宝石的力学性质课件

第二节

宝石的力学性质

一、宝石的硬度

二、宝石的解理和断口

三、宝石的韧性和脆性

四、宝石的比重（相对密度）.第二节宝石的力学性质

一、宝石的硬1一、宝石的硬度•硬度：

–指宝石抵抗其它物体刻划或压入其表面的能力。

–根据测量方法，可表示为:

•

刻划硬度——相对硬度

•

压入硬度——绝对硬度.一、宝石的硬度.2摩氏硬度：属于一种刻划硬度，即利用摩氏硬度计与被测矿物相互刻划比较而测定的硬度。摩氏硬度计由十种不同硬度的矿物组成，分为十级：1、硬度的表示方法.摩氏硬度：1、硬度的表示方法.3影响宝石硬度的因素：化学成分、化学键、晶体结构用下面常见物质的相对硬度补充：指甲： 2.5铜针： 3.0窗玻璃： 5~5.5刀片： 5.5~6刚挫： 6.5~7.影响宝石硬度的因素：化学成分、化学键、晶体结构用下面常见物质42、硬度在宝石中的作用（1）硬度对宝石加工的影响不同硬度的宝石材料，加工的难易程度不同，需要使用不同的加工方法、加工设备及工艺材料。（2）硬度对宝石鉴定的作用硬度是宝石的一种重要物理常数，可作为鉴定宝石的重要依据。但硬度测试属破坏性鉴定法，必须谨慎使用。宝石鉴定中，测试硬度的常用工具有：硬度笔——用标准硬度矿物碎片镶在笔杆上制成。硬度板——用标准硬度矿物研磨抛光制成的方形小片。.2、硬度在宝石中的作用（1）硬度对宝石加工的影响.5..6二、宝石的解理和断口•解理和断口都是宝石材料在外力作用下所表现出的破裂面性质。•但解理仅出现于宝石晶体中，而断口不论在晶体、非晶体以及矿物集合体上都可以发生。.二、宝石的解理和断口.7各等级解理的特征.各等级解理的特征.8解理分级表.解理分级表.9..10•3、解理在宝石中的作用

–由于同种宝石晶体的解理特征（解理组数、方向、完善程度、解理角）总是相同，所以解理是鉴定宝石的重要特征。

–解理对宝石的加工有很大影响，具极完全和完全解理的宝石材料难于加工，因容易碎裂、沿解理面方向难抛光。不过，有时可以利用解理方向来分割宝石。

–解理发育的宝石对宝石的耐用性有一定影响，受力后容易破碎。.•3、解理在宝石中的作用.11（二）断口•1、断口定义：

–指宝石（晶体、非晶体、集合体）在外力作用（打击、挤压）下不依一定结晶方向破裂而形成的凹凸不平的断面。•2、常见断口：

–贝壳状断口——水晶、锆石、橄榄石、芙蓉石、欧泊、玛瑙、绿松石等。–参差状断口——磷灰石、翡翠、软玉、青金石、石英岩玉、木变石等。.（二）断口.12..13..14•3、断口在宝石中的应用

–断口的形态特征可以作为鉴定宝石的辅助依据。–通过对断口的观察，可以了解玉石质地的细腻程度。–例如绿松石：•质地细腻者，断口平坦或近似贝壳状；•质地粗糙者，断口参差粒状。.•3、断口在宝石中的应用.151、定义：韧性——指宝石受外力作用（打击、碾压）时不易发生破碎的性质。脆性——指宝石受外力作用（打击、碾压）时易于发生破碎的性质。2、韧、脆性与硬度的关系：没有必然关系。硬度大的宝石不一定韧性大或脆性小。如金刚石，虽然是硬度大的物质，但硬而不韧，它可以刻划钢锤，却经不起钢锤一击，甚至掉到地上也可能碰碎。三、宝石的韧性和脆性.1、定义：三、宝石的韧性和脆性.16•3、宝石的韧、脆性特点：–单晶质宝石大多有一定脆性。尤其是离子键性程度较高的宝石晶体，脆性较大。晶体的脆性还与解理发育程度有关。例如：•钻石，有较发育的八面体完全解理，因而较性脆；•黄玉，有垂直C轴发育的完全解理，故脆性大。–玉石的韧、脆性与其组成矿物之间的接合方式有关。例如：•软玉、翡翠都具有很大的韧性，因具显微纤维状紧密交织结构，颗粒间的接合力强；•石英岩玉、青金石等的韧性较低，是因具粒状结构，颗粒间的结合力弱。.•3、宝石的韧、脆性特点：.17常见宝石材料的韧性值•常见宝石韧性由强→弱：

