合成宝石学总结
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宝玉石鉴赏学习心得_珠宝玉石鉴赏感想宝玉石鉴赏学习心得篇一开学初,绝大部分是个人兴趣所致,我选修了这门课程。
我学的是文学专业,平时却对历史、地理较为感兴趣,在查阅了相关资料以后,我认为这方面的知识值得去学习。
时光荏苒,本学期一共十节课的课程计划,每周的周一晚上,黄昆老师就带领大家一起学习玉文化,一学期以来,我收获颇丰。
既然是宝玉石鉴赏课的课堂,那就免不了要涉及不少的关于玉石的知识,往细处划分下去,就还有玉石市场上对于玉石质量和真假的甄别以及对各种玉石形成原理的探究,其中,我对于玉石的形成过程是最感兴趣的。
试想,在粗糙丑陋的岩石中、甚至在极为高温和高压的环境中能孕育出那么晶亮、细腻的宝玉石,这是多么令人匪夷所思的事情啊!终于,在老师一步步的传道、授业和解惑之后,我明白了是大自然的伟大力量造就了那么多的举世罕有和世间珍品。
而且,我还了解到,在当前我们所处的社会中,人们已经能够用现代高科技制造出多种宝玉石,例如:金刚石等。
如此一来,人造宝玉石便极有可能以假乱真充斥宝玉石市场,所以,去学习一些宝玉石相关的知识是很有必要的。
从珠宝玉石的概述到各种珠宝玉石的形成过程,从矿物研究学角度解析到多种宝玉石的特征,从天然宝玉石到人工玉石,课程的全程条理分明、深浅有度。
课程安排合理,课堂内容详实,而且最能适合各个专业的学生听讲,在课堂讲学过程中,老师能结合生活的实际来讲解珠宝玉石在人类文明发展的历史长河中所扮演的角色和起到的作用。
其中,给我印象最深的是老师用十二个月来代表十二种宝玉石加以解释,以及不同颜色的珠宝玉石代表着寄予人的不同含义。
例如:红色代表着热情、橙色代表着活泼还有白色代表纯洁等。
除此之外,不同形状的珠宝玉石也有着不同的含义:三角形代表个性活泼,椭圆代表稳重成熟等。
宝玉石文化随历史长河绵延数千年,其中也蕴含了古时先民们的智慧和古代辉煌灿烂的宝玉石文化。
文明贵在发扬方有延续,文化贵在传承方能光大。
我们今天有幸能够遍识珠宝玉石文化,虽是皮毛,却也值得我们铭记在心。
合成宝石:指人造宝石中那些有天然对应物,不仅外观相似而且化学成分、结构构造及物理性质与其天然对应物几乎相同的宝石。
人造宝石:人工生产出来而非天然形成的宝石材料。
拼合宝石:由两块或两块以上材料经人工拼合而成,给人以整体印象的珠宝玉石。
再造宝石:通过人工手段将天然珠宝玉石的碎块或碎屑熔接或压结成具整体外观的珠宝玉石。
仿宝石:用于模仿宝石的颜色、特殊光学效应和外观的天然或人造材料。
这些材料不具有所仿材料的化学和物理性质。
优化处理:指除切磨和抛光外,用于改善或改变宝石材料外观(颜色、净度或特殊现象)、耐久性或可用性的人工过程。
优化:传统的,被人们广泛接受的,使珠宝玉石潜在的美显示出来的优化处理方法。
常见的有热处理、浸蜡、浸无色油。
处理:指非传统的尚不被人们接受的优化处理方法,如染色,辐照,覆膜,扩散。
桔皮效应:是翡翠a货在抛光平面上,通过反光观察,会出现类似于桔子皮的一个个大小和方向不同的凸起与凹陷的特征。
领结效应:是指由波状腰造成亭部角度变化,在亭部相对应的两个方向上漏光,出现的黑暗区域,如图形似领结。
低型锆石:常由无定形硅和无定形或微晶质氧化锆交替组成,其中硅还可被水所替代,有一定放射性。
