水热法合成宝石

人工合成红宝石的配方一、原料选择。

1. 主要原料：氧化铝（Al₂O₃）- 氧化铝是红宝石的主要成分。

在自然界中，红宝石就是刚玉（主要为氧化铝）晶体中含有少量铬（Cr）元素而呈现红色。

对于人工合成，需要高纯度的氧化铝粉末。

一般纯度要求达到99.99%以上。

这是因为杂质过多会影响晶体的生长和颜色的纯正性。

2. 致色剂：铬（Cr）化合物。

- 通常选用铬酸铅（PbCrO₄）或氧化铬（Cr₂O₃）作为致色剂。

添加量一般在0.5% - 2%左右。

铬离子（Cr³⁺）取代晶体结构中的铝离子（Al³⁺），从而使合成的晶体呈现红色。

致色剂的用量需要精确控制，如果添加量过少，颜色会太淡，达不到红宝石应有的颜色深度；如果添加量过多，可能会导致晶体内部结构缺陷或颜色过深而不自然。

二、助熔剂法合成红宝石的配方及原理。

1. 配方。

- 助熔剂通常采用氧化铅（PbO） - 硼砂（Na₂B₄O₇）体系。

一般比例为PbO:Na₂B₄O₇ = 1:1到3:1之间。

再加入氧化铝和致色剂铬化合物。

例如，以100克原料总量计算，氧化铝粉末约80 - 90克，致色剂（如氧化铬）0.5 - 2克，助熔剂（氧化铅 - 硼砂混合）10 - 20克。

2. 原理。

- 助熔剂的作用是降低氧化铝的熔点。

氧化铝的熔点非常高（约2050°C），在加入助熔剂后，体系的熔点可以降低到1200 - 1300°C左右，这样就可以在相对较低的温度下进行晶体生长。

在这个过程中，原料在助熔剂的熔体中溶解，然后通过缓慢降温或其他方式，使溶质（氧化铝和铬离子等）以红宝石晶体的形式结晶出来。

三、焰熔法合成红宝石的配方及原理。

1. 配方。

- 原料主要是高纯度的氧化铝粉末和少量的铬酸铅（PbCrO₄）作为致色剂。

氧化铝粉末的纯度要求在99.9%以上。

致色剂的添加量约为1% - 1.5%。

2. 原理。

- 焰熔法是通过氢氧火焰来熔化原料。

氢氧火焰的温度可以达到2500 - 3000°C。

第19卷 第2期 桂林工学院学报 V ol.19N o.2 1999年4月 JOU RNA L OF GU ILIN IN ST ITU TE OF TECHNO LOGY A pr. 1999水热法合成红宝石的宝石学特征李隽波 张良钜(桂林工学院材料工程系 541004)摘 要 由曾骥良教授于1996年用水热法合成的红宝石晶体以六方双锥n{2243}单形最发育,其次为平行双面c{0001}和菱面体r{1011}。

合成红宝石的密度、折射率、双折射率特征与天然红宝石接近,微量元素种类和浓度影响合成红宝石的吸收光谱、荧光强弱、颜色和水头。

借助于晶体的生长纹、籽晶片、黑色文字状包裹体、针状、细纱网状、指纹状包裹体和氧化铝粉末等特征包裹体组合,可与天然红宝石、焰熔法及助熔剂法合成红宝石相区别。

关键词 水热法;红宝石;包裹体;桂林分类号 O782 2;P619 281;P585 1水热法合成红宝石于1991年由俄罗斯小批量商业生产。

1993年初,俄罗斯科学院西伯利亚分院与泰国The Pinky T rading Company组建了T AIRUS合资公司,并开始大批量生产水热法合成红宝石[1~2]。

目前的年产量约为200kg。

视重量大小和质量高低价格30~50美元/克拉不等。

我国水热法合成红宝石正处于试验阶段。

1994年起桂林矿产地质研究院晶体公司曾骥良教授等潜心研究水热法合成红宝石,经过反复试验研究,合成的红宝石颜色、水头(透明度)、净度等都达到宝石级并通过广西科委鉴定(1998年6月),目前正在进行工业实验。

