一、焰熔法合成方法
最早是1885年由弗雷米（E. Fremy）、弗尔（E. Feil）和乌泽（Wyse）一起，利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“日内瓦红宝石”。后来于1902年弗雷米的助手法国的化学家维尔纳叶（Verneuil）改进并发展这一技术使之能进行商业化生产。因此，这种方法又被称为维尔纳叶法。
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。
2．合成装置与条件、过程
图2-1 维尔纳叶法合成装置
(点击可进入多媒体演示)
焰熔法合成装置由供料系统、燃烧系统和生长系统组成，合成过程是在维尔纳叶炉（图2-1）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。
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。
如果合成红宝石，则需要Al2O3和 Cr2O3，三氧化二铝可由铝铵矾加热获得；致色剂为Cr2 O3 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，O2：H2===1：3；
氢氧燃烧温度为25000C，Al2O3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
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，使晶体得以等径生长。
图2-2 焰熔法生长的各种梨晶
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。图2-2。生长速度：1厘米/小时，一般6小时完成即可完成生长。
因为生长速度快，内应力很大，停止生长后，应该轻轻敲击，让它沿纵向裂开成两半以释放内应力，避免以后产生裂隙。
特点：方法特点：生长速度快、设备简单、产量大、便于商业化。世界上每年用此法合成的宝石大于10亿克拉。但用此方法合成的宝石晶体缺陷多、容易识别。
二、合成品种
1．合成刚玉：
合成红宝石：加入致色元素 Cr2 O31-3%
合成蓝宝石：加入致色元素TiO2和FeO，但Ti和Fe的逸散作用，使合成蓝宝石常常有无色核心和蓝色表皮, 颜色分布不均匀；
粉红色和紫红色：加入致色元素Cr、Ti、Fe；
黄色：加入致色元素Ni和Cr；
变色刚玉：加入V和Cr；显紫红色到蓝紫色的变色效应。
除祖母绿外，任何颜色的刚玉都可以合成。
星光刚玉：如需要合成星光刚玉，则需要在上述原料中再添加0.l一0.3%的TiO2，这样长成的梨晶中，TiO2呈固熔体分布于刚玉晶格中，并没有以金红石的针状矿物相析出。必须在l300度恒温24小时，让金红石针沿六方柱柱面方向出溶，才能产生星光效应。
各种合成刚玉品种的致色元素总结于下表。
表2-1 各种合成刚玉的致色元素
2．合成尖晶石：
市场上所见到的合成尖晶石几乎全是由焰熔法生产，但也可用助熔剂法生产。
原料：
红色： MgO：Al2O3==1：1，致色元素Cr2 O3；
其它颜色的用1:1的比例难以合成，但红色尖晶石只有以1：1的比例才能合成。由此合成的红色尖晶石性脆，所以市场上少见。蓝色尖晶石的合成是人们在合成蓝宝石的实验中偶然获得的。当时人们还不了解蓝宝石的致色元素是Ti和Fe，人们曾经尝试过加入致色元素V、Co、Fe、Mg等，当终于获得蓝色合成品时，人们以为是蓝宝石，结果是合成蓝色尖晶石。
蓝色：MgO：Al2O ===1：1.5-3.5，致色元素Co；
绿色：MgO：Al2O ==1：3
褐色：MgO：Al2O ==1：5
粉红色：MgO：Al2O ===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．金红石：
图2-3 合成金红石的装置（马福炉）局部图
天然的金红石常呈细小针状，以大晶体产出的多为褐红色而且多裂，很少有宝石级的材料。
合成金红石的目的不是为了替代天然金红石，而是为了模仿钻石。在合成立方氧化锆出现后，合成金红石很少生产了。
因为TiO2在燃烧时易脱氧，所以需要充足的氧，在合成刚玉的装置上多加了一个氧管（见图2-3）。TiO2的熔点为18400C，粉末熔化，再在支座的种晶上结晶。
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800-10000C，即可去除蓝黑色，变为淡黄色到近无色的透明晶体。如果在原料中掺入Sc2O3，则可直接获得近无色的晶体。这是因为掺入的Sc2O3在晶体中形成的氧空位会提高晶体中的氧的扩散系数，使晶体在降温过程中就完成氧的扩散和退色。
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；
合成金红石的鉴别
合成金红石具有极高的色散值使其泛出五颜六色的火彩。这种特征使之不易与其他任何材料相混淆。此外，其极高的双折射率使其刻面棱重影异常清晰。仅此二特征就足以确认它了。
4．钛酸锶：
钛酸锶早在1955年人们就利用焰熔法生产出来，当时在自然界还没有发现天然的对应物。尽管，1987年在俄罗斯发现了其天然对应物，矿物名为Tausonite，人们仍习惯把它归为人造宝石材料。最初人们生产钛酸锶主要用于模仿钻石。但自从立方氧化锆合成成功后，这种仿钻材料在宝石市场上很少见得到了。但它透红外线的能力强，仍有生产用作红外光学透镜等。
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16000C），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、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；
钛酸锶的鉴别
钛酸锶作为仿钻材料，极易识别。钛酸锶极强的火彩使它明显不同于钻石。尽管标准圆多面型的钛酸锶在线试验中不透光，但它明显较低的硬度使之表面显示出明显的磨损痕迹、圆滑的刻面棱和不平整的小面。尽管反射仪上可获得与钻石相同的折射率，但热导仪检测时却无钻石反应。卡尺法或静水称重都可测出未镶品的比重，从而确认它。
三、焰熔法合成宝石的鉴定
