宝石的力学性质.

独山玉的物理性质和力学特点独山玉是一种稀有珍贵的宝石，其物理性质和力学特点使其成为珠宝界的瑰宝。

在本文中，我们将详细介绍独山玉的物理性质和力学特点。

物理性质：1. 化学组成：独山玉的化学名称为矿物钙锆硅石，化学式为CaZrSi2O7。

它主要由钙、锆、硅等元素组成，并含有微量的稀土元素。

2. 结晶结构：独山玉的结晶结构为单斜晶系，晶体呈菱形或长方形，通常呈现出辐射状或放射状的纹路。

3. 硬度：独山玉的硬度为7.5-8，较硬，仅次于钻石和蓝宝石，因此具有很高的抗刮擦能力。

4. 折射率：独山玉的折射率为1.65-1.71，因此具有良好的光学性能，能够使光线发生折射和反射。

5. 颜色：独山玉的颜色多种多样，从浅绿色到深绿色均有，其中深绿色的独山玉最为珍贵。

力学特点：1. 密度：独山玉的密度一般在3.3-3.5g/cm³之间，具有一定的重量感，使其更具珍贵感。

2. 光泽：独山玉具有玻璃光泽或脂光泽，使其看起来更加晶莹剔透，光彩照人。

3. 脆性：独山玉属于脆性材料，具有一定的易碎性，因此在佩戴和保养时需要小心谨慎，避免碰撞和摔落。

4. 源自独山：独山玉得名于中国贵州省独山县，因此具有独特的地域特点。

独山玉的产地有限，进一步增加了其稀有度和珍贵度。

5. 加工性能：独山玉在加工和雕刻方面具有较好的性能，可以用来制作各种珠宝首饰、摆件和工艺品。

总结：独山玉作为一种稀有的宝石，拥有独特的物理性质和力学特点。

它的化学组成、结晶结构、硬度和折射率使得它在珠宝界具有极高的价值。

同时，独山玉具有一定的重量感和玻璃光泽，赋予它迷人的外观。

然而，独山玉也是一种脆性材料，需要小心保护和使用。

由于其产地有限，独山玉更加珍贵和稀有。

它的加工性能也使其成为各种珠宝首饰和工艺品的理想材料。

通过了解独山玉的物理性质和力学特点，我们能够更好地欣赏和保护这一珍贵的瑰宝。

宝石的力学性质硬度：是指宝石抵抗外力（刻划、压入、研磨等）作用的能力。

常用的宝石硬度是摩氏硬度——相对刻划硬度。

Hm以10种矿物的硬度为标准，从小到大：1．滑石 2石膏 3方解石 4萤石 5磷灰石 6正长石 7石英8黄玉 9刚玉 10金刚石（指甲2.5，铜针3，小刀铁5，钢5.5，玻璃5.5）上述各等级之间只表示相对大小，等级之间的差异是不均等的。

压入硬度（维氏硬度）：测试仪器是一种带压头的显微镜装置，压头为金刚石四棱角锥，借助测量压头在宝石光滑面上压出显微压痕的大小来计算硬度，这种硬度称压入硬度，又称维氏硬度。

如金刚石6500kg/mm2，刚玉2085kg/mm2，黄玉1648kg/mm2……研磨硬度（罗氏相对研磨硬度，以石英为100）金刚石117000 刚玉833 黄玉146 石英100……硬度具有异向性，宝石加工中必须了解哪些方向容易琢磨如：金刚石八面体面硬度最大，而立方体面硬度最小，金刚石同一晶面，不同方向硬度也不同。