–黑金刚石→软玉→硬玉→刚玉→金刚石→水晶→

海蓝宝石→橄榄石→祖母绿→黄玉→月光石→金绿宝石→萤石.常见宝石材料的韧性值.18•4、韧、脆性对宝石加工及使用的影响：

–韧性大的宝石一般加工难度较大，主要是不易抛光；–脆性大的宝石一般也不好加工，因容易破碎；–对于韧性低或脆性大的宝石在加工和使用过程中要注意维护，以免受外力影响而破碎。.•4、韧、脆性对宝石加工及使用的影响：.19四、宝石的比重（相对密度）•1、定义：

–比重——相对密度，指矿物在空气中的重量与同体积水在4℃时的重量之比。在4℃时，1cm3水的质量为1g。–在国际单位制和我国的法定计量单位中，比重已经费除，改用相对密度。但由于行业习惯，在宝石界仍普遍使用“比重”一词。–目前，宝石界也常用“密度”一词，其定义是：宝石单位体积的质量（g/cm3）。它在数值上与比重相同。

.四、宝石的比重（相对密度）.203.52钻石2.71祖母绿4.00红宝石3.75金绿宝石1.00水•2、比重的意义

–比重是宝石的重要物理性质，也是一项稳定的物理常数，对于鉴定宝石十分重要。.3.52钻石2.71祖母绿4.00红宝石3.75金绿宝石1.21•3、比重的测定方法

–宝石比重的测定有静水称重法、重液法等。

–静水称重法：用比重天平分称出宝石在空气中重量W1和宝石在水中重量W2，然后按下式计算比重SG值：

SG=W1/(W1-W2)

.•3、比重的测定方法.22重液法.重液法.23●常见重液的比重：饱和盐溶液 1.15 甲苯 1.49四氯化碳 1.59 一溴化萘 1.66三溴甲烷 2.89 三溴乙烷 2.95二碘甲烷 3.30 克列里奇液 4.15甲酸铊 4.65 硝酸铊银 5.00●可作指示标准液体的比重的宝石月光石 2.56 石英 2.66海蓝宝石 2.72 软玉 2.95碧玺 3.06 紫锂辉石 3.18●重液配制注意事项1.挥发性小、透明度好、化学性质稳定、黏度适宜、无毒无臭2.低值重液与高值重液能无限混溶，混合后不产生第三种物质3.两种重液的挥发性尽可能接近，否则，重液的比重和折射率会随时间而变化.●常见重液的比重：饱和盐溶液 1.15 甲苯 1.49●24热电：由于温度升高或降低，使宝石晶体产生电压或形成表面电荷的效应，称热电效应。静电：某些有机化合物，当反复摩擦时，表面产生静电荷的现象。压电：晶体受到压力作用时，会产生电荷，相反，当受到电压作用时，又会产生频率很高的振动。宝石的这种可以使压力和电荷互换的性能称为压电性。导热：宝石传导热的性能。用热导率表示。导电：宝石传导电的性能。宝石的其它物理性质：.热电：由于温度升高或降低，使宝石晶体产生电压或形成表面电荷的25常见宝石和某些材料的相对热导率（以尖晶石热导率为基数1）.常见宝石和某些材料的相对热导率.26第三节宝石中的包裹体•一、包裹体的概念•二、包裹体的分类•三、包裹体在宝石中的应用.第三节宝石中的包裹体.27一、包裹体的概念•包裹体也称内含物，其英文词为Inclusion。但国内宝石界，人们对该词的理解却有所不同。有人认为包裹体与内含物的含义相同；有人则认为内含物涵盖包裹体。•据最近出版的《珠宝首饰英汉-汉英词典》（陈钟惠主编，1999），将包裹体分为广义包裹体和狭义包裹体两种概念。.一、包裹体的概念.28•1、广义包裹体：