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。市场上也出现过将焰熔法合成的梨晶破碎，甚至经过滚筒磨成毛料，来仿称天然原料销售。
2．包裹体：
图2-4 焰熔法合成红宝石中的气泡及弯曲生长纹
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；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．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钴谱（分别位于540、580、635nm的三条吸收带），天然蓝色尖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，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（图2-5）
图2-5 合成刚玉帕拉图法结构线
7．焰熔法合成星光刚玉：
表2-2 合成星光刚玉与天然星光刚玉的区别8．合成红、蓝宝石的加工质量：
图2-6 焰熔法合成刚玉的梨晶与切磨方向示意图
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，其台面通常垂直光轴，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，其台面通常会平行长轴方向切磨（图2-6）。所以合成刚玉在台面通常都可见多色性，而天然的则不然。
9．焰熔法合成尖晶石：
表2-3 焰熔法合成尖晶石与天然尖晶石的区别
图2-7 合成尖晶石的斑纹状消光
第三章提拉法及其合成宝石的鉴定 要点: ?晶体提拉法的原理方法 ?提拉法合成宝石的鉴定 提拉法又称丘克拉斯基法，是丘克拉斯基(J.Czochralski)在1917年发明的从熔体中提拉生长高质量单晶的方法。这种方法能够生长无色蓝宝石、红宝石、钇铝榴石、钆镓榴石、变石和尖晶石等重要的宝石晶体。2O世纪60年代，提拉法进一步发展为一种更为先进的定型晶体生长方法——熔体导模法。它是控制晶体形状的提拉法，即直接从熔体中拉制出具有各种截面形状晶体的生长技术。它不仅免除了工业生产中对人造晶体所带来的繁重的机械加工，还有效的节约了原料，降低了生产成本。 第一节提拉法 一、提拉法的基本原理 提拉法是将构成晶体的原料放在坩埚中加热熔化，在熔体表面接籽晶提拉熔体，在受控条件下，使籽晶和熔体的交界面上不断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出单晶体。 图 3-1 提拉法合成装置 (点击可进入多媒体演示) 二、提拉法的生长工艺
首先将待生长的晶体的原料放在耐高温的坩埚中加热熔化，调整炉内温度场，使熔体上部处于过冷状态；然后在籽晶杆上安放一粒籽晶，让籽晶接触熔体表面，待籽晶表面稍熔后，提拉并转动籽晶杆，使熔体处于过冷状态而结晶于籽晶上，在不断提拉和旋转过程中，生长出圆柱状晶体。 1.晶体提拉法的装置 晶体提拉法的装置由五部分组成： （1）加热系统 加热系统由加热、保温、控温三部分构成。最常用的加热装置分为电阻加热和高频线圈加热两大类。采用电阻加热，方法简单，容易控制。保温装置通常采用金属材料以及耐高温材料等做成的热屏蔽罩和保温隔热层，如用电阻炉生长钇铝榴石、刚玉时就采用该保温装置。控温装置主要由传感器、控制器等精密仪器进行操作和控制。 （2）坩埚和籽晶夹 作坩埚的材料要求化学性质稳定、纯度高，高温下机械强度高，熔点要高于原料的熔点200℃左右。常用的坩埚材料为铂、铱、钼、石墨、二氧化硅或其它高熔点氧化物。其中铂、铱和钼主要用于生长氧化物类晶体。 籽晶用籽晶夹来装夹。籽晶要求选用无位错或位错密度低的相应宝石单晶。 （3）传动系统 为了获得稳定的旋转和升降，传动系统由籽晶杆、坩埚轴和升降系统组成。 （4）气氛控制系统 不同晶体常需要在各种不同的气氛里进行生长。如钇铝榴石和刚玉晶体需要在氩气气氛中进行生长。该系统由真空装置和充气装置组成。 （5）后加热器 后热器可用高熔点氧化物如氧化铝、陶瓷或多层金属反射器如钼片、铂片等制成。通常放在坩埚的上部，生长的晶体逐渐进入后热器，生长完毕后就在后热器中冷却至室温。后热器的主要作用是调节晶体和熔体之间的温度梯度，控制晶体的直径，避免组分过冷现象引起晶体破裂。 2.晶体提拉法生长要点 （1）温度控制 在晶体提拉法生长过程中，熔体的温度控制是关键。要求熔体中温度的分布在固液界面处保持熔点温度，保证籽晶周围的熔体有一定的过冷度，熔体的其余部分保持过热。这样，才可保证熔体中不产生其它晶核，在界面上原子或分子按籽晶的结构排列成单晶。为了保持一定的过冷度，
焰熔法合成宝石也称维尔纳叶法，是现代工业合成宝石的一种常见的方法，其合成品是市场上最常见也是最容易识别的。焰熔法可以合成红蓝宝、尖晶石、人造钛酸锶和金红石。 一。合成方法和原理 原料粉末（如：AL2O3）在高温（可达2500，根据合成不同品种确定其温度）氢氧焰下熔融，在下落过程中冷却，并在籽晶上生长结晶的过程。 晶体生长装置有： 1.供料系统：料筒、震荡器、原料。原料粉末添加于筛状平底容器中，随着震荡器的均匀震动而下落，与氧气流混合。 2.燃烧系统：氧气管、氢气管。这是熔化粉末的主要部件，通过控制管内流量来控制氢氧比例。氢氧焰可产生高达2400~2500的高温，最高可达2900. 3.生长系统：耐火砖（炉体）。创造保温条件。 4.下降系统：旋转平台。安置籽晶棒，边旋转边下降。 生长出的晶体为梨晶，等径生长，1cm/1h，一般六小时完成。 该方法的特点：生长速度快，设备简单，不需要坩埚导致晶体杂质，便于商业化，但产生的晶体由于应力作用易裂开，且缺陷多，易于识别。 二。焰熔法合成刚玉的方法及识别 AL2O3粉末在震荡器的震荡下均匀下落，落入氧气流中，与氢气管的氢气混合燃烧，达2500（AL2O3的熔点为2050°），粉末熔融，在重力作用下下降并冷却，在籽晶棒上结晶。产生出刚玉的梨晶。 合成红宝石除了AL2O3之外，还需加入Cr2O3致色元素。 合成蓝宝石，需加入Ti、Fe致色。黄：Ni。变色：V 焰熔法合成红宝石的鉴别： 所有的鉴别特征都是因为它的生成环境和天然宝石的生长环境不同导致外在表现不同，从而鉴定。 1。外观：合成红宝石在缅甸等产地常为了仿天然红宝石，而被敲碎后涂上黑色物质在滚磨机里磨圆来销售，来欺骗消费者，而其实根据它们的特点很容易区分天然的和合成的红宝石原石。