决定宝石硬度的因素主要是晶体结构中原子间的结合力（键力），具有共价键的硬度大（如金刚石），分子键的硬度小（如滑石）、离子键者硬度中等。

对玉石类（晶体集合体），其硬度一方面与组成玉石的矿物种类有关，另一方面还与晶粒间的粘结力有关。

解理、裂开与断口解理：晶体受外力打击，严格沿一定的结晶学方向破裂成平面的固有性质。

解理的产生：受外力沿面网间结合力弱的方向裂开成平面。

解理主要根据破裂成平面的难易程度、平滑程度划分为四级：（1）极完全解理：明显、光滑平整云母（2）完全解理：显著、平整方解石（3）中等解理：清楚、不平整金刚石、角闪石、辉石（4）不完全解理：断续可见橄榄石解理的发育程度与面网间距、质点性质、键性有关。

解理是晶体特有的性质，是各向异性的突出表现。

斜方柱解理见于斜方晶系或单斜晶系的晶体。

菱面体解理或裂开见于三方晶系的晶体。

金刚石{111}四组中等解理方解石{101}菱面体三组完全解理辉石、角闪石{110}柱面解理、二组中等、辉石近正交、角闪石斜交黄玉{001}一组完全解理解理特征可用于宝石鉴定、宝石加工中裂理（裂开）：宝石在外力作用下，有时沿双晶结合面、定向包裹体分布面或结构缺陷的面裂开成平面的性质（也是沿着一定的结晶学方向裂开，但不是其固有性质）刚玉常依 {101}三组裂开较少依{0001}一组裂开。

第三节 宝石的物理性质一、宝石的光学性质(一）光的本质(二）宝石的颜色(三）宝石的折射率和色散(四）宝石的光泽和透明度(五）宝石的多色性(六）宝石的特殊光学效应宝石的光学性质宝石的力学性质宝石的物理性质(一）光的本质光的本质是电磁波，在极为宽阔的电磁波谱大家族中，可见光的光波只占有很小的空间(波长范围在380nm-770nm)，包含了人眼可辩别的紫、靛、蓝、绿、橙、红七种颜色。

电磁波宇宙射线—γ射线—X射线—紫外光—可见光—红外光—短无线电波—无线电波—长无线电波。

光波是一种横波，其振动垂直于光波的传播方向。

自然光自然光即一束光线内朝同一方向传播的亿万条光波组成的，正常情况下振动方向是全方位的，即朝所有方向振动的光叫自然光；振动被局限于一个方向，被称为平面偏振光，也称偏振光。

(二）颜色颜色：从物理意义上讲，颜色意味着一定波长范围的电磁波辐射，当其刺激我们的视神经时，我们就产生了颜色的感觉。

颜色是具有一定波长的电磁波。

一定波长的可见光，会呈现一定的颜色。

体色：透射色表色：反射色宝石的颜色是宝石与不同波长的可见光相互作用的结果。

当对不同波长的可见光选择吸收时,宝石呈不同的颜色。

在可见光区400-700nm 范围内，由七色光波组成。

从长波一端向短波一端的顺序依次为：红色 700nm, 橙色 620nm, 黄色 580nm ，绿色510nm ，青色480nm ，蓝色470nm ，紫色 420nm 。

两个相邻颜色之间有一系列的过渡色。

当宝石对可见光中各单色光没有或均匀吸收时，宝石呈白色-灰色-黑色，当吸收率小于20%时，呈白色；吸收率为20%-80%时，宝石呈灰色；吸收率为80%以上时宝石呈黑色。

1.宝石的颜色红外光紫外光700nm 400nm 可见光（白光）光的选择吸收（小结）均匀吸收：无色——白——灰——黑选择吸收：彩色原色光、互补色光原色光（三原色）：红、绿、蓝三种色光称为原色光。

互补色光：两种色光混合后呈现白色则称它们为互补色光，如红和青、黄和蓝、绿和品红。

任务1 宝石的力学特性宝石的力学特性是宝石在外力作用下表现出来的各种特性。

一、解理、裂理、断口1、解理宝石受到外力作用后，沿一定结晶学方向裂开成光滑平面的性质称为解理，其破裂面为解理面。

解理是宝石固有的性质，是由晶体结构所决定的，具有方向性。

同一个方向称为一组解理，而一个方向可以裂开成无数个面。

晶体中不同方向的键力不同，键力最弱的方向容易产生解理。

不同宝石的解理发育程度和组数不同，同种宝石具有相同的解理。

按照解理产生的难易程度分为：完全解理、中等解理、不完全解理、无解理。

完全解理的宝石如：托帕石、萤石、方解石等等；中等解理的宝石如：钻石、长石、金绿宝石等等；不完全解理的宝石如：橄榄石、磷灰石、锆石等等；无解理也称为极不完全解理的宝石如：石英、碧玺、尖晶石等等。

