晶體生長與合成寶石第1頁第一章概論第2頁人工合成寶石概念

人工合成寶石（簡稱為人工寶石），依據“GB/T16552-珠寶玉石名稱”要求，人工寶石定義是：完全或部分由人工生產或制造，用作首飾及裝飾品材料統稱為人工寶石。人工寶石包含合成寶石、人造寶石、拼合寶石和再造寶石。第3頁人工合成寶石命名標準1、合成寶石必須有“合成”二字在名稱之首。2、人造寶石必須有“人造”二字在名稱之首。3、禁止使用生產廠或制造商名稱直接定名，如“查塔姆(Chatham)祖母綠”，“林德（Linde）祖母綠”等；第4頁4、禁止使用生產國名或地名參加定名，如“蘇聯鉆”等；5、禁止使用易混同或含混不清名詞定名，如“紅剛玉”、“合成品”等；6、不允許用生產方法參加定名。第5頁關于“仿寶石”一詞使用方法國家標準：用于模仿天然珠寶玉石顏色、外觀和特殊光學效應人工寶石以及用于模仿另外一個天然珠寶玉石天然珠寶玉石可稱為仿寶石。“仿寶石”一詞不能單獨作為珠寶玉石名稱使用。第6頁

一些人工寶石在不一樣場所下可有不一樣名稱:（1）當代替對應天然寶石時可被稱為合成寶石，如人工合成水晶代替天然水晶時稱“合成水晶”等；（2）當代替非對應天然寶石時則稱為仿寶石(贗品)，如人工合成水晶代替鉆石時稱“仿鉆石”。仿寶石材料能夠是天然，也能夠是人工合成。如紅色尖晶石代替紅寶石時也稱“仿紅寶石”。第7頁人工晶體與人工寶石關系人工晶體人工寶石條件:顏色漂亮、透明度好、硬度高、晶體大小符合寶石加工工藝條件等人工寶石天然寶石代用具

評價:盡可能與天然寶石靠近，越逼真越好。第8頁從熔體中生長晶體方法主要有焰熔法、晶體提拉法、冷坩堝熔殼法、熔體導模法和區域熔煉法從溶液中生長晶體方法主要有助熔劑法和水熱法從氣相中生長單晶體：化學氣相沉淀(CVD)第9頁

第二章

晶體生長理論白鉛礦第10頁§1晶體與非晶體

晶體：具格子結構。如水晶、石鹽固體

非晶體：非格子結構，冷卻了液體如玻璃、琥珀等第11頁§2晶體形成方式自然界中物態：氣態、液態、固態結晶作用基本方式：液—固結晶作用━由液相物質結晶成晶體氣—固結晶作用━由氣相物質直接結晶成晶體，即升華結晶作用固—固結晶作用━由一個固相物質轉變為另一個固相物質，如同質多相轉變、再結晶作用等第12頁熔體均一性成核均一性成核（過冷成核）過冷卻、自發形成晶核作用

晶核在熔體內各處成核機率相同，需要克服相當大表面能位壘，即需要相當大過冷度才能成核。第13頁熔體非均一性成核體系中存在某種不均勻性，能有效地降低表面能成核時位壘，優先在含有不均勻性地方形成晶核。所以在過冷度很小時亦能局部成核難熔雜質在熔體內成核熔體局部組成不均勻出現相界面比如懸浮雜質微粒、容器壁上凹凸不平等引入晶核劑制作微晶玻璃便是依據此原理進行生產第14頁布拉維法則法國結晶學家（1855）從晶體幾何概念角度，闡述實際晶面和空間格子結構中面網之間關系：實際晶體晶面經常平行于網面結點密度最大面網晶體生長時網面結點密度與該面網在垂直方向生長速度成反比面網間距大平行面網之間引力小，而面網本身結點密度大。在晶體生長過程中這種面網平行向外推移就比較困難，即它垂直生長速度小，最終能夠被保留下來而形成實際晶面；反之則逐步消失。各晶面相對生長速度直接影響著晶體形狀第15頁§5影響晶體生長環境原因溫度雜質渦流粘度結晶速率過飽和濃度第16頁§7晶體不完整性（缺點）晶體生長路徑復雜而多樣，并受環境原因影響較大晶體不完整性（缺點）：

偏離晶體結構中質點周期性重復排列性質與現象

對利用造成障礙缺點存在影響

可利用性：導電性、顏色、發光性、強度…缺點分類：性質上分：化學缺點和物理缺點范圍上分：點缺點、線缺點、面缺點和體缺點第17頁

第三章焰熔法生長寶石晶體與判別第18頁本章關鍵點了解焰熔法生長寶石工作原理了解焰熔法生長寶石工藝過程掌握焰熔法生長寶石判別第19頁焰熔法生長寶石工作原理

焰熔法（又稱“維爾納葉法”）是使原料粉末在氫氧焰中，邊投入邊熔融進而結晶生成寶石晶體方法。

當前合成寶石主要方法之一，可生產：

合成紅、藍寶石、合成星光紅藍寶石、合成尖晶石、合成金紅石、人造鈦酸鍶等。第20頁焰熔法生長寶石工藝過程原料提純—原料豐富、價格低廉、提純方便視寶石種類，提純方法也不一樣粉料制備—高純度化學反應完全分散性和均勻性好晶體構型利于晶體生長晶體生長—生長晶芽（或引種、接籽晶）、擴大放肩、等徑生長為倒梨形（梨晶）退火處理—后期熱處理，消除熱應力第21頁晶體生長過程中工藝要求