–指宝石材料中放大可见的各种内部特征，除包括宝石材料中所含的固相、液相、气相物质外，还包括各种生长现象，如生长带、色带、双晶纹等，以及裂隙、解理、断口乃至与内部结构有关的表面特征（如钻石结节knot）等。.•1、广义包裹体：.29•2、狭义包裹体：

–指包含在宝石材料内部的固相、液相和气相物质。常简称“包体”。

–狭义包裹体的概念主要来源于矿物学，即与矿物学中所指的包裹体概念相当。.•2、狭义包裹体：.30..31..32..33二、包裹体的分类•下述的包裹体分类主要针对狭义包裹体。•从矿物学角度，包裹体一般是指矿物在生长过程中所捕获的或由某些外部因素造成的包裹在晶体内部的外来物质。通常按成因和物理状态进行分类：.二、包裹体的分类.34按成因分类原生包裹体

同生包裹体后生包裹体按物理状态分类固态包裹体气液包裹体矿物包裹体玻璃包裹体气相包裹体液相包裹体多相包裹体.按成因分类原生包裹体同生包裹体后生包裹体按物理状态分类固35包裹体的其它分类：根据包裹体组成的分类：有机包裹体无机包裹体根据包裹体本身特征分类：物质型包裹体结构型包裹体颜色型包裹体根据包裹体大小及可见程度的分类:宏观包裹体显微包裹体超显微包裹体.包裹体的其它分类：根据包裹体组成的分类：有机包裹体根据包裹体36

1、按成因分类•（1）原生包裹体

–指比主矿物先形成，后被主矿物生长时所包裹而成为的包裹体。均为固态矿物包裹体，主要见于岩浆作用和变质作用成因的宝石矿物中。如金刚石中的小八面体金刚石包体；红宝石中的磷灰石包体。

–包体常具有其晶形棱角因受熔蚀而变得圆滑的特征。

.1、按成因分类.37•（2）同生包裹体

–是在主矿物生长过程中同时形成的包裹体。主要是气-液包体。但也可形成一些固态的子晶矿物包体。如石英中的石英包体、金刚石中的铬透辉石和橄榄石包体、钙铁榴石中的石棉纤维包体等。

–气-液包体的形态复杂多样，同生固态矿物包体一般具有棱角分明的晶形特征。.•（2）同生包裹体.38原生包裹体同生包裹体次生包裹体.原生包裹体同生包裹体次生包裹体.39•（3）后生包裹体

–是在主矿物停止生长以后形成的包裹体。这类包裹体可以由以下作用形成：

•化学蚀变作用

•出溶作用

•外来物质沿裂隙渗入沉淀

•放射性元素的破坏作用

.•（3）后生包裹体.40–

例如：

•刚玉和石榴石中的针状金红石包体，是晶体中所含的钛杂质由于出溶作用而结晶析出形成。

•一些宝石中的树枝状铁锰氧化物包体，是沿裂隙渗入沉淀而成的。

•斯里兰卡的红、蓝宝石常含锆石矿物包体，因锆石含放射性元素铀和钍，破坏了锆石晶格，体积增大，导致形成一些环绕裂隙，称为“锆石晕”包体。.–例如：.41红宝石中的针状金红石包体铁铝榴石中的金红石和锆石晕包体.红宝石中的针状铁铝榴石中的.42红宝石裂隙中的铁锰氧化物花纹.红宝石裂隙中的.432、按物理状分类•（1）固态包裹体

–1）矿物包裹体：包括各种原生、同生和后生的结晶矿物包体。–2）玻璃包裹体：主要由玻璃和气孔组成，是由捕获的硅酸盐溶浆因急剧冷却而形成的包体。主要见于火山岩型成因的斑晶宝石中。如产于玄武岩内的刚玉和橄榄石中可见到这种包体。

.2、按物理状分类.44•（2）气液包裹体–1）气相包裹体：完全为气体或气液比大于50%；–2）液相包裹体：完全为液相或气液比小于50%；–3）多相包裹体：由气相、液相和固相（子晶）组成。如哥伦比亚祖母绿常含有二氧化碳气泡、盐水和石盐晶体组成的三相包体。.•（2）气液包裹体.45哥伦比亚祖母绿中的三相包裹体，50×固相气相液相.哥伦比亚祖母绿中的三相包裹体，50×固相气相液相.46•气-液包裹体的形态可分为三类：