利用钻石的解理特性，可以将其劈开，去掉杂质部分。

严格地说，具有完全解理的宝石不宜制作成首饰，加工时要特别注意，如托帕石具有一组平行于底面的完全解理，加工时要求台面与解理面夹角50左右，以保证不会裂开。

解理在鉴定宝石过程中十分有用，例如，紫晶与紫色方柱石的性质相似，而紫晶无解理，紫色方柱石具有一组中等和一组不完全解理。

钻石的腰棱可能出现因解理而造成的“须状腰”，可帮助区别其仿制品。

翡翠中的翠性又称“苍蝇翅”，是解理面的闪光，是鉴定翡翠的依据之一。

2、裂理裂理又称为裂开，是宝石矿物在外力打击下有时可沿一定结晶方向裂开成平面的性质。

裂开面又称为裂理面。

裂理的形成与包裹体和机械双晶有关，是由外因引起的，而解理是宝石固有的属性，两者有本质的区别。

宝石裂理的发生具有偶然性，最常见的是刚玉的裂理。

3、断口断口是指宝石受到外力作用后出现的一种随机性无方向的破裂。

解理与断口是此消彼长的关系，解理越发育，断口就越不发育，反之亦然。

解理只在晶体材料中才出现，而断口在大多数宝石中都出现。

某些断口可以作为鉴定性依据，如玻璃破裂后形成弯曲的断口，称为贝壳状断口，这种断口常出现在非晶质宝石或者解理极不发育的宝石中，如石英、绿柱石等等。

蓝宝石典型晶面的微力学行为（性能）蓝宝石典型晶面的微力学行为（性能）蓝宝石是一种宝石，由于其独特的颜色和透明度，在珠宝和科学领域都有广泛的应用。

蓝宝石的晶体结构十分有趣，其中包含了多个晶面。

每个晶面都有不同的性能，这些性能对蓝宝石的应用有着重要的影响。

在蓝宝石中，最常见的几个晶面是（0001）、（11-20）和（1-102）。

这些晶面具有特殊的微力学行为，包括弹性性能、硬度和压电性能等方面。

首先，就弹性性能而言，蓝宝石的晶体结构使其表现出了优异的弹性特性。

根据实验测量，蓝宝石的Young模量在不同晶面方向上分别为400-500 GPa，这意味着蓝宝石在受力时能够在有限范围内保持形状不变，具有较高的弹性。

此外，其Poisson比也较为稳定，在0.19-0.20之间，这意味着蓝宝石在受到外力压缩时，呈现出较小的侧向膨胀。

这些弹性性能使得蓝宝石在各种工业应用中都具有重要的价值，如在光学设备中用作光学窗口，以及在电子设备中作为衬底材料。

其次，蓝宝石在硬度方面也表现出了出色的性能。

在莫氏硬度标准中，蓝宝石在晶面（0001）方向上的硬度为9，而在（11-20）和（1-102）方向上的硬度分别为7和8。

这表明蓝宝石在晶体结构中具有不同的抗硬性能，其中以（0001）晶面最为坚硬。

因此，蓝宝石广泛用于在要求较高硬度的场合，如防刮涂层、手表表盘和高压温计等。

此外，压电性能也是蓝宝石晶体的重要特性之一。

根据实验结果，蓝宝石在晶面（0001）方向上呈现出较强的压电效应，具有压电系数为-13.3 C/m2。

这意味着在外加压力作用下，蓝宝石晶体能够产生电荷累积。

因此，蓝宝石被广泛应用于压电传感器、电声器件和压电发电装置中，能够将机械能转化为电能。

总之，蓝宝石典型的晶面在微力学行为方面表现出了独特的性能。

其优异的弹性性能、硬度和压电性能使得蓝宝石在各个领域具有广泛的应用前景。

但是，这些性能也需要在实际应用中进行更加深入的研究和探索，以实现蓝宝石的更广泛应用和推广。

宝石学概论：红宝石和蓝宝石化学成分与物理性质化学成分（1）主要化学成分：铝的氧化物，化学分子式为Al2O3。

（2）微量组分：当刚玉不含杂质元素时，为无色；当含其它杂质元素时则呈现各种不同的颜色，并构成不同的宝石品种。

如含Cr2O3 0.01-0.05%者为浅红；含Cr2O3 0.1-0.2%为桃红；含Cr2O3 2-3%为深红色；含Cr2O3 0.2-0.5%+ NiO 0.5%为橙红色；含TiO2 0.5% + Fe2O3 1.5% + Cr2O30.1%为紫色；含TiO2 0.5% + Fe2O31.5%为蓝色；含NiO 0.5% + Cr2O3 0.01-0.05%为金黄色；含CoO 1.0% + V2O3 0.12%+NiO 0.3%为绿色；含V2O5在日光灯下为蓝紫色，在钨丝白炽灯下红紫色，即具变色效应。