供料系統：粉料須流動通暢，并均勻、穩定經過燃燒器中心，落入火焰中熔成小液珠，。氣體燃燒器：主要設備，達2900℃．燃燒器結構好壞影響火焰大小和溫度分布，氫氧比決定火焰形狀和溫度改變。爐體：創造保溫條件，使溫度穩定，便于氣體流動和不積粉。若積粉，妨礙氣體流動，產生渦流及局部溫度改變，使晶體生長畸形。下降機構：適應晶體生長溫度，保持晶體固液界面在一定位置，使晶體處于穩定溫度場。隨意調整速度，均勻下降，無振動。起始調整理想位置，晶體頂部溫度高于晶體熔點而低于晶體沸點，確保2～3mm厚熔融層。

第22頁焰熔法生長寶石優缺點優點無需坩堝可生長高熔點（>2800°C）寶石晶體晶體生長速度較快，短時間生長大尺寸晶體設備較簡單，生產率高，適于工業化生產生長過程可進行觀察缺點溫度梯度大，生長晶體質量欠佳不易控溫，內應力大，位錯密度高，須退火處理對粉料純度和粒度要求高，原料成本高不能生長易于揮發和氧化寶石材料第23頁第二節

焰熔法生長剛玉類寶石

焰熔法生長剛玉類寶石晶體包含：

無色合成藍寶石、各種彩色合成藍寶石、合成紅寶石及合成星光剛玉寶石生長彩色合成藍寶石和合成紅寶石，粉料＋著色劑生長合成星光剛玉寶石，粉料＋著色劑＋少許星化劑第24頁第三節焰熔法生長金紅石類寶石

金紅石化學式為TiO2熔點：1840℃密度：4.25左右硬度：6雙折率：0.287色散：0.330金紅石在鈦酸鍶和立方氧化鋯研制以前，是受歡迎鉆石仿制品。第25頁著色劑——合成金紅石顏色Fe——橄欖綠色Mn——黃色Co——暗紅色Cr——橙色第26頁合成尖晶石加著色劑所展現顏色著色劑顏色著色劑顏色FeCuMnCr淺藍色粉紅色黃色紅、綠、棕色CoCo+CrCo+Mn深藍色淺藍色紫色第27頁焰熔法生長寶石共同特征無氣液包裹體、弧形生長紋、面包渣狀包裹體、噴槍材料污染及雜質、易裂開、顏色呆板。第28頁合成紅寶石氣泡及白色和紅色面包渣狀包裹體弧形生長紋臺面二色性紫外熒光強（x下有磷光）

第29頁焰熔法與天然紅寶石判別1、原始晶形：合成為梨形；天然紅寶石為一定幾何多面體；2、天然紅寶石氣液包裹體豐富，呈圓、橢圓、針狀等組成類似指紋狀、羽狀圖案；合成紅寶石中無氣液包裹體，可見面包渣狀包裹體及小而圓氣泡；第30頁

3、天然紅寶石生長紋平直或六邊形；焰熔法合成紅寶石中可見弧形生長紋及與之垂直拉長形氣泡；4、合成紅寶石在臺面方向有二色性，天然刻面紅寶石在腰圍方向有二色性；第31頁

5、焰熔法合成紅寶石熒光（中強-強）強于天然紅寶石；6、焰熔法合成紅寶石在X射線下有磷光現象，天然則無。第32頁焰熔法合成星光紅藍寶石判別1、天然：星光發自晶體內部，柔和；星線寬窄不一，交點處加寬加亮；合成：星光浮在表面、異常明亮、不柔和；星線連續且細直均勻，交點處無加寬加亮；2、天然：內部可見棱角狀包裹體，且顏色有分帶現象；合成：內部彎曲生長條紋，極細白色粉末及分散金紅石包裹體；第33頁

3、長波：天然星光紅寶石弱紅色熒光；合成星光紅寶石呈很強亮紅色；

短波：天然星光紅寶石弱紅色；天然星光藍寶石惰性；合成星光紅寶石極強亮紅色；合成星光藍寶石呈藍白色。第34頁

合成天然顏色均一、呆板自然Inc潔凈，偶見氣泡、色帶少見常見g-l包裹體、小八面體黑色尖晶石包裹體、鋯石RI1.7281.718SG3.63g/cm23.60g/cm2光譜藍色為Co譜：540、580、635nm；紅色：紅區一條。藍色為Fe譜：458nm;紅色：紅區5條吸收線熒光藍色：SW下強藍白色藍色：惰性濾色鏡藍色：變紅不變紅偏光鏡波紋狀消光全消光裂紋垂直晶軸方向有裂紋少第35頁合成金紅石判定：依據密度、硬度、吸收光譜常見顏色：淺黃色，也可有藍、藍綠、橙色。光澤：亞金剛光澤至亞金屬光澤。摩氏硬度：6～7。密度：4.24-4.26（+0.03，-0.03）g/cm3。光性特征：非均質體，一軸晶（+）。多色性：很弱，淺黃，無色。折射率：2.616～2.903。雙折射率：0.287。紫外熒光：無。吸收光譜：黃綠色在430nm以下全吸收。放大檢驗：強重影，普通潔凈，偶見有氣泡。特殊光學效應：色散強（0.330）。第36頁人造鈦酸鍶：（三高一低）即高折射率、高色散、高密度、低硬度晶系：等軸晶系常見顏色：無色、綠色。光澤：玻璃光澤至亞金剛光澤。摩氏硬度：5～6。密度：5.13（±0.02）g/cm3。光性特征：均質體。折射率：2.409。紫外熒光：普通無。吸收光譜：不特征。放大檢驗：氣泡（少見），拋光差（硬度很低）。特殊光學效應：色散強（0.190）。