天然红宝原石由于结晶习性所致，常呈桶状，板状；而合成的一般磨圆后呈不规则形状，或者圆度较好。天然红宝熔蚀壳坚硬不平整光亮呈磨砂状；而合成红宝所涂的黑色物质较软。天然红宝晶面横纹发育，还有晶面花纹，有垂直于Z轴的裂理，使断口处常成阶梯状构造；而合成红宝由于生长环境良好没有晶面纹，没有裂理也不会有阶梯状构造。 2.颜色：合成红宝仿原石常常是外观大部分抹黑，露出一点艳红色，其红色浓郁、鲜艳、不自然；而天然红宝除上述皮壳有区别外，颜色往往没有合成的那么红艳纯正，常带紫色调或者其他色调。当然随着合成工业的发展，现代合成的红宝也可以有很多颜色，深红、紫红、粉红、橙红等，所以颜色判断仅仅作为一个辅助鉴定依据，可以给出警示。如果没有皮壳为原石碎块或者初步切磨的就更容易观察颜色。 3.多色性：天然红宝往往切割时台面垂直于Z轴，而从台面看不显多色性；合成红宝由于要充分利用梨晶原料，而选择台面平行与Z轴，这样切出的宝石从台面看有多色性且较明显。
硕士研究生课程论文 课程名称：现代冶金研究方法题目：区域熔炼法制备高纯铟的研究及优化 学院：材料科学与工程学院 专业（方向）：冶金工程 学生：程小强 学号：102016140 指导老师：李义兵 完成时间： 2017.1.8
区域熔炼法制备高纯铟的研究及优化 程小强 （桂林理工大学，桂林541004 ） 摘要:目前高纯铟常用的制备方法有电解法、真空蒸馏法、区域熔炼法三种,电解法工艺条件易控制,但耗能巨大,提纯效果相对较差,我国目前生产4N精铟的企业都采用电解精炼法;真空蒸馏法虽流程简单,无污染,能耗低,但对于饱和蒸气压和铟相近的金属(如铅)则无法除去;而区域熔炼法可制备5N~6N铟,但其存在成本高、过程耗时的缺点。针对目前区域熔炼法存在的问题，在实验装置、变量控制和工艺条件等方面进一步优化完善。 关键词：区域熔炼；高纯铟；金属；提纯；工艺；材料 Preparation of High-purity Indium Optimization by Zone Refining CHENG Xiao-Qiang （Guilin University of Technology, Guilin, 541004 ） Abstract:Currently the preparation of high-purity indium common electrolytic method, vacuum distillation method, three regional smelting, electrolysis process conditions easy to control, but the energy is huge, relatively poor purification effect, China's current production of refined indium 4N enterprises have adopted electrolytic refining method; vacuum distillation process, although simple, non-polluting, low energy consumption, but the saturated vapor pressure and indium similar metals (such as lead) can not be removed; the zone melting method can be prepared 5N ~ 6N indium, but its existence high cost, time-consuming process shortcomings. For existing zone melting method problems, in terms of the experimental device, variable control and process conditions to further optimize the sound. Keywords:zone refining; high-purity indium; metal; purify; technology; material
人造宝石的现状与思考 据统计，世界上50％以上的人造宝石是我国内地加工的，其中约80％通过梧州集散与交易，目前梧州每年加工人造宝石达到130多亿粒，已经占到了全国人工宝石的生产交易量的90％，世界总产量80％以上，梧州已成为世界上最大的人造宝石加工基地和交易的集散市场。然而从2005年6月至今，我国人造宝石行业持续处于低迷状态，成交量不大且价格持续走低。业内人士称，梧州宝石城最差时连续好长时间每日各类宝石对外出单总量不超过5万粒。 一、人造宝石产业现状 世界上50％以上的人造宝石是我国内地加工的，其中约80％通过梧州市场集散与交易，我国已成为世界人工宝石的切磨加工中心。以广西梧州为代表的中国人工宝石切磨加工中心的形成，使世界人工宝石的加工、生产重点转移到我国。目前，除广西梧州之外，辽宁岫岩、山东昌乐、广东番禺、深圳、河南镇平、浙江诸暨、义乌、江苏东海、扬州等20多个地区依托其地缘优势和宝玉石资源优势，形成了一定规模的珠宝特色产业集群。 梧州的人工宝石业经过二十年的发展，已由原来靠进口原料进行加工的“三来一补”形式转化成生产原材料、加工成宝石成品以及销售一条龙的加工、贸易基地，具有很强的竞争力。天时、地利、人和等多方面因素，促成了梧州成为人工宝石加工基地和贸易集散地。据了解，四川、湖南、云南、广西、重庆等省、自治区的许多宝石加工厂，90%的产品都在梧州进行交易。柳州市三江县，每年都有大批宝石输往梧州市场，仅从事宝石打磨的当地民工便有10万之众。 一直以来，梧州加工的人工宝石主要销往泰国、印度、美国等国家。其中泰国等东盟国家是梧州人工宝石贸易的主要伙伴。目前，梧州市已有400多名宝石商与泰国等东盟国家的珠宝市场建立了固定联系。同时，来自美国、意大利、墨西哥、俄罗斯等国的珠宝商也纷纷到梧州寻找商机。 随着中国与东盟国家之间关系的日益深化，中国不少人工宝石企业还在泰国等国建立了公司。梧州市组织了人工宝石行业的几十家企业代表参加在泰国举办的宝石展，中国成为当时参展展位最多的国家，梧州的人造宝石已经在国际珠宝市场上占据重要地位，其市场走向已直接影响到国际市场的动向。 从2005年6月至今，人造宝石行业持续处于低迷状态，成交量不大且价格低，梧州宝石城硕大的一个宝石城有些萧条，除开店经营的没有几个外地交易的商人，这是近来市场最低迷的时期。业内人士说，宝石城最差时连续好长时间每日各类宝石对外出单总量不超过5万粒。 二、市场进一步规范削减行业利润