物理性质1、光学性质（1）颜色：变化大，并决定宝石的品种，红色者为红宝石，其它颜色者为蓝宝石。

（2）光泽：亮玻璃光泽。

（3）透明度：透明-不透明。

（4）折射率：1.76-1.78。

（5）双折射率：0.008。

（6）色散：低，为0.018。

（7）多色性：中等到强，具体取决于品种。

（8）光学效应：最重要的是星光效应，极少见猫眼效应。

也有似变石的变色效应。

（9）发光性：红宝石在长波紫光下具弱至强的红色荧光，短波紫外线下微弱至中等的红色荧光；蓝色蓝宝石一般无荧光；斯里兰卡的一些黄色蓝宝石可具杏黄橙黄色荧光。

（10）吸收光谱：红宝石为典型的铬光谱；蓝色蓝宝石为典型的铁光谱。

2、力学性质（1）解理和断口：刚玉解理差，但由于叶片状双晶的原因，常发育有平行底面和菱面体面的裂开。

断口呈贝壳状。

（2）硬度：9，在天然材料中仅次于钻石。

不同的产地的红宝石和蓝宝石，硬度稍有不同。

（3）韧度：极好，蓝宝石一般要好于红宝石。

（4）密度：3.9-4.1g/cm3，平均为4.0 g/cm3，具体视纯净度而变。

包裹体刚玉类宝石内部含有十分丰富的包裹体，不同产地的宝石具有不同的包裹体特征。

1、比重（相对密度）：宝石的重量与同体积水（4℃）的重量之比为宝石的比重值。

比重值是鉴定宝石(特别是玉石)的一个重要参数。

宝石的比重值受其化学组成和晶体结构的控制。

因此,每种宝石均有其固定的比重值,但由于受到类质同象、杂质包裹体的影响,实测的比重值会有一个小的变化范围。

2、硬度:抵抗压入、刻划或研磨的性能称为宝石的硬度。

在鉴定宝石中最有意义的是相对硬度。

常使用的是摩氏硬度，它由十种矿物组成，由软到硬排成十级。

其级别仅表示硬度的相对大小，而非绝对硬度，各级之间硬度的差异是不均等的。

3、韧度：指宝石抵抗撕拉破碎的能力，即抵抗分裂的能力。

韧度高表示宝石难于碎裂，韧度与硬度的关系不具有正相关的关系，韧度与宝石的结构构造有关。

例：硬度为10的钻石因八面体解理发育，其韧度低于硬度为6-6.5的软玉，而软玉的高韧度来源于其纤维交织结构。

4、解理与断口：解理：晶体在外力作用下，沿特定的结晶方向裂开成较光滑平面。

断口：宝石受外力作用发随机的无一定方向的、不规则的破裂面。

解理不仅对宝石的鉴定有意义，而且对宝石的加工有很大的影响。

1、硬度硬度——指宝石抵抗外来机械作用的能力。

硬度又分相对硬度和绝对硬度。