第37頁思索題1.試述焰熔法生長寶石工作原理。2.焰熔法能夠生長哪些寶石？3.焰熔法生長寶石晶體有哪些優缺點？4.怎樣判別焰熔法生長剛玉類寶石？5.怎樣判別焰熔法生長尖晶石及金紅石晶體？6.焰熔法生長寶石晶體共同特征？第38頁第四章水熱法生長寶石晶體（一）第39頁水熱法生長寶石晶體原理原理：利用高溫高壓水溶液，使在大氣條件下不溶或難溶物質溶解，或反應生成含有該物質（寶石分子）溶液，經過控制高壓釜內溶液溫差產生對流，使溶液過飽和而析出溶質生長晶體方法。適合用于室溫時溶解度較低，高溫高壓下溶解度增高晶體材料。第40頁§1水熱法生長寶石晶體概述

等溫法：利用物質溶解度差異水熱法溫差法：高壓釜上下產生溫差擺動法：利用兩個筒之間溫差

水熱法所需設備：高壓釜、爐子測溫元件（熱電偶）、溫度控制器溫度統計器等。第41頁水熱法生長寶石晶體優缺點

水熱法經典條件：溫度300～

700oC,壓力5.0×107～3.0×108Pa優點(1)生長存在相變(如α石英等)材料；(2)能生長較完美優質大晶體；(3)與天然寶石晶體最靠近。第42頁

主要缺點(1)需特殊材料高壓釜和安全防護辦法；(2)需適當大小、切向適當優質籽晶；(3)整個生長過程不能觀察；(4)投料是一次性，生長晶體大小受高壓釜容器限制。第43頁一、溶液過飽和度二、礦化劑（溶劑）性質和濃度三、對流擋板四、生長區溫度與溫差五、壓力和充填度六、雜質七、籽晶取向八、培養料§2影響寶石晶體生長原因第44頁水熱法生長水晶原理

石英在常溫常壓下是不溶于水，但在高溫高壓下改變溶劑成份和性質可增加其溶解度

石英在NaOH溶液中溶解反應式SiO2(石英)+(2X－4)NaOH＝Na(2X－4)SiOX+(X－2)H2O式中X≥2。在靠近合成水晶條件下，測得X值約在7/3與5/2間。第45頁水熱法生長水晶工藝過程培養體、溶液籽晶：選擇、定向切片，籽晶架參數：體積、充填度、溫度、系統檢驗培養體入釜、放籽晶架、加礦化劑、測液面H、安密封塞、高壓釜入膛、蓋保溫罩、通電等升溫調整、控溫和溫差，停爐、打開保溫罩、冷卻降溫、高壓釜出膛降至室溫、開釜、取晶體、倒余渣、清洗晶體和高壓釜、檢驗四個階段

①準備階段

②裝釜階段

③生長階段

④開釜階段第46頁

項目天然合成晶核無平整片狀籽晶Inc針狀金紅石、電氣石；云霧狀氣液包裹體渣狀、“桌面灰塵狀”包裹體、錐輝石包裹體；圓形、拉長形氣液包裹體顏色深淺不一樣、柔和濃艷、均勻、呆板熱敏感觸及皮膚涼感溫感缺點位錯、腐蝕隧道等第47頁水熱法生長紅寶石晶體判別存在籽晶核、厚板狀-板狀氣液包裹體形狀相同

云煙狀裂隙，充填液體和氣泡紅色熒光強光譜特征不一樣第48頁水熱法生長祖母綠

基本原理培養料分放在頂、底部，兩處物質被溶解、擴散，在中部相遇并發生反應，生成祖母綠溶液，當祖母綠溶液到達過飽和時便會析出，在中部種晶上生長。第49頁

水熱法生長祖母綠判別存在籽晶核紅外光譜包裹體：多相填充腔體、扭曲羽狀、紗狀、絮狀、釘狀、針狀強紅色熒光，濾色鏡下強紅色黑色底襯下，強光照射會出現紅色Ⅰ＋Ⅱ—天然Ⅰ—合成（水熱法）第50頁水熱法合成寶石識別特征1、特征Inc①鉑金屬片：來自坩堝貴金屬內襯②硅鈹石釘狀Inc：合成綠柱石中常見③面包渣狀Inc：合成水晶中常見（錐輝石細小雛晶）④種晶片：水熱法合成寶石均用種晶第51頁2、生長紋理①鋸齒、波狀紋理：合成祖母綠/紅/藍寶石常見②合成彩色水晶色帶常不一樣于天然品，其色帶常平行種晶板；合成紫晶種晶板常平行菱面體面；合成黃水晶種晶板平行底軸面。③表面增生紋理：以切磨好天然淺色綠柱石為種晶，生長一層薄得合成祖母綠來改進寶石顏色外觀方法稱為水熱表面增生或水熱鍍層，這種表面增生祖母綠表面可見顯著龜裂紋。第52頁3、雙晶合成水晶中普通沒有復雜雙晶結構，所以通常在正交偏光下顯示“牛眼干涉圖”（即中空黑十字），看不到“螺旋漿狀”干涉圖。而天然水晶經常出現巴西雙晶，所以常見“螺旋漿狀干涉圖”。第53頁

