合成寶石畢業(yè)論文.docVIP

20132014學(xué)年第二學(xué)期合成寶石課程期末大作業(yè)（論文）班級：11工商（珠寶鑒定）本學(xué)號(hào): 11110128034 姓名： 李晶 任課教師： 張曉暉 分?jǐn)?shù)：_ 評語：_ _ _ _ _ 教師簽名：_ 批閱日期：_我看合成紅寶石工藝及鑒別摘要：合成紅寶石的方法多種多樣，常見的有助溶劑法、水熱法和提拉法，但在生產(chǎn)中廣泛采用的是焰熔法。關(guān)鍵詞：合成紅寶石 助溶劑生長法 水熱法 焰熔法 提拉法前言 合成紅寶石(Synthetic ruby)通常呈現(xiàn)鮮亮的紅色，與天然紅寶石區(qū)別甚小，物理性質(zhì)也相同。除像天然紅寶石一樣被加工成橢圓形、圓形或梨形的混合刻面琢型以及腰圓型外，有時(shí)還被加工成些特殊琢型，如上部為中凸的弧形面，而下部為刻面的長方形或橢圓形混合琢型;或者上部為中凸的弧形面和刻面，而下部為刻面的長方形混合琢型。這些特殊琢型是合成紅寶石特有的，其粒重多在515克拉。也有用合成紅寶石加工珠形項(xiàng)鏈和手鐲的。合成紅寶石是按工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的第一種合成寶石。1、 合成紅寶石的技術(shù)與方法（一）助溶劑生長法合成紅寶石助溶劑生長法合成紅寶石晶體1是在自發(fā)成核緩冷法合成無色藍(lán)寶石晶體的基礎(chǔ)上發(fā)展而來。無色合成藍(lán)寶石晶體的助溶劑生長法首次由德國人實(shí)現(xiàn)于1837年，方法較簡單，是用PbF-PbO作助溶劑，AlO作原料，將其混合后放入鉑金坩堝中，加熱至1350，經(jīng)數(shù)小時(shí)后，使AlO完全熔融，之后按照1/h的冷卻速度冷卻至900-1000，倒出殘余助溶劑熔融液，冷卻至室溫后，用硝酸溶液溶去助溶劑，由此得到無色藍(lán)寶石晶體位錯(cuò)密度較低。1969年，市場上出現(xiàn)了“卡善”助溶劑法合成的紅寶石，該合成的紅寶石內(nèi)部不但添加了鉻元素，而且還添加了鐵元素作為致色元素，使其與天然紅寶石難以辨別。另外，美國的C卡塔姆也用助溶劑法合成了紅寶石和藍(lán)寶石晶體，而拉馬拉（Ramaura）公司在用助溶劑法合成的紅寶石中添加了一種可以發(fā)熒光的成分，使得這種合成紅寶石很容易被鑒別。而我國在1990年后由國家建材局人工晶體研究所采用助溶劑法成功合成出紅寶石晶體。此次晶體生長使用了籽晶，但合成的紅寶石晶體沒有進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)。助溶劑法合成紅寶石晶體的具體工藝步驟如下：（1）稱取適量的AlO和少量的CrO作原料，加入適量的助溶劑Pb O-BO或PbF-PbO。（2）將以上原料及助溶劑混合后放入鉑坩堝內(nèi)，再將鉑坩堝置于裝有旋轉(zhuǎn)支持底座的電爐內(nèi)加熱。（3）升溫至1300，并按一定的速率變化旋轉(zhuǎn)坩堝，使坩堝內(nèi)的助溶劑和原料完全熔融。（4）停止加熱，以2/h的冷卻速度緩慢冷卻至915，大致需要8天。（5）晶體生長結(jié)束，倒出助溶劑，也可在坩堝底部打一小孔，使坩堝中助溶劑流出。（6）用稀硝酸將殘存在紅寶石晶體表面上的助溶劑溶解，即可獲得合成紅寶石晶體。 