相对硬度利用摩氏硬度计划分，它由十种常见矿物组成。

十级硬度从小到大依次为：①滑石；②石膏；③方解石；④萤石；⑤磷灰石；⑥长石；⑦石英；⑧黄玉；⑨刚玉；⑩金刚石。

测试方法是用宝石去刻划这些矿物，刻得出痕时，宝石比该种矿物硬，如用金绿宝石可以刻得到黄玉，而刻不动刚玉，则其相对硬度约为8.5。

除了标准硬度矿物外，还常用其他简便工具测试硬度，如指甲硬度约为2.0～2.5，铜钥匙为3.0，小钢刀为5.0～5.5，玻璃为6.0。

需要注意的是不要随便用已琢磨好的宝石去刻划，以免损伤宝石。

绝对硬度是利用显微硬度计测得的数据，但在实际中并不常用。

除了等轴晶系及非晶质的宝石外，其余大部分宝石由于各向异性的性质，在不同的晶体方向上硬度不同，最明显的是蓝晶石，平行柱面上的晶面硬度为4.5，垂直柱面的方向上硬度则为6.5。

大田山边宝石：金绿宝石金绿宝石因其独特的黄绿至金绿色外观而得名，以其特殊的光学效应而闻名。

金绿宝石根据其特殊光学效应的有无可分为金绿宝石、猫眼、变石和变石猫眼等品种，其中最为有名的当属金绿宝石猫眼。

猫眼以其丝绢状的光泽、锐利的眼线而深受人们的喜爱。

在亚洲，猫眼宝石常被当作好运气的象征，人们相信它会保护主人的健康，免于贫困。

变石更是被誉为“白昼里的祖母绿，黑夜里的红宝石”。

在西方金绿宝石是赫赫有名的五大宝石之一。

一、金绿宝石的基本性质(一) 矿物名称金绿宝石(Chrysoberyl)，矿物学中属金绿宝石族。

(二) 化学成分金绿宝石矿物为铍铝氧化物，分子式为BeAl2O4，实际上金绿宝石矿物中常含有微量Fe、Cr，、Ti等组分。

不同的微量元素使金绿宝石矿物产生不同的颜色。

(三) 晶系与结晶习性金绿宝石矿物属斜方晶系，原生矿物晶体常呈板状、短柱状晶形。

晶面常见平行条纹，晶体常形成假六方的三连晶穿插双晶(四) 光学性质1．颜色金绿宝石通常为浅一中等的黄色至黄绿色、灰绿色、褐色至黄褐色以及很罕见的浅蓝色，猫眼主要为黄色一黄绿色、灰绿色、褐色一褐黄色；变石通常在日光下为带有黄色色调、褐色色调、灰色色调或蓝色色调的绿色(例如：黄绿、褐绿、灰绿、蓝绿)，而在白炽灯光下则呈现橙色或褐红色一紫红色；变石猫眼呈现出蓝绿色和紫褐色。

2．光泽和透明度金绿宝石的光泽通常为玻璃光泽至亚金刚光泽，透明度通常为透明一不透明；猫眼的光泽多为玻璃光泽，呈亚透明一半透明；变石抛光面光泽为玻璃光泽至亚金刚光泽，断口呈现玻璃一油脂光泽，而透明度通常为透明。

