水热法合成蓝宝石晶体及其透射光谱

5、水热法生长宝石晶体的优缺点
（1）优点 a、能够生长存在相变(如a石英等)和在接 近熔点时蒸汽压高的材料 (如ZnO)或要分解的 材料(如V02)。 b、能够生长出较完美的优质大晶体，并且 能够很好地控制材料的成分。 c、用此法生长晶体时，由于与自然界生长 晶体的条件很相似，因此生长出的宝石晶体与 天然宝石晶体最接近。
一、水热法生长宝石晶体概述
1、定义 水热法也称热液法，是在密封的高压容器 内，从水溶液中生长出晶体的方法，在一定程 度上再现了地下热液矿床矿物结晶的过程。 2、原理 是利用高温高压的水溶液使那些在大气条 件下不溶或难溶的物质溶解，或反应生成该物 质的溶解产物，通过控制高压釜内溶液的温差 使产生对流以形成过饱和状态而析出生长晶体 的方法。
3、水热法合成水晶的工作条件和工艺参数
(1)温度和压力（Tg=330-3500C，Td=360-3800C， Δ≤500C ，P=1.1-1.6*108Pa,） (2)高压釜（43CrNi2MoV钢材） (3)矿化剂（NaCO3，NaOH，NaCO3+NaOH） 填加剂（LiF、LiNO3、Li2CO3） 充填度——80%-86% (4)种晶（⊥Z轴，//Y轴，X+50，VO.A=700,YZ，厚度 1.5~2.0mm) (5)培养料 （熔炼石英，粒度2cm左右，质地均匀） (6)生长速率（//Z轴≈0.6-1.2mm/day,受种晶取向、充填 度、温差、结晶温度、溶液浓度、种晶面积等因素影响)
3、水热法宝石晶体生长的分类
（1）等温法
等温法主要利用物质 的溶解度差异来生产晶体。 所用原料为亚稳定相物质， 籽晶为稳定相物质。高压 釜内上、下无温差，是这 一方法的特色。此法的缺 点是无法生长出晶形完整 的大晶体。

的无色绿柱石或祖母 绿生成板状晶体。 挂于高压釜中部。 温度：6000C 工作压力：830×105Pa 生长速度：每天0.1-0.8mm。 高压釜内衬铂金（或黄金）衬里；
水热法生长祖母绿的鉴别
（1）折射率、双折射率和相对密度：水热法合成祖母 绿与天然祖母绿相同。
（2）查尔斯滤色镜：通常显强红色，但也有些变色效 应较弱，如俄罗斯的呈弱红色。
水热法合成祖母绿
水热法生长红色绿柱石的鉴别 吸收光谱
合成红色绿柱石为钴（Co²+）谱与天然红色绿 柱石明显不同，即530-590nm之间几个模糊到清晰 的吸收带。而天然红色绿柱石是Mn致色，为 450nm以下和540-580nm之间的宽的吸收。
强红色荧光，滤色镜下强红色 黑色底衬下，强光照射会出现红色
如何鉴别？ 4. 水热法生长宝石晶体的鉴定特征？ 5. 影响水热法生长宝石晶体的因素是什么？
水热法
水热法是利用高温高压的水溶液溶解矿物质， 控制高压釜内溶液的温差产生对流和形成过 饱和状态，使溶解在溶液中的矿物质在种晶 上析出，生长成较大的晶体。 自然界热液成矿就是在一定的温度和压力下， 成矿热液中成矿物质从溶液中析出的过程。 水热法合成宝石就是模拟自然界热液成矿过 程中晶体的生长。
⑤ 面包屑状包裹体：在暗域下呈白色，形态上 与面包屑相似的包裹体，较小而且通常数量不 多。 ⑥ 尘埃状包裹体和种晶残余：尘埃状包裹体成 片地分布在无色种晶片与橙红色部分的交界面 上。
§5 水热法生长祖母绿晶体与鉴别
1960年澳大利亚人约翰.莱奇特纳首次获得 成功，后被林德公司购买了销售权
1969－1970年达高峰期，年产量2万克拉 我国1987年开始研究，1989年获得成功，
色绿柱石等其它颜色绿柱石及合成刚玉也纷纷面市。 因此，水热法合成的宝石品种有：