宝石的合成、仿制品及优化处理 要求： 1.合成品、仿制品的有关概念 2.★合成宝石的方法：合成方法和原理，合成材料名称、性质及特征 3.★优化处理：各种优化处理方法、原理和名称 一、基本概念 ?人工宝石artificial products ?定义：完全或部分由人工生产或制造用作首饰及装饰品的材料统称为人工宝石。包括合成宝石、 人造宝石、拼合宝石和再造宝石。 ?合成宝石synthetic stones ?定义：完全或部分由人工制造且自然界有已知对应物的晶质或非晶质体，其物理性质，化学成分 和晶体结构与所对应的天然珠宝玉石基本相同。 ?例如，合成红宝石具有与天然红宝石基本相似的物理性质（颜色、RI、DR等）、化学成分（Al2O3） 及晶体结构。 二、发展简史 ?1902 维尔纳叶法合成红宝石的商业生产 ?1920 维尔纳叶法合成尖晶石 ?1928 助熔剂法合成祖母绿 ?1943 水热法合成水晶 ?1955 合成工业级钻石出现 ?1960 水热法合成祖母绿 ?1970 合成宝石级钻石 ?1976 合成立方氧化锆 ?1995 合成SiC（莫伊桑石） （一）、焰熔法合成宝石及鉴定 ?焰熔法（flame fusion technique）——19世纪（1877）由E.弗雷米发明，19世纪末（1890）由 其助手维尔纳叶推向市场，故又称维尔纳叶法（V erneuil furnace）。 ?该方法可以生产各种品种的刚玉、尖晶石、金红石、钛酸锶、白钨矿等宝石晶体。 ?基本原理： 从熔体中生长单晶体的方法。原料的粉末在通过高温的氢氧火焰后熔化，熔滴在下落的过程中冷却并在籽晶上固结逐渐生长形成晶体。 合成装置由供料系统、燃烧系统和生长系统组成，合成过程是在维尔纳叶炉 中进行的
收稿日期:2010 09 01 作者简介:王 铎(1978-),男,汉族,吉林长春人,福建江夏学院助教,硕士,主要从事光电晶体方向研究,E m ail:qglpw d@sina. com. 第31卷第6期 长春工业大学学报(自然科学版) Vo l 31N o.62010年12月 Jour nal of Chang chun U niver sity o f T echnolog y(N atur al Science Edition) D ec 2010 熔融法制备蓝宝石 王 铎1, 龚子洲2 (1.福建江夏学院工商系,福建福州 350007; 2.中国科学技术大学物理学院,安徽合肥 230026) 摘 要:分别在不同工艺参数下(晶体生长速度:12,18,25mm/h;气体流速:1.25,0.8,1.5m 3/h),生长出了3根 45m m 160mm 蓝宝石晶体棒。对3种蓝宝石样品进行了不熔物、铁含量、微观气泡、宏观气泡测试。结果表明,当晶体生长速度为12mm/h,氧气流速为1.25m 3 /h,所生长的蓝宝石晶体质量最佳。最后分析了不熔物、气泡、铁杂质的引入机制及 减少杂质的措施。 关键词:蓝宝石;焰熔法;测试;铁杂质;气泡 中图分类号:O782 文献标志码:A 文章编号:1674 1374(2010)06 0651 05 A melt method for synthesizing sapphire WANG Duo 1 , GONG Zi zhou 2 (1.T he Departmen t of Busin ess Adm inistration,Fujian In stitute Jiangxia,Fuz hou 350007,China;2.School of Phy sical Sciences,U niver sity of S cien ce and T echnology of China,Hefei 230026,Chin a) Abstract:Under different technical conditions such as crystal gro w ing speed and oxy gen flow ing speed,three hig h quality sapphire rods w ith diameter 45mm 160m m are prepared successfully.Tests of the no melted,iron co ntent,m icro bubble and macr o bubble are carried fo r the three samples.T he results show that the optimal quality o f the sapphire is obtained w hen the grow ing speed is 12m m/h and the ox ygen flow ing rate is 1.25m 3 /h.T he metho d to decrease the iron impur ity,bubbles and no melted are discussed at last. Key words:sapphir e;flam e fusio n technolo gy;test;ir on impurities;bubble. 0 引 言 蓝宝石晶体( Al 2O 3)是一种简单配位型氧化物晶体,属六方晶系[1],具有优良的光学、电学和机械性能,其硬度仅次于钻石。它具有高温化学稳定、导热性好等特点,广泛应用于半导体器 件、光电子器件、激光器等。特别是含Ti 3+蓝宝石,是最优异的固体宽带调谐激光材料,可制作超强的飞秒量级可调谐激光器 [2 3] 。氧化铝是地壳 内仅次于二氧化硅存在最多的氧化物,其原料供 给可以得到充分保障,工业上有广泛用途。 作为继Si,GaAs 之后的第三代半导体材料
