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天然、合成宝石的谱学特征研究合成宝石是模拟与其所对应的天然宝石在自然界中生长时的物理条件和化学条件,采用人工结晶或重结晶方法生长出的人工材料,因而鉴别天然、合成宝石成为宝石学研究重难点之一。
论文主要对天然变石及提拉法合成变石、天然水晶及水热法合成水晶、天然尖晶石及焰熔法合成尖晶石、天然欧泊及化学沉淀法合成欧泊的拉曼特征主峰半高宽值测试分析,通过对比半高宽值的差异为天然、合成宝石的鉴别提供新思路。
论文采用X射线衍射仪、X射线荧光光谱仪、光纤光谱仪、红外光谱仪和拉曼光谱仪对天然与合成变石、水晶、尖晶石、欧泊测试分析发现:天然变石和提拉法合成变石的主要化学成分、晶体结构、致色机理相似,但所含微量元素、红外特征吸收、拉曼光谱半高宽值不同,天然变石含元素Ti、V、Cr、Fe、Ga、Zr,合成变石含元素V、Cr、Sr,天然变石在3600-2300cm-1附近有5个O-H、Be-O 与M-O、C-O振动峰,而合成变石无此特征,天然变石半高宽值均大于17.0cm-1,提拉法合成变石半高宽值均小于17.0cm-1;天然水晶和水热法合成水晶的化学成分、晶体结构、致色机理相似;但红外特征吸收、拉曼光谱半高宽值不同,天然无色水晶以4547 cm-1 O-H合频谱带为特征,合成绿水晶仅含5200 cm-1O-H合频吸收峰,天然紫水晶在3500-3000 cm-1呈O-H宽吸收带,而合成紫水晶为三个尖锐O-H吸收峰,合成黄水晶仅含5180 cm-1O-H合频吸收峰,合成烟水晶以3633、3542、3423、3311 cm-1O-H吸收为特征,天然水晶半高宽值均大于6.5cm-1水热法合成水晶半高宽值均小于6.5 cm-1天然尖晶石和焰熔法合成尖晶石的主要化学成分、晶体结构相似;但所含微量元素、致色机理、红外特征吸收、拉曼光谱半高宽值不同,天然尖晶石含元素V、Cr、Fe、Zn、Ca,合成尖晶石测出含V、Cr、Fe、Ti、Co等元素,天然红色调尖晶石的颜色与Cr、Fe、V有关,天然蓝色调和紫色调尖晶石的颜色与Fe有关;合成蓝色调尖晶石的颜色与Cr、Fe、Co有关,合成绿色调尖晶石的颜色与Fe、Co有关,合成尖晶石在3528、3353 cm-1附近为O-H凹谷吸收肩带,天然尖晶石在6000-3000cm-1无特征吸收,拉曼光谱半高宽值有差异,天然尖晶石半高宽值均大于10.0cm-1,焰熔法合成尖晶石半高宽值均小于10.0cm-1;天然欧泊和化学沉淀法合成欧泊的主要化学成分、晶体结构相似;所含微量元素、致色机理、红外光谱特征吸收不同,天然、合成欧泊中均含元素Si,天然欧泊中还含有Fe、Cu,天然欧泊的体色与Fe和Cu元素有关,合成欧泊的颜色与SiO2小球排列方式有关,合成欧泊以5812 cm-1、5720 cm-1O-H合频吸收峰为特征,天然欧泊无此特征吸收峰。
钻石材料的合成与应用研究钻石是一种非常珍贵的宝石，美丽而耀眼。
我们常见到的珠宝钻石多来自于地下挖掘出来的自然矿石。
但是除此之外，钻石也有一种不同于自然的生成方式，那就是人工合成的钻石。
人工合成的钻石材料是一种在高温高压下合成的人工材料，通过人为的控制，可以获得优质的钻石材料。
这种钻石材料不仅具有很高的硬度，可以用于加工刀具，还有很好的光学特性，可以应用于光学器件等领域。
在人工合成的钻石材料中，最为常见的是HPHT法，也就是高温高压法。
这种方法是将钻石种子放入混合了金属催化剂和碳源的硼酸盐晶体中，加热到约1800℃，压力大约为60-80Kbar。
在这个环境下，碳源被分解成原子碳，金属催化剂作为碳原子的种子，逐渐沉积在钻石种子上，最终形成了优质的钻石材料。
近年来，人工合成的钻石材料在许多领域的应用不断拓展。
例如，它可以应用于高效电子器件、激光器、高性能传感器、机械加工刀具等，甚至有可能被应用于未来的计算机芯片制造中。
在高效电子器件中，人工合成的钻石薄膜是一种优良的热传导材料。
钻石薄膜的热传导性能比铜还高10倍以上，而且还具有优异的绝缘性能和高温抗氧化性能。
这种材料可以应用于高功率LED、高功率半导体激光器和大功率电池等领域，可以提高其效率和寿命。