钻石的花式切工:包括:马眼钻、椭圆钻、心形钻、梨形钻、公主钻、祖母绿钻、长方钻、玫瑰钻。
星光效应:宝石内部定向排列两组或两组以上平行纤维状或管状包裹体反射所造成。
当宝石沿一定方向切磨成弧面型时,这几组包裹体在表面产生星光效应。
猫眼效应:当某些宝石沿一定方向切磨成弧面宝石后因反射在其表面出现从这一头到另一头的明亮光带,像猫的眼睛。
变色效应:宝石矿物的颜色随入射光光谱能量分布而改变的现象。
他色性宝石:致色元素以微量元素的形式出现,并能使宝石致色的微量元素称为他色宝石。
自色宝石:致色元素以宝石的主要成分出现,并能使宝石致色的元素称为自色宝石。
同质多象:化学成分相同但能以一种以上可替换的晶体结构存在的材料。
类质同象:晶体结构相同,但某些化学成分可被置换的矿物。
宝石材料及工艺学一、宝石材料概述宝石是指具有美观、稀有、硬度高等特点的天然矿物晶体或人工合成的材料,常见的宝石包括钻石、蓝宝石、红宝石、祖母绿等。
宝石材料的特点是具有高硬度和高折射率,可以用于珠宝首饰制作。
二、宝石材料分类1. 天然宝石:指在地球内部形成并经过自然作用而形成的宝石,如钻石、蓝宝石、红宝石等。
2. 人造合成宝石:指通过人工合成方法制造出来的具有与天然宝石相同或类似性质的材料,如人造钻石、人造蓝宝石等。
3. 塑性玻璃:是一种低质量低价值的仿制品,通常由塑料和玻璃混合物组成,并通过染色和加工来模仿天然宝石。
三、宝石加工方法1. 切割:将原始的粗坯切割成适当大小和形态的珠子或面板,以便后续的加工和设计。
2. 打磨:对切割后的宝石进行打磨,使其表面光滑、平整、有光泽。
3. 镶嵌:将打磨好的宝石镶嵌到金属或其他材料上,制成各种珠宝首饰。
四、宝石鉴定方法1. 外观鉴定:通过观察宝石的色泽、透明度、折射率等外观特征来判断其品质和真伪。
2. 物理性质鉴定:包括硬度测试、密度测试等,通过测量物理性质来判断宝石是否真伪以及其品质。
3. 化学性质鉴定:通过化学试剂对宝石进行反应测试,来判断其是否为天然宝石或人造合成宝石。
五、宝石保养方法1. 避免碰撞:避免与其他硬物摩擦和碰撞,以避免划伤或损坏宝石。
2. 定期清洗:用温水和肥皂清洗珠宝首饰,并用软布擦干净水分。
3. 存放注意事项:将珠宝首饰存放在干燥、阴凉的地方,避免阳光直射和高温环境,以避免宝石变色或损坏。
六、宝石市场概况随着人们生活水平的提高和消费观念的改变,珠宝首饰成为了人们越来越重要的消费品。
目前全球珠宝市场规模已经达到数千亿美元,其中钻石、蓝宝石、红宝石等高端珠宝价格居高不下。
同时,人造合成宝石也逐渐普及,其价格相对较低,受到了一部分消费者的青睐。
七、宝石材料及工艺学应用领域1. 珠宝首饰:是最主要的应用领域之一,各种材质和风格的珠宝首饰广泛应用于各种场合。
珠宝鉴定中的宝石学基础珠宝,自古以来就以其璀璨的光芒和神秘的魅力吸引着人们的目光。
无论是作为珍贵的礼物,还是个人品味的象征,珠宝都在人们的生活中占据着重要的地位。
然而,要准确地鉴别珠宝的真伪和品质,就需要依赖宝石学这门严谨的科学。
宝石学作为一门研究宝石的学科,为珠宝鉴定提供了坚实的基础。
宝石学涵盖了多个方面的知识,包括宝石的物理性质、化学组成、晶体结构、光学特性等等。
首先,物理性质是鉴定宝石的重要依据之一。
宝石的硬度是一个关键指标,例如钻石是自然界中最硬的物质,其硬度达到了 10 级。
通过硬度测试,可以初步区分不同的宝石。