1、4颗二级宝石（你要合的），4颗一级宝石（必须一样），幸运石和祝福石随意、 2、4颗二级宝石（你要合的）4颗二级宝石（次要合的）注意不要号里只有单单4颗宝石、本人经过一段时间的测试，总结出来了几个时间段! 在不同的时间段测试宝石合成、将时间分为4档、 一档为上午7点到10点。 二档为12点到14点。 三档为17点到19点。 四档为21点到午夜0点。 综合这几个时间段来说、还是觉得一档几率最高。 本人的连续三次成功也是发生在这个时间段（正服）。然后相对比较低的是三档、 还有就是午夜之说、本人在午夜测试了很多次。包括午夜12点、凌晨1点到3点这样子。最后得出的结论是宝石合成和抽奖是不一样滴。 午夜几率跟上文说到的二档时间的几率差不多、 还有我一定要说的就是四级宝石、四级宝石对于普通工资党玩家来说代价太大、 本人也合成功几次四级包括四级重生本人也合成功过、 不过对于四级的技巧本人仍然无法掌握、 为了这几颗四级本人爆掉的三级可谓不是个小数。因为本人是用垫宝石的方法去合的。 所以联系广大玩家不要尝试去合四级、目前幸运石的级别还是粗糙的、 说不定将来出个精致的幸运石、祝福石（可能保留2颗）那时候大家再尝试去合四级也可以。。。 所以建议大家不要那么拼命的追求四级、具体为什么一会儿下面会讲。 可能你合出来三级了，在实战中感觉，哇三级这么厉害，那四级点多变态啊。这种想法是不对的。一会我也会讲哦~ 下面我来讲讲为什么不要盲目追求四级宝石、 首先大家都知道宝石触发都是有一定几率的、 级别只是相对上一个级别触发的次数可能会多一点、根据本人的测试、一个人跑图（紫钻）触发几率是最低的、 有时候重生甚至一次不触发（三级重生）这和地图也是有关系的、 每漂移一次就会有几率触发效率、 每使用一个氮气就会触发重生等等等、 如果不漂移直接跑效率是永远不会触发的、然后就是多人比赛的时候触发几率比较大、基本弯到正常有漂移三级重生都会触发一次……我说的是多人比赛。本人曾经一个人跑十一城、三级重生只触发过一次（人品差到爆炸了）…………再说说四级宝石、本人第一次合成出四级宝石后马上就安在车上去边境得瑟………而没有先测试下。结果整场发动的次数甚至和二级持平（1-3次）、害死我了、整个三百点卷买单了………当然也有发动变态的时候说无限
1.、为改善天然珍珠和养殖珠的外貌可以采用哪些处理方法？答：天然珍珠和养殖珍珠的处理方法有 如下几种：染色，辐照，填隙。 染色，目前市场上，除了白色珍珠外，大多数的有色珍珠都是经过染色处理的，珍珠的染色可分为化学 着色和中心染色两种，化学着色法，将珍珠浸泡在某些特殊的化学溶剂中，着色，如用稀硝酸银和氨水做 染液，浸泡珍珠呈黑色，用冷高锰酸钾做燃料可染成棕色。 中心染色法，先将珍珠膨化除杂后，用特定染料注入珍珠的孔隙和空洞中，使珍珠显色。 辐照珍珠，γ射线辐照法始于上世纪60年代，目前大量应用，经过辐照的珍珠，可产生蓝色和黑色， 海水珍珠的颜色比较深一些，辐照处理的珍珠，颜色对光和热是稳定的，在色调上易与硝酸银染色区 分，但辐照可能引起放射性，而且不是所有珍珠都可利用辐照改变颜色。 填隙珍珠，珍珠表明往往有一些细小的裂隙和丘斑，影响珍珠色泽和光洁度，必须予以修整和愈合。 处理方法有两种，剥皮削丘和充填空隙。 3什么是翡翠A货、B货、C货和B+C货，如何鉴别？答A货是指以天然翡翠原石为原料，在成品加工过 程中只通过机械加工手段（物理方法）例如切割，打磨，雕刻，抛光等制成的翡翠产品.B货是指原本种水、 颜色较差的翡翠经过强酸、强碱浸泡，使其种水、颜色得以改善，与此同时，翡翠的原始矿物结构也遭到 了破坏，并伴有物质注入或带出，这样的翡翠称之为翡翠B货。为掩盖被破坏的结构、增大翡翠的强度， 翡翠B货经常用有机胶或无机胶作充填处理，但充胶处理不是翡翠B货的必然步骤，也不影响翡翠B货的 定义。这种翡翠由于破坏了原有的内部结构, 在二、三年内逐渐会失去光泽，满身裂纹，其价值当然要打 折扣了。市场上一些销售商称之为“优化”或B类翡翠。 C货是经过物理和化学处理的中下等原料.不同 之处为，在加工过程中经过人工添加外来染料方法加色（炝色）使原来无色、绿较浅淡或绿较散的翡翠改 变颜色,但人工加入了颜色的翡翠.遇到较高的温度就会脱色。 1）放大观察法在肉眼观察的基础上，还应对一些可疑的部分进行放大观察，由于处理品一般都用蜡和高聚化合物填充，一段时间以后，填充物就会出现老化干缩和变形，这时用放大镜观察，可以看到填充物表面出现的凹凸不平现象和橙皮纹或鳞壳纹，有时还可以观察到藏于岩体结构缝隙内，被酸蚀的蚂蚁啃骨头的现象，和一些气泡和填充物的轻微龟裂现象。 2)热针法 方法是:首先在被检物的疑点部分点上二滴浓盐酸，然后用热针或小电烙铁反复触击疑点，如是翡翠B货就会冒烟、发黄、闻到异味，而A货则无变化，结束后将受检部分用最细的沙纸轻轻擦一擦再清洗一下即可。 3)敲声法 翡翠经酸洗以后，其结构松散，纤维组织软化，虽经填充物加固，但和同类种分的A货相比，在悬挂敲击时，声音十分沉闷、沙哑，而不象A货那样清脆悦耳。 4）比重 天然翡翠的比重一般都在3. 32以上，而B货因含有填充物，所以比重略为低一些，有条件的情况下，可采用重液法或静水力学法进行测试，但因翡翠的种分不同，比重差异较大，测出的数据仅只作为一种参考。 现代仪器检测：翡翠中经常充填各种油、蜡、胶(如石蜡、石蜡油、AB胶、环氧树脂等)来增强其透明度，由于它们化学成分、化学结构的不同，在拉曼光谱中显示不同的峰位特征。与传统宝石鉴定相比,拉曼光谱在漂白或注胶翡翠(B货翡翠)的鉴别中是一种快速、无损、微区分析方法，特别对于宝石中的包体和填充物尤其有效。 红外光谱检测是利用物质分子对红光区电磁辐射的选择性进行化合物鉴别和质量控制的有效手段。翡翠中 加入了聚合物(胶)其吸收光谱与天然翡翠有明显区分,国标规定2800~3000 cm-1有强吸收峰者为处理翡翠 (B货)标志.用红外光谱判别充胶翡翠与不充胶翡翠是检测它们的有机阴离子团