在激光器领域中，钻石的硬度和光学特性使得它成为一种理想的激光介质。
人工合成的钻石材料因为其制造方便、成本较低等优点，逐渐替代了天然的钻石作为激光器材料。
与天然钻石相比，人造钻石具有均匀性更好、掺杂更方便、抗辐射性能更好等特点。
在高性能传感器领域中，人造钻石的应用也十分广泛。
因为其硬度高、化学稳定性好、热传导性好等特点，使其成为一种十分理想的压力传感器材料。
例如使用人造钻石作为壳体的深海测压计，在压力达到700Mpa时仍能保持稳定的读数。
在机械加工领域中，人造钻石的硬度和切削性能使得它成为一种理想的刀具材料。
在高速铣削、高速钻孔等加工过程中，人造钻石刀具的耐用性、切屑排出能力和工作稳定性比其它材料更好。
人工合成宝石的发展概况人工合成宝石是指通过人工方法制造的具有与天然宝石相似或相同的化学成分、物理性质和外观的宝石。
自古以来，人们对宝石的追求与珍视是不断的，而人工合成宝石的发展经历了漫长的历史和不断的创新。
本文将从人工合成宝石的起源、发展历程和未来展望三个方面对人工合成宝石的发展概况进行详细介绍。
一、人工合成宝石的起源人工合成宝石的历史可以追溯到几百年前，最早的红宝石合成实验可以追溯到1837年，法国化学家Marc Antoine Gaudin利用铝酸盐晶体进行了合成红宝石的实验。
这次实验虽然没有成功，但标志着人类第一次尝试将宝石进行人工合成。
随后，通过对石英、蓝宝石、绿松石等宝石进行合成实验，人工合成宝石的研究逐渐深入。
20世纪初，人工合成宝石的技术得到了飞速的发展。
1902年法国科学家Auguste Verneuil发明了Verneuil法，通过此法可以合成出红宝石、蓝宝石等宝石。
这一技术的诞生标志着人工宝石的大规模生产时代的到来。
20世纪初，人工合成宝石的研究成果不断涌现，一系列新的合成方法被提出并逐渐成熟，推动了人工合成宝石行业的迅速发展。
最具代表性的包括Verneuil法、Czochralski 法、Flame-Fusion法、Hydrothermal法等。
Verneuil法是20世纪初最早被商业化的宝石合成技术之一。
该方法通过在高温炉中熔化精细粉末，并在适当的条件下逐层堆积晶体，逐渐形成完整的宝石晶体。
这种方法简单易行，成本低廉，生产效率高，因此很快成为工业生产中最主要的合成宝石方法之一。
Czochralski法以其高纯度和单晶生长速度快的特点而闻名。
它是一种熔体法生长单晶的工业方法，被广泛用于合成宝石、半导体和其他单晶材料的生产中。
利用该方法可生长出纯度极高的宝石单晶，外观和物理性质几乎与天然宝石无异。
Flame-Fusion法是通过在高温下将矿物粉末和其他原料熔融，然后在适当的条件下冷却成单晶。
人工合成宝石的发展概况人工合成宝石是一种利用人工手段模拟地球自然环境中形成宝石的过程，制造出与自然宝石相似的宝石产品。
人工合成宝石的发展历史可以追溯到19世纪末，随着科技的进步和人们对宝石的需求不断增加，人工合成宝石也得到了迅速发展。
本文将对人工合成宝石的发展历程、技术水平和市场前景进行概述。
一、发展历程1. 19世纪末至20世纪初：最早的人工合成宝石可追溯到19世纪末，美国和法国的科学家们开始通过化学合成的方法尝试制造人工钻石和蓝宝石。
最早的人工合成宝石产量较小，质量也难以与自然宝石相媲美，但这标志着人工宝石合成技术的开端。
2. 20世纪中期：20世纪中叶，人工合成宝石的技术得到了长足的进步，日本首次成功合成了蓝宝石，其外观和物理性能接近天然蓝宝石。
此后，人工合成宝石开始逐渐在珠宝市场上崭露头角，成为自然宝石的替代品。
3. 21世纪至今：随着现代科技的不断发展，人工合成宝石的技术水平得到了巨大提升，各种先进的合成方法被应用于宝石生产中，包括高温高压法、气相沉积法、溶剂法等。
现代人工合成宝石在外观和物理性能上已经可以与自然宝石媲美，成为了一个不可或缺的珠宝原料。
二、技术水平1. 高温高压法：目前最常用的人工合成宝石方法之一。
通过将化学原料置于高温高压环境下，模拟地球深部的高温高压条件，从而使原料晶体化合成宝石。
2. 气相沉积法：利用化学气相沉积技术，在基底上逐层沉积出宝石薄膜，形成人工合成宝石。
