合成宝石毕业论文

1、百度文库-让每个人平等地提升自我20132014学年第二学期合成宝存/课程期末大（论文）班级：班 工商（珠宝鉴定）本学号：姓名：至晶任课教师：张晓晖分数:评语：教师签名： 批阅日期：我看合成红宝石工艺及鉴别摘要：合成红宝石的方法多种多样，常见的有助溶剂法、水热法和提拉法， 但在生产中广泛采用的是焰熔法。关键词：合成红宝石助溶剂生长法水热法焰熔法、提拉法前言 合成红宝石（Synthetic ruby） 通常呈现鲜亮的红色/与天然红宝石区别 甚小，物理性质也相同。除像天然红宝石一样被加工成椭圆形、圆形或梨形 的混合刻面琢型以及腰圆型外，有时还被加工成一些特殊琢型，如上部为中 凸的弧形面，而下部为刻

2、面的长方形或椭圆形混合琢型 ；或者上部为中凸的弧 形面和刻面，而下部为刻面的长方形混合琢型。这些特殊琢型是合成红宝石 特有的，其粒重多在515克拉。也有用合成红宝石加工珠形项链和手镯的。 合成红宝石是按工业规模生产的第一种合成宝石。一、合成红宝石的技术与方法（一）助溶剂生长法合成红宝石助溶剂生长法合成红宝石晶体1是在自发成核缓冷法合成无色蓝宝 石晶体的基础上发展而来。无色合成蓝宝石晶体的助溶剂生长法首次由德 国人实现于1837年，方法较简单，是用PbF-PbO作助溶剂，Al?O祚原料， 将其混合后放入钳金塔埸中，加热至1350C,经数小时后，使Al?O完全熔 融，工之后按照1C/h的冷却速度冷

3、却至900-1000 C,倒出残余助溶剂熔融 液，冷却至室温后，用硝酸溶液溶去助溶剂，由此得到无色蓝宝石晶体位 错密度较低。1969年，市场上出现了 “卡善”助溶剂法合成的红宝石，该 合成的红宝石内部不但添加了铭元素，而且还添加了铁元素作为致色元 素，使其与天然红宝石难以辨别。另外，美国的C卡塔姆也用助溶剂法合成了红宝石和蓝宝石晶体，而拉马拉（ Ramaura公司在用助溶剂法合 成的红宝石中添加了一种可以发荧光的成分，使得这种合成红宝石很容易 被鉴别。而我国在1990年后由国家建材局人工晶体研究所采用助溶剂法成 功合成出红宝石晶体。此次晶体生长使用了籽晶，但合成的红宝石晶体没 有进行商业化生产

4、。助溶剂法合成红宝石晶体的具体工艺步骤如下：(1)称取适量的Al?O口少量的Cr?O?乍原料，力口入适量的助溶剂 Pb O-B?M PbF-PbO。(2)将以上原料及助溶剂混合后放入钳塔埸内，再将钳塔埸置于装有旋转支 持底座的电炉内加热。(3)升温至1300C,并按一定的速率变化旋转塔埸，使塔埸内的助溶剂和原 料完全熔融。(4)停止加热，以2C/h的冷却速度缓慢冷却至915C,大致需要8天。(5)晶体生长结束，倒出助溶剂，也可在塔埸底部打一小孔，使塔埸中助溶 剂流出。(6)用稀硝酸将残存在红宝石晶体表面上的助溶剂溶解，即可获得合成红宝 石晶体。用此法生长出的合成红宝石晶体成本高，难以大量生产。

5、(二)水热法合成红宝石水热法生长晶体是在水溶液中生长晶体的方法。国外的水热法合成红宝 石于1991年由俄罗斯小批量商业生产。1993年初，俄罗斯科学院西伯利亚分院 与泰国The Pinky Trading Company 组建了 TAIRUS合资公司，并开始大批量 生产水热法合成红宝石2。目前的年产量约为200 kg。视重量大小和质量高 低价格305倭元/克拉不等。国内的桂林水热法合成红宝石则是继Russia和Tairaus工水热法合成红宝石之后出现，并于最近进入珠宝市场的一种新产品。 它的生产工艺如下：原料：分析纯的刚玉晶体碎块，Al (OH 2/着色剂：Cr?O或者KCr?O?(按1%!加

