焰熔法习题20160912

1、焰熔法生长宝石晶体2016年9月12日 焰熔法生长宝石晶体与鉴别焰熔法生长宝石晶体与鉴别本章要点1 焰熔法基本原理、合成装置与条件、过程及特点2 合成品种3 焰熔法合成宝石的鉴定思考题思考题1. 试述焰熔法生长宝石的工作原理。2. 焰熔法可以生长哪些宝石？3. 焰熔法生长的宝石晶体有哪些优缺点？4. 如何鉴别焰熔法生长的刚玉类宝石？5. 如何鉴别焰熔法生长的尖晶石及金红石晶体？6. 焰熔法生长宝石晶体的共同特征有哪些？一、 焰熔法合成方法1 基本原理 焰熔法是从熔体中生长单晶体的方法。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籽晶上固结逐渐生长形成晶体。 目前合成宝石的主

2、要方法之一，可生产：目前合成宝石的主要方法之一，可生产： 合成红、蓝宝石、合成星光红蓝宝石、合成尖合成红、蓝宝石、合成星光红蓝宝石、合成尖晶石、合成金红石、人造钛酸锶晶石、合成金红石、人造钛酸锶等等2 合成装置与条件、过程合成装置与条件、过程 焰熔法合成装置由供焰熔法合成装置由供料系统、燃烧系统和生长料系统、燃烧系统和生长系统组成，合成过程是在系统组成，合成过程是在维尔纳叶炉维尔纳叶炉中进行的中进行的 。 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。

3、 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。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，O2：H2=1：3；氢氧燃烧温度为2900，Al2O3粉末的熔点为2050； 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 C 生长系统 梨晶：长出的晶体形态类似梨形，故称为梨晶。梨晶大小通常为长23cm，直径2.5-5cm。生长速度：1厘米/小时，一般6小时完成即可完成生长。 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

4、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，使晶体得以等径生长。 焰熔法生长宝石的优缺点焰熔法生长宝石的优缺点 优点优点 无需坩埚无需坩埚 可生长可生长高熔点高熔点（2800C）的宝石晶体的宝石晶体 晶体生长速度较快，生长晶体生长速度较快，生长大尺寸大尺寸晶体晶体 设备较简单，设备较简单，生产率高生产率高，适于工业化生产，适于工业化生产 生长过程可进行观察生长过程可进行观察 缺点缺点温度梯度大，生长温度梯度大，生长晶体质量欠佳晶体质量欠佳不易控温，内应力大，位错密度高，须退火处理不易控温，内应力大，位错密度高，须退火处理对粉料纯度和粒度要求高，原料对粉料纯

5、度和粒度要求高，原料成本高成本高不能生长易于挥发和氧化的宝石材料不能生长易于挥发和氧化的宝石材料二、合成品种合成刚玉原料Al2O3 ，另加致色元素如下合成红宝石Cr2 O3， 1-3%合成蓝宝石Fe，Ti；0.3-0.5%合成黄色蓝宝石Ni，Cr合成紫色蓝宝石Cr Fe，Ti合成变色蓝宝石Cr2 O3，V2O5，3-4%合成星光红宝石TiO2 0.1-0.3%，Cr2 O3 1-3%合成星光蓝宝石FeO+TiO2：0.3-0.5%；TiO2 ： 0.1-0.3%1 合成刚玉 2 合成尖晶石红色： MgO：Al2O3=1：1，致色元素Cr2 O3蓝色：MgO： Al2O3 =1：1.5-3.5，

6、致色元素Co；绿色：MgO： Al2O3 =1：3褐色：MgO： Al2O3 =1：5粉红色：MgO： Al2O3 =1：1.5-3.5 致色元素Cu； 有月光效应的无色品种： 1：5，过多的氧化铝未熔形成无数细小针状包体导致月光效应，有时甚至形成星光。 烧结蓝色尖晶石：由钴致色，并加入金粉，用来仿青金岩。 3 合成金红石 获得的梨晶为蓝黑色，这是因为高温下形成了Ti33+ 和相应的氧空位。通过在高温氧化环境中退火处理，退火温度为800-1000 ，即可去除蓝黑色，变为淡黄色到近无色的透明晶体。 合成金红石的宝石学性质 化学成分：TiO2； 四方晶系 光泽：金刚光泽； 透明度：透明； 颜色：无

7、色者常带浅黄色调。还可有红、橙、黄、蓝色者。 硬度：6-6.5； 相对密度：4.25； 折射率：2.616-2.903； 双折射率：0.287； 光性：一轴晶正光性； 色散：极强，0.28-0.30； 光谱：紫区末端有强吸收带，使其光谱看似被截短了； 内含物：气泡、未熔粉末； 4 人造钛酸锶 与合成金红石一样，其合成装置也必须多加一根氧管，长出的晶体也是乌黑的，需要在氧化条件下退火（温度1600 ），才能变成近无色的透明晶体。 所采用的原料为：SrO ： TiO2 =1：1钛酸锶的宝石学性质 化学成分：SrTiO3； 等轴晶系 光泽：亚金刚金刚光泽； 透明度：透明； 颜色：无色为主，偶见红、黄