3. 溶剂法：将化学原料溶解在溶剂中，随后通过特定条件的化学反应，使原料结晶成为宝石。
以上各种方法都能够制造出高质量的人工合成宝石，甚至在一些性能上超越了自然宝石。
这些技术的突破与发展，不仅为宝石加工行业注入了新的活力，也为人工合成宝石的广泛应用奠定了坚实的基础。
三、市场前景随着人们对珠宝饰品需求的不断增加，以及对环保理念的日益重视，人工合成宝石在市场上的前景非常广阔。
1. 市场需求：人工合成宝石不仅价格低廉，而且数量充足，而自然宝石的价格和数量却受到地质和挖掘难度的限制。
钻石的制造原理及应用论文1. 引言钻石是一种光学和热学特性非常出色的材料，具有极高的硬度和热导率。
它在许多领域中都有广泛的应用，如宝石加工、电子器件制造、医疗手术工具等。
本论文将详细介绍钻石的制造原理和其在不同领域的应用。
2. 钻石的制造原理钻石的制造分为天然钻石和人工合成钻石两种方式。
本节将分别介绍这两种钻石的制造原理。
2.1 天然钻石的形成天然钻石是在地球深处通过高温高压条件下形成的。
它们主要由碳元素组成，经过数亿年的地壳运动和变化，最终上升至地表。
在地表下几百公里深处，高温高压的条件让碳元素形成了钻石的结构，使其具有了极高的硬度和光学特性。
2.2 人工合成钻石的原理人工合成钻石是通过模拟地球内部的高温高压条件，在实验室中制造出的。
常见的人工合成钻石制造方法有高温高压法和化学气相沉积法。
•高温高压法：这种方法是模拟地球内部的高温高压环境，通过将碳原子暴露在高温高压条件下达到转变为钻石的目的。
在实验室里，碳源可以是钻石粉末或石墨，通过将碳源放置在高温高压装置中，经过几小时到几天的处理，碳原子会重新组合成钻石晶体。
•化学气相沉积法：这种方法是通过化学反应在基底上沉积钻石晶体。
通过将气体中的氢和甲烷等碳源化合物分解，释放出碳原子，然后将碳原子沉积在基底上形成钻石薄膜。
3. 钻石的应用领域钻石由于其独特的物理和化学性质，在许多领域中都有重要的应用价值。
以下列举了钻石在几个典型领域的应用。
3.1 宝石加工由于钻石具有极高的硬度和光学特性，天然钻石被广泛用于珠宝加工。
其美丽的外观和稀有性质使得钻石成为了世界各地最受欢迎的宝石之一。
3.2 电子器件制造由于钻石具有优异的导热性能和电绝缘性，它被广泛应用于电子器件的散热和隔热领域。
钻石材料可以用作高功率雷达、激光器和半导体器件的散热基板，有效提高了器件的运行效率和寿命。
3.3 医疗手术工具钻石在医疗领域也有广泛的应用。
由于其高硬度和抗腐蚀性，钻石被用于制造手术刀片、显微镜刀片等手术工具。
②部丘羊THEORIES AND RESEARCH理论与研究现代科技下的首饰材料应用研究——以合成钻石为例陈小红(鲁迅美术学院，辽宁大连116650)摘要:在现代珠宝首饰的设计中，其使用的材料深受消费者的关注，那么如何选择材料并合理运用就成了现代首饰设计师应该首要考虑的问题之一。
本文主要对合成钻石进行了分析，通过对合成钻石的发展、制作方式以及特征几个角度分析了这种材料的应用前景。
关键词：合成钻石；HPHT;CVD中图分类号:TS934文献标识码:A文章编号：1671-1602(2020)23-0125-02在科技发达的今天，首饰所应用的材料种类已经超乎我们的想象,那么如何选择合适的材料应用到我们的设计中呢？在首饰材料应用研究中，受现代科技影响较大的，合成钻石一定算在其中。
自Lightbox Jewelry 出现,合成钻石这一陌生的事物便走进人们眼帘并深受关注。
1合成钻石这一路走来合成钻石,又称实验室培育钻石，是通过以人工的方式模拟出天然钻石生长的自合成钻石，是由钻石结晶聚合而成的多结晶钻石，其元素构成，属于矿石类别。
虽然合成钻石模拟了自生长，但是与天然钻石的构，天然钻石大是八面体的结构，合成钻石是一的构，并生现象天然的钻石形成于33亿年前，而合成钻石仅仅是在十八世纪中期才诞生。
从科发现钻石是元素组成的矿物开始,人类经过了的，于在1953年进行了合成实验，实验生产出了40钻石小晶体。
又过，美国通用GE用静压熔媒法(GE法)成功的合成了钻石。
D+<++茨模仿G8公司合成钻石的技术，于1961合成钻石并用于商业性的生产。