Fig. 1 Hydrothermal synthetic blue-green beryl samples
1.2测试条件与方法 宝石学常规测试在中国地质大学（武汉）珠宝学院完成"
利用宝石显微镜等常规宝石学仪器对样品的基本宝石学性质 进行观察和测试。
化学成分测试采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪 （LA-ICP-MS）进行% LA-ICP-MS测试在武汉上谱分析科技 有限责任公司完成％使用仪器为美国Agilent公司生产的 Aglent7900 电感耦合等离子体质谱仪和 Geolas HD 准分子
关键词 合成绿柱石&水热法&紫外-可见光谱&红外光谱&拉曼光谱
中图分类号：P575. 4 文献标识码：A
DOI： 10.3964力.issn.1000-0593 （2021 ）07225805
引言
绿柱石（beryl）是含铍的六方环状铝硅酸盐矿物,晶体化 学式是Be3A12（SiO3）6,是常见的一种宝石矿物％自然界蕴藏 的宝石级绿柱石矿产资源并不能满足市场逐渐扩大的需求, 因此合成绿柱石很早就出现在市场上％目前合成绿柱石的商 业化生产主要采用水热法，除祖母绿以外，红色、粉红系列、 黄色系列、蓝色系列及与Paraiba碧玺颜色相似的水热法合 成绿柱石都已经出现在市场上，掺杂不同的致色元素可以合 成颜色各异的绿柱石％前人对水热法合成的红色、Paraiba色 绿柱石的宝石学和谱学特征进行过系统研究[1-2],但尚未见 有关蓝绿色合成绿柱石的文献报道％本文对市场上新出现的
(1)400〜1 500 cm-1指纹区红外光谱(图3)主要表现为 绿柱石晶体结构中［S1OJ的振动特点％其中1 230 cm-1处较 强红外吸收谱带归属于 堆(Si—O—Si), 1 092 cm-1以及 1 022 cmt附近两个较弱吸收谱带归属于！s (O—Si—O), 972 cm-1处的强红外吸收谱带归属于！(O—Si—O# 820, 761 , 687和654 cm-1四处中等至弱红外吸收峰由！(Si— O—Si)所致。594 cm-1附近及小于594 cm-1的四个小吸收峰 归属于Q(Si—O)和！(M—O) (M为金属离子)及二者耦合振 动工%

工作条件和工艺参数
(4) 种晶（⊥Z轴，//Y轴，X+50，VO.A=700，YZ) (5) 培养料 （熔炼石英，粒度2cm左右，质地均匀） (6) 生长速度（//Z轴 ≈ 0.6-1.2mm/day，受种晶取向、 充填度、温差、结晶温度、溶液浓度、种晶面积等 因素影响).
水热法合成水晶生长的工艺流程图
籽晶等
高压釜为可承高温高压的钢制釜体。 水热法采用的高压釜一般可承受 1100 ℃的温度和
109Pa的压力，具有可靠的密封系统和防爆装置。 高压釜的直径与高度比有一定的要求，对内径为 100-120mm的高压釜来说，内径与高度比以 1：16 为宜。
高度太小或太大都不便控制温度的分布。
相似，因此生长出的宝石晶体与天然宝石晶体最接近。
缺点:
a、需要材料比较特殊的高压釜和相应安全防护措施。 b、需要大小适当、切向合适的优质籽晶。 c、整个生长过程无法观察。 d、投料是一次性的，因此生长晶体的大小受高压
釜容 器大小的 限制。
5. 影响宝石晶体生长的因素
溶液的过饱和度
矿化剂的性质与浓度
水热法合成的红宝石的晶体
祖母绿的水热法合成 是 由澳 大利亚的 Johann Lechleitner在 1960年研究成功的。
到九十年代 原苏联新西伯 利亚合成出了 海蓝宝石。随 后红色绿柱石 等其它颜色绿
柱石及合成刚
玉也纷纷面市。
1. 基本原理
水热法是利用高温高压的水溶液使那些在大气条件
等温法高压釜
3.2 摆动法
摆动法的装置由A、B两个圆筒组成，其中A筒 放置培养液， B 筒放置籽晶，两筒间保持一定的温 度差。定时地摆动A、B两个圆筒以加速它们之间的 对流，利用两筒之间的温差在高压环境下生长出晶 体，此法也曾用于水晶的生长。