干涉圖：水晶具特征牛眼干涉圖，天然紫晶大部分有平行于菱面體聚片狀巴西雙晶，兩相鄰雙晶一層屬于左旋光性，另一層屬于右旋光性，會抵消或部分抵消旋光作用，使紫晶干涉圖呈螺旋漿狀黑十字第54頁4、吸收光譜合成紅色綠柱石與天然顯著不一樣，為經典鈷（Co2+）譜，即530-590之間幾個含糊到清楚吸收帶（400nm以下寬吸收，以530nm為中心中等強度較窄吸收帶。545nm和560nm處2個強窄帶，570nm和590nm處2個弱窄帶）。天然紅色綠柱石有450以下和540-580之間寬吸收。第55頁5、紅外光譜①天然祖母綠既含I型水（低堿）又含II型水（高堿），但II型水較多②水熱法合成祖母綠早期產品只含I型水（礦化劑為HCl）。以后新產品既含I型水又含II型水，但仍以I型水偏多。第56頁

③天然無色水晶以3595cm-1和3484cm-1為特征吸收，而合成水晶則缺失這兩個吸收帶，而以3585cm-1或5200cm-1為特征吸收。④合成紫晶含有顯著3545cm-1譜帶，而天然紫晶中這一譜帶顯著較弱⑤與天然相比，合成煙晶缺失3595cm-1和3484cm-1吸收。第57頁思索題1.水熱法生長寶石晶體方法有幾類？2.水熱法生長寶石晶體有幾個？3.水熱法生長各種寶石晶體與對應天然晶體怎樣判別？4.水熱法生長寶石晶體判定特征？5.影響水熱法生長寶石晶體原因？第58頁第五章助熔劑法生長寶石晶體與判別第59頁助熔劑法生長寶石基本原理助熔劑法:在高溫常壓下，借助助熔劑作用加速寶石原料熔融，從熔融體中生長出寶石晶體方法。即將組成寶石原料在高溫常壓下熔融于低熔點助熔劑中，形成均勻飽和熔融液，然后遲緩降溫或在恒定溫度下蒸發熔劑等方式，使熔融液處于過飽和狀態，然后析出寶石晶體生長方法。

第60頁助熔劑法分類

依據晶體成核及生長方式不一樣分為兩類：

自發成核法和籽晶生長法。自發成核法：依據取得過飽和度方式不一樣緩冷法—合成紅寶石、無色藍寶石、祖母綠

蒸發法—合成尖晶石反應法第61頁

籽晶生長法：依據生長工藝過程不一樣籽晶旋轉法—合成紅寶石

頂部籽晶旋轉提拉法—YIG（釔鐵榴石）底部籽晶水冷法—YAG（釔鋁榴石）

④坩堝倒轉法及傾斜法

第62頁助熔劑法生長寶石關鍵原因

——助熔劑選擇

助熔劑性質：1．溶解能力強；2．低熔點、高沸點；3．黏滯性?。?．揮發性、毒性和腐蝕性?。?．易與晶體分離；6．不易污染晶體。第63頁助熔劑法生長寶石優缺點優點適用性強；生長溫度低；可生長有揮發組份并在熔點附近會發生分解晶體；可在相變溫度以下生長晶體；比其它方法生長出晶體質量好；熱量輸送對晶體生長影響能夠忽略；設備簡單。第64頁

缺點生長速度慢，生長周期長；晶體尺寸較?。惠p易夾雜助熔劑陽離子；許多助熔劑含有不一樣程度毒性，其揮發物常腐蝕或污染爐體。第65頁埃斯皮克(Espig)緩冷法生長祖母綠晶體

1888年和19，使用自發成核法中緩冷法生長出祖母綠晶體技術。1924-1942年，德國人埃斯皮克(H.Espig)等進行深入研究，并對助熔劑緩冷法做了改進，生長出長達2cm祖母綠晶體。第66頁

主要設備

高溫馬弗爐和鉑坩堝。合成祖母綠慣用1650℃硅鉬棒電爐。爐子普通呈長方體或圓柱體，要求保溫性能好，良好控溫系統。

第67頁工藝關鍵點:a.嚴格控制原料熔化溫度和降溫速度，方便祖母綠單晶穩定生長，并抑制金綠寶石和硅鈹石晶核大量形成。第68頁

b.晶體生長過程中必須按時供給所需原料，使原料一直均勻分布在熔體中。

第69頁助熔劑法生長釔鋁榴石晶體（YAG）

底部籽晶水冷法生長晶體幾乎沒有熱應力，質量較高。

釔鋁榴石方法：底部籽晶水冷法、緩冷法。第70頁助熔劑法生長寶石判別一、助熔劑法生長寶石特征1、固相包裹體（結晶相包裹體、助熔劑包裹體、未熔化熔質包裹體和坩堝金屬材料包裹體、種晶）；第71頁2、氣相包裹體，由助熔劑揮發性造成；3、氣-固二相包裹體,有時氣相和固相包裹體同時存在。第72頁

4、生長條紋平直生長條紋，由很細包裹體或成份改變、人為溫度波動和對流等引發；5、位錯:生長丘；6、替換性雜質及成份不均勻性：助熔劑陽離子第73頁二、人造釔鋁榴石判定化學成份：Y3Al5O12。結晶狀態：晶質體。晶系：等軸晶系。常見顏色：無色、綠色（可具變色）、藍色、粉紅色、紅、橙、黃、紫紅色光澤：玻璃光澤至亞金剛光澤。第74頁