在1970年GE公司宣布采用GE法合成了克拉级的宝石级钻石。
在1987年,De Beers又研制出石级钻石,的三年,又成合成出的钻石。
俄罗斯的科们也进合成研究,其研制出天然钻石晶构一的合成钻石。
如今，合成钻石的研究在，，俄罗冲的成绩。
2合成钻石如何而来对于合成钻石的探讨,其生产方式也是人们非常好奇的地方，是什么样的技能造出地球十几可以酝酿出的矿石。
人工合成宝石的发展概况
人工合成宝石自20世纪初开始，随着现代科学技术的迅速发展，其品质与数量越来越接近天然宝石，已经成为了珠宝市场的重要组成部分。
早期的人工合成宝石以石英和硼氮等为主要材料，主要用于制作表面硬度高的工业领域。
随着人工合成宝石技术的日益发展和完善，人们开始使用人造蓝宝石、红宝石、翡翠
等宝石的合成方法，制造出更加逼真的宝石。
这些新型人工合成宝石不仅具有传统天然宝
石的美观外观和种类多样性，而且价格低廉，成为大众消费的选择。
目前，人造宝石的制造采用了高温高压、熔融法、沉淀法等多种技术。
其中最著名的
是高温高压法，该技术主要针对钻石和蓝宝石等高价值宝石。
与天然宝石相比，这种人造
宝石具有优异的物理化学性质，而且不受地质和气候变化的影响。
此外，人工合成宝石还
可以通过控制其生长环境和生长时间，制作出不同颜色和形象的宝石。
然而，也需要注意到，人工合成宝石的质量和品质与天然宝石有一定的差距。
因此，
对人工合成宝石进行鉴定和评估也成为了宝石鉴定领域的重要内容。
虽然在普通消费领域，人工合成宝石的质量已经能够满足大众的需求，但在高端珠宝市场上，天然宝石仍然是消
费者首选，人造宝石只能用于辅助装饰。
总的来说，人工合成宝石的发展已经成为了珠宝产业中的一股重要力量。
它们在大众
市场上发挥着重要的角色，成为了人们表达情感、烘托气氛和提升品味的重要物品。
未来，随着科技的不断发展，人工合成宝石也有望继续提高质量和品质，成为更加逼真的宝石。
红蓝宝石的人工合成方法摘要：主要为了大家了解宝石合成的常用方法关键词：宝石人工合成。
人工合成宝石是相对于天然宝石而言的，是为缓解天然宝石供需矛盾而产生和发展的产物，是人工制作而非天然产出的宝石。
人工合成宝石，可简称为人工宝石，是指人们运用现代科学技术的基本原理和方法，选用适宜的原材料，通过合理的工艺、技术流程，在实验室或工厂里制造出来的用作首饰及装饰品的材料1．1 焰熔法这个方法是1902年由法国的维尔纳叶发明的，所以也称“维尔纳叶法”。
它主要用于合成熔点很高的宝石，如合成红宝石、蓝宝石、各种颜色的尖晶石、金红石、星光红宝石、星光蓝宝石及人造钛酸锶等，也是目前合成宝石的主要方法之一。
此法合成宝石的原理是利用氢气与氧气燃烧的温度可以高达2900℃的特点，在火焰的上方放宝石原料的粉末，火焰的下方放生长晶体的晶种，宝石粉末通过氢氧火焰时被熔化成熔融液掉落在下面的宝石晶种上，晶体即可不断往上生长。
为了保证晶体能够不断往上生长，宝石晶种要安放在一个可以下降的装置上，并且要使下降装置的下降速度与晶体生长速度相同。
其次，还要使生长的宝石晶体下降入一个保温良好的容器里，否则宝石晶体在空气中会因急剧冷却而产生内应力，对宝石晶体产生破坏作用，轻则形成裂纹，重则使宝石破裂。
1.1.1 优点（1）焰熔法合成红宝石时不用坩埚，可以节省制作坩埚的耐高温材料，又可以避免坩埚成分的污染；（2）晶体生长速度较快，短时间内可以得到较大尺寸的晶体；（3）生长设备比较简单，劳动生产率高，适用于工业化生产；（4）三氧化二铝晶体本身是没有颜色的，为无色蓝宝石，只要在三氧化二铝的粉末原料中加入致色剂后就能出现颜色1.1.2 缺点（1）由于氢氧火焰的温度梯度较大，造成晶体结晶层的纵向温度梯度和横向温度梯度均较大，故生长出来的红宝石晶体质量欠佳，不能用于激光等要求质量很高的高科技方面；（2）火焰气体的温度不可能控制得很稳定，由此造成的温度变化使晶体产生较大的内应力，导致晶体的位错密度较高；（3）原材料在火焰中熔化时不可能完全被熔化结晶成晶体，大约有30％的粉料损失；1.2 水热法这是模拟自然界热液成矿条件创造的一种宝石合成方法。
摘要本文在高温高压条件下，以粒度为5μm的金刚石微粉为原材料，采用液相烧结法制备了聚晶金刚石拉丝模坯，分别研究了烧结温度和烧结时间对其微观结构以及力学性能的影响，最后探讨了PCD拉丝模坯材料的烧结过程和机理。