文献综述调研报告课题名称：蓝宝石晶体生产方法的研究涉及的检索词：中文：方法蓝宝石生产原料晶体检索词间的逻辑关系（逻辑式，可以有多个）：中文：（蓝宝石+晶体）*（原料+生产）*方法需要的文献类型：期刊文章学位论文年代范围：1979-2010选用的数据库：知网数据库、维普数据库、万方数据库检索方法（用截图方式表现）：检索结果：知网数据库：[1] 韩杰才, 左洪波, 孟松鹤, 张明福, 姚泰, 李长青, 许承海, 汪桂根. 泡生法制备大尺寸蓝宝石单晶体[J]. 人工晶体学报 , 2005,(01)摘要：为了研究工艺参数对泡生法蓝宝石晶体生长过程及其晶体质量的影响,在自行研制的泡生法蓝宝石晶体生长炉上进行了试验.调整籽晶热交换器水流量及进水温度,并在等径生长期间采用不同的维持功率下降速度,结果表明:热交换器冷却强度对引晶及放肩阶段晶体生长有显著影响,并逐步减弱;维持功率下降速度直接影响等径生长阶段的晶体生长速度和晶体质量,下降太快将导致晶体缺陷密度增加,严重时形成多晶.在晶体生长过程中,合理调节籽晶热交换器的冷却强度,谨慎操控维持功率下降速度是蓝宝石单晶生长成败的关键.[2] 姚泰,左洪波,韩杰才,张明福,孟松鹤,姚秀荣,李常青,汪贵根,许承海. 蓝宝石单晶生长过程中应力分布的数值模拟[J]哈尔滨理工大学学报 , 2006,(05)摘要：晶体生长过程中所产生的残余热弹性应力是影响晶体质量的重要因素之一.用Ansys 软件为平台,以改进的Kyropoulos法制备Φ230x200mm大尺寸蓝宝石单晶为例,对所生长单晶体的热应力分布进行了数值模拟.建立了不同外形(放肩角)条件下晶体生长过程中热弹性应力的分布模型.讨论了不同放肩角对晶体热应力的影响.结果表明,通过改变晶体的外形可以改善热应力的分布,从而在晶体中获得更多的低应力区域.模拟结果和试验结果吻合较好.[3] 孙广年,于旭东,沈才卿. 泡生法生长高质量蓝宝石的原理和应用[J]. 宝石和宝石学杂志 , 2007,(04) .摘要：简要叙述了世界上主要用于生长高质量蓝宝石晶体的生长技术如晶体提拉法、导模法和热交换法。

水热法
• 水热结晶主要是溶解———再结晶机理。首先营养料在水热介质里溶 解,以离子、分子团的形式进入溶液。利用强烈对流(釜内上下部分的 温度差而在釜内溶液产生) 将这些离子、分子或离子团被输运到放有 籽晶的的生长区(即低温区) 形成过饱和溶液,继而结晶。
• 二十世纪上叶，战争导致水热法合成水晶大批量的生产。 • 1943年，Laubengayer和Weitz首先水热法成功合成红宝石。 • 1960年，澳大利亚的Lechleitner用水热法成功合成祖母绿。 • 上世纪九十年代，原苏联新西伯利亚合成海蓝宝石。随后，红色绿柱 石等其它颜色绿柱石及合成刚玉也纷纷面市。 • 目前水热法合成的宝石有：水晶、红宝石、祖母绿、海蓝宝石、蓝宝 石
生长的关键
• 水热法生长的温度500～600℃，温度梯度10～130℃ • 压力70～600MPa,新工艺570℃左右，压力为170MPa左右。 • 籽晶片取向：最理想的取向是与结晶轴C轴的夹角为20°～25°产品 外观为短柱状；俄罗斯的Tairaus采用籽晶片与C轴夹角为43°～47° 是切角最大的，产品为长板状。大多国家采用20°～40°桂林早期采 用35°左右，新工艺则为23°左右。 • 着色剂方面，我国与大多数国家一样采用含铬试剂，少数国家采用(铬 +钒)试剂，或者(铬+钒+铁)。 • 我国与大多国家一样采用黄金管密封悬浮法(澳大利亚Biron和Pool无资 料可查)。俄罗斯Tairus公司不用黄金管，产品中含较高铁以及少量铜 和镍。
谢谢！
设备
高压釜 自动控温电阻炉 测温设备 热电偶 黄金管
高压釜
一般用耐高温高压的钢材制成。关 键结构是可开启的密封系统，内含贵金 属衬里，防止钢质容器被高温高压矿化 剂腐蚀。 我国的桂林水热法合成祖母绿，高 压釜内部多用黄金、铂做内衬。防止矿 化剂腐蚀装置。