解理：無。摩氏硬度：8。密度：4.50g/cm3～4.60g/cm3。光性特征：均質體。多色性：無。折射率：1.833（±0.010）。雙折射率：無。第75頁三、人造釓鎵榴石（GGG）判定化學成份：Gd3Ga5O12。結晶狀態：晶質體。晶系：等軸晶系。常見顏色：通常無色至淺褐或黃色。光澤：玻璃光澤至亞金剛光澤。解理：無。摩氏硬度：6～7。第76頁

密度：7.05（＋0.04,－0.10）g/cm3。光性：均質體。多色性、雙折射：無。折射率：1.970（＋0.060）。紫外熒光：短波：中至強，粉橙色。吸收光譜：不特征。放大檢驗：可有氣泡，三角形板狀金屬包體，氣液包體。特殊光學效應：色散強（0.045）。第77頁四、助熔劑法生長紅寶石晶體判別氣相包裹體

似斷非斷，似連非連，與周圍反差大。助熔劑包裹體黃-粉紅色塊狀，呈經典平行條帶狀或云朵狀，有時象水滴、虛線或粘帶狀。第78頁

鉑金屬包裹體金屬光澤，三角形、六邊形等。籽晶法籽晶周圍可見特有云狀或條帚狀包裹體。偶見粗粒助熔劑包裹體和有藍色邊緣籽晶。成份分析

有Pb、B等助熔劑陽離子存在。短波紫外光下

呈中～強紅色熒光第79頁五、助熔劑法生長祖母綠晶體判別紅外光譜判定：不存在任何水吸收峰包裹體特征未熔化固體包裹體呈羽毛狀、紗狀或束狀，看上去象飄動窗紗；階梯狀粗粒助熔劑包體；鉑或硅鈹石固相包裹體。第80頁天然籽晶片痕跡顏色較淺，生長祖母綠顏色較深，圍繞著種晶深色祖母綠部分顯示出相同包裹體類型；成份分析含有Mo和V等助熔劑金屬陽離子第81頁復習思索題1.助熔劑法生長寶石晶體概念？2.助熔劑法生長寶石晶體基本原理？3.合成祖母綠和合成紅寶石晶體可用哪幾個助方法進行生長？4.助熔劑法生長寶石晶體優缺點？5.助熔劑法生長寶石晶體有哪些特征？6.怎樣判別助熔劑法合成祖母綠和紅寶石？第82頁

第六章

熔體法生長寶石晶體與判別第83頁熔體法概念廣義：從熔融體中結晶生長晶體方法

包含焰熔法、助熔劑法、冷坩堝熔殼法…...狹義：利用坩堝直接從對應組成熔體中結晶出相同成份晶體方法。包含晶體提拉法、熔體導模法第84頁熔體法分類生長大型和特定形狀單晶最慣用方法，有兩種：晶體提拉法——丘克拉斯基法合成紅寶、無色藍寶、YAG、GGG、變石、尖晶熔體導模法——定型晶體生長法合成紅、藍寶、YAG、GGG、尖晶、金綠寶石第85頁一、晶體提拉法利用籽晶從熔體中提拉生長晶體。原理第86頁生長裝置1、加熱系統：加熱—電阻（簡單）、高頻線圈。保溫—金屬、耐高溫材料?？販亍獋鞲衅?、控制器等。第87頁

2、坩堝及附件：性質穩定、純度、熔點、機械強度高。慣用鉑、銥、鉬、石墨、SiO2等高熔點氧化物。第88頁3、傳動系統：旋轉、升降穩定，由籽晶桿、坩堝軸、升降系統組成。第89頁4、氣氛控制系統：由真空裝置和充氣裝置組成。晶體不一樣生長氣氛不一樣。第90頁5、后加熱器：由高熔點氧化物、陶瓷或多層金屬反射器制成。通常放在坩堝上部，調整晶體、熔體溫度梯度。第91頁晶體提拉法生長關鍵

（1）控溫生長過程要求固液界面保持熔點溫度，確保籽晶周圍熔體有一定過冷度，其余部分保持過熱。

第92頁（2）提拉速率——決定晶體生長速度、質量適當轉速產生良好攪拌，降低徑向溫度梯度，阻止組分過冷。普通提拉速率6-15mm/h。第93頁優缺點優點生長過程可直接進行測試與觀察，利于控制生長條件；使用優質定向籽晶和“縮頸”技術，降低晶體缺點，取得所需取向晶體；生長速度快;晶體質量較高、位錯密度低。

缺點晶體污染不可防止，液流作用、機械振動和溫度波動會有影響，圓柱形晶體第94頁熔體導模法工作原理

原理：熔體經過毛細管上升至模具頂端，在模具頂部液面上接籽晶提拉熔體，使籽晶和熔體交界面上不停進行原子或分子重新排列，降溫凝固生長出與模具邊緣形狀相同單晶體。適于片狀、管狀和異型截面晶體生長。生長：合成紅、藍寶石、合成變石及YAG。第95頁熔體導模法生長關鍵點