结果表明：聚晶金刚石拉丝模坯的力学性能（磨耗比、维氏硬度）均随着烧结时间的增大先增加后降低，在烧结时间为180s时达到最大，烧结时间过短，其微观组织孔隙较大，烧结时间过长，金刚石石墨化严重；而在以烧结温度为变量的对比实验中发现，聚晶金刚石拉丝模坯的力学性能随着烧结温度的增加先变大后减小，在烧结温度为1550℃时达到最大，烧结温度过低，金刚石晶粒棱角分明，晶粒间隙较大，而烧结温度过高，晶粒发生异常生长。
所以，在压力为5.7GPa，温度为1550℃，烧结时间180s的条件下进行液相烧结得到的聚晶金刚石的力学性能最佳。
关键词：高温高压；聚晶金刚石；微结构；力学性能ABSTRACTIn this paper, the polycrystalline diamond was sintered under high temperature and high pressure with the diamond powders (5um) using liquid sintering method, and the effects of the sintering temperature and sintering time to the microstructure and the properties of the polycrystalline diamond were studied. The results showed that the mechanical properties (abrasion ratio, Vickers hardness) of polycrystalline diamond wire drawing die materials increased with the increasing of sintering time and sintering temperature firstly, and then decreases, and the mechanical properties (abrasion ratio, Vickers hardness) reached its maximum when the sintering time was 180s and 1550℃respectively, and the pores were more larger when the sintering time is too short, and the diamond graphitization more serious when the sintering time is too long；The grain angular and the grains gap was large when the sintering temperature was too low, while abnormal grain growth could be occurred when the sintering temperature was too high, Therefore, the polycrystalline diamonds with the most outstanding performance were sintered under the conditions of sintering time 180s, the pressure 5.7GPa, the temperature 1550℃. Keywords：High pressure and high temperature; Polycrystalline diamond; Microstructures; Mechanical properties目录1 绪论 (1)1.1拉丝模概述 (1)1.2拉丝模分类及发展状况 (2)1.3拉丝模的孔型结构 (6)1.4拉丝模的破坏及磨损研究 (8)1.4.1拉丝模的破坏形式 (8)1.4.2拉丝模的磨损 (10)1.5聚晶金刚石拉丝模坯材料的发展及研究现状 (14)1.6研究目的及意义 (17)2 实验过程及测试方法 (18)2.1实验材料及设备·································· (18)2.2PCD拉丝模的制备过程 (19)2.3实验测试方法与分析 (21)2.3.1扫描电镜及能谱分析 (21)2.3.2维氏硬度 (21)2.3.3磨耗比 (22)3 PCD拉丝模芯的合成工艺研究 (24)3.1烧结时间对力学性能的影响 (24)3.1.1烧结时间对显微维氏硬度的影响 (24)3.1.2烧结时间对磨耗比的影响 (26)3.2烧结温度对力学性能的影响 (27)3.2.1烧结温度对显微维氏硬度的影响 (28)3.2.2烧结温度对磨耗比的影响 (30)3.3PCD拉丝模坯的显微形貌及能谱分析 (31)3.3.1烧结时间对显微形貌的影响 (31)3.3.2烧结温度对显微形貌的影响 (32)3.3.3PCD拉丝模坯的能谱分析 (33)4PCD拉丝模坯高压烧结过程及机理 (35)4.1PCD拉丝模坯的烧结过程 (35)4.2PCD拉丝模坯的烧结机理 (36)5结论··································· (39)参考文献 (40)致谢 (42)1绪论1.1拉丝模概述拉丝模是拉制各种金属线材的重要工具。
天然红宝石和人工合成的红宝石当中存在有大量包裹体，红宝石中包裹体的研究对于红宝石的鉴定具有十分重要的作用和意义。
本人在详细查阅前人研究资料的基础上对红宝石中的包裹体进行了分类，同时对天然红宝石和人工合成红宝石中各种成因类型的包裹体特征进行了分析研究。
在此基础上，对红宝石中包裹体在红宝石成因确定，红宝石产地鉴别，天然红宝石与人工红宝石的鉴别等方面的作用进行了探讨，这些工作对于从事红宝石研究的工作者，具有十分重要的参考价值。
关键词：红宝石；包裹体特征；分类及作用AbstractThe natural ruby and in the middle of the manual synthesis ruby existshas massively inclusion, in ruby inclusion the research has theextremely vital role and the significance regarding the rubyappraisal. Myself in detail was consulting the predecessor to study the material in the foundation to become lucky in the gem inclusion tocarry on the classification, simultaneously each kind of origin type inclusion the characteristic has carried on the analysis to in thenatural ruby and the manual synthesis ruby, the research, in thisfoundation, became lucky in the gem inclusion to determine in the rubyorigin, the ruby habitat distinction, natural ruby and artificial rubyaspect the and so on distinction function has carried on thediscussion, these work regarding the worker which was engaged in theruby research has the extremely important reference value.Keywords :Ruby；the inclusion characteristics；classification and fuction中文摘要 (I)英文摘要 (I)引言 (1)1 包裹体的概念 (1)2 包裹体的分类 (1)2.1 根据包裹体形成的序次分类 (1)2.2根据包裹体的成分(组成)的分类 (2)2.3根据包裹体相态的分类 (2)2.4根据包裹体本身的特征分类 (2)2.5根据包裹体大小及可见程度的分类 (2)2.6人工产生的包裹体 (2)3 红宝石中包裹体特征的研究 (3)3. 