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红蓝宝石的人工合成方法

admin 人造钻石 2020年06月25日

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  红蓝宝石的人工合成方法 摘要: 摘要:主要为了大家了解宝石合成的常用方法 关键词: 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 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。主要用于合成祖母绿、各色水晶、 红宝石及海蓝宝石等。 由于自然界热液成矿是在地下一定的深度形成的, 深度越大压力越大、 温度越高,因此,天然宝石是在一定的温度和压力下形成的,并且成矿溶液必须具有相当的 浓度和一定的酸碱度(PH 值) 。宝石生长的原理是:把配好的溶液、宝石生长原料和宝石晶 种等都密封在高压釜中,将密封的高压釜放在温差电炉内加热,当温度超过 100℃时,水溶 液就会沸腾,产生水蒸气,但水蒸气被密封在高压釜中出不去,所以产生气压,温度越高, 压力越大。一般宝石晶种挂在高压釜的中上部、宝石原料在高压釜的底部,温差电炉的温度 底部高于上部,所以,当加热到宝石原料溶解并形成饱和溶液后,温度差使溶液产生对流, 第 1 页共 4 页 由高温流向低温。此时,高温区的饱和溶液流到低温区时处于过饱和状态,溶液中的过饱和 部份就会在宝石晶种上结晶, 使宝石晶体不断长大。 低温区经过结晶后的相对饱和溶液被对 流到高温区时变成不饱和溶液, 经过高温区的宝石原料补充又达到饱和状态, 被再次对流到 低温区成过饱和溶液,过饱和部份在宝石晶体上结晶,如此循环往复,就可得到我们所需的 宝石晶体。 1.2.1 优点 (1)成的晶体具有晶面,热应力较小,内部缺陷少。其包裹体与天然宝石的十分相近; (2)粒子纯度高、分散性好、晶形好且可控制,生产成本低; (3)粉体一般无需烧结,可以避 免在烧结过程中晶粒会长大而且杂质容易混入。 1.2.2 缺点 (1)密闭的容器中进行,无法观察生长过程,不直观; (2)设备要求高(耐高温高压的钢 材,耐腐蚀的内衬) 、技术难度大(温压控制严格) 、成本高; (3)安全性能差。 1.3 助熔剂法 1.3 此法在一定程度上模拟了自然界的岩浆分异结晶成矿过程。 用此法合成的宝石主要有合 成红宝石、合成祖母绿、合成蓝宝石、合成尖晶石、合成金绿宝石及人造钇铝榴石、人造钆 镓榴石等。宝石生长的原理是:在高熔点的宝石原料中加入一定量的低熔点助熔剂,使宝石 原料在较低的温度下被熔融和结晶,这就可以为宝石合成的仪器设备和工艺条件提供方便。 用此法合成宝石时若不加宝石晶种, 将在很长时间内加热得到大量的小颗粒宝石晶体; 若利 用宝石晶种, 则可以利用温差电炉法或晶种提拉法等工艺得到较大的宝石晶体。 要注意的是: 为了不使宝石与助熔剂一起结晶出来, 采用降温结晶生长宝石晶体工艺时, 在到达低共熔点 温度前就应将所有熔融液倒掉, 再将已生长的宝石放回高温炉内冷却到室温。 最后要把宝石 晶体外边沾的助熔剂溶解掉才能使用。 1.3.1 优点 (1)基本模拟了红宝石在自然界生长的条件,因此获得的红宝石晶体与天然红宝石晶体基 本一样,很难区分,且质量比天然红宝石高。助熔剂法合成红宝石晶体达到天然红宝石的最 高档次,质量也比焰熔法合成红宝石高; (2)合成温度低,适应性强,几乎可以合成所有 的宝石; (3)设备简单,是一种很方便的晶体生长技术。 1.3.2 缺点 (1)生长速度慢,生长周期长; (2)晶体尺寸较小,容易夹杂助熔剂阳离子; (3)许多助 熔剂具有不同程度的毒性,其挥发物还常腐蚀或污染炉体设备。 1.4 1.4 高温超高压法 在宝石的人工合成中,高温超高压法用来合成金刚石和翡翠。这里所说的高温指 500℃ 以上,所说的超高压指 10000 大气压以上(约 10 9Pa 以上),一定程度上模拟了地质上变质 成矿条件下的宝石合成。静压触媒法,可以在 6 万大气压和 1360℃下获得大颗粒金刚石; 采用静压晶种触媒法可以得到宝石级金刚石。其合成条件为5万大气压和 1300℃。合成设 备的超高压是利用“千斤顶”液压原理,采用二面顶、四面顶或六面顶等压机获得,最大可达 3600 吨压力;温度采用石墨通电的方法获得,最高可达 1900℃。其原理是在高温超高压下 使矿物发生相变,形成金刚石或翡翠结构。除此之外,高温超高压法合成金刚石还可以采用 爆炸法,把高纯石墨与炸药密封在容器中,埋在地下引爆,产生的高温高压也可以得到金刚 石,但由于作用时间短,形成的金刚石颗粒很小。 第 2 页共 4 页


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