–①圆形、椭圆形、泪滴形、管状以及各种不规则形状。–②羽状、网状、指纹状、云雾状等，系由许多细小的气液包体沿着宝石晶体在生长过程中产生的愈合裂隙分布构成。–③负晶形，即因受主晶矿物结晶习性控制，形成较为规则的与主晶矿物晶形相一致的气液包体。.•气-液包裹体的形态可分为三类：.47红宝石中圆状气液包体红宝石中管状气液包体.红宝石中圆状气液包体红宝石中管状气液包体.48蓝宝石中的羽状包体石英中的负晶形包体.蓝宝石中的羽状包体石英中的负晶形包体.49三、包裹体在宝石中的作用•研究宝石中的包裹体有着多方面意义，其主要作用概括如下：

•（1）鉴定宝石种属；

•（2）判别部分宝石的产地；

•（3）区分天然宝石和人造宝石；

•（4）检测优化处理的宝石；

•（5）评价宝石的净度和品质；

•（6）提供宝石形成的物理化学条件及成因信息。.三、包裹体在宝石中的作用.50长石中的蜈蚣状包体.长石中的蜈蚣状包体.51橄榄石中的睡莲叶状包体.橄榄石中的睡莲叶状包体.52乌拉尔祖母绿中的阳起石包体.乌拉尔祖母绿中的阳起石包体.53泰国红宝石煎蛋状包体.泰国红宝石煎蛋状包体.54第二节

宝石的力学性质

一、宝石的硬度

二、宝石的解理和断口

三、宝石的韧性和脆性

四、宝石的比重（相对密度）.第二节宝石的力学性质

一、宝石的硬55一、宝石的硬度•硬度：

–指宝石抵抗其它物体刻划或压入其表面的能力。

–根据测量方法，可表示为:

•

刻划硬度——相对硬度

•

压入硬度——绝对硬度.一、宝石的硬度.56摩氏硬度：属于一种刻划硬度，即利用摩氏硬度计与被测矿物相互刻划比较而测定的硬度。摩氏硬度计由十种不同硬度的矿物组成，分为十级：1、硬度的表示方法.摩氏硬度：1、硬度的表示方法.57影响宝石硬度的因素：化学成分、化学键、晶体结构用下面常见物质的相对硬度补充：指甲： 2.5铜针： 3.0窗玻璃： 5~5.5刀片： 5.5~6刚挫： 6.5~7.影响宝石硬度的因素：化学成分、化学键、晶体结构用下面常见物质582、硬度在宝石中的作用（1）硬度对宝石加工的影响不同硬度的宝石材料，加工的难易程度不同，需要使用不同的加工方法、加工设备及工艺材料。（2）硬度对宝石鉴定的作用硬度是宝石的一种重要物理常数，可作为鉴定宝石的重要依据。但硬度测试属破坏性鉴定法，必须谨慎使用。宝石鉴定中，测试硬度的常用工具有：硬度笔——用标准硬度矿物碎片镶在笔杆上制成。硬度板——用标准硬度矿物研磨抛光制成的方形小片。.2、硬度在宝石中的作用（1）硬度对宝石加工的影响.59..60二、宝石的解理和断口•解理和断口都是宝石材料在外力作用下所表现出的破裂面性质。•但解理仅出现于宝石晶体中，而断口不论在晶体、非晶体以及矿物集合体上都可以发生。.二、宝石的解理和断口.61各等级解理的特征.各等级解理的特征.62解理分级表.解理分级表.63..64•3、解理在宝石中的作用

–由于同种宝石晶体的解理特征（解理组数、方向、完善程度、解理角）总是相同，所以解理是鉴定宝石的重要特征。

–解理对宝石的加工有很大影响，具极完全和完全解理的宝石材料难于加工，因容易碎裂、沿解理面方向难抛光。不过，有时可以利用解理方向来分割宝石。

–解理发育的宝石对宝石的耐用性有一定影响，受力后容易破碎。.•3、解理在宝石中的作用.65（二）断口•1、断口定义：

–指宝石（晶体、非晶体、集合体）在外力作用（打击、挤压）下不依一定结晶方向破裂而形成的凹凸不平的断面。•2、常见断口：

–贝壳状断口——水晶、锆石、橄榄石、芙蓉石、欧泊、玛瑙、绿松石等。–参差状断口——磷灰石、翡翠、软玉、青金石、石英岩玉、木变石等。.（二）断口.66..67..68•3、断口在宝石中的应用