原料选择
根据所需合成的宝石种类，选择合适 的矿物原料，如氧化物、硅酸盐、硫 化物等。
原料处理
将选定的原料进行破碎、研磨、筛分 等预处理，以便更好地进行后续合成 操作。
设备准备与安装
设备选择
根据合成工艺要求，选择适合的水热合成设备，如高压釜、 反应器等。
设备安装
按照合成工艺流程，将设备组装在一起，确保设备连接紧密 、安全可靠。
随着人们对珠宝和宝石的需求不断增加，水热法 合成宝石市场呈现出持续增长的趋势。
消费者对品质和独特性的追求
消费者对宝石的品质和独特性要求越来越高，水 热法合成宝石因其独特性和高品质而受到青睐。
3
市场需求多样化
不同国家和地区对水热法合成宝石的需求存在差 异，多样化的市场需求为行业发展提供了广阔的 空间。
04
水热法合成宝石的质量控制
颜色与透明度
总结词
颜色鲜艳、透明度高
详细描述
水热法合成的宝石颜色鲜艳，透明度高，能够达到与天然宝石相似的光学效果。 在质量控制过程中，需要对合成宝石的颜色和透明度进行严格检测，确保其符合 市场需求。
纯净度与杂质
总结词
高纯净度、微量杂质可控
详细描述
水热法合成宝石的纯净度较高，但也可能含有微量的杂质或包裹体。质量控制过程中需要检测杂质的种类、数量 和分布情况，并尽量减少杂质对宝石质量的影响。
水热法合成宝石
汇报人： 2023-12-30
目录
• 水热法合成宝石简介 • 水热法合成宝石的原理 • 水热法合成宝石的工艺流程 • 水热法合成宝石的质量控制 • 水热法合成宝石的市场前景
01
水热法合成宝石简介
定义与特点
定义
水热法合成宝石是指通过模拟自然界 成矿过程，在高温高压条件下利用水 溶液作为介质，使宝石晶体在其中生 长的一种合成方法。

Ｓ ｙ ｎ ｔ ｈｅ ｔ ｉ ｃ Ｃｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｂ ｙ Ｈｙ ｄ ｒ ｏ ｔ ｈｅ ｒ ｍａ ｌ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ＣＡＯ Ｐａ ｎ。 ＹＵ 源自Ｌａ ｎ． ＺＵ Ｅｎｄ ｏ ｎｇ
（ Ｆ ａ ｃ ｕ ｌ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ｋｕ ｎ ｍｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ， Ｋｕ ｎ ｍｉ ｎ ｇ ６ ５ ０ ０ ９ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｉ ｃ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｂ ｙ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ
第 ２ ９ 卷
第 １ 期
光
散
射
学
报
Ｖ ｏ１ ． ２９ Ｎｏ ．１
Ｍａ ｒ ．２ ０１ ７
２ ０ １ ７ 年 ３ 月
ＴＨＥ ｊ ｏＵＲＮＡＩ ＯＦ ＬＩ Ｇ ＨＴ Ｓ ＣＡＴＴＥＲＩ ＮＧ
文章 编 号 ： １ ０ ０ ４ — ５ ９ ２ ９ （ ２ ０ １ ７ ） ０ １ — ０ ０ ５ ０ — ０ ４
ｄ ｒ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ｎ ａｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ； ｓ ｙ ｎｔ ｈｅ ｔ ｉ ｃ ｃ ｒ ｙｓ ｔ ａ ｌ ； ｈ ｙｄ ｒ ｏ ｔ ｈｅ ｒ ｍａ ｌ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ； Ｒａ ｍａ ｎ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏｓ ｃ ｏｐｙ

发展趋势
1）运用先进的科学技术和生产工艺，对具有缺陷的合 成水晶进行改造
2）改善水晶的颜色，提高水晶的净度，增强其物理性 质、化学性质的稳定性，以提高合成水晶的美学价 值和商品价值。
3）根据天然水晶的形成机理，制造出与天然水晶性质 相同的合成水晶
4）根据社会的发展需要，制造出新的具有特种功能的 晶体材料。
生长区温度和温差：
t＝t溶解－t生长 快速生长优质单晶体的关键 t——质量输送——V生长——包裹体——净度及透明度
压力和充填度：
充填度（ 86%）＝V液体/V自由 P V生长
籽晶பைடு நூலகம்向：
晶体的各向异性 各向生长速度不同
培养体：
质地均匀、无杂质、表面清洁干净、一定的表面比
§3 水热法生长水晶晶体与鉴别
水热法合成水晶的历史 始于19世纪初 1928年德国科学家理查德.纳肯首次使用高压釜 1950年美国、英国进行商业性生产 我国50年代开始研究，1998年产量可达1400吨
已投放市场的合成水晶品种 无色、紫色、黄色、绿色、蓝色、玫瑰粉红色、
棕色、黑色、多色、花色
存在的问题
合成水晶存在的晶体缺陷是水热法合成水晶存在的主要问题 双晶
合成水晶中的双晶，除了有籽晶中原有的双晶遗传下来以外， 在晶体的生长过程中也易于形成双晶。根据其外形特征，可 分为凹陷型双晶、双面体双晶、鼓包双晶和花絮状双晶。 包裹体 合成水晶中的包裹体有固体包裹体和气—液包裹体两种。固 体包裹体大多像一撮晶须，其主要成分是锂辉石或石英的微 晶核 气—液包裹体多呈长条状主要出现在籽晶的生长界面上。
式中X≥2，在接近合成水晶的条件下，测得X值约为 7/3与5/2之间。
水热法合成水晶的基本原理
因此水热法合成水晶包含两个过程： 1）溶质离子的活化