6、入)。/矿化剂：KHCG+NOCO7(浓度均为L)。/籽晶片：提拉法合成的无色刚玉晶体，沿(22Z3)或(1010)方向切割。充填度：60%fc右。生长温度：500620c。温差：30700 c压力：（） x 100 Pa。/、恒温时间：10天左右，晶体达15mm50mm17mm重达。生长速率：d。红宝石2的水热生长试验是在密封的贵金属衬管中进行。使用自行设计480/520（忙）.Vmol L-制造的反应腔尺寸为 d 38m储700 mm勺 高压釜及温差井式电阻炉，认真调整DWT-70箱密温度自动控温仪使高压釜 反应腔内的温度曲线达到本试验的要求 （右图），釜内温度500c600C,晶体生 长

7、区（低温区）与溶解区（高温区）的温差 范围30c80C,釜内压力1 500 atm2 000 atm,釜内开孔档板使用贵金属，开孔率为5%-25%Z保证溶质的传输及生长基元在晶体表面的叠合（三）焰熔法合成红宝石焰熔法是从熔体中生长的方法。其原料的粉末在通过高温的氢氧火焰后 熔化，熔滴在下落过程中冷却并在种晶上逐渐生长形成晶体。将调配好的原 料细粉从管口漏下，均匀喷洒在氢氧焰中被熔化后，再冷凝结晶于种晶或“梨 形单晶”顶层；梨晶长大是从顶部熔化的开始，生长过程中其底座下降并旋 转，以确保其熔融表面有合宜的温度逐层生长，边转动边晶出的具有如同唱 片纹的弧线生长纹或色带，以及珠形、蝌蚪状气泡等特征；

8、不用塔埸的这种 方法可以低成本制取合成。焰熔法的合成工艺流程如下3 ：，/A.供料系统原料：成分因合成品的不同而变化。原料的粉末经过充分拌匀，放入料 筒。料筒（筛状底）：圆筒，用来装原料，底部有筛孔；料筒中部贯通有一根 震动装置使粉末少量、等量、周期性地自动释放。震荡器：使料筒不断抖动，以便原料的粉末能从筛孔中释放出来。合成红宝石，则需要AO?和Cr?O,三氧化二铝可由铝镂矶加热获得； 致 色剂为 Cr?O?1-3%,B.燃烧系统：氧气管：从料筒一侧释放，与原料粉末一同下降；氢气管：在火焰上方喷嘴处与氧气混合燃烧。通过控制管内流量来控制' 氢氧比例，O. H=1: 3;氢氧燃烧温度为2

9、5000G Al?O粉末的熔点为20500C;冷却套：吹管至喷嘴处有一冷却水套，使氢气和氧气处于正常供气状态， 保证火焰以上的氧管不被熔化振动牌粉末添料一轼冷却会生检总体耐火C.生长系统 落下的粉末经过氢氧火焰熔融，并落在旋转平 台上的籽晶棒上，逐渐长成一个晶棒（ 梨晶）。水套 下为一耐火砖围砌的保温炉，保持燃烧温度及晶体生 长温度，近上部有一个观察孔，可了解晶体生长情况。 耐火砖：保证熔滴温度缓慢下降，以便结晶生长；旋转平台：安置籽晶棒，边旋转、边下降；落下 的熔滴与籽晶棒接触称为接晶；接晶后通过控制旋转 平台扩大晶种的生长直径，称为扩肩；然后，旋转平 台以均匀的速度边旋转边下降，使晶体得以