–断口的形态特征可以作为鉴定宝石的辅助依据。–通过对断口的观察，可以了解玉石质地的细腻程度。–例如绿松石：•质地细腻者，断口平坦或近似贝壳状；•质地粗糙者，断口参差粒状。.•3、断口在宝石中的应用.691、定义：韧性——指宝石受外力作用（打击、碾压）时不易发生破碎的性质。脆性——指宝石受外力作用（打击、碾压）时易于发生破碎的性质。2、韧、脆性与硬度的关系：没有必然关系。硬度大的宝石不一定韧性大或脆性小。如金刚石，虽然是硬度大的物质，但硬而不韧，它可以刻划钢锤，却经不起钢锤一击，甚至掉到地上也可能碰碎。三、宝石的韧性和脆性.1、定义：三、宝石的韧性和脆性.70•3、宝石的韧、脆性特点：–单晶质宝石大多有一定脆性。尤其是离子键性程度较高的宝石晶体，脆性较大。晶体的脆性还与解理发育程度有关。例如：•钻石，有较发育的八面体完全解理，因而较性脆；•黄玉，有垂直C轴发育的完全解理，故脆性大。–玉石的韧、脆性与其组成矿物之间的接合方式有关。例如：•软玉、翡翠都具有很大的韧性，因具显微纤维状紧密交织结构，颗粒间的接合力强；•石英岩玉、青金石等的韧性较低，是因具粒状结构，颗粒间的结合力弱。.•3、宝石的韧、脆性特点：.71常见宝石材料的韧性值•常见宝石韧性由强→弱：

–黑金刚石→软玉→硬玉→刚玉→金刚石→水晶→

海蓝宝石→橄榄石→祖母绿→黄玉→月光石→金绿宝石→萤石.常见宝石材料的韧性值.72•4、韧、脆性对宝石加工及使用的影响：

–韧性大的宝石一般加工难度较大，主要是不易抛光；–脆性大的宝石一般也不好加工，因容易破碎；–对于韧性低或脆性大的宝石在加工和使用过程中要注意维护，以免受外力影响而破碎。.•4、韧、脆性对宝石加工及使用的影响：.73四、宝石的比重（相对密度）•1、定义：

–比重——相对密度，指矿物在空气中的重量与同体积水在4℃时的重量之比。在4℃时，1cm3水的质量为1g。–在国际单位制和我国的法定计量单位中，比重已经费除，改用相对密度。但由于行业习惯，在宝石界仍普遍使用“比重”一词。–目前，宝石界也常用“密度”一词，其定义是：宝石单位体积的质量（g/cm3）。它在数值上与比重相同。

.四、宝石的比重（相对密度）.743.52钻石2.71祖母绿4.00红宝石3.75金绿宝石1.00水•2、比重的意义

–比重是宝石的重要物理性质，也是一项稳定的物理常数，对于鉴定宝石十分重要。.3.52钻石2.71祖母绿4.00红宝石3.75金绿宝石1.75•3、比重的测定方法

–宝石比重的测定有静水称重法、重液法等。

–静水称重法：用比重天平分称出宝石在空气中重量W1和宝石在水中重量W2，然后按下式计算比重SG值：

SG=W1/(W1-W2)