用此法生長出的合成紅寶石晶體成本高，難以大量生產(chǎn)。（二）水熱法合成紅寶石 水熱法生長晶體是在水溶液中生長晶體的方法。國外的水熱法合成紅寶石于1991年由俄羅斯小批量商業(yè)生產(chǎn)。1993年初,俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院與泰國The Pinky Trading Company組建了TAIRUS合資公司,并開始大批量生產(chǎn)水熱法合成紅寶石2。目前的年產(chǎn)量約為200 kg。視重量大小和質(zhì)量高低價(jià)格3050美元/克拉不等。國內(nèi)的桂林水熱法合成紅寶石則是繼Russia和Tairaus水熱法合成紅寶石之后出現(xiàn),并于最近進(jìn)入珠寶市場的一種新產(chǎn)品。它的生產(chǎn)工藝如下：原料：分析純的剛玉晶體碎塊，Al（OH）。著色劑：CrO或者KCrO（按1%量加入）。礦化劑：KHCO+NaCO（濃度均為1.0mol/L）。籽晶片：提拉法合成的無色剛玉晶體，沿（2243）或（1010）方向切割。充填度：60%左右。生長溫度：500620。溫差：30100。壓力：（1.52.0）10Pa。恒溫時(shí)間：10天左右，晶體達(dá)15mm50mm17mm，重達(dá)20.4g。生長速率：0.30.6mm/d。 紅寶石2的水熱生長試驗(yàn)是在密封的貴金屬襯管中進(jìn)行。使用自行設(shè)計(jì)制造的反應(yīng)腔尺寸為38 mm700 mm的高壓釜及溫差井式電阻爐,認(rèn)真調(diào)整DWT-702精密溫度自動(dòng)控溫儀使高壓釜反應(yīng)腔內(nèi)的溫度曲線達(dá)到本試驗(yàn)的要求(右圖),釜內(nèi)溫度500600,晶體生長區(qū)(低溫區(qū))與溶解區(qū)(高溫區(qū))的溫差范圍3080,釜內(nèi)壓力1 500 atm2 000 atm,釜內(nèi)開孔檔板使用貴金屬,開孔率為5%25%以保證溶質(zhì)的傳輸及生長基元在晶體表面的疊合。（三）焰熔法合成紅寶石 焰熔法是從熔體中生長單晶體的方法。其原料的粉末在通過高溫的氫氧火焰后熔化，熔滴在下落過程中冷卻并在種晶上固結(jié)逐漸生長形成晶體。將調(diào)配好的原料細(xì)粉從管口漏下，均勻噴灑在氫氧焰中被熔化后，再冷凝結(jié)晶于種晶或“梨形單晶”頂層；梨晶長大是從頂部熔化的圓錐開始，生長過程中其底座下降并旋轉(zhuǎn)，以確保其熔融表面有合宜的溫度逐層生長，邊轉(zhuǎn)動(dòng)邊晶出的人工寶石具有如同唱片紋的弧線生長紋或色帶，以及珠形、蝌蚪狀氣泡等特征；不用坩堝的這種方法可以低成本制取合成紅寶石。焰熔法的合成工藝流程如下3：A.供料系統(tǒng)原料：成分因合成品的不同而變化。原料的粉末經(jīng)過充分拌勻，放入料筒。料筒（篩狀底）：圓筒，用來裝原料，底部有篩孔；料筒中部貫通有一根震動(dòng)裝置使粉末少量、等量、周期性地自動(dòng)釋放。震蕩器：使料筒不斷抖動(dòng)，以便原料的粉末能從篩孔中釋放出來。合成紅寶石，則需要AO 和 CrO，三氧化二鋁可由鋁銨礬加熱獲得；致色劑為CrO1-3%，B.燃燒系統(tǒng)：氧氣管：從料筒一側(cè)釋放，與原料粉末一同下降；氫氣管：在火焰上方噴嘴處與氧氣混合燃燒。