焰熔法晶体生长炉 焰熔法晶体生长设备是使用燃气热量熔化晶体粉末原料，形成液态高温熔体，进一步使之结晶并生长为单晶体的单晶体生长设备。根据所生长的单晶体的种类、质量和用途选用燃气的种类。燃气可以是氢气、乙炔、天然气等，常用氢气作为燃料气体。 焰熔法晶体生长设备示意图见图1，它由基础部分、供气系统、供料系统、燃烧系统、机械系统、控制系统、通风系统和保温系统组成。 在晶体生长轴的轴线方向，要求相关部件的回转中心线，即轴线，包括升降及旋转机构的回转中心线、生长室的轴线、燃烧器的轴线、供料系统的轴线、供气系统的轴线重合，且与基础平面垂直，重合与垂直的精度，直接影响晶体生长过程和质量。 基础部分由基础箱体和柱体组成，作为其他部分的安装基础。 供气系统包括氢气（以氢气为燃气）瓶（间）、氧气瓶（间）、汇流排、管路和控制系统组成，供气系统一是通过供应氧气带动粉料，将粉料带入燃烧室，起供粉作用；二是向生长室送入燃气和氧气，使之燃烧产生热量并使原料粉体熔化。 供料系统由料仓、送粉机构组成，负责将原料粉体连续地送入生长室。 燃烧系统由燃烧器、生长室、循环冷却水系统组成，该系统将供气系统送来的燃气和氧气在生长室内混合燃烧，放出热量，熔化原料粉体，同时由循环冷却水带走多余的热量，保证燃烧器免于过热烧坏。 机械系统由旋转机构、升降机构、基坐杆等部分组成。籽晶放置于基座杆上，晶体在此形核并长大，旋转升降机构控制着晶体的生长过程和状况。晶体生长是一个连续的过程，任何微小的因素波动，都会使生长过程终止，因此机械传动部分的制造精度一定保证图纸要求，不能产生因为机械制造误差引起的运动波动（晶体生长要求升降运动精度为0.001mm/min）。 控制系统使用伺服机构控制设备的整体运行工况。燃气控制系统的精度直接影响生长室内的温度及其分布，因此控制精度要求极高，不仅要使用气体质量流量计，还要在此基础上，增加辅助控制装置，进一步提高控制精度。供料系统决定了原料粉体的供应精度，直接影响晶体生长过程，因此要求极高的制造精度。 通风系统保证燃烧废气的气流合理组织和排放，保证晶体的生长条件。 保温系统保证晶体生长结束后，是晶体以缓慢的速度冷却到室温，以免晶体由于冷却速度快导致热应力增加而破碎。
云南科技信息职业学院 宝石合成及优化处理学习报告 姓名：王桢 学号：11241060 2013年12月12日
宝石合成及优化处理学习报告 随着社会的进步和科学技术的发展，人工合成宝石的方法和手段也在不断增多和更新，有些宝石还可以用多种方法合成。目前，常用的人工合成宝石方法有以下几种：①焰熔法；②冷坩埚法，③晶体提拉法和导模法，④助熔剂法：⑤水热法，⑥高温超高压法；⑦化学沉淀法。 除上述主要方法外，还有一些其他方法，主要是指利用玻璃、陶瓷、塑料或其他工艺制，作人造宝石(如人造玻璃猫眼、人造夜光宝石及用玻璃等材质仿绿松石、仿欧泊、仿琥珀、仿珍珠等)、拼合宝石(蓝宝石拼合石、红宝石拼合石、拼合欧泊和石榴石拼合石等)和再造宝石(再造琥珀)的方法。各种人工合成宝石的方法各有其制作原理、生产工艺和设备的特点。能够生长的宝石晶体有些与天然宝石是相同的，但天然宝石中某些宝石晶体只能在特定的条件下形成，人工的方法尚不能代替。 现今用的最为广泛的是焰熔法，冷坩埚法（仅用于合成立方氧化锆），助溶剂法，水热法，化学沉淀法（CVD钻石薄膜）。 这里我就具体说下焰熔法。 焰熔法：早在1837年M．Gaudin(法国)用明矾加铬酸钾放入有炭黑层的黏土坩埚内熔化而生成片状的刚玉，1877年E．Fremy和Feil(法国)将A12O3熔于PbO 中，用20 天长出小片状红宝石晶体，到1885年，他们俩又与Wyse(瑞士)用天然红宝石粉末加少量铬酸钾，用O2和H2火焰熔化长出了Geneva Rubies(日内瓦红宝石)，但真正的成功是到1890年，法国化学家Vemeuil改进了焰熔技术，并于1900年发表了以Y—A12O3为原料，H2、O2火焰熔化生长出可用晶体的文章。自此，焰熔法被推广到工业中去。 焰熔法除生产合成红宝石外，还生产合成蓝宝石、合成尖晶石和人造钛酸锶等晶体。在人工宝石业中，这种方法及所生长的产品，占有相当重要的位置。 焰熔法也称火焰法，或称维尔纳叶法。顾名思义，它是用火焰把原料熔化在熔体中进行晶体生长的方法是较重要的一种生长宝石的方法。焰熔法生长宝石装置由供料系统、气体燃烧系统、炉体和下降系统等部分组成。 供料系统：添加原料粉末于筛状平底容器中，在振动器有规律的振动下，粉末通过筛底均匀等量地落入氧气流内。 气体燃烧系统：这是熔化粉末的主要部件，氧气和氢气通过燃烧器燃烧，可产生高达2400～2500oC的温度。
一、原理：在高压釜内，从过饱和溶液中生长宝石晶体 二、分类（按晶体生长的运输方式不同） 1、等温法： 在高压釜内无温差的条件下，采用矿化剂，加热溶液温度接近水的临界温度时，使不稳定相/亚稳定相的原料不断溶解，直至溶液达到过饱和状态时，即在稳定的籽晶上生长，这是利用物质的溶解度差异生产晶体的方法。 2、温差法：在封闭的高压釜中，高温高压条件下，原料在釜内下部温度较高部位溶解达饱和状态，并逐渐向上部温度较低部位流动，形成过饱和溶液后即以籽晶为核心生长晶体的方法。 采用温差法使晶体生长的条件是： （1）原料在高温高压的矿化剂水溶液中，具有一定的溶解度且为稳定的单一相。 （2）原料的溶解度温度系数大，高温溶解，低温则形成足够的过饱和度。 （3）籽晶的切型易于晶体的生长。 （4）溶液密度的温度系数要足够大，能起到溶液的对流及溶质传输作用。 （5）备有耐高温高压抗腐蚀的容器。 三、设备 1.高压釜:具有耐热耐压抗腐蚀性好抗蠕变性强的特种合金钢圆形钢筒. 2.加热炉:提供加热温度和温度梯度.加热的方式有两种(1)加热板结合不同厚度的保温层调节温度梯度(2)位置分布不同的可控制的电阻绕组管式加热炉. 3.密封系统:压缩式、拉封式.密封材料有银、纯铁、石墨、铜等各种软金属. 六、水热法合成宝石的优缺点： 1、适宜高温下存在相变和在接近熔点时近乎分解的材料。 2、合成晶体完整、粒大、质优，能很好地控制材料成分。 3、生长的条件与自然界相似,合成晶体与天然宝石最接近。 4、设备贵，内压大，安全性差. 5、生产过程均在釜内进行不直观。 6、晶体生长的速度慢、周期长，产量受高压釜空间限制。 7、需要适当大小的优质籽晶。 一、影响因素 (一)矿化剂（溶剂）的性质和浓度 矿化剂的作用 使结晶物质具有比较大的溶解度。 使结晶物质具有足够大的溶解度温度系数。 不同宝石需用不同的矿化剂；同一宝石采用不同矿化剂，合成晶体质量和生长速度亦不相同。 矿化剂溶液的浓度影响晶体生长速度，浓度过大过小都可大大地降低宝石晶体的生长速度。 (二)温度与温差晶体生 长受各种物理、化学条件影响。在高压釜内： 若温差一定时,T U(生长）；若温度一定时，T(温差）U(生长） 不良反应：若生长速度过大，原料供应不足，晶体易出现裂隙。温差愈大，溶液的对流速
第二章.焰熔法及焰熔法合成宝石的鉴定 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 一、焰熔法合成方法 最早是1885年由弗雷米（E. Fremy）、弗尔（E. Feil）和乌泽（Wyse）一起，利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“日内瓦红宝石”。后来于1902年弗雷米的助手法国的化学家维尔纳叶（Verneuil）改进并发展这一技术使之能进行商业化生产。因此，这种方法又被称为维尔纳叶法。 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。 2．合成装置与条件、过程