（1）溫度控制——適當溫場爐溫太高，籽晶熔掉，晶體收縮，嚴重時造成缺口；爐溫過低，晶體在導模頂部凝固，呈枝蔓狀和小晶粒團聚狀生長。（2）生長速度——影響晶體質量生長速度過高，生長界面成蜂窩狀，晶體中有大量氣孔或空洞，位錯密度也增高。

第96頁熔體導模法特點優點能直接拉出各種形狀晶體能取得成份均勻摻質晶體生長晶體無生長紋且光學均勻性好缺點同晶體提拉法第97頁熔體法生長寶石判別X射線熒光分析有鉬、鎢、銥、鉑等金屬元素放大檢驗云朵狀氣泡群及條帚狀包裹體提拉法晶體可見拉長氣泡和很細但不均勻弧形生長紋導模法晶體可見分布不均勻氣泡暗域或傾斜照明提拉法晶體偶見細微、類似云霧狀、面紗狀包裹體提拉法生長合成變石折射率和密度略低于天然品可見板條狀雜質晶體、針狀包裹體及彎曲條紋

面紗狀包裹體第98頁復習思索題1.試述廣義和狹義“熔體法”概念，分別包含哪些生長方法？2.晶體提拉法和熔體導模法慣用于生長何種寶石晶體？3.熔體法生長寶石晶體有何特征？第99頁

第七章

冷坩堝熔殼法第100頁本章關鍵點了解冷坩堝熔殼法生長寶石晶體基本原理了解冷坩堝熔殼法生長立方氧化鋯晶體工藝過程掌握立方氧化鋯寶石晶體判別第101頁冷坩堝熔殼法生長寶石基本原理

冷坩堝熔殼法沒有專門坩堝，直接用擬生長晶體材料本身作“坩堝”，使其內部熔化，外部設有冷卻裝置而使表層不熔，形成一層未熔殼，起到坩堝作用。內部已熔化晶體材料，依靠坩堝下降過冷卻使其結晶生長。

第102頁CZ晶體判別

潔凈，偶見漩渦狀內部特征、氣態包裹體或裂紋和未完全熔化面包屑狀氧化鋯粉末。H：7.5～8.5；SG：5.89；RI：2.18；金剛光澤；色散——0.055；光譜——彩色晶體可見光區有特征吸收峰；無色晶體在可見光區有良好透過率。熒光——LW：多數黃橙色；SW：黃色。其它：熱導儀、手感、油筆、成品刻面10X檢驗第103頁

第八章

高溫超高壓法生長寶石晶體與判別第104頁

高溫超高壓法合成寶石是指利用高溫超高壓設備，使粉末樣品在高溫超高壓條件下，產生相變、熔融進而結晶生長合成寶石方法。實質：固—固結晶作用高溫高壓條件下形成寶石礦物有金剛石、翡翠等高溫超高壓：指溫度＞500℃壓力＞1.0×109Pa條件取得：靜壓法（油壓機），動力法（爆炸法或核爆炸）。高溫超高壓法概念第105頁鉆石合成原理

碳同質多像變體鉆石和石墨由相圖可知：常溫常壓下石墨是碳穩定結晶形式，而鉆石處亞穩定態。破壞鉆石C-C鍵需要很高能量，所以，鉆石在常溫常壓下不會自動轉變為石墨。高溫高壓下鉆石是穩定，而石墨中碳原子會重新排列形成鉆石。第106頁人工生長金剛石方法

自1955年美國通用電氣企業最先報導人工生長金剛石獲成功后，南非DeBeers企業、日本住友電氣企業、前蘇聯科學院西伯利亞分院以及中國科學院上海硅酸鹽研究所、鄭州磨料磨具磨削研究所和北京人工晶體研究所等探索和試驗，總結和創造了數十種人工制造金剛石方法，成功方法中主要有三大類：1、靜壓法：靜壓觸媒法；靜壓直接轉變法；晶種觸媒法。2、動力法：爆炸法；液中放電法；直接轉變六方金剛石法3、亞穩定區域內生長法：氣相沉淀法（CVD）；液相外延生長法；氣液固相外延生長法；常壓高溫合成法。第107頁晶種觸媒法合成金剛石原理

以石墨、金剛石粉或石墨-金剛石粉混合物為碳源，在一定溫度梯度下，將熔化于觸媒金屬（鐵鎳）中碳輸送到高壓反應腔金剛石晶種上，碳從六方結構石墨轉變為立方結構金剛石，并以晶層形式沉積于晶種上，從而進行金剛石單晶體生長。第108頁晶種觸媒法合成金剛石優缺點晶種觸媒法優點（與其它金剛石合成技術相比）

能夠控制晶體生長中心數目，晶體生長條件穩定，可取得質量較高大單晶。晶種觸媒法缺點要求反應腔內溫度、溫差和壓力長時間穩定；晶體生長驅動力來自反應腔內溫度梯度（小），所以生長速度慢、周期長；需控制好晶種界面初始生長；成本太高；第109頁晶種觸媒法合成金剛石

晶體特征及判別晶形多呈立方體、八面體及菱形十二面體多為Ib型金剛石（混入空氣中N）多呈淺黃、淺褐色，也有沒有色、綠色和藍色，有平行晶棱色帶晶面可有不尋常樹枝狀生長紋，波狀生長紋，殘留種晶，及觸媒金屬包裹體紫外、X射線和陰極射線下呈規則分區分帶發光現象具磁性第110頁CVD法合成鉆石判別1、生長特征：含有生長層結構，如平行異常消光紋；2、類型：主要為Ib型或含極少孤NⅡa型3、紅外：7354、6856、6425、5564、3323、3123cm-1有與H相關吸收峰，經HTHP處理可將部分除去，只留下3107cm-1H-C峰第111頁