8、、蓝、褐色材料； 硬度：5.5-6； 比重：5.13； 断口：贝壳状； 折射率：2.41，单折射； 色散：0.19，极强； 内含物：气泡；焰熔法合成宝石的鉴定焰熔法合成宝石的鉴定1 1）原始晶形原始晶形 梨形梨形。而天然宝石的晶体形态为一定的几何多。而天然宝石的晶体形态为一定的几何多面体。晶体生长时，温差较大，宝石内应力大，面体。晶体生长时，温差较大，宝石内应力大，晶体裂成晶体裂成半圆形晶棒半圆形晶棒。 2 2）、气泡）、气泡 晶体生长过程没有水参与，无气液包裹体。晶体生长过程没有水参与，无气液包裹体。3 3）弯曲生长纹）弯曲生长纹 晶体生长过程伴随旋转，横截面留下密集弧形晶体生长过程伴随旋转

9、，横截面留下密集弧形生长纹或色带。生长纹或色带。焰熔法合成红宝石中的气泡及弯曲生长纹焰熔法合成红宝石中的气泡及弯曲生长纹4 4）. .面包屑状包裹体面包屑状包裹体 未熔融的粉末撒落在晶体上。未熔融的粉末撒落在晶体上。5 5）个体较大，颜色鲜艳个体较大，颜色鲜艳返回合成红宝石的鉴定合成红宝石的鉴定(1)原始晶形(2)颜色 ：过于纯正、艳丽，给人以不真实感。 (3)多色性 ：从台面观察可看到较明显的二色性。 (4)发光性 ：紫外光光源照射下可发强红色荧光 ，X射线有红色磷光 ，查尔斯滤色镜下可有更明显的红色 (5)生长线弧形生长线是区分的重要依据 (6)气泡有较明显的轮廓，一般为球状，少数情况下变

10、形成蝌蚪状异形气泡。 焰熔法合成蓝宝石焰熔法合成蓝宝石(1)生长纹：具有较宽的生长线。(2)气泡：与合成红宝石中的类似，有时气泡周围会有蓝色物质聚集，在鉴定中更容易发现。(3)发光性：焰熔法合成蓝宝石的发光性较活跃，不同颜色的样品具有不同的荧光特点。 (4)吸收光谱 ：缺失天然蓝宝石中的特征铁线。 合成星光刚玉天然星光刚玉内含物大量气泡和未熔粉末；金红石针极其微小，难以辨认;弯曲色带明显各种晶体包体、气液包体、指纹状包体；金红石针较粗，易识别；直角状或六方色带星带外观特征星光浮于表面，星线直、匀、细，连续性好；中心无宝光星光发自内部深处；星线中间粗，两端细，可以不连续；中心有宝光焰熔法合成星光

11、刚玉焰熔法合成星光刚玉合成尖晶石的鉴定：合成尖晶石的鉴定：异常消光、折射率和密度异常消光、折射率和密度均大于天然品，均大于天然品，荧光强、吸收光谱荧光强、吸收光谱不同于天然品不同于天然品晶 系：等轴晶系，内部晶格常发生畸变。密 度：3.64（+0.02，-0.12）g/cm3。光性特征：均质体，常具异常光性（晶格畸变）。折 射 率：1.728（+0.012，-0.008）。紫外荧光：（略）紫外荧光：（略）吸收光谱吸收光谱：红色：688nm线，695nm带，680nm690nm带。 变色：525660nm，690nm带。 粉色：640700nm强带。 深蓝色：550nm，570600nm强带，带

12、，625650nm带。 绿、绿蓝色：425nm吸收带。放大检查：焰熔法焰熔法：洁净，偶见弧形生长纹，气泡。 合成尖晶石天然尖晶石内含物包体少，偶有气泡，形态狭长或异形；色带少见，仅见于红色尖晶石中气液包体常见晶体包体：尤其是八面体形色带少见RI1.727 Fixed红色尖晶石例外用于检测折射仪1.714-1.718,高铬的红色尖晶石: 1.74镁锌尖晶石: 1.715-1.80锌尖晶石: 1.80SG3.63，红色尖晶石：3.60-3.66；仿青金岩的烧结蓝色尖晶石：3.523.60光谱蓝色者：Co谱,540, 580和 635nm处有吸收带；红色：红区只有一条荧光光谱线浅黄绿色：445nm，

13、422nm线蓝色者：Fe谱，蓝区458nm有吸收带；红色者：红区5条管风琴状荧光谱线（交叉滤色镜下观察）荧光及滤色镜无色者：SW下强蓝白色；蓝色者：SW：红色或蓝白色，滤色镜下变红红色：红色荧光，滤色镜下变红无色：惰性蓝色：惰性，滤色镜下不变红红色：红色荧光，滤色镜下变红正交偏光镜斑纹状消光红色尖晶石例外全消光合成尖晶石的斑纹状消光 合成金红石的鉴定：合成金红石的鉴定：根据根据密度、硬度、吸收光谱密度、硬度、吸收光谱常见颜色：浅黄色，也可有蓝、蓝绿、橙色。光 泽：亚金刚光泽至亚金属光泽。摩氏硬度：67。密 度：4.26（+0.03，-0.03）g/cm3。光性特征：非均质体，一轴晶，正光性。多 色 性：很弱，浅黄，无色。折 射 率：2.6162.903。双折射率：0.287。紫外荧光：无。吸收光谱：黄和蓝色在430nm以下全吸收以下全吸收。放大检查：强重影强重影，一般洁净，偶见有气泡。特殊光学效应：色散强色散强（0.330