珠宝知识287：珠宝考研考证篇（九十三）：水热法合成宝石方法简介水热法合成宝石方法是一种从溶液中结晶方法，合成宝石的原理主要是模仿自然界中的热液成矿作用的，首先我们先简单了解一下热液成矿的基本过程。

【热液成矿作用】地球的内部具有很高的温度，同时地球的深部也是含有水的，当地球深部的水受到一定的热源（例如岩浆、断裂活动等）温度升高形成热液，因此在温度和压力较高的环境中，水对于一些溶质的溶解度会大大的提升。

但是岩石是存在有裂隙的（例如断裂），热液可以沿着这些裂隙会向地表运移，随着温度和压力的下降，溶解度逐渐降低，溶质就会在合适的空间中沉淀下来形成晶体。

这就是热液矿床形成的大致过程，但是具体过程会更加复杂。

无论具体的成矿左右有多复杂，简单来讲，热液成矿过程可以总结为【在高温下溶解溶质，在低温下沉淀结晶】，水热法合成宝石同样是根据这样的原理合成宝石晶体的。

也正是由于合成过程中模拟了宝石在自然界中的生长环境，因此宝石的质量也相对较好，与天然宝石有着较为相似的鉴定特征。

【优点】1、能生长存在相变(如α石英等) 的材料；以石英为例，石英在不同的温度压力下会形成不同的晶体结构，从下面的相图中我们可以很清楚的看到，石英在较低的温度535℃时就会发生相变，因此在合成过程中是需要严格控制形成环境的，但是二氧化硅的熔点高达1700摄氏度以上，若采用熔体直接冷却结晶的方法是无法直接得到α-石英（水晶的晶体结构）的，而是优先形成其他晶体结构的石英（例如β-方石英或β-石英），最终通过相变的方式转化成为α-石英，在实验室的环境中快速的发生转化，必然会形成过大的内应力，不容易得到高质量的合成宝石。

但是水热法可以通过精确的控制温压条件，以得到目标宝石晶体。

2、可以生长在接近熔点时蒸汽压高的材料（例如ZnO）。

材料的蒸汽压高意味着材料在接近熔点时极容易发生挥发，若使用熔体直接冷却形成矿物晶体的方法会导致原料大量的挥发，在腐蚀设备的同时，也会造成不必要的浪费，但是水热法合成宝石是在高压釜内进行，属于一个较为封闭的环境；另外，水热法是利用【溶质在不同温度下溶解度的差异】进行合成宝石的，所使用的温度远低于材料的熔点，因此可以避免大量挥发的现象的发生。

环保与节能
随着环保意识的提高，水热法合成宝石技术也在不断向 环保和节能方向发展，减少了对环境的影响。
市场推广与认可度
消费者认知
水热法合成宝石在市场上仍有一定的认知度，需要进一步加强对 消费者的宣传和教育。
品牌推广
通过建立品牌信任度和口碑，可以增加消费者对水热法合成宝石 的认可度和购买意愿。
应用领域拓展
水热法的反应机理
溶解和结晶
高温高压下，宝石原料溶解于水，形成饱和溶液。降低温度，溶液过饱和，宝石 结晶析出。
化学反应
高温高压下，宝石原料发生化学反应，生成宝度和压力
高温高压有利于宝石原料的溶解和 反应，但也会影响晶体的结构和质 量。
反应时间
过长或过短都会影响宝石的质量和 性能。
要点三
合成蓝宝石特点
合成蓝宝石与天然蓝宝石相比，具有 颜色更鲜艳、透明度更高的特点，而 且纯净度高，不含天然蓝宝石中的瑕 疵和裂纹。
其他合成宝石
其他合成宝石简介
除了合成祖母绿、合成红宝石和合成蓝宝石之外，水热法还可以合成其他种类的宝石，如 合成钻石、合成翡翠等。
其他合成宝石生产过程
这些其他合成宝石的生产过程与上述几种宝石的生产过程类似，也包括准备阶段、水热合 成阶段、加工阶段和检测阶段。
水热法合成宝石的应用领域不断拓展，例如应用于珠宝、首饰等领 域，也将有助于其市场推广。
政策法规与行业规范
法规完善
随着水热法合成宝石产 业的发展，相关法规也 需要不断完善和更新， 以保障合法生产和经营 。
行业规范
通过行业协会和规范的 制定，可以加强行业自 律和规范经营，确保水 热法合成宝石产业的健 康发展。
02
天然宝石资源有限，价格昂贵，因此人们一直在寻找新的合成