通過控制管內(nèi)流量來控制氫氧比例，O：H=1：3；氫氧燃燒溫度為25000C，AlO粉末的熔點(diǎn)為20500C；冷卻套：吹管至噴嘴處有一冷卻水套，使氫氣和氧氣處于正常供氣狀態(tài)，保證火焰以上的氧管不被熔化C.生長系統(tǒng) 落下的粉末經(jīng)過氫氧火焰熔融，并落在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上的籽晶棒上，逐漸長成一個(gè)晶棒（ 梨晶）。水套下為一耐火磚圍砌的保溫爐，保持燃燒溫度及晶體生長溫度，近上部有一個(gè)觀察孔，可了解晶體生長情況。耐火磚：保證熔滴溫度緩慢下降，以便結(jié)晶生長； 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)：安置籽晶棒，邊旋轉(zhuǎn)、邊下降；落下的熔滴與籽晶棒接觸稱為接晶；接晶后通過控制旋轉(zhuǎn)平臺(tái)擴(kuò)大晶種的生長直徑，稱為擴(kuò)肩；然后，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)以均勻的速度邊旋轉(zhuǎn)邊下降，使晶體得以等徑生長。（四）提拉法合成紅寶石原料：ALO和1-3%的CrO加熱：高頻線圈加熱到2050以上；屏蔽裝置：抽真空后充入惰性氣體，使生長環(huán)境中保持所需要的氣體和壓強(qiáng)。將原料裝入銥、鎢或鉬坩堝中。坩堝上方的提拉桿的下端的籽晶夾具上裝一粒定向的紅寶石籽晶。將坩堝加熱到，使原料熔化。再降低提拉桿，使籽晶插入到熔體表層?？刂迫垠w的溫度，使之略高于熔點(diǎn)。熔去少量籽晶以保證能在籽晶的清潔表面上開始生長。在實(shí)現(xiàn)籽晶與熔體充分沾潤后，緩慢向上提拉和轉(zhuǎn)動(dòng)晶桿。控制好拉速和轉(zhuǎn)速，同時(shí)緩慢地降低加熱功率，籽晶直徑就逐漸擴(kuò)大。小心地調(diào)節(jié)加熱功率，實(shí)現(xiàn)寶石晶體的縮頸-擴(kuò)肩-等徑-收尾的生長全過程。通過屏蔽裝置的窗口可以觀察生長過程，還可利用紅外傳感器測量固-液界面的亮光環(huán)溫度，實(shí)現(xiàn)控制生長過程。二、合成紅寶石的鑒定特征（一）助溶劑法合成紅寶石的鑒定特征A、助溶劑殘余包裹體B、氣固兩相包體：C、鉑金片D、特殊的色帶或色域 助熔劑合成寶石中可見直線狀、角狀生長環(huán)帶，這些特征與天然紅、藍(lán)寶石中的色帶，在外觀上是一致的。但在拉姆拉合成紅寶石中可出現(xiàn)一種攪動(dòng)狀的顏色現(xiàn)象和紡錘形色域，在多羅斯（Douros）合成紅寶石中可出現(xiàn)淺紅、無色色帶和藍(lán)色三角色塊。F、種晶 早期生產(chǎn)的產(chǎn)品采用了很大的種晶，例如Leichleitner公司僅在種晶上生長薄薄的一層合成紅寶石。目前，絕大多數(shù)的助溶劑法合成紅、藍(lán)寶石中很難看到種晶及其相關(guān)的特征。G、發(fā)光性 紫外光下助溶劑法合成紅寶石呈中一強(qiáng)的紅色熒光，可以對紅寶石的鑒定起到指示作用，而拉姆拉紅寶石加入了某些稀土元素，在紫外光下橙紅色熒光。少數(shù)樣品可能顯示藍(lán)白色熒光。H、可見光譜 助熔劑法合成紅寶石的吸收光譜與天然的一樣，只是比天然紅寶石更清晰、更明顯。