宝石的鉴定与加工方法

理论探索

人文之友浅谈蓝宝石晶体的几种加工设备及方法

陈涛

（广东富源科技股份有限公司，广东梅州514779）

【摘要】蓝宝石作为重要的晶体材料之一，因具有良好的综合性能，在市场上得到广泛的应用。本文主要介绍了几种蓝

宝石晶体的加工设备及方法，归纳不同设备加工晶体的生产适用性，已达到优化生产工艺和提高生产效率的目的。

【关键词】蓝宝石晶体；加工设备；切割

蓝宝石，主要成分是氧化铝（Al2O3），由三个氧原子和两个铝

原子以共价键型式结合而成，晶体结构为六方晶格，硬度为莫氏

9级，仅次于最硬的金刚石。由于具备很好的透光性、热传导性，

熔点高达2050℃，且高温下仍有较好的稳定性，并具有耐磨的特

点，目前已被广泛地应用于科学技术、国防与民用工业，如：智能

消费产品上的应用（手机面板，摄像头，各类保护膜产品等）以及

高端表镜，光学元件，窗口材料，高档工艺品等。

蓝宝石作为晶体材料，其自身不同晶向对应的性能也有所

不同，加之硬度高且脆性大的特点，对其进行机械加工较为困

难。在实际生产过程中，要根据客户的需求先对晶体进行定向，

确定待加工的晶面，然后再进行机械加工。以下介绍几种常见

的蓝宝石加工设备及切割方法。

一、开方机

采用金刚砂切割片作为切割工具，将晶体定向粘胶完成后

置于工作台上，切割片由上至下进给下刀，工作台左右往复运

动，直至切割至晶体底部，再对晶体脱胶，完成切割作业。

该设备操作简单易上手，切割后表面平整度高，光洁度好。

但切割片自身厚度≥2mm较大，晶体加工过程损耗较多；加之机

台的纵向行程有限，且切割片直径大小决定了可加工的晶体高

度，因此该设备适合加工早期规格小的晶体。

二、单线摇摆切割机

采用金刚石线作为切割工具，将晶体定向后置于装载夹具

上，金刚线从一侧放线轮出线，绕导轮经摇摆切割臂，通过调整

金刚线的张力，施力于晶体表面，并左右往复运动至另一侧收线

轮完成周期性的作业。直至切割晶体底部，完成切割作业。

单线切割机的金刚线径＜0.5mm较小，晶体加工过程损耗

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。

12建筑电气与智能化 学号:12205060145 曹锰渔

单晶宝石的鉴定方法

论文摘要：常见单晶宝石包括钻石、红宝石、蓝宝石、绿柱石族（祖母绿、海蓝宝石）、金绿宝石（变石、猫眼）、欧泊、石英单晶宝石、长石、托帕石、橄榄石、尖晶石、石榴子石族等,下面就简述几种常见单晶宝石的鉴定方法

关键词：单晶，宝石，鉴定

一、钻石的鉴别

1．原石的鉴定方法

a．结晶形态：常见单形有八面体、菱形十二面体、立方体以及他们间的聚形。少数情况下还有四六面体、六八面体、四角三八面体和三角八面体等。钻石常见接触双晶，称为三角薄片双晶

b.表面特征:钻石的表面常有许多生长标志，如三角锥（座）、三角凹坑、台阶状生长纹等。另外，在钻石表12建筑电气与智能化 学号:12205060145 曹锰渔

面及内部常见许多清晰的与钻石结构有关的线，例如生长纹、双晶纹等。完全的八面体解理,钻石的摩氏硬度是10，是自然界中最硬的物质。

钻石原石可依据其强的金刚光泽，独特的晶体形态，特有的表面特征（如曲晶面、三角座、三角凹痕、阶梯状生长及生长纹等），高硬度等特点进行识别，对少数特征不明显的原石可通过显微观察、比重、光谱及荧光测试等实验方法进行鉴别。

2. 成品钻的鉴别

成品钻石的鉴别有多种方法，但对圆多面琢型的钻石通常要求在肉眼或1 0 倍放大镜下能区分开，主要鉴别方法如下：

(1) 颜色及品种

a．黄色系列：包括无色（轻微黄）至明显的黄色调12建筑电气与智能化 学号:12205060145 曹锰渔

的钻石，自然界产出的绝大部分钻石属 此系列。

b. 褐色系列：由浅的褐色调至深褐色的一系列的钻石。

c. 彩色钻石：最罕见的是红色，其它颜色有紫红、黄、蓝、绿、橙黄等。

(2) 观察光学特征

特有的金刚光泽，同绝大多数仿制品的玻璃光泽明显不同；特征的"火彩"强度，对有经验的鉴定者能通过火彩强弱将钻石与CZ相区别。钻石亮度的及闪烁效果亦有别于大部分仿制品。

第九节 宝石鉴定的内容与特点

一、宝石鉴定的内容与特点

1．宝石鉴定的内容

宝石鉴定的对象包括已琢磨好的宝石成品，已镶嵌在首饰上的宝石及宝

石原料。有些宝石其外观特征比较典型，仅凭肉眼观察便可鉴别。而大多数

宝石，尤其是经过优化处理的宝石，则需借助鉴定仪器观察测试，方能鉴别，

从而给宝石的经济评价及商业买卖提供依据。

宝石鉴定工作内容，可分为三个方面：宝石定名，确定它是什么东西；

对材料进行分类，以明确材料属性；宝石质量分级。

(1) 宝石定名

对于宝石鉴定，主要测定宝石的密度、折射率数据，就可以定出名称来。

例如：测得宝石密度为3.52(±0.01) g／cm3，折射率为2.417，色散0.044，再

结合它有高的热导率，就可定名为金刚石(钻石)。若还拥有宝石矿物化学成分、

晶体结构方面的数据，宝石定名就更加精确完善了。在宝石矿物种定名的基

础上，再依颜色或特殊光性(猫眼、星光、变色和变彩)进行划分变种。例如：

绿柱石宝石矿物依颜色划分出的变种名称为绿色绿柱石 (又称祖母绿)，蓝色

绿柱石称海蓝宝石，无色绿柱石称透绿柱石。特殊光性的绿柱石变种，有绿

柱石猫眼、星光绿柱石等。刚玉宝石矿物依颜色划分变种名称。具有特殊光

性的刚玉，可划出星光红宝 石、星光蓝宝石、蓝宝石猫眼等。

(2) 材料分类

材料分类鉴定是对宝石鉴定者提出的最困难的任务之一。此过程中，必

须确定：

①该宝石是天然的还是合成的或人造的？

②该宝石是否经过染色、表面镀膜？是否被注过油或化学处理过？ ③该宝石是否经过热处理或颜色扩散处理？

④该宝石是否经过辐射着色处理？

⑤该宝石表面裂缝、孔洞是否被人工充填？

(3) 宝石的品质分级

宝石品质分级，按钻石、有色宝石、玉石三大类分别进行。目前分级的

原则和方法，以钻石的品质分级标准比较完善，而有色宝石、玉石的质量分

级标准，无论在国内或国外， 还没有获得像钻石4C标准那样普遍公认的统

一的标准。钻石的品质分级，国际上普遍采用4C分级标准，即重量、颜色、