1天然红宝石中的常见包裹体及其特征 (3)3.1.1矿物晶体包裹体 (3)3.1.2 熔体包裹体 (4)3.1.3 流体熔体包裹体 (4)3.1.4 指纹状包裹体 (4)3.1.5 其它类型包裹体 (4)3.2 合成红宝石的包裹体特征 (4)3.2.1 焰熔法(Vernenil)合成的红宝石中包裹体的特征 (5)3.2.2 助熔剂法(Flux)合成红宝石中包裹体的特征 (5)3.2.3 水热法(Hydro-thermal)合成红宝石中包裹体的特征 (6)4 红宝石中包裹体的作用 (7)4.1 红宝石成因的确定和红宝石产地的鉴别 (7)4.2 天然红宝石与合成红宝石的鉴别 (7)4.3 识别红宝石是否经特殊加工 (8)5结论 (8)致谢： (9)参考文献： (10)红宝石中的包裹体特征及其作用研究引言红宝石作为一种高档的宝石品种，自古以来就倍受人们的青睐。
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PbF₂-PbO作助溶剂，Al₂O₃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Al₂O₃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：（1）称取适量的Al₂O₃和少量的Cr₂O₃作原料，加入适量的助溶剂Pb O-B₂O₃或PbF₂-PbO。
（2）将以上原料及助溶剂混合后放入铂坩埚内，再将铂坩埚置于装有旋转支持底座的电炉内加热。
（3）升温至1300℃，并按一定的速率变化旋转坩埚，使坩埚内的助溶剂和原料完全熔融。
（4）停止加热，以2℃/h的冷却速度缓慢冷却至915℃，大致需要8天。
（5）晶体生长结束，倒出助溶剂，也可在坩埚底部打一小孔，使坩埚中助溶剂流出。
（6）用稀硝酸将残存在红宝石晶体表面上的助溶剂溶解，即可获得合成红宝石晶体。
用此法生长出的合成红宝石晶体成本高，难以大量生产。
（二）水热法合成红宝石水热法生长晶体是在水溶液中生长晶体的方法。
国外的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 Trading Company组建了TAIRUS合资公司,并开始大批量生产水热法合成红宝石[2]。
目前的年产量约为200 kg。
视重量大小和质量高低价格30~50美元/克拉不等。
国内的桂林水热法合成红宝石则是继Russia和Tairaus水热法合成红宝石之后出现,并于最近进入珠宝市场的一种新产品。
它的生产工艺如下：原料：分析纯的刚玉晶体碎块，Al（OH）₃。
着色剂：Cr₂O₃或者K₂Cr₂O₄（按1%量加入）。
矿化剂：KHCO₃+Na₂CO₃（浓度均为L）。
籽晶片：提拉法合成的无色刚玉晶体，沿（22¯43）或（10¯10）方向切割。
充填度：60%左右。
生长温度：500~620℃。
温差：30~100℃。
压力：（~）×10θPa。
恒温时间：10天左右，晶体达15mm×50mm×17mm，重达。
生长速率：~d。
红宝石[2]的水热生长试验是在密封的贵金属衬管中进行。
使用自行设计制造的反应腔尺寸为Á38 mm×700 mm的高压釜及温差井式电阻炉,认真调整DWT-702精密温度自动控温仪使高压釜反应腔内的温度曲线达到本试验的要求(右图),釜内温度500℃～600℃,晶体生长区(低温区)与溶解区(高温区)的温差范围30℃～80℃,釜内压力1 500 atm～2000 atm,釜内开孔档板使用贵金属,开孔率为5%～25%以保证溶质的传输及生长基元在晶体表面的叠合。
（三）焰熔法合成红宝石焰熔法是从熔体中生长的方法。
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种晶上逐渐生长形成晶体。