I、微量元素 用電子探針分析暴露到寶石表面的助溶劑殘余包裹可以檢驗(yàn)出包裹的化學(xué)組成，用X-熒光能譜儀，可以無損分析出寶石所含的微量化學(xué)元素。最常用的助溶劑是一些重金屬的氧化物，如PbO、PbF、BiO、MOO2，以外還可有BO5，LiO，有時(shí)也用冰晶石（NaAlF6）。（二）水熱法合成紅寶石鑒定特征由于水熱法是模擬天然紅寶石的生成環(huán)境,因此在其內(nèi)部具有許多與天然紅寶石相同的特征,如有色帶、平直生長紋、晶體包體及裂隙。但需要指出的是:（1)籽晶片是水熱法合成晶體所必須的,其顏色有深有淺,有時(shí)也為無色的,切磨后的寶石成品一般很少選含籽晶片的部位,但最近市場上出現(xiàn)了一種象三明治一樣切磨成弧面的成品(見右圖),所以,遇到弧面型的優(yōu)質(zhì)紅寶石時(shí)應(yīng)格外小心。(2)黃金絲殘余在每塊原料中都可以看到黃金絲的殘余,黃金絲是在晶體生長中用以懸掛籽晶片的。在琢磨好的成品中一般不易見到,但在個(gè)別成品中可以觀察到籽晶片中用以系黃金絲的針孔。(3)鉑金片高壓釜上脫落的鉑金片有時(shí)混雜在結(jié)晶好的晶體里。（4）氣相包裹體氣泡在晶體中偶而出現(xiàn),數(shù)量時(shí)多時(shí)少。（5）膠狀包體本次取樣中還觀察到一種似熔化的膠體一樣的包體。塵埃狀包體（三）焰熔法合成紅寶石鑒定特征1 原始晶形焰熔法合成的寶石原始晶形都是梨形。而天然寶石的晶體形態(tài)為一定的幾何多面體。2 包裹體：合成紅、藍(lán)寶石中常可見氣泡和未熔粉末出現(xiàn)，一般氣泡小而圓，或似蝌蚪狀4；可單獨(dú)或成群出現(xiàn)；合成尖晶石中氣泡和未熔粉末較少出現(xiàn)，偶爾出現(xiàn)的氣泡多為異形。3色帶： 紅寶石中常常為細(xì)密的弧形生長紋，類似唱片紋；藍(lán)寶石中色帶較粗而不連續(xù)；黃色藍(lán)寶石很少含有氣泡，也難見色帶。天然紅寶石和藍(lán)寶石都顯示直或角狀或六方色帶。合成尖晶石很少顯示色帶。4吸收光譜：合成藍(lán)寶石的光譜見不到天然藍(lán)寶石通?？梢砸姷降乃{(lán)區(qū)的吸收，或450nm的吸收帶十分模糊。 合成藍(lán)色尖晶石顯示典型的鈷譜（分別位于540、580、635nm的三條吸收帶 ），天然藍(lán)色尖晶石顯示的是藍(lán)區(qū)的吸收帶，為鐵譜。5熒光合成藍(lán)寶石有時(shí)顯示藍(lán)白色或綠白色熒光，天然的為惰性；合成藍(lán)色尖晶石為強(qiáng)的紅色熒光，而天然的也為惰性。合成紅寶石通常比天然紅寶石的紅色熒光明顯強(qiáng)。6 帕拉圖法：將剛玉浸于盛有二碘甲烷的玻璃器皿中，在顯微鏡下沿光軸方向，加上正交偏光片下，合成剛玉可以觀察到兩組夾角為1200的結(jié)構(gòu)線7 焰熔法合成星光剛玉：合成星光剛玉內(nèi)含物，大量氣泡和未熔粉末；金紅石針極其微小，難以辨認(rèn)；彎曲色帶明顯， 星帶外觀特征,星光浮于表面，星線直、勻、細(xì)，連續(xù)性好；中心無寶光。8 合成紅、藍(lán)寶石的加工質(zhì)量：天然合成紅、藍(lán)寶石的加工質(zhì)量通常較為精細(xì)，尤其是高質(zhì)量的寶石，其臺(tái)面通常垂直光軸，以顯示最好的顏色。而合成紅、藍(lán)寶石加工質(zhì)量通常較差，常見火痕，更不會(huì)精確定向加工。