4、熒光特征：未經HTHP處理CVD鉆石含有特征橙紅色熒光；經過HTHP處理后為黃綠色；5、熒光圖案：CVD合成鉆石熒光圖案有細致紋理，尤其在陰極發光下輕易觀察；6、外觀：切磨鉆石往往呈扁平狀，淡褐色到深褐色體色，但經HTHP處理后近于無色；第112頁合成翡翠工藝過程（1）翡翠非晶體制備將化學試劑按配方稱量混合后，在1100℃高溫下熔融，使各成份充分混合成非晶態翡翠玻璃料；

（2）晶質翡翠轉化（脫玻化處理）將翡翠玻璃粉末放在六面砧壓機上進行高溫超高壓處理，使其轉化成晶質結構，即“脫玻化處理”。

第113頁合成翡翠特征及判別合成翡翠即使在成份、結構、硬度、密度等方面與天然翡翠一致，但晶質化作用不夠；顏色不正，呆板；透明度差，發干，達不到寶石級要求；生長時間較短，無天然翡翠細致纖維交織結構；濾色鏡下，部分合成翡翠樣品可呈紅色，說明鉻離子未進入晶格。第114頁區域熔煉法基本原理

區域熔煉過程中，物質輸運是依靠固相和液相密度差驅動。第115頁區域熔煉法通常分兩種：有容器區域熔煉法，無容器區域熔煉法。寶石晶體生長通常采取無容器區域熔煉法，也稱“浮區熔煉法”。生長寶石有：合成變石、合成紅寶石、YAG等。

第116頁區域熔煉法合成寶石判別

合成質量差時出現：生長紋混亂、顏色不均勻、甚至出現氣泡等。區域熔煉法成本昂貴，商業化生產高質量合成寶石并不多見。

無坩堝污染。晶體中少見包裹體和生長紋，質量很好。合成晶體顏色純度高，內部潔凈。熒光強于對應天然寶石。分光鏡下吸收譜線簡單清楚。表面常出現“火痕”等。第117頁第十章化學沉淀法合成寶石與判別第118頁化學沉淀法分類化學液相沉淀法合成歐泊合成綠松石合成青金石合成孔雀石化學氣相沉淀法合成多晶金剛石薄膜合成碳化硅單晶（-碳硅石）第119頁判別1.顏色、外觀、折射率相同2.放大觀察

合成:獨特游彩斑，嵌花圖案，蜥蜴皮或鱗片狀結構，在透射光或反射光下，呈波紋狀結構。天然:具平直彩斑邊緣，色斑呈二維，色塊內常有細直絲絹狀平行條紋。3.紫外線下合成白歐泊:長波:中等強度藍到黃色熒光，無磷光。短波:具中到強藍到黃色熒光，弱磷光。

合成黑歐泊:長波：無到弱，至中等強度黃色熒光，無磷光。短波:無到弱黃色熒光。4.紅外光譜不一樣第120頁合成綠松石種類與判別人工合成綠松石四種類型1.含水酸酐混合物組份加粘合劑，粒狀結構、白色斑點；2.吉爾森合成品，使用天然綠松石成份經化學沉淀而成；3.利用陶瓷工藝，將合成綠松石粉料燒結而成；4.天然綠松石劣質碎粒、粉末和著色組份加膠加壓再造而成。判別顏色：藍色和淡綠藍色表面特征：麥乳效應紅外光譜：與天然品不一樣第121頁合成青金石種類與判別1.

無水酸酐混合物組份加粘合劑，粒狀結構、白色斑點；2.吉爾森合成品，使用天然青金石成份經化學沉淀而成；3.

利用陶瓷工藝，將合成青金石粉料燒結而成；4.天然青金石碎粒、粉末加鈷，燒結而成。人工合成青金石四種類型判別完全不透明表面特征：少許黃鐵礦和方解石且規則分布無熒光密度低于天然品第122頁合成碳硅石判別顏色無色到淺黃色、綠色和灰色，國內多為灰藍色和灰綠色。晶系和光性六方晶系，一軸正光性，α-SiCⅡ類。偏光鏡下呈非均質體；灰藍和灰綠色合成碳硅石，二色性不顯著。折射率與色散度折射率為2.65-2.69；雙折射率為0.043，可見顯著重影；色散大，為0.104。密度與硬度密度為3.20-3.22g/cm3；硬度9.25左右，刻面棱線與CZ相同。第123頁包裹體特征含管狀排列、深色具金屬光澤球狀物，或呈霧狀、分散點狀包裹體，并發覺有小晶體和氣泡；可見平行光軸方向極小白色點狀物，往往呈斷續線狀排列。吸收光譜近無色者在425nm下有一弱吸收。發光性多數在長、短紫外光下呈惰性；少數在長波下呈中-弱橙色熒光，極少數在短波下呈弱橙色熒光，且均無磷光。極少數在X射線下呈中-弱黃色熒光。第124頁導熱性合成碳硅石熱導率為1.6-4.8cal/cm℃,鉆石為0.55-1.7cal/cm℃,同鉆石一樣具鉆石反應。導電性用電導儀檢測，合成碳硅石具導電性；而鉆石除Ⅱb型外，其它各型均不導電。紅外光譜1800cm-1以下吸收為SiC特征吸收譜，-2600cm-1區域內有幾條強吸收峰。第125頁合成碳硅石優點硬度很大，極其靠近鉆石色散大，火彩強作為鉆石仿制品，其密度靠近鉆石合成碳硅石比鉆石更耐高溫，高溫條件下比鉆石更穩定合成碳硅石解理不如鉆石發育，其韌性比鉆石高內部較純凈，內含物較少第126頁合成碳硅石缺點合成碳硅石工藝無法完全控制其顏色合成碳硅石后刻面重影是一個大缺點層狀結構碳硅石{0001}解理，使合成碳硅石硬度降低α-碳硅石—六方晶系屬層狀結構，它包含2H、4H、6H、10H等多型（數字-重復層數，H-六方晶系）。其中，4H（可帶色）和6H（無色）是當前合成碳硅石主要多型。第127頁第十一章