将调配好的原料细粉从管口漏下，均匀喷洒在氢氧焰中被熔化后，再冷凝结晶于种晶或“梨形单晶”顶层；梨晶长大是从顶部熔化的开始，生长过程中其底座下降并旋转，以确保其熔融表面有合宜的温度逐层生长，边转动边晶出的具有如同唱片纹的弧线生长纹或色带，以及珠形、蝌蚪状气泡等特征；不用坩埚的这种方法可以低成本制取合成。
焰熔法的合成工艺流程如下[3]：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。
合成红宝石，则需要A₂O₃和 Cr₂O₃，三氧化二铝可由铝铵矾加热获得；致色剂为Cr₂O₃1-3%，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。
（四）提拉法合成红宝石原料：AL₂O₃和1-3%的Cr₂O₃加热：高频线圈加热到2050℃以上；屏蔽装置：抽真空后充入惰性气体，使生长环境中保持所需要的气体和压强。
将原料装入铱、钨或钼坩埚中。
坩埚上方的提拉杆的下端的籽晶夹具上装一粒定向的红宝石籽晶。
将坩埚加热到，使原料熔化。
再降低提拉杆，使籽晶插入到熔体表层。
控制熔体的温度，使之略高于熔点。
熔去少量籽晶以保证能在籽晶的清洁表面上开始生长。
在实现籽晶与熔体充分沾润后，缓慢向上提拉和转动晶杆。
控制好拉速和转速，同时缓慢地降低加热功率，籽晶直径就逐渐扩大。
小心地调节加热功率，实现宝石晶体的缩颈-扩肩-等径-收尾的生长全过程。
通过屏蔽装置的窗口可以观察生长过程，还可利用红外传感器测量固-液界面的亮光环温度，实现控制生长过程。
二、合成红宝石的鉴定特征（一）助溶剂法合成红宝石的鉴定特征A、助溶剂残余包裹体B、气固两相包体：C、铂金片D、特殊的色带或色域助熔剂合成宝石中可见直线状、角状生长环带，这些特征与天然红、蓝宝石中的色带，在外观上是一致的。
但在拉姆拉合成红宝石中可出现一种搅动状的颜色现象和纺锤形色域，在多罗斯（Douros）合成红宝石中可出现浅红、无色色带和蓝色三角色块。
F、种晶早期生产的产品采用了很大的种晶，例如Leichleitner公司仅在种晶上生长薄薄的一层合成红宝石。
目前，绝大多数的助溶剂法合成红、蓝宝石中很难看到种晶及其相关的特征。
G、发光性紫外光下助溶剂法合成红宝石呈中一强的红色荧光，可以对红宝石的鉴定起到指示作用，而拉姆拉红宝石加入了某些稀土元素，在紫外光下橙红色荧光。
少数样品可能显示蓝白色荧光。
H、可见光谱助熔剂法合成红宝石的吸收光谱与天然的一样，只是比天然红宝石更清晰、更明显。
I、微量元素用电子探针分析暴露到宝石表面的助溶剂残余包裹可以检验出包裹的化学组成，用X-荧光能谱仪，可以无损分析出宝石所含的微量化学元素。
最常用的助溶剂是一些重金属的氧化物，如PbO、PbF₂、BiO₂、MOO2，以外还可有B₂O5，Li₂O，有时也用冰晶石（Na₃AlF6）。
（二）水热法合成红宝石鉴定特征由于水热法是模拟天然红宝石的生成环境,因此在其内部具有许多与天然红宝石相同的特征,如有色带、平直生长纹、晶体包体及裂隙。
但需要指出的是:（1)籽晶片是水热法合成晶体所必须的,其颜色有深有浅,有时也为无色的,切磨后的宝石成品一般很少选含籽晶片的部位,但最近市场上出现了一种象三明治一样切磨成弧面的成品(见右图),所以,遇到弧面型的优质红宝石时应格外小心。
(2)黄金丝残余在每块原料中都可以看到黄金丝的残余,黄金丝是在晶体生长中用以悬挂籽晶片的。
在琢磨好的成品中一般不易见到,但在个别成品中可以观察到籽晶片中用以系黄金丝的针孔。
(3)铂金片高压釜上脱落的铂金片有时混杂在结晶好的晶体里。
（4）气相包裹体气泡在晶体中偶而出现,数量时多时少。
（5）胶状包体本次取样中还观察到一种似熔化的胶体一样的包体。
尘埃状包体（三）焰熔法合成红宝石鉴定特征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。
2．包裹体：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[4]；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。