图2-1 维尔纳叶法合成装置 (点击可进入多媒体演示) 焰熔法合成装置由供料系统、燃烧系统和生长系统组成，合成过程是在维尔纳叶炉（图2-1）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。 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。 如果合成红宝石，则需要Al2O3和 Cr2O3，三氧化二铝可由铝铵矾加热获得；致色剂为Cr2 O3 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，O2：H2===1：3； 氢氧燃烧温度为25000C，Al2O3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 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，使晶体得以等径生长。
一、人造宝石材料的重要性 随着科学技术的发展，人民生活水平不断提高，人类对宝石的需求也逐渐增加。然而天然宝石材料的资源毕竟是有限的，而人工宝石材料能够大批量生产，且价格低廉，故人工宝石材料在市场上占有较大的份额。随着科学技术的发展，人工宝石材料的品种日益繁多,合成宝石的特性也越来越接近天然品种。宝石学家不断面临鉴别新的人造宝石材料的挑战。 某些人工的晶体材料也用于工业产品及设备的制造及生产中。例如，人造钇铝榴石被广泛用于激光工业，合成水晶是用作控制和稳定无线电频率的振荡片和有线电话多路通讯滤波元件及雷达、声纳发射元件等最理想的材料。 二、人造宝石材料的发展 人工制造宝石的历史可追溯到1500年埃及人用玻璃模仿祖母绿、青金石和绿松石等。人工合成宝石始于18世纪中期和19世纪，由于矿物学研究的发展以及化学分析方法取得的进展，使人们逐渐掌握了宝石的化学成分及性质，加上化学工业的发展以及对结晶过程的认识，人工合成宝石才变为现实。1892年出现了闻名的“日内瓦红宝石”，这是用氢氧火焰使品质差的红宝石粉末及添加的致色剂铬熔融，再重结晶形成优质红宝石的方法。随后，这种方法经改进并得以商业化。1890年，助熔剂法合成红宝石获得成功；1900年助熔剂法合成祖母绿成功。从此，宝石合成业飞速地发展起来。合成尖晶石、蓝宝石、金红石、钛酸锶等逐渐面市。1953年合成工业级钻石、1960年水热法合成祖母绿及1970年宝石级合成钻石也相继获得成功。 我国的人工宝石材料的生产起步较晚。五十年代末，为了发展我国的精密仪器仪表工业，从原苏联引进了焰熔法合成刚玉的设备和技术，六十年代投产后，主要用于手表轴承材料的生产。后来发展到有20多家焰熔法合成宝石的工厂，能生长出各种品种的刚玉宝石、尖晶石、金红石和钛酸锶等。 我国进行水热法生长水晶的研究工作，始于1958年。目前几乎全国各省都建立了合成水晶厂。我国的彩色石英从1992年开始生产，现在市场上能见到的各种颜色品种的合成石英。 七十年代，由于工业和军事的需要，尤其是激光研究的需要，我国先后用提拉法生产了人造钇铝榴石（YAG）和钆镓榴石（GGG）晶体，它们曾一度被用于仿钻石。 1982年，我国开始研究合成立方氧化锆的生产技术，1983年投产。由于合成立方氧化锆的折射率高、硬度高、产量大、成本低，很快取代了其它仿钻石的晶体材料。广西宝石研究所1993年成功生产水热法合成祖母绿，现已能生产水热法合成其它颜色的绿柱石及红、蓝宝石。 合成工业用钻石在我国是l963年投产的，至八十年代末，我国已有300余家合成工业用钻石的厂家。但宝石级合成钻石的生产还在探索之中。l995年，我国采用化学气相沉积法生长出了多晶金刚石薄膜，已在首饰方面应用。 所以我国的人工宝石制造工业，虽然起步较晚，但发展迅猛。我们与发达国家的差异正在逐渐缩小。 三、基本概念 1．合成宝石：指人工或半人工的无机合成材料，其化学成分、原子结构、物理性质与其天然对应无机宝石基本相同。 A．原料：半人工材料；如天然去皮水晶作为合成水晶的原料； 人工分离出的原料Al2O3作为合成红宝石的原料；
助熔剂法又称高温熔体法，将原料成分在高温下熔解于低熔点助熔剂熔体中，形成饱和溶液，然后通过缓慢地降温或在恒定温度下蒸发熔剂等方法，形成过饱和溶液而析出晶体。 似自然界矿物晶体从岩浆中结晶的过程。 一、助熔剂法的原理： 顾名思义，一定有助熔剂。 助熔剂条件：熔化后能溶解待生长的晶体材料且不易挥发。 常用助熔剂：PbF2、Pb02、Bi203、B203、BaO-Bi203等极性化合物。另外还有一些复杂的化合物，如钨酸盐、钼酸盐等。 助熔剂法生长晶体的原理： 1)A熔点为TA，B熔点为TB，E为共结点。2)将A、B组分混合，混合比例 X。当温度为TX时，混合组分X融成溶液。随着温度的下降，X组分至Q 点，相当于TQ时，结晶析出A。3)温度进一步降低，熔融的成份沿共结线TA-Q-E下滑。A在X混合溶液中的成分不断增加，溶液处于过饱和状态，不断析出A组分，并长大成晶体。 从图可知：由于A组分中加入低熔点的B组分后，A组分的熔点和结晶点由TA 下降到TQ，这样就可以在较低的温度下生长出高熔点的宝石晶体。因为B组分起到了降低熔点的作用，故称为助熔剂。 二、助熔剂法的分类 1.自发成核法
（1）缓冷法：在高温使材料熔融于助溶剂中，缓慢降温冷却，使晶体从饱和熔体中自发成核并逐渐成长的方法。 （2）反应法：助熔剂和原料熔融后，助溶剂与原料反应，反应后的晶体成分在熔融体中维持一定的过饱和度，生长晶体的方法。 （3）蒸发法：是在恒温下，蒸发熔剂，使熔体过饱和，从而使晶体析出并长大的方法。 ①籽晶旋转法：由于助熔剂熔融后粘度较大，采用籽晶旋转，搅拌熔体，使晶体长大，且少含包裹体。（合成红宝石） ②顶部籽晶旋转提拉法：这是①法和晶体提拉法的结合。边旋转边提拉，晶体绕籽晶逐渐长大。 ③底部籽晶水冷法：水冷部位形成过饱和熔体抑制了熔体其它部位成核，保证籽晶的生长。 1.对待生长晶体有极好的溶解性，随温度的变化，溶解度变化也较大。 2.在宽的温度范围内，所生长的晶体是唯一的稳定相，助熔剂与晶体成分不能形成中间产物。 3.助熔剂具有较低的粘度和较高沸点。 4.挥发性小，毒性小，容易清除。 1.适用性强，几乎所有材料都有合适的助熔剂。 2、温度要求低，许多难熔化合物或熔点处易挥发和变价的化合物等均能生长。