加上，合成梨晶通常因?yàn)閼?yīng)力作用會(huì)沿長軸方向裂開，其長軸方向與光軸方向夾角為60度，為了充分利用原料，其臺(tái)面通常會(huì)平行長軸方向切磨（圖2-6）。所以合成剛玉在臺(tái)面通常都可見多色性，而天然的則不然。（四）提拉法合成紅寶石鑒定特征1.合成紅寶石可見極細(xì)的彎曲生長紋和拉長的氣泡，有時(shí)還可見云朵狀的氣泡群。2.寶石中偶爾可見未熔化的原料粉末。3.在暗域照明和斜向照明下，偶爾可見一些細(xì)微的白色云狀包體。4.顯微鏡下有時(shí)可見晶體不均勻的生長條紋。5.寶石晶體可能帶有籽晶的痕跡。6. 用電子探針和X射線熒光分析法，可檢測寶石晶體中的銥或鉬金屬包體。三、我看合成紅寶石未來發(fā)展前景 合成紅寶石顏色均一、內(nèi)部缺陷少、潔凈、塊體大， 偶爾可見弧形生長線；合成紅寶石包體少偶爾可見單一的圓形、淚滴形氣泡；合成紅寶石的熒光較天然紅寶石強(qiáng)在紫外燈下呈透明的紅色；天然紅寶石和合成紅寶石在加工時(shí)在寶石晶體原料中的取料方向不同，二色性的顯示方向亦不同。合成刻面紅寶石在寶石的臺(tái)面方向顯二色性 而天然刻面紅寶石在腰圍方向觀察才顯二色。 人工合成寶石的主要價(jià)值在于裝飾。但是，有一點(diǎn)要說明，人工合成寶石的數(shù)量是不是“稀少”這個(gè)概念是相對的，若與同類天然寶石的高檔品比，人工合成寶石不算稀少；但若與同類天然寶石比或與可用于裝飾的材料比，人工合成寶石的數(shù)量還是屬于“稀少”的。另外，許多著名的人工合成寶石，由于年代久遠(yuǎn)，隨著時(shí)間的推移，其價(jià)值會(huì)不斷提高，有些甚至可以達(dá)到收藏的水平。人工合成寶石的價(jià)格，與同等顏色、同等質(zhì)量的天然寶石比，應(yīng)當(dāng)說是相當(dāng)便宜的。其便宜的幅度與合成的方法難易、產(chǎn)量的大小及其它因素有關(guān)。 綜合來看，其便宜幅度從萬分之一到十分之一不等。例如水熱法合成的鴿血紅紅寶石戒面，每克拉價(jià)格250元左右，天然鴿血紅紅寶石若達(dá)到無棉無裂、無包裹體與生長線的優(yōu)質(zhì)品，其價(jià)格應(yīng)當(dāng)在25000元/克拉左右，即水熱法合成的鴿血紅紅寶石便宜幅度為千分之一左右。 因?yàn)樗疅岱ê铣杉t寶石的技術(shù)難度大、設(shè)備昂貴、產(chǎn)量低，屬于合成寶石類；若用同類人工合成寶石相比，由于合成的方法不同價(jià)格也相差很大。 而焰熔法合成紅寶石的價(jià)格與水熱法合成紅寶石的價(jià)格比就低好多，因?yàn)檠嫒鄯ê铣杉t寶石用氫氧火焰燒，每小時(shí)大約能生長10克重的紅寶石，同時(shí)每個(gè)車間里可以擺放好多臺(tái)設(shè)備生產(chǎn)，產(chǎn)量大，其產(chǎn)品的銷售不是像水熱法生長的紅寶石一樣用克拉計(jì)算，而是用每公斤多少錢計(jì)算。目前國內(nèi)生產(chǎn)的焰熔法紅寶石一般每公斤為400-650元左右，1公斤為1000克，1克為5克拉，即5000克拉焰熔法生長的紅寶石價(jià)格為400-650元，每克拉焰熔法紅寶石合0。1元左右，比水熱法生長的紅寶石便宜2500倍左右。 由此可見，不同方法生長的同類寶