玻璃、陶瓷、塑料等寶石仿制品制作與判別第128頁玻璃仿制品類型

據透明度透明半-不透明各色玻璃——普通玻璃＋著色劑石英玻璃（熔煉水晶）水晶碎料重熔仿綠柱石玻璃——綠柱石碎料重熔仿祖母綠鉛玻璃——玻璃料＋PbO（奧地利鉆）稀土玻璃——玻璃＋REE玻璃貓眼仿翡翠玻璃（馬來玉）——脫?；ＡРＡW泊——硅酸鹽玻璃＋彩虹金屬箔片料仿青金——玻璃料＋銅粉或云母片仿珍珠玻璃——珠核＋覆膜砂金玻璃（金星玻璃）——十余料混合熔煉第129頁人造玻璃貓眼判定折射率1.48-1.69（鉛玻璃和稀土玻璃可＞1.70）硬度5-6密度2.65g/cm3(除鉛玻璃以外）放大檢驗氣泡，固態包裹體（棱角狀銅片），旋渦狀或流紋狀，蜂窩狀結構，斷口粗糙。斷口貝殼狀，玻璃光澤偏光鏡下全消光，強異常雙折射熱敏感性手觸有溫感外觀眼線平直，尖銳和刺眼紫外熒光常見白堊色第130頁陶瓷仿寶石制品陶瓷工藝無機材料粉末加熱或焙燒；無機材料粉末＋粘合劑，熱壓加釉陶瓷仿制品仿歐泊—化學粘結仿青金—尖晶石粉末燒結仿珊瑚—CaCO3粉末＋添加劑燒制仿綠松石—三水鋁石（γ-Al（OH）3）＋著色劑燒結第131頁陶瓷仿寶石制品判定仿歐泊：鑲嵌結構，硬度、密度大于天然歐泊；仿青金青金石光澤玻璃油脂或蠟狀硬度黃色金星＜鋼針＞鋼針折射率1.7281.50～1.67密度3.64g/cm32.75g/cm3仿珊瑚：結構細膩，顆粒分布均勻，無特征結構；仿綠松石：結構致密，顏色呆板，密度和折射率大于天然品第132頁生長發光寶石工作原理

基質為含硼堿土金屬鋁酸鹽，稀土元素為激活劑。化學式：MNAl2-xBxO4

發光材料晶體結構中，Al-O四面體以角頂相連組成六方環，六方環孔道中可充填大半徑堿土金屬陽離子和稀土元素離子，產生缺位在吸收能量后經過激發、躍遷到高層能級、回落時間長，遲緩釋放而長時間發光。第133頁合成過程中影響原因溫度、壓力：遲緩改變，以確保夜光寶石物性。原料粒度：普通粒度越小，寶石硬度和密度越大，耐久性越好。若粒度過小會影響發光性能。夜光產品用途夜光粉夜光寶石裝飾材料-發光涂料、油墨標識材料-指示燈、應急器具冷光源-醫學輔助器物戒面、雕刻品、夜明珠、健身球第134頁拼合寶石和再造寶石及判定第135頁拼合寶石概述拼合寶石：是由兩塊或兩塊以上材料經人工拼合而成，給人以整體印象珠寶玉石。

拼合寶石有久遠歷史(羅馬帝國時期)。

人工合成技術出現，工藝改進和質量提升，拼合寶石才失去優勢。當前拼合寶石仍有兩大用途：

1.模仿昂貴天然寶石,如祖母綠等。2.沒有價值寶石得以利用，如歐泊。第136頁拼合寶石分類依據所用材料、結構、工藝美術、產品質量和效果，將拼合寶石組合形式分為三大類：

二層石、三層石和襯底石二層石：真二層石、半真二層石、假二層石三層石：真三層石、半真三層石、假三層石襯底石：背箔石、涂膜石第137頁拼合寶石共同判定特征1.側面觀察結合縫和粘接痕跡。2.不一樣部位拼合材料折射率、顏色、光澤、透明度和包裹體等特征。第138頁常見拼合寶石制作和判定1.石榴石和玻璃二層石在一厚2.5cm鋼板上打直徑1.3cm孔,每個孔內裝玻璃粉末原料，將拋光好石榴石薄片放在每個小孔上。鋼板置于加熱爐，加熱后冷卻至室溫，取出，再加工拋光，把石榴石作冠部，即成。優點：與玻璃相熔好，無顯著界限，速度快，成本低。

古老拼合石組合，可模仿各種顏色透明寶石，如藍寶石、紅寶石、祖母綠、紫晶等代用具。制作：第139頁

1．將