密度也是重要的物理性质,不同宝石的密度存在差异,通过测量宝石的重量和体积,计算出其密度,能够为鉴定提供有力的线索。
此外,宝石的解理、裂理和断口特征也具有重要的鉴定意义。
解理是指宝石晶体沿特定方向破裂的性质,而裂理则是沿着双晶结合面或包裹体分布方向产生的破裂。
断口则是宝石在外力作用下发生破裂的形态,常见的有贝壳状断口、锯齿状断口等。
化学组成对于宝石的鉴定同样不可或缺。
不同的宝石具有独特的化学元素组成。
例如,红宝石和蓝宝石的主要成分都是氧化铝,但由于微量杂质元素的不同,导致了它们颜色的差异。
红宝石中含有微量的铬元素,使其呈现出鲜艳的红色;而蓝宝石中的致色元素则较为多样,如铁和钛会使其呈现蓝色。
通过化学分析方法,如光谱分析,可以准确测定宝石中所含的元素种类和含量,从而为鉴定提供准确的依据。
晶体结构是宝石学中的核心内容之一。
宝石大多是晶体,具有规则的几何外形和内部结构。
了解晶体的对称性、晶系分类以及晶体的生长习性等,对于鉴定宝石的品种和产地具有重要意义。
例如,祖母绿属于六方晶系,其晶体常呈六方柱状;而石榴石则有多种晶系,不同晶系的石榴石在外观和物理性质上也有所不同。
通过显微镜观察宝石的内部结构,如包裹体的形态、分布以及晶体的生长纹等,可以获取关于宝石形成环境和产地的信息。
光学特性在珠宝鉴定中起着至关重要的作用。
1宝石特性:耐久,瑰丽,稀少宝石:符合工艺要求天然矿物晶体宝石加工工艺学:改造宝石原材料的大小,形状,面交比,核对陈冠希,多快好省的制造新颖美观、颜色鲜艳、晶莹无瑕、工艺精湛的工艺品宝石加工业的趋势:1.高档宝石的加工和销售仍在增长,在宝石中占主导地位。
2.新品种的宝石不断出现3.合成宝石和人造宝石大量上市4.宝石的人工优化已经成为各国宝石加工的重要方向5.宝石新款式不断涌现6.出现了一些新的切磨方法7.宝石加工机械向自动化,综合化方向颜色性质:1.色彩:颜色的种类 2.饱和度:色彩的浓淡程度(可见光光谱选择性吸收的强度)3.色耀度:色彩的明亮程度,宝石对光的反射透射能力 4.色调:色的偏向(光谱组成和对光的选择性吸收)5.色形:颜色的分布形态色形:对于刻面宝石要求色彩均匀,对不透明宝石不是很重要透明度:透明宝石一般设计为刻面宝石,微透明,不透明的大多设计成凸面宝石光泽:宝石表面反射光的能力,受宝石表面性质、平整程度、抛光质量、矿物颗粒的排列影响多色性:在偏光镜下转动非均质体宝石宝石颜色发生改变的现象。
色散:取决于色散值和颜色,翠榴石:折射率大,因为颜色没有火彩,金红石0.28太大了火彩条件:必须具备一定数目的色散值;必须有一定的面角比猫眼效应评价:正直细活。
宝石一定的凸面型琢型,长轴垂直于平行的显微构造,地面平行内含物所在的平面星光:具有两组以上的包裹体,弧面宝石底部平行于包裹体所在的平面变彩:由于宝石的特殊结构对光的干涉衍射作用产生的多种颜色,颜色随方向改变而改变解理:受外力沿一定方向裂开的性质,不能沿着解理面抛光裂理:宝石受外力,沿着双晶结合面裂开成平面的性质裂纹:受外力,沿着任意方向破裂的性质,呈现贝壳状,齿状凸面型刻面:表面突起,流线型,有一定对称性,底面可以是平直或弯曲,适用于不透明或者半透明,具有特殊光学校应,或者含有较多包裹体或者裂隙素面:1单凸面琢型2.扁豆凸面琢型(上下一样高,欧泊,原石较薄)3.双凸面琢型,可增加色饱和度,高档翡翠4.空心凸面:增加透明度,改善颜色5.凹面琢型:在凹面上镶嵌一颗贵重宝石,材料浪费多,价格低刻面:许多小翻面按一定规则排列,呈现规则几何多面体。