10、等径生 长。（四）提拉法合成红宝石原料：A亦口 1-3%勺CrR?加热：高频线圈加热到2050c以上；屏蔽装置：抽真空后充入惰性气体，使生长环境中保持所需要的气体和压强。将原料装入钺、鸨或铝塔埸中。塔埸上方的提拉杆的下端的籽晶夹 具上装一粒定向的红宝石籽晶。将塔埸加热到，使原料熔化。再降低提拉杆， 使籽晶插入到熔体表层。控制熔体的温度，使之略高于熔点。熔去少量籽晶 以保证能在籽晶的清洁表面上开始生长。在实现籽晶与熔体充分沾润后，缓 慢向上提拉和转动晶杆。控制好拉速和转速，同时缓慢地降低加热功率，籽 晶直径就逐渐扩大。小心地调节加热功率，实现宝石晶体的缩颈 -扩肩-等径- 收尾的生长全过程。通过

11、屏蔽装置的窗口可以观察生长过程，还可利用红外传感器测量固-液界面的亮光环温度，实现控制生长过程。二、合成红宝石的鉴定特征（一）助溶剂法合成红宝石的鉴定特征A、助溶剂残余包裹体B、气固两相包体：C、钳金片口特殊的色带或色域助熔剂合成宝石中可见直线状、角状生长环带，这些特征与天然红、蓝宝 石中的色带，在外观上是一致的。但在拉姆拉合成红宝石中可出现一种搅动 状的颜色现象和纺锤形色域，在多罗斯（Douros）合成红宝石中可出现浅红、 无色色带和蓝色三角色块。F、种晶早期生产的产品采用了很大的种晶，例如 Leichleitner公司仅在种晶上生长薄薄的一层合成红宝石。目前，绝大多数的助溶剂法合成红、蓝宝

12、石中 很难看到种晶及其相关的特征。G发光性紫外光下助溶剂法合成红宝石呈中一强的红色荧光，可以对红宝石的鉴 定起到指示作用，而拉姆拉红宝石加入了某些稀土元素，在紫外光下橙红色 荧光。少数样品可能显示蓝白色荧光。H、可见光谱/助熔剂法合成红宝石的吸收光谱与天然的一样，只是比天然红宝石更清 晰、更明显。I、微量元素用电子探针分析暴露到宝石表面的助溶剂残余包裹可以检验出包裹的化 学组成，用X-荧光能谱仪，可以无损分析出宝石所含的微量化学元素。最常 用的助溶剂是一些重金属的氧化物，如PbO Pb巴BiO?、MOO2以外还可有BR0 LiQ 有时也用冰晶石（NaAlF6）。（二）水热法合成红宝石鉴定特征由

13、于水热法是模拟天然红宝石的生成环境 因此在其内部具有许多与天然红宝石相同的特征 如有色带、平直生长纹、晶体包体及裂隙。但需 要指出的是：（1）籽晶片是水热法合成晶体所必须的，具颜色有深有浅，有时也为无色的 切磨后的宝石成品一般很少选含籽晶片的部位 ，但最近市场上出现了一种象 三明治一样切磨成弧面的成品（见右图），所以，遇到弧面型的优质红宝石时应 格外小心。（2）黄金丝残余在每块原料中都可以看到黄金丝的残余/黄金丝是在晶体生长 中用以悬挂籽晶片的。在琢磨好的成品中一般不易见到 ，但在个别成品中可以 观察到籽晶片中用以系黄金丝的针孔。钳金片 高压釜上脱落的钳金片有时混杂在结晶好的晶体里(4)气相包

14、裹体气泡在晶体中偶而出现，数量时多时少。.(5)胶状包体/本次取样中还观察到一种似熔化的胶体一样的包体。尘埃状包体(三)焰.法合成红宝石鉴定特征1.原始晶形焰熔法合成的宝石原始晶形都是梨形。 而天然宝石的晶 体形态为一定的几何多面体。2 . 包裹体：合成红、蓝宝石中常可见气泡和未熔粉末出现，一般气 泡小而圆，或似蝌蚪状4;可单独或成群出现；合成 尖晶石中气泡和未熔粉末较少出现，偶尔出现的气泡多 为异形。3 .色带：红宝石中常常为细密的弧形生长纹，类似唱片纹；蓝宝石中色带较粗而不连 续；黄色蓝宝石很少含有气泡，也难见色带。天然红宝石和蓝宝石都显示直 或角状或六方色带。合成尖晶石很少显示色带。4