5. 影响宝石晶体生长的因素
溶液的过饱和度 矿化剂的性质与浓度 对流 挡板 生长区温度与温差 压力和充填度 杂质 种晶的取向 营养料
6. 水热法合成宝石晶体
6.1 水热法合成水晶晶体 6.2 水热法合成刚玉类晶体 6.3 水热法合成祖母绿晶体 6.4 水热法合成海蓝宝石晶体
(2) 高压釜（43CrNi2MoV） (3) 矿化剂（NaCO3，NaOH，NaCO3 + NaOH）
填加剂（LiF、LiNO3、Li2CO3）; 充填度（80%86%）
工作条件和工艺参数
(4) 种晶（⊥Z轴，//Y轴，X+50，VO.A=700，YZ) (5) 培养料 （熔炼石英，粒度2cm左右，质地均匀） (6) 生长速度（//Z轴 ≈ 0.6-1.2mm/day，受种晶取向、
等温法高压釜
3.2 摆动法
摆动法的装置由A、B两个圆筒组成，其中 A筒放置培养液，B筒放置籽晶，两筒间保持一定的 温度差。定时地摆动A、B两个圆筒以加速它们之间 的对流，利用两筒之间的温差在高压环境下生长出 晶体，此法也曾用于水晶的生长。
3.3 温差法
温差法是在立式高压釜内生产晶体，高压釜内部的 对流挡板将釜腔分成上、下两部分，籽晶挂在生长 区的培育架上，晶体在籽晶上逐步生长；对流挡板 的下部为培养料区(也称溶解区)，溶解区内放人适 量的高纯度原料和矿化剂。加热，使高压釜的上、 下部分形成一定的温差。当高压釜温度超过100℃后， 由于热膨胀和大量蒸汽的形成，釜内形成气压。
109Pa的压力，具有可靠的密封系统和防爆装置。 高压釜的直径与高度比有一定的要求，对内径为 100-120mm的高压釜来说，内径与高度比以1：16 为宜。 高度太小或太大都不便控制温度的分布。

从熔体中结晶合成宝石的基本过程：
粉末原料 → 加热 → 熔化 → 冷却
→ 超过临界过冷度 → 结晶
包括： a）焰熔法 b）晶体提拉法 c）冷坩埚法
（3）焰熔法合成宝石的识别特征
a.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。
b.包裹体和色带
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；
④合成烟晶：与天然烟晶相比，合成烟晶缺 失3595 和3484 cm-1的吸收。
2.助熔剂法
（1）基本原理和方法
宝石原料在高温下溶解于较低熔点的助熔剂 中，通过缓慢降温或在恒定温度下蒸发熔剂等 方法，使熔融液过饱和，从而使宝石晶体析出 生长。助熔剂通常为无机盐类，故也被称为盐 熔法或熔剂法。
助熔剂法根据晶体成核及生长的方式不同 分为两大类：自发成核法和种晶生长法。
h）阴极发光：与紫外下荧光 分带特征相似。
合成钻石的荧光 分带现象
2.CVD法合成钻石
（1）基本原理 将和氢气导入反应腔，利用电热丝、微波、火焰、
直流电弧等设备，使甲烷形成等离子体，并分解出 碳原子 碳原子在氢的催化作用下，结合形成钻石结构，并 逐渐沉淀生长在预先制备好的“基座”上。 生长基座可使用天然或高温高压合成的钻石切成平 行{100}晶面的薄片。 温度压力：800～1000℃、0.1大气压。
吉尔森法
（3）助熔剂法生长宝石的鉴别特征
①助熔剂残余包体：助熔剂 被包到晶体中，形成气-固 两相包体。
②金属包体：坩埚被融蚀 并包裹到晶体中，典型 的是六方片状的铂金晶 片。
③ 种晶：助熔剂法加种晶 生长时，切磨好的宝石 中有时可见种晶片残余。