收稿日期:2001-08-18 基金项目:国家科技部重点攻关项目资助(96-9201502) 作者简介:余海陵,女,1971年生,工程师,宝石学专业,主要从事人工晶体生长工艺研究。
桂林水热法合成红宝石的宝石学特征及呈色余海陵 张昌龙 曾骥良(广西矿产地质研究院,广西桂林,541004)摘 要:采用传统的宝石学研究方法,并配合I R ,U V -V I 和EP M A 测试分析方法,对新近生长的桂林水热法合成红宝石的宝石学特征及呈色进行了初步研究。
结果表明,该类合成红宝石中普遍存在A l —O H 伸缩振动致弱谱带(3307,3231,3184,3013cm —1)和KHCO 3中O —H 伸缩振动致弱谱带(2365,2348cm —1),它们是鉴别该类合成红宝石的重要依据。
关键词:水热法合成红宝石;吸收光谱;呈色;桂林中图分类号:P 619.28 文献标识码:A 文章编号:1008-214X(2001)03-0021-04 继俄罗斯水热法合成红宝石之后,桂林矿产地质研究院宝石研究所(现改为国家特种矿物材料工程技术研究中心)采用反应腔为 36mm ×600m m 和 38m m ×700m m 、内衬为贵金属的高压釜及其匹配的温差井式电阻炉,在水热条件下研制水热法合成红宝石,1999年获成功。
目前,新一代的水热法合成红宝石将批量投放国内外珠宝市场。
由于水热法合成红宝石生长技术的保密性和晶体生长过程的复杂性,目前国内外对水热法合成红宝石的研究仍限于宝石学的鉴定特性上。
Peretti A.(1997)[1]对T air us 和Russia 水热法合成红宝石的内含物进行了研究,发现内部存在三相流体包裹体和铜合金包裹体等。
Schm etzer K.和Peretti A .(1999)[2]对俄罗斯水热法合成红宝石的特征进行了初步研究,证实这些合成红宝石主要是由Cr 致色,其内部常形成锯齿状或镶嵌状色带。
材料科学:宝石学资料1、名词解释(江南博哥)特征光谱解析:具有特征的吸收线、吸收带、吸收边或者发光线组成的,具有指示宝石致色剂、宝石品种的光谱。
2、名词解释拉曼(Raman)散射解析:光子与物质的分子发生非弹性碰撞后,改变了入射光频率的现象。
4、名词解释生长纹理解析:水热法合成宝石常由于多晶面的生长快速方式造成的纹理,水热法合成祖母绿常显示锯齿状纹理,水热法合成红、蓝宝石中常有波状纹理。
5、名词解释非均质体解析:光性各向异性双折射的物质为非均质体。
6、名词解释蚀像解析:晶体的晶面上出现的具有几何形状内凹小坑或者突起的小丘。
7、名词解释脉石解析:是指矿床中与矿石相伴生的非矿石部分,如矿体中所含的围岩角砾或低矿化的围岩残余等。
8、名词解释长波和短波紫外灯解析:分别辐射波长为365nm和253.7nm的紫外光的低压汞灯。
9、名词解释裂理解析:是晶体在外力作用下,沿着一定结晶方向裂开的性质。
10、名词解释梨晶解析:焰熔法长出的晶体形态类似梨形,故称为梨晶。
11、名词解释斯涅耳定律解析:描述材料的反射率与折射率、吸收率之间函数关系得物理定律,用于反射仪。
12、名词解释面网解析:结点在平面上的分布构成面网。
13、问答题什么叫宝石?什么叫玉石?解析:宝石:自然界中色泽艳丽,透明无瑕,硬度大,化学性质叫稳定或透明度稍差但具有特殊光效应的粒度3mm以上的单矿物晶体。