15、.吸收光谱：合成蓝宝石的光谱见不到天然蓝宝石通常可以见到的蓝区的吸收，或450nm的吸收带十分模糊。合成蓝色尖晶石显示典型的钻谱(分别位于540、580、635nm的三条吸收带)，天然蓝色尖7晶石显示的是蓝区的吸收带，为铁谱。5 .荧光合成蓝宝石有时显示蓝白色或绿白色荧光，天然的为惰性；合成蓝色尖晶石 为强的红色荧光，而天然的也为惰性。合成红宝石通常比天然红宝石的红色 荧光明显强。6 .帕拉图法：将刚玉浸于盛有二碘甲烷的玻璃器皿中人在显微镜下沿光轴 方向，加上正交偏光片下，合成刚玉可以观察到两组夹角为、1200的结构线7 .焰熔法合成星光刚玉：合成星光刚玉内含物，大量气泡和未熔粉末；金 红石针

16、极其微小，难以辨认；弯曲色带明显，星带外观特征，星光浮于表面,星线直、匀、细，连续性好；中心无宝光。8 .合成红、蓝宝石的加工质量：天然合成红、蓝宝石的加工质量通常较为精 细，尤其是高质量的宝石，具台面通常垂直 光轴，以显示最好的颜色。而合成红、蓝宝 石加工质量通常较差，常见火痕，更不会精 确定向加工。加上，合成梨晶通常因为应力 作用会沿长轴方向裂开，其长轴方向与光轴 方向夹角为60度，为了充分利用原料，具台 面通常会平行长轴方向切磨（图2-6 ）。所 提拉法合成红宝石的弯曲生长教 以合成刚玉在台面通常都可见多色性，而 天然的则不然。（四）提拉法合成红宝石鉴定特征1 .合成红宝石可见极细的弯曲

17、生长纹和拉长的气泡，有时还可见云朵状的气 泡群。2 .宝石中偶尔可见未熔化的原料粉末。/3 .在暗域照明和斜向照明下，偶尔可见一些细微的白色云状包体。4 .显微镜下有时可见晶体不均匀的生长条纹。5 .宝石晶体可能带有籽晶的痕迹。6 .用电子探针和X射线荧光分析法，可检测宝石晶体中的钺或铝金属包体三、我看合成红宝石未来发展前景合成红宝石颜色均一、内部缺陷少、洁净、块体大，偶尔可见弧形生长线；合成红宝石包体少偶尔可见单一的圆形、泪滴形气泡；合成红宝石的荧 光较天然红宝石强在紫外灯下呈透明的红色；天然红宝石和合成红宝石在加 工时在宝石晶体原料中的取料方向不同，二色性的显示方向亦不同。合成刻 面红宝石

18、在宝石的台面方向显二色性而天然刻面红宝石在腰围方向观察才显二色。人工合成宝石的主要价值在于。但是，有一点要说明，人工合成宝石的 数量是不是“稀少”这个概念是相对的，若与同类天然宝石的高档品比，人 工合成宝石不算稀少；但若与同类天然宝石比或与可用于装饰的材料比，人 工合成宝石的数量还是属于“稀少”的。另外，许多著名的人工合成宝石， 由于年代久远，随着时间的推移，其价值会不断提高，有些甚至可以达到收 藏的水平。人工合成宝石的价格，与同等颜色、同等质量的天然宝石比，应 当说是相当便宜的。其便宜的幅度与合成的方法难易、产量的大小及其它因 素有关。综合来看，其便宜幅度从万分之一到十分之一不等。例如水热法合成的 鸽血红红宝石戒面，每克拉价格250元左右，天然鸽血红红宝石若达到无棉无 裂、无包裹体与生长线的优质品，其价格应当在 25000元/克拉左右，即水热 法合成的鸽血红红宝石便宜幅度为千分之一左右。因为