨），使它們發(fā)生反應(yīng)生成二氧化硅

5、球粒；最后設(shè)法讓這些球粒緊密堆積、脫水、固結(jié)。(1) 形成二氧化硅膠體球：一般是用某些高純度的有機(jī)硅化物（可用蒸餾法制取），如四乙基正硅酸酯（C2H5O）4Si），通過有控制的水解作用生成單色二氧化硅球體。通常使（C2H5O）4Si以小滴形式分散在乙醇的水溶液中，加入氨或其他弱堿并攪拌，使其轉(zhuǎn)化為含水的二氧化硅球體，反應(yīng)式為：（C2H5O）4Si+2H2OSiO2+4C2H5OH反應(yīng)過程中必須小心控制攪拌速度和反應(yīng)物濃度，以使制備的二氧化硅球體具有相同的尺寸。按所要求得到的歐泊的種類不同，球體直徑200nm-300nm不等。(2) 二氧化硅球體的沉淀使分散的二氧化硅球體在控制酸堿度的溶液中沉淀

6、。這一過程可能要超過一年的時(shí)間。一旦沉淀，這些球體便會(huì)自動(dòng)呈現(xiàn)最緊密排列的形式。(3) 球體壓實(shí)這一步是使產(chǎn)品達(dá)到寶石級要求的關(guān)鍵，也最為困難?？蓪ζ涫┘屿o水壓力，將其壓實(shí)。加壓時(shí)將其放入鋼制活塞內(nèi)，加入傳壓液體，當(dāng)加入的液體量增多時(shí)，靜水壓力沿各個(gè)方向施加在沉淀的球體上，而不致于使其畸變。3.合成歐泊的鑒定(1) 顏色特征：許多合成歐泊顯示顯然不同于天然歐泊的十分明亮而鮮艷的顏色。(2) 特殊的色斑結(jié)構(gòu)：合成歐泊的色斑明顯不同于天然歐泊，其色斑邊界呈鑲嵌狀，顯示蜥蜴皮結(jié)構(gòu)(圖7-55)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可見柱狀升起的立體感。天然歐泊的色斑為二維的、絲絹狀， 色斑邊界為過渡漸變特征(圖7-56)。(3)

7、 相對密度：比天然的略低，合成黑歐泊和白歐泊為2.06，有塑料灌注的合成歐泊更低一些，為1.968，天然的為2.10。(4) 紫外熒光：大多數(shù)天然歐泊在長波紫外光下發(fā)強(qiáng)的淡白色熒光，并可有持續(xù)的磷光；而合成白色歐泊在長波下幾乎沒有磷光且熒光很弱，甚至為惰性。(5) 吸收光譜：合成藍(lán)色歐泊由鈷致色，有典型鈷譜，在查爾斯濾色鏡下變紅。天然藍(lán)色歐泊由銅致色。E.折射率：合成火歐泊，有苔蘚狀包體，折射率為1.46，天然火歐泊折射率為1.40。(6) 紫外透過率：合成歐泊比天然歐泊更易透紫外線。(7) 化學(xué)成分：X射線熒光光譜分析結(jié)果合成歐泊有的含有明顯高于天然歐泊的Zr、Cl、Ga等化學(xué)成分。(8)

8、紅外光譜：天然歐泊（包括貴歐泊與火歐泊）的紅外光譜從4000cm以下全吸收，在50005300cm區(qū)間有極強(qiáng)的吸收，在4400和4500cm附近常出現(xiàn)較弱的吸收。天然火歐泊基本不出現(xiàn)4400和4500cm處的較弱吸收峰(圖7-57)。合成貴歐泊的圖譜有兩類。一類從2000cm以下全吸收，36703685cm間有強(qiáng)吸收峰，2665和2265cm處附近有兩個(gè)次級峰（圖7-58） 。-1-1-1-1-1-1-1 圖7-55 合成歐泊的蜥蜴皮狀結(jié)構(gòu) 圖7-56 天然歐泊的 色斑結(jié)構(gòu)特征另一類合成歐泊，還有5806，5734cm的雙峰，4697cm的低寬峰和4398，4343，4255，4166，407

9、8cm其相對密度值通常偏低（圖7-59） 。-1-1-1等吸收峰。這些吸收峰與塑料中的聚丙烯和聚苯乙烯譜峰相似，因此此類合成品為塑料灌注充填的合成歐泊，圖7-57 天然歐泊紅外吸收光譜圖（透射法）圖7-58 合成白色歐泊紅外吸收光譜圖（透射法）圖7-59 合成黑歐泊紅外吸收光譜圖（透射法）三、合成多晶質(zhì)材料多晶質(zhì)材料的合成大多采用的是粉末原料在高溫高壓下發(fā)生結(jié)晶或重結(jié)晶的方法。多晶質(zhì)材料合成的工藝技術(shù)一致嚴(yán)守的機(jī)密，目前尚無這方面有關(guān)的詳細(xì)資料。1.合成孔雀石1987年由俄羅斯合成成功，采用的是從水溶液中生長晶體的方法。俄羅斯合成的孔雀石可顯示三種特征的構(gòu)造，即條帶狀、絲絹狀及蓓蕾狀構(gòu)造。已經(jīng)

10、投入商業(yè)化生產(chǎn)，最大的塊體可達(dá)8kg。合成孔雀石與天然孔雀石性質(zhì)極其相似，只可用一種破壞性測試，即差熱分析將它們區(qū)分。2.合成綠松石1977年由Williams 和Nassau發(fā)表了關(guān)于合成綠松石的報(bào)道。通過對諸多公司生產(chǎn)的綠松石產(chǎn)品分析，發(fā)現(xiàn)只有吉爾森公司的一種產(chǎn)品在成分、原子結(jié)構(gòu)、外觀特征及顯微鏡下結(jié)構(gòu)特征上都與天然綠松石基本相同，只是鐵含量較低。所以人們的確已獲得了合成綠松石。但市場上的合成綠松石非常少，只吉爾森公司1979年還生產(chǎn)過，其余大多是綠松石的人工仿制品。目前，市場上主要的人工仿制品有如下兩種類型。一種是利用陶瓷工藝將綠松石或其它成分的粉末與色素原料燒結(jié)而成，并非真正的合成寶石。另一種是將劣質(zhì)綠松石或其它成分的粉末與色素原料經(jīng)過樹脂或塑料在一定溫度和壓力下粘結(jié)而成，稱為膠結(jié)綠松石（bonded turquoise）。3.合成翡翠翡翠1987年美國通用電器公司宣布成功合成出各種顏色的翡翠，但至今尚未投放市場。它的合成大致是首先制得翡翠成分的玻璃，然后在中壓下使之結(jié)晶。這種合成品顏色比天然品更濃。我國的沈才卿在八十年代也進(jìn)行了合成翡翠的研究實(shí)驗(yàn)，并成功獲得