玉石:自然界质地细腻、坚韧、光泽强、颜色美观,由单矿物或多种矿物组成的岩石。
14、名词解释再造宝石解析:将一些天然宝石的碎块、碎屑经人工熔结后制成。
常见的有再造琥珀、再造绿松石。
15、名词解释浮生解析:不同物质的晶体沿一定方向的规则连生,或同种物质的晶体以不同的面网相接合而形成的规则连生称为浮生。
16、问答题你如何为顾客选择一只最好的钻戒?解析:先用热导仪侧其真伪,其次在经济条件允许下重量越重越好,颜色最好是无色,净度应至少在VVS以上,切功上选择标准圆钻型,等级评价为优的钻石17、问答题钻石的折射率值和密度值各是多少?解析:2.417-2.42;3.51g/cm18、问答题欧泊、Slocum石、塑料仿欧泊如何区别。
宝石工艺学实习论文五篇范文第一篇:宝石工艺学实习论文宝石工艺学实习论文本学期不知不觉就过去了许多,从五月中旬开始,我们进行了为期一个月的宝石加工实习。
通过实习,我收获了许多,同时发现了许多问题。
加工过程首先,本次实习采用玻璃做材料进行切磨抛光得出成品,过程全是技术活,我们所要做的就是根据老师给的步骤一步一步做,最后做出令人满意的作品。
主要步骤包括切磨、预型、上杆、打磨、抛光。
一开始,老师只教我们预型,那天下午,我们基本都挤在切磨机那边预型,后来大家才知道,宝石加工房的粗磨盘预型才是最好的选择。
过了好几天,周老师才教我们上杆,他说上杆也是个技术活,主要靠自己的眼睛来判断其粘得正不正,在整个加工过程中,许多同学因为上粘杆时操作不当,导致烧熔火漆滴落到手上,烫伤了自己,其实这是完全可以避免的,可见每个步骤都应该小心翼翼。
接着是打磨,正确的步骤其实是先打磨玻璃顶部,接着立刻抛光,之后才打磨冠部其他面,由于当时老师没有强调这个步骤,所以我们许多同学忽略了,直接把玻璃原本的抛光面当做顶面,直接打磨主刻面之类的了,由于忽略了这一步没有得到相应的练习,这导致许多同学考试时花了更多时间去操作这一步骤。
接着是抛光,抛光说白了就是个技术活,从找到合适的角度开始,就要不断地集中注意力,稍有差错,就可能无缘无故抛多出一个面来,而且抛光时的抛光粉和抛光盘等也很讲究,只要有点杂质就可能影响抛光质量,事实证明,想要得到良好的成果,自己的相应付出就达到一定程度。
宝石琢形本次实习需要上交圆钻琢形、椭圆钻琢形、祖母绿琢形和弧面琢形四种琢形各一个,同学们为了上交作业也花费了不少心血。
老师先教我们磨圆钻,因为圆钻是最基本的琢形,所以老师给了我们充足的时间去练习,即使这样,有的同学最后还是不怎么熟练,而我们一开始的时候用一天来耗在上面,但是熟练之后三个小时就可以完成。
总的来说,圆钻是最简单的,掌握了圆钻就是打好了基础,后面有难度的琢形也变得没那么难了。
合成宝石学复习提纲一、填空第二章熔体法—焰熔法(维尔纳叶法)1. 焰熔法基本原理:利用氢氧的高温,使疏松的粉料通过氢氧焰撒下、熔融,落在冷却的结晶杆上,结晶成单晶。
最早是1885年由弗雷米(E. Fremy)、弗尔(E. Feil)和乌泽(Wyse)一起,利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“日内瓦红宝石”。
后来于1902年弗雷米的助手法国的化学家维尔纳叶(Verneuil)改进并发展这一技术使之能进行商业化生产。