.•3、比重的测定方法.76重液法.重液法.77●常见重液的比重：饱和盐溶液 1.15 甲苯 1.49四氯化碳 1.59 一溴化萘 1.66三溴甲烷 2.89 三溴乙烷 2.95二碘甲烷 3.30 克列里奇液 4.15甲酸铊 4.65 硝酸铊银 5.00●可作指示标准液体的比重的宝石月光石 2.56 石英 2.66海蓝宝石 2.72 软玉 2.95碧玺 3.06 紫锂辉石 3.18●重液配制注意事项1.挥发性小、透明度好、化学性质稳定、黏度适宜、无毒无臭2.低值重液与高值重液能无限混溶，混合后不产生第三种物质3.两种重液的挥发性尽可能接近，否则，重液的比重和折射率会随时间而变化.●常见重液的比重：饱和盐溶液 1.15 甲苯 1.49●78热电：由于温度升高或降低，使宝石晶体产生电压或形成表面电荷的效应，称热电效应。静电：某些有机化合物，当反复摩擦时，表面产生静电荷的现象。压电：晶体受到压力作用时，会产生电荷，相反，当受到电压作用时，又会产生频率很高的振动。宝石的这种可以使压力和电荷互换的性能称为压电性。导热：宝石传导热的性能。用热导率表示。导电：宝石传导电的性能。宝石的其它物理性质：.热电：由于温度升高或降低，使宝石晶体产生电压或形成表面电荷的79常见宝石和某些材料的相对热导率（以尖晶石热导率为基数1）.常见宝石和某些材料的相对热导率.80第三节宝石中的包裹体•一、包裹体的概念•二、包裹体的分类•三、包裹体在宝石中的应用.第三节宝石中的包裹体.81一、包裹体的概念•包裹体也称内含物，其英文词为Inclusion。但国内宝石界，人们对该词的理解却有所不同。有人认为包裹体与内含物的含义相同；有人则认为内含物涵盖包裹体。•据最近出版的《珠宝首饰英汉-汉英词典》（陈钟惠主编，1999），将包裹体分为广义包裹体和狭义包裹体两种概念。.一、包裹体的概念.82•1、广义包裹体：

–指宝石材料中放大可见的各种内部特征，除包括宝石材料中所含的固相、液相、气相物质外，还包括各种生长现象，如生长带、色带、双晶纹等，以及裂隙、解理、断口乃至与内部结构有关的表面特征（如钻石结节knot）等。.•1、广义包裹体：.83•2、狭义包裹体：

–指包含在宝石材料内部的固相、液相和气相物质。常简称“包体”。

–狭义包裹体的概念主要来源于矿物学，即与矿物学中所指的包裹体概念相当。.•2、狭义包裹体：.84..85..86..87二、包裹体的分类•下述的包裹体分类主要针对狭义包裹体。•从矿物学角度，包裹体一般是指矿物在生长过程中所捕获的或由某些外部因素造成的包裹在晶体内部的外来物质。通常按成因和物理状态进行分类：.二、包裹体的分类.88按成因分类原生包裹体

同生包裹体后生包裹体按物理状态分类固态包裹体气液包裹体矿物包裹体玻璃包裹体气相包裹体液相包裹体多相包裹体.按成因分类原生包裹体同生包裹体后生包裹体按物理状态分类固89包裹体的其它分类：根据包裹体组成的分类：有机包裹体无机包裹体根据包裹体本身特征分类：物质型包裹体结构型包裹体颜色型包裹体根据包裹体大小及可见程度的分类:宏观包裹体显微包裹体超显微包裹体.包裹体的其它分类：根据包裹体组成的分类：有机包裹体根据包裹体90

1、按成因分类•（1）原生包裹体

–指比主矿物先形成，后被主矿物生长时所包裹而成为的包裹体。均为固态矿物包裹体，主要见于岩浆作用和变质作用成因的宝石矿物中。如金刚石中的小八面体金刚石包体；红宝石中的磷灰石包体。

–包体常具有其晶形棱角因受熔蚀而变得圆滑的特征。

.1、按成因分类.91•（2）同生包裹体

–是在主矿物生长过程中同时形成的包裹体。主要是气-液包体。但也可形成一些固态的子晶矿物包体。如石英中的石英包体、金刚石中的铬透辉石和橄榄石包体、钙铁榴石中的石棉纤维包体等。

–气-液包体的形态复杂多样，同生固态矿物包体一般具有棱角分明的晶形特征。.•（2）同生包裹体.92原生包裹体同生包裹体次生包裹体.原生包裹体同生包裹体次生包裹体.93•（3）后生包裹体

–是在主矿物停止生长以后形成的包裹体。这类包裹体可以由以下作用形成：

•化学蚀变作用

•出溶作用

•外来物质沿裂隙渗入沉淀

•放射性元素的破坏作用

.•（3）后生包裹体.94–

例如：

•