3．光性金绿宝石矿物为光性非均质体，二轴晶，正光性。

4．折射率和双折射率金绿宝石的折射率为1．746～1．755(+0．004，-0．006)，双折射率为0．0080．010。

例外情况曾发现一个褐色金绿宝石晶体具有相当高的折射率值：ng=1．770、np=1．764、nm=1．759，而其密度为3．755g／cm3。

系统宝石学一．名词解释1.均质体：具有空间各自构造，且具有熔点。

2.非均质体：不具有空间格子构造3.非均质集合体：宝石在正交偏光镜下转动360°，宝石再视域中始终是明亮的。

4.仿宝石：用于模仿天然珠宝玉石的颜色，外观和特征光学效应的人工宝石以及用于模仿另外一种天然珠宝玉石的为仿宝石。

5.人造宝石：指人工制造且自然界中无已知的对应物的晶质或非晶质体。

6.拼合宝石：两块或两块以上材料经人工拼合而成的宝石。

7.变色效应：宝石材料在不同的光源的颜色是对光的选择性吸收。

8.变彩效应：当光线以不同的角度入射到衍射层上时，衍射颜色也会变化，这些现象就是通常所说的变彩效应。

9.星光效应：弧面型宝石在光线照射下，在宝石表面呈现相互交汇的四射、六射或十二射星状光带，这种现象称之为星光效应。

10.猫眼效应：弧面型宝石上，从一端到另外一端的明亮光带称之为猫眼效应。

11.全内反射：当光线从光密介质中发射，光线入射角大于临界角时，入射光线不发生折射，全部返回到光密介质，这种现象为全内反射。

12.当入射角增大到一定程度时，折射光线与法线的夹角为90°时的入射角为临界角。

13.差异硬度：在同一宝石矿物晶体的不同方向上因晶体结构的不同而硬度有所差异现象。

14.方向性性质：解理：晶体在外力作用下沿一定的结晶方向裂开呈光滑平面的性质，破裂面为解理面。

（托帕石）硬度：宝石材料抵抗外来刻划压入或研磨等机械作用的能力（钻石）二．选择1.宝石和玉石的概念宝石：自然界产出，具有美观，耐久，稀少性，具可加工成饰品的矿物的晶体玉石：。

的集合体，少数为非晶质体。

2..宝石折射仪范围：1.35-1.813.用来校验折射仪的宝石（合成尖晶石、水晶）和用来校验分光镜的宝石（红宝石）。

4.摩氏硬度的矿物：滑、石、方、萤、磷、正、石、黄、刚、金（答卷时写全名）5.托帕石和水晶断口和解理各有什么特征托帕石：C轴的解理发育水晶：贝壳状断口6.宝石的晶系及他们属于一轴晶还是二轴晶：宝石学18-19页7.荧光特别强的宝石有哪些，Fe对荧光的影响钻石、红蓝宝石、尖晶石、方柱石、赛黄晶会掩盖荧光使之变暗。

宝石物理性质
力学性子光学性子化学性子其它性子
1、力学性子
解理:沿结晶方向裂成润滑平面的性子。

断口:随机不定向不规矩决裂
硬度:抗研磨的水平
脆性:抗撞击的水平
注：硬度和脆性是说明钻石坚诚然而却怕碰撞的最好的科学证实。

密度:单元体积的质量
硬度试石：
滑石石膏方解石萤石磷灰石正长石石英黄玉刚玉金刚石
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 其它：指甲：2.5~3 铜针： 3 玻璃：5~6 刀片：5~6 钢锉：6~7
2、光学性子
颜色：是可见光进入人眼的视觉后果。

通明度：物体允答应见光经过的水平。

通明半通明不通明
光芒：宝石外表反射光的才能。

金属光芒金刚光芒玻璃光芒油脂光芒蜡状光芒珍珠光芒丝绢光芒3、特别光效
星光效应猫眼效应变彩效应日光效应月光效应
化学性子及其它性子
发光性：在外界能量的激起下收回可见光的性子。

如萤石
抗腐化性：抵御外界腐化的才能。

如：钻石不怕一般的酸碱。

导电性：宝石一般很少有导电性，有机宝石有静电效应。

导热性：钻石是自然界已知宝石中导热性最好的。