2. 焰熔法生长宝石工艺:1)原料的制备与提纯2)粉料制备:高纯度,高分散性,均一性3)晶体生长:引晶,放肩,等径生长4)退火处理3. 维尔纳叶法生长刚玉晶体(1)原料的制备与提纯:●AI2(SO4)3 :(NH4)2SO4 = 2.5 : 1;●加1.5倍水,加热溶解,缓慢冷却结晶,得到铝铵矾晶体。
AI2(SO4)3 + (NH4)2SO4 + H2O —— (NH4)2AI2(SO4)4-24 H2O●PH>3.5,重结晶,可去除钾离子; PH<3.5,重结晶,可去除铁、钛、铜、锰、镁等离子。
●去离子水重结晶3~5次,铝铵矾纯度达99.9%以上。
(2)粉料制备:●铝铵矾脱水:(NH4)2AI2(SO4)4-24 H2O——— (NH4)2AI2(SO4)4 - H2O + 23 H2O ↑ (200 ℃) (NH4)2AI2(SO4)4 - H2O——— (NH4)2AI2(SO4)4 +H2O ↑(250~350 ℃) 脱水炉温 < 300℃,脱水率 < 60%,可以保证粉料较好的分散性和流动性。
●无水硫酸铝铵分解:(NH4)2AI2(SO4)4 ——AI2(SO4)3 + NH3 ↑ + SO3 ↑ + H2O ↑ (450~550℃)●硫酸铝分解:AI2(SO4)3 ——γ-Al2O3 + SO3 ↑ (650~850℃)(3)晶体生长:包括引晶、放肩、等径生长三个步骤。
(4)退火处理:晶体置于温度分布均匀的高温炉中,缓慢升温(5-10h)至退火温度,退火温度一般控制在晶体熔点的60%以上;恒温,通过分子热运动,消除原有弹性形变,使生长过程的热应力得以释放;再缓慢冷却至室温。
4. 焰熔法生长宝石的特点:(1)可见气相包体(气泡)(2)圆弧形生长纹及垂直长弧形纹的拉长气泡(3)未熔粉料呈面包渣(碎屑)状包裹体(4)晶体内应力大,易开裂(5)晶体大,颜色均匀、鲜艳5. 焰熔法生长宝石着色剂:多为过渡元素氧化物或稀土元素氧化物。
原料中添加着色剂,再经脱水焙烧获得相应粉料。
焰熔法生长刚玉宝石星化剂: TiO2原料+着色剂+星化剂( TiO2 0.1—0.3%)脱水焙烧,得到相应粉料。
6. 焰熔法生长金红石( TiO2):氢氧焰中 H2:O2 = 1.8 — 2.0 :1,高温下缺氧,在还原条件下生长, Ti4+→ Ti3+,晶格中形成大量氧空位,晶体黑色不透明,需氧化条件退火处理。
第二章熔体法—提拉法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、YAG、GGG、变石和尖晶石等重要的宝石晶体。
1. 提拉法原理:调整炉内温度场,将待生长晶体的原料放在耐高温的坩埚中加热熔化,使熔体上部温度略高于熔点;然后让籽晶接触熔体表面,待籽晶表面稍熔后,降低温度至熔点;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。
2. 熔体导模法:主要有斯切帕诺夫法, EFG法20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。
免除了工业生产中对晶体的繁重的机械加工,节约了原料,降低生产成本。
掺质使晶体具有特殊性能或改变晶体的某种性能。
平衡分凝系数K0:固液两相处于平衡时,固体中的溶质(掺质)浓度C s与熔体中的溶质浓度C l之比。