由于水热法合成红宝石的实验条件是模拟天然热液矿床的成矿条件,因而用这种方法生产的红宝石其性质和包裹体特征都与天然红宝石极为相似。

因此,研究水热法合成红宝石的性质,掌握其鉴定特征并与天然红宝石、其它方法合成的红宝石相区别则显得极为重要。

1 结晶学特征水热法红宝石的晶形与天然红宝石相似,呈厚板状,最发育的单形是六方双锥面n {2243},其次为平行双面c{0001}和菱面体r{1011}。

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。

珠宝知识290：珠宝考研考证篇（九十五）：找到“水波纹”了吗？没错，这就是水热法合成红蓝宝石的鉴定特征展开全文珠宝知识290：珠宝考研考证篇（九十五）：水热法合成红蓝宝石的发展与鉴定历史简介【国际发展】1、利用水热法合成刚玉类宝石是从研究Al2O3+H2O体系开始的；2、1943年，劳本盖耶和韦茨首次获得成功，随后欧文和奥斯本进一步完善了这一工作；3、20世纪50年代，美国、日本、前苏联、中国、法国、澳大利亚等国家先后从事过水热法合成红宝石晶体的实验研究；4、1976年，苏联科学家改进了水热法合成红宝石技术，生产出的红宝石与天然品极为相似，同时获得了商业性的生产；5、20世纪90年代，俄罗斯人员通过大量的实验完成了水热法合成红宝石的工艺技术；其中1991年，俄罗斯小批量商业生产水热法合成红宝石；1993年，俄罗斯西伯利亚科学院与泰国The Pinky Trading Company合资在曼谷设立了泰洛斯（TAIRAS）宝石有限公司，该公司主要进行水热法合成红宝石的生产，产品逐渐出现在国际市场上，是目前全球最重要的水热法合成红宝石的生产厂商；1995年，新西伯利亚产出了不同颜色（黄色、橘黄色、蓝绿色和蓝色）的合成蓝宝石6、1998年，澳大利亚Biron公司利用水热法成功合成红宝石及其他品类的刚玉类宝石下图为俄罗斯晶体生长实验室生产的各种颜色的水热合成红宝石和蓝宝石。

中间的蓝绿色蓝宝石(9.2×7.0 mm)重2.65 ct。

【国内发展】我们国家对水热法合成刚玉类的研究起步相对较晚，直到上世纪九十年代才开始，主要的研究单位是广西桂林的宝石研究所，大致的发展过程如下：1、1992年，我国开始研究水热法生长刚玉类宝石；2、1995年，广西宝石研究所进行了水热法合成刚玉晶体的研究和开发；3、1998年，桂林水热法合成红宝石正式生产，采用人工合成无色蓝宝石作为种晶，最终合成的尺寸为15×50×17mm，重量为克拉的的厚板状红宝石晶体；同年七月，经广西区科技厅组织的专家鉴定，认为广西宝石研究所承担的项目“工艺先进、稳定性好、填补了国内水热法合成红宝石的空白，合成出的红宝石超过了国际同类产品质量，在合成红宝石的质量上达到了国际领先水平”4、2000年，推出桃红色和浅黄色系列的蓝宝石品种【设备装置与生长过程】下图为Tairus公司用于生产合成蓝宝石的装置示意图，高60厘米、直径8厘米；该装置共包括十个部分，分别为(1)盖子；(2)推动螺母；(3)高压蒸汽的身体；(4)密封环；(5)黄金内衬；(6)合成蓝宝石种晶；(7)挡板；(8)合成无色刚玉粉料；(9) Ni/Cr 氧化物容器；(10)粉末状含氧缓冲液。

人造宝石的制作方法人造宝石，又称合成宝石，是指通过人工手段制造的具有与天然宝石相似外观和性质的宝石。

人造宝石在如今的珠宝市场上越来越受到重视，因为它们不仅外观美丽，价格相对较低，而且还可以避免使用矿产资源和保护自然环境。

那么，人造宝石是如何制作的呢？接下来，我将为大家介绍一下人造宝石的制作方法。

首先，制作人造宝石的原料主要是氧化铝和其他添加剂。

氧化铝是一种无色无味的物质，是制作合成宝石的主要原料之一。

在制作过程中，可以根据需要添加不同的金属氧化物来制作出不同颜色的宝石，比如红宝石、蓝宝石等。

其次，制作人造宝石的方法主要有熔融法和水热法两种。

熔融法是将原料在高温下熔化，然后逐渐冷却形成晶体，这种方法适用于制作较大颗粒的宝石。

而水热法则是将原料在高温高压的水溶液中反应，形成晶体，这种方法适用于制作较小颗粒的宝石。

这两种方法都需要严格控制温度、压力和化学成分，以确保制作出的宝石具有良好的外观和性能。

在制作过程中，还需要进行切割和抛光等工艺。

切割是指将制作好的宝石原料切割成所需的形状和尺寸，这需要经验丰富的工匠和精密的设备来完成。

抛光则是指对切割好的宝石进行表面处理，使其具有闪闪发光的效果，增加其美观度和卖相。

最后，制作好的人造宝石需要经过严格的质量检验，确保其外观和性能达到标准要求。

只有通过了质量检验的宝石才能进入市场销售。

总的来说，制作人造宝石是一个复杂而精密的过程，需要经验丰富的工匠和先进的设备来完成。

通过不断的技术创新和工艺提升，人造宝石的质量和品种也在不断提高，相信在不久的将来，人造宝石将会成为珠宝市场上一种重要的宝石选择。