班级姓名成绩 一、名词解释。（3×5=15分） 人造宝石助熔剂法临界晶核装满度籽晶 二、填空题。（0.5×30=15分） 1、合成宝石指其加工的全部或部分工艺过程是由人工控制进行的它们的、和 与它们所对应的天然宝石基本相同。 2、紫晶用法合成后，还需要经处理。 3、合成蓝宝石的主要方法有、、。 4、CZ的中文名称应当是。 5、助熔剂法合成祖母绿的特征包裹体常为、、。 6、冷坩埚法合成立方氧化锆所需的热来自。 7、焰熔法合成尖晶石的密度常为，折射率值常为，往往比天然的宝石级尖晶石的 密度及折射率。 8、红、蓝、黄色、变色合成刚玉中的致色元素分别是、、、。 9、水热法合成宝石晶体的四个阶段、、、。 10、水热法合成水晶的温度，压力。 11、焰熔法合成宝石的主要设备有、、、。 三、判断改错题。（2×5=10分，对者打“√”，错者打“×”并改正） 1、助熔剂法合成宝石中的水滴状包裹体是捕掳来的原生液体。（） 2、用气相沉淀法合成的镀膜钻石，外观常显云雾状、粉状等特征。（） 3、由于刚玉的熔点很高，焰熔法合成红宝石是采用铂坩埚。（） 4、白色的合成立方氧化锆在贸易中作为钻石的代用品使用时，应称为仿钻石。（） 5、区分祖母绿与合成祖母绿时，有无弧形生长纹是一项重要判别依据。（） 四、简述题。（简明扼要，重点突出。6×5=30分） 1、绘图说明熔体中晶核形成与晶体生长的关系。 2、水热法合成的宝石通常具有什么特征？ 3、人工宝石中不参与定名的因素有哪些？ 4、高温高压合成钻石的鉴定特征。 5、简述冷坩埚法生长宝石晶体的原理。 五、论述题。（详细论述，全面分析。2×15=30分） 1、玻璃作为宝石仿制品的鉴定特征。 2、如何鉴别合成红宝石。
百度文库- 让每个人平等地提升自我 2013—2014学年第二学期 《合成宝石》课程期末大作业（论文） 班级：11工商（珠宝鉴定）本 学号: 姓名：李晶 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—些特殊琢型，如上部为中凸的弧形面，而下部为刻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5～15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?作原料，将其混合后放入铂金坩埚中，加热至1350℃，经数小时后，使Al?O?完全熔融，之后按照1℃/h的冷却速度冷却至900-1000℃，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铬元素，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。助溶剂法合成红宝石晶体的具体工艺步骤如下：
焰熔法合成宝石 利用氢氧火焰产生的高温，将用于合成宝石的原料粉末在频振料筒内下落过程中加热熔化，熔融的熔体，落在支架上的晶杆顶端的籽晶上，随着散热作用缓慢下降而冷凝结晶成梨状晶体（图2-1）。该法生长晶体过程是模拟岩浆成矿作用中的液相（熔体）转变成晶相方式实现的。 1、工艺流程 焰熔法生长宝石晶体的过程，主要有原料的提纯，粉料的制备，晶体生长和退火处理四个步骤。 （1）原料提纯 要求原料是来源丰富，价格低廉，提纯方法简便有效。 （2）粉料的制备 要求粉料纯度高，化学反应完全，体积容量小，晶体构型要有利于晶体生长。 （3）晶体生长 晶体生长的过程可分接籽晶，扩大放肩，等径生长三个阶段。 在整个晶体生长过程中，要求供料系统给料均匀，保证粉料全部熔化成微小液珠；要求气体燃烧器温度达2900℃，并构成三层火焰的形状和温度的有序变化；要求结晶炉给生长的晶体创造良好保温条件，并便于气体流动和不积粉；要求下降机构保证起始位置能使晶体顶部温度高于晶体熔点而低于晶体沸点，并保证有2-3mm厚的熔融层。 （4）退火处理
把合成晶体装入高温炉后缓慢升温至预定温度，然后进行长时间的恒温与缓慢退火，以释放合成宝石晶体热应力，防止晶体因受热而开裂。 2．生产设备 （1）给料系统 要求粉料下落流畅、均匀，经过燃烧器时能熔化成微小液珠。 （2）氢氧燃烧器 要求气体结构良好，供气氢氧比例适当，火焰呈三层状，温度稳定在2900℃，应能尽量减少粉料缺失。 （3）结晶炉 要求炉体保温稳定，炉膛呈流线型，不积粉，不使气体产生涡流，温度梯度小。 （4）下降机构 应适应晶体生长温度，保证晶体的固液界面稳定，下降匀速平稳，与结晶速度相同。并保证籽晶顶部有2-3mm熔融层。 3．具体实例：焰熔法合成刚玉类宝石 （1）原料的选择 目前，国内外焰熔法合成刚玉类宝石都采用硫酸铝铵（又名铝铵矾）作为 制备γ-AI2O3粉料的首选原料，其优点如下： a．铝铵矾原料丰富，价格低廉，提纯方法简单有效； b．铝铵矾焙烧产物松散流动性好； c．铝铵矾溶解度大，可采用简单的结晶法进行提纯，而且在重结晶过程中，它的排杂效果很好，只需3~4次重结晶，铝铵矾的纯度就能达到99.9%~99.99%。 （2）原料的制备和提纯 a．铝铵矾的制备 以硫酸铝：硫酸铵=2.5：1的配比进行配料并混合均匀，然后按料水比为1：1.5配比，加热至沸腾，完全溶解后，缓缓冷却析晶即成铝铵矾。 b．铝铵矾的提纯 将合成的铝铵矾在蒸馏水或去离子水中溶解，然后反复重结晶3~5次，即 可得99.9%以上纯度的原料。 （3）彩色合成刚玉类宝石粉料的制备 彩色合成刚玉类宝石粉料的成分是γ-AI2O3和少量着色剂。着色剂多为过渡元素的氧化物或稀土元素的氧化物，其作用是使致色离子进入晶格，使晶体对可见光产生有选择的吸收，从而使晶体着色。 彩色合成刚玉类宝石粉料是通过在原料铝铵矾中添加着色剂，再经脱水焙 烧而获得的。具体方法是，将着色剂配制成一定浓度的溶液并按要求加入铝铵矾中。铝铵矾受热溶解后，着色剂也就均匀分布在铝铵钒溶液中。再将混有着色剂的铝铵矾置于脱水炉中进行脱水及在焙烧炉中进行焙烧，这样，着色剂就均匀地分布在粉料中了。 在合成刚玉类宝石中，加入着色剂的种类和含量不同，使宝石产生的颜色 也不同。 （4）合成刚玉类宝石晶体生长 所有刚玉类的宝石晶体进行焰熔法生长时的工艺条件及操作步骤基本相似。 首先将籽晶安放在耐火黏土棒的顶端，以便控制晶体的结晶方位，优选方 位是60度。