第二章熔体法—冷坩埚熔壳法1 冷坩埚法原理:直接用原料本身作坩埚,使其内部熔化,外部则装有冷却装置,从而使表层未熔化,形成一层未熔壳,起到坩埚的作用。
内部已熔化的晶体材料,依靠坩埚下降脱离加热区,熔体温度逐渐下降并结晶、长大。
冷坩埚法是一种从熔体中生长晶体的技术,仅用于生长立方氧化锆晶体。
2 冷坩埚法工艺:(1)将粉料ZrO2与稳定剂Y2O3按摩尔比9:1的比例混合均匀,装入紫铜管围成的杯状“冷坩埚”中,在中心投入4-6g锆片或锆粉用于“引燃”。
(2)接通电源,进行高频加热。
起燃1-2分钟,原料开始熔化。
先产生小熔池,然后由小熔池逐渐扩大熔区。
在此过程中,锆金属与氧反应生成氧化锆。
同时,紫铜管中通入冷水冷却,使外层粉料未熔,形成"冷坩埚熔壳"。
(3)冷坩埚内原料完全熔融后,将熔体稳定30-60分钟。
然后坩埚以每小时5-15mm的速度逐渐下降,“坩埚”底部温度先降低,所以在熔体底部开始自发形成多核结晶中心,晶核互相兼并,向上生长。
只有少数几个晶体得以发育成较大的晶块。
“引燃”作用锆金属片4~6g,锆金属熔点1900℃,ZrO2在1200 ℃以上导电稳定剂:Y2O3 ,含量10%第二章熔体法—区熔法区域熔炼法:1952年,此技术主要为半导体工业提供高纯度的晶体。
之后,人们利用这一技术将数百种有机、无机结晶材料提纯或转化成了单晶,较少用于合成宝石。
把原料先烧结或压制成棒状,然后用两个卡盘将两端固定好。
将烧结棒垂直地置入保温管内,旋转并下降烧结棒(或移动加热器)。
烧结棒经过加热区,使材料局部熔化。
熔融区仅靠熔体表面张力支撑。
当烧结棒缓慢离开加热区时,熔体逐渐缓慢冷却并发生重结晶,形成单晶体。
区域熔炼法——物理提纯材料:K<1时,则开始结晶的头部样品纯度高,杂质被集中到尾部;K>1时,则开始结晶的头部样品集中了杂质而尾部杂质量少。
浮区法生长晶体要求:熔体表面张力大,密度小,加热技术及机械传动装置严格。
优点:不需坩埚,可生长熔点极高材料;晶体轴向组分均匀;加热功率小;生长过程易观察。
第三章助熔剂法—熔剂法、熔盐法助熔剂法生长晶体已近百年历史,现在用助熔剂生长的晶体类型很多,从金属到硫族及卤族化合物,从半导体材料、激光晶体、光学材料到磁性材料、声学晶体,也用于生长宝石晶体,如助熔剂法红宝石和祖母绿。
1940年美国人Carroll Chatham用助熔剂法实现了合成祖母绿的商业生产。
目前世界上祖母绿生产的大公司有莱尼克斯(Lennix),美国的查塔姆(Chatham)、法国的吉尔森(Gilson),俄罗斯的Novosibirsk。
1.助熔剂法原理:原料在高温下溶解于低熔点的助熔剂中,形成饱和溶液,然后通过缓慢降温或在恒定温度下蒸发熔剂等方法,使熔融液处于过饱和状态,晶体析出生长。
2.无机助熔剂●简单离子型盐类:NaCl、LiF等,溶解能力低,较少用。
●极性化合物:Bi2O3、PbO、PbF2等,熔融状态导电性、溶解能力很强,广泛应用。
●网络液体:硼化物具O-B-O键链,熔点低,挥发性低,广泛应用。
●复杂反应溶液:钒酸盐、钼酸盐、钨酸盐、卤化物,晶体生长过程中常有化学反应发生,较少用。
3.助熔剂法分类3.1基本概念平衡浓度(溶解度、饱和浓度);过饱和溶液过饱和度:∆S=C(实际)─ C(平衡)过饱和度是晶体生长的驱动力。
过饱和溶液在热力学上是不稳定的,但纯净而不受扰动的过饱和溶液可以保持很长时间不析出溶质。