式中X≥2，在接近合成水晶的条件下，测得X值约为 7/3与5/2之间。
水热法合成水晶的基本原理
因此水热法合成水晶包含两个过程： 1）溶质离子的活化
2)活化了的离子受待生长水晶表面活性中心的吸引，在静电引 力、化学引力和范德华力等的作用下，穿过生长晶体表面的 扩散层而沉降到晶体表面。
水热法合成水晶的工艺
存在的问题
合成水晶存在的晶体缺陷是水热法合成水晶存在的主要问题 双晶
合成水晶中的双晶，除了有籽晶中原有的双晶遗传下来以外， 在晶体的生长过程中也易于形成双晶。根据其外形特征，可 分为凹陷型双晶、双面体双晶、鼓包双晶和花絮状双晶。 包裹体 合成水晶中的包裹体有固体包裹体和气—液包裹体两种。固 体包裹体大多像一撮晶须，其主要成分是锂辉石或石英的微 晶核 气—液包裹体多呈长条状主要出现在籽晶的生长界面上。
存在的问题
位错和腐蚀隧道 合成水晶中的位错多为刃位错和混合位错。除线位错外，可 有层位错。位错一般源于籽晶、籽晶—晶体界面及晶体内部 所含的包裹体。 腐蚀隧道是作为籽晶的石英晶片经过腐蚀而形成的。腐蚀隧 道的形成与位错、包裹体和不均匀沾染的杂质有关系。
生长条纹 由于石英晶体具有各向异性的特点，因此在各方向上的生长 速率是不同的，由于晶格平面的位移而产生的线缺陷，会导 致产生生长条纹。
紫水晶
玫瑰色水晶的合成
基本原理 玫瑰色水晶呈半透明状，其颜色来源于Z轴隧道间隙位置 上的八面体Ti3+。它有Fe2+(间隙)+ Ti4+→Fe3++ Ti3+的转 换过程，以及Ti4+（转换）→Ti3+（间隙）的电荷转换过 程，还有Al、P痕量元素的作用，共同作用使水晶呈玫瑰 色。
在K2CO3溶液中生长黄水晶

1 宝石矿物学特征
1. 1 结晶学特征 水热法合成的黄色蓝宝石晶形整体呈扁平板
状, 双圈接触测角仪( 精度为 0. 5°) 测量结果初步 显示, 这种合成黄色蓝宝石晶形常见的单形有六 方 柱{ 1120} 、菱 面体{ 0111} 、六方 双锥 { 2241} 、 { 1121} 、{ 3361} , 偶见复三方偏三角面体{ 3581} 、 { 1341} , 平行双面不发育。
内部生长纹理 在亮域场下( 辅以蓝色滤色 片) , 部分晶体内微波纹状生长纹理较发育。这种 生长纹理的分布多具方向性, 沿籽晶片方向展布。
气泡群 这种极微小( 直径为 0. 005～ 0. 010 mm ) 的气泡多密集分布在籽晶片、籽晶罩或挂金
丝处, 生长层内偶尔可见( 图版Ⅲ-6) 。 黄金微晶 晶体内偶尔可见呈团絮状分布的
DR 0. 008
0. 008
0. 008 0. 007
0. 008
0. 008 0. 008 0. 008
荧 光 L W: 惰 性; SW : 荧光 具分 带性, 籽晶片为中—弱的蓝白色荧光 L W: 惰 性; SW : 荧光 具分 带性, 籽晶片为中—弱的蓝白色荧光
\ L W, SW : 荧光具 分带性, 籽晶片 为中—弱的蓝白色荧光 L W: 惰 性; SW : 荧光 具分 带性, 籽晶片为中—弱的蓝白色荧光
VMoalr..3 N2o0.011
桂林水热法合成黄色蓝宝石的宝石学特性研究
刘江霞1 亓利剑1 曾骥良2 余海陵2 张昌龙2
( 1. 中国地质大学, 湖北 武汉, 430074; 2. 广西矿产地质研究院, 广西 桂林, 541004)
摘 要: 对新近生长的桂林水热法 合成黄色蓝宝石的 宝石学特征进行了 初步研究, 并 对这种合成黄色蓝 宝石

水热法法合成宝石水热法宝石合成工艺摘要：宝石以其炫目美丽、坚硬、稀少而备受世人瞩目。

随着社会的发展人们对宝石的喜爱和需求日益增大。

宝石除了可以作为钻戒、耳坠、手链等饰品外，工业上是金刚石的最优替代品运用于彩电、手表等电子产品中，然而自然界里的宝石毕竟很有限，价格也昂贵，于是宝石的人工合成就开始兴起，人工合成宝石也开始商业化。

怎么样才能找到合适的合成工艺，合成优质且低成本的宝石呢？这就成了人工宝石合成产业的关键所在。

目前人们合成宝石的工艺主要有焰熔法、助熔剂法、水热法、提拉法等，以下我将主要介绍一下宝石的合成工艺及其特点、还有它的商业前景。

关键词：人工宝石、宝石合成工艺、水热法、商业前景一、宝石种类以及人工宝石背景宝石概念种类：宝石是岩石中最美丽而贵重的一类石。

它们颜色鲜艳，质地晶莹，光泽灿烂，坚硬耐久，同时赋存稀少，是可以制作首饰等用途的天然矿物晶体，如钻石、水晶、祖母绿、红宝石、蓝宝石和金绿宝石（变石、猫眼）等；也有少数是天然单矿物集合体，如冰彩玉髓、欧泊。

还有少数几种有机质材料，如琥珀、珍珠、珊瑚、煤精和象牙，也包括在广义的宝石之内。

广义的概念宝石和玉石不分，泛指宝石，指的是色彩瑰丽、坚硬耐久、稀少，并可琢磨、雕刻成首饰和工艺品的矿物或岩石，包括天然的和人工合成的，也包括部分有机材料。

狭义的概念有宝石和玉石之分，宝石指的是色彩瑰丽、晶莹剔透、坚硬耐久、稀少，并可琢磨成宝石首饰的单晶体或双晶，包括天然的和人工合成的，如钻石、蓝宝石等；而玉石是指色彩瑰丽、坚硬耐久、稀少，并可琢磨、雕刻成首饰和工艺品的矿物集合体或岩石，如翡翠、软玉、独山玉、岫玉等，同样既包括天然的，又包括人工合成的。

石的一些特性:宝石均为单晶体、颜色具有均匀单一性、多呈透明体、有光泽、密度变化具有很小范围性、良好的导热性、体积相对要小，重量也轻、硬而脆。

人工宝石的合成背景刚玉是最早合成并进行商业化生产的一类宝石，它发展的同时也带动了其他宝石的发展。

③ 生长阶段 ④ 开釜阶段
工作条件和工艺参数
温度：溶解区360-380℃， 温度：溶解区 ℃ 生长区330-350℃， ℃ 生长区 压力：1100-1600 × 105Pa 压力：1100矿化剂：NaOH、Na2CO3或其混合液 矿化剂：NaOH、 籽晶：⊥Z、∥Y等，机械切割 ∥Y等 籽晶： 合成水晶晶体生长速度： 合成水晶晶体生长速度： 0.6-1.2mm/天（⊥Z） 天 影响晶体生长速率的因素：籽晶取向和面积、充填度、 影响晶体生长速率的因素：籽晶取向和面积、充填度、 取向和面积 温度、压力、 温度、压力、溶液浓度等 t≤50℃ 50℃
Na2CO3等，充填度为80%；
温度： 温度：500-560℃，底部溶解区温度略高，
上部生长区略低，约为470-480 ℃ ；
工作压力：750× 工作压力：750×105Pa。
水热法生长红宝石晶体的鉴别
存在籽晶核 气液包裹体形状相似 云烟状裂隙， 云烟状裂隙，充填液体和气泡 红色荧光强 光谱特征不同
水热法生长宝石晶体与鉴别
本章要点
理解水热法生长宝石晶体的有关概念和原理 理解水热法生长宝石晶体的有关概念和原理 了解影响水热法宝石晶体生长的因素及其 各种宝石晶体的工艺过程和生长条件 掌握水热法生长各种宝石的鉴定特征
思考题
1. 水热法生长宝石晶体的方法有几类？ 水热法生长宝石晶体的方法有几类？ 2. 水热法生长的宝石晶体有几种？ 水热法生长的宝石晶体有几种？ 3. 水热法生长的各种宝石晶体与对应的天然晶体 如何鉴别？ 如何鉴别？ 4. 水热法生长宝石晶体的鉴定特征？ 水热法生长宝石晶体的鉴定特征？ 5. 影响水热法生长宝石晶体的因素是什么？ 影响水热法生长宝石晶体的因素是什么？
水热法生长水晶的鉴别