3.2 分类缓冷法、蒸发法、温度梯度输运法,缓冷法:在高温下,在晶体材料全部熔融于助熔剂中之后,缓慢地降温冷却,使晶体从饱和熔体中自发成核并逐渐成长的方法。
4助熔剂法适用性助熔剂法适用于以下晶体材料的制备:●非同成分熔融化合物,即熔化之前分解的材料●生长后降温过程中发生固态相变,导致严重应变开裂晶体●熔点附近蒸汽压很高的材料●由于挥发组分的损失而变为非化学计量的材料●难于用熔体法生长得难熔材料5 助熔剂法缺点●生长速度慢,生长周期长。
生长速率:0.X~Xmm/d●坩埚和助熔剂对合成晶体有污染。
●晶体尺寸较小。
●许多助熔剂具有不同程度的毒性,其挥发物常腐蚀或污染炉体和环境。
6 助熔剂法合成宝石包裹体特征●助熔剂包体:助熔剂包体的形成与晶体的非稳定生长有关,一般发生在自发成核过程中枝蔓状生长阶段。
快速生长使枝蔓间的助熔剂在随后的稳定生长中被包裹起来。
●结晶质包体:晶体生长过程中,温度降到其它晶相可以存在的范围;或者由于组份过冷,成分不均匀,其它晶相在局部区域形成较高的过饱和度。
新相在晶体界面上发生非均匀成核,晶芽附着于晶体表面,并随着晶体生长被包裹在晶体内部。
如祖母绿晶体内的硅铍石包体。
●坩埚金属材料包体:助熔剂生长的晶体或多或少要受到坩埚材料的污染。
●未熔化熔质包体:原料熔化不完全,有时会存在未熔化的溶质原料包体。
●种晶包体:助熔剂法加种晶生长时,晶体有时还可见种晶包体●熔体粘滞性较大,熔体搅拌不均匀,助熔剂具挥发性,有时助熔剂未蒸发完全以气相包裹在晶体中。
第四章水热法生长晶体1882年人们开始水热法生长晶体的研究。
最早获得成功的是合成水晶。
二十世纪上叶,水热法合成水晶投入了大批量的生产。
水热法合成红宝石于1943年由Laubengayer和Weitz首先获得成功,Ervin和Osborn 进一步完善了这一技术。
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。
九十年代,原苏联合成海蓝宝石。
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,使常压条件下不溶或难溶的的物质溶解或反应,生成目标晶体的溶解产物,控制达到一定的过饱和度,进而结晶生长的方法。
水热法生长晶体的方法:温差法、降温法(或升温法)、等温法2.水的热力学性质:高温高压条件,水的临界温度是374℃,临界压力是217atm,临界密度是0.32g/ml。
3.高压釜是水热结晶的关键设备,为可承受高温高压的钢制釜体。
高压釜的临界填充度为32%。
初始填充度小于32%,升高温度时,气-液界面稍有上升,随着温度继续增高至某一值时,液面就转而下降,至临界温度液相完全消失。
初始填充度大于临界值,温度升高时,气-液界面迅速升高,直到容器全部被液相充填。
4.缓冲器(对流挡板):上有圆孔,孔洞面积与挡板面积比为开孔率,调整溶液对流状态。
缓冲器将高压釜的生长区与溶解区分隔开,增大两区间的温差,从而提高晶体的生长速率,而且使整个生长区达到比较均匀的质量传输状态,使生长区上下部晶体生长速率相近。
5.矿化剂:●碱金属及铵的卤化物(有效,应用广);●碱金属的氢氧化物(有效,应用广);●弱酸(H2CO3,H3BO3,H3PO4,H2S)的碱金属盐;●强酸的盐;●无机酸6.水热结晶影响因素:(1)晶体生长速率的各向异性相同水热条件各晶面生长速率不同。