合成宝石重点掌握部分复习.docx
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合成宝石重点掌握部分复习
合成宝石重点掌握部分复习
第一章绪论
宝石——矿产资源——不可再生性——资源减少——需求增加——矛盾的产生——优化处理//人工合成。
第一节合成宝石的概念、分类及方法
本节重点掌握合成宝石的有关概念
人工宝石:
完全或部分由人工制造用作首饰及装饰品的材料。
(GB16552-2003)
内涵
(1)一定是人工生产的,非自然界所产。
(2)具备首饰及装饰品的功能。
(3)人工合成过程应遵循一定的原理,采用一定的方法。
合成宝石:
完全或部分由人工制造且自然界有天然对应物的晶质非晶质体,其物化性质、晶体结构与对应物基本相同
人造宝石:
由人工制造且自然界无已知对应物的晶质或非晶质体
拼合宝石:
由两块或两块以上材料经人工拼合而成,且给人以整体外观的珠宝玉石。
再造宝石:
通过人工手段将天然珠宝玉石碎块熔结或压结成具整体外观的宝石。
仿宝石:
用于模仿天然珠宝玉石的颜色、外观和特殊光学效应的宝石。
第三节晶体生长的基础理论
本章进一步消化理解有关概念,为合成宝石的原理、方法及过程打下较为扎实的理论基础
重点掌握:
概念
基本了解:
晶体的形成方式、影响因素,晶核的形成及晶体的生长过程
一.晶体与非晶体
要求准确理解晶体、非晶体的概念;通过实例分析晶体与非晶体的区别
(一)概念
晶体:
具有格子构造的固体。
非晶体:
内部质点排列无规律、不具构造的无定性体
(二)晶体与非晶体的区别(以石英和玻璃为例)
1、内部结构不同(本质区别)2、外部形态不同3、均一性不同
4、热稳定性不同5、晶体与非晶体在一定条件下可以互相转化
二.晶体形成的方式
物质从各种状态(气、液、固)结晶成晶体的过程称为结晶作用。
气—固结晶作用(升华结晶作用)
液—固结晶作用(从液体或熔体中结晶)
固—固结晶作用(同质多相转变、重结晶、固—固反应)
三 晶核的形成
本节重点掌握晶核形成的基本规律,晶核形成有哪几种形式
(一)晶核形成的基本规律
晶核:
物质结晶时的成长中心。
(自发、非自发)
临界值:
晶体最小尺寸。
成核作用:
熔融体过冷却或溶液过饱和状态下,其组分的质点按照格子构造规律形成晶核的作用。
(二)熔体中成核的类型
1、均一性成核:
由于过冷却在熔体中自发形成晶核的作用。
(晶核在熔体区域内各处的成核机率是相同的)总之:
1、当熔体温度大于过冷度时,结晶作用不能发生。
2、熔体只有在合适的过冷度条件下才能结晶。
3、均一性成核,需要相当大的过冷度。
长节_____________________________________________________________________________________________________________________________
2、非均一性成核(异性衬底成核):
当熔体中含有难熔的杂质微粒、局部组分不均匀或容器内壁凸凹不平时,熔体局部体系则存在不均一性,形成不同相的相界面,熔体组分质点则优先在以相界面为底衬的位置形成晶核。
非均一性成核理论依据:
热力学观点:
不同相界面与晶核之间的界面能小于熔体与晶核之间的界面能时,易于形成晶核。
晶体构造观点:
熔体中相界面的晶体结构与晶核的晶体构造相同或相似时易于形成晶核。
3、临界晶核:
是指在熔体中能单独存在并可以继续发育成晶体的最小晶核单位。
设:
A:
晶核a:
临界晶核
第二章焰熔法及其合成宝石
第3节焰熔法合成宝石鉴定特征
一、刚玉类
1.焰熔法合成红宝石与天然红宝石的鉴别
(6)生长纹
焰熔法合成红宝石中仅能见弯曲的弧形生长线。
弧形生长线往往十分细密,可均匀发育,也可有末端尖灭。
(7)气泡
气泡往往很小,在低倍镜下显为小点,高倍镜下才可见同心圆状构造。
气泡多为圆形、椭圆形,有时为蝌蚪状。
流程稳定时气泡小而少。
流程不稳定时气泡多,大量气泡聚集时,可呈云雾状。
2.焰熔法合成蓝宝石与天然蓝宝石的鉴别
(2)发光性
天然蓝宝石在紫外光下常表现为惰性,而焰熔法合成蓝宝石的发光性较活跃。
合成无色SW:
淡蓝色;绿色LW:
橙色
蓝色SW:
淡蓝白—绿色荧光。
第三章组溶剂法及其合成宝石
助熔剂法生长晶体的原理:
1)A熔点为TA,B熔点为TB,E为共结点。
2)将A、B组分混合,混合比例X。
当温度为TX时,混合组分X融成溶液。
随着温度的下降,X组分至Q点,相当于TQ时,结晶析出A。
3)温度进一步降低,熔融的成份沿共结线TA-Q-E下滑。
A在X混合溶液中的成分不断增加,溶液处于过饱和状态,不断析出A组分,并长大成晶体。
从图可知:
由于A组分中加入低熔点的B组分后,A组分的熔点和结晶点由TA下降到TQ,这样就可以在较低的温度下生长出高熔点的宝石晶体。
因为B组分起到了降低熔点的作用,故称为助熔剂。
第3节助熔剂法合成尖晶石的鉴定特征
一、助熔剂法合成祖母绿
5.吸收光谱
与天然祖母绿类似,也有Cr吸收谱。
吉尔森N型添加了铁,在紫区427nm有吸收带,
二、助溶剂法合成刚玉宝石的鉴别
(7)内部特征
a.助溶剂包裹体:
颜色:
透射光:
部分不透明,为灰黑色、棕褐色或黑色;反射光:
浅黄色、橙黄色,并具有金属光泽。
形态:
树枝状、栅栏状、网状、扭曲的云状、溶滴状、彗星状。
马赛克结构及收缩洞
助溶剂熔滴未脱玻化之前呈均一的玻璃态,在急速冷却条件下,由于热胀冷缩作用,熔滴的中心形成一个空洞,空洞边缘是马赛克状结构的收缩态。
b.色带、色块
平直的角状生长环带、不均匀色块、搅动状的颜色不均匀现象,色块呈纺锤形、三角形.合成红宝石出现的蓝色三角形生长带,可作为鉴定特征。
c.金属片
铂金片:
透射光不透明,反射光为银白色,具金属光泽,铂片出现的机率是较低的,但一经发现,可作为合成红宝石的依据。
(8).助溶剂法合成红宝石的主要品种:
查塔姆(Chatham)、罗姆拉(Ra-maura)、克尼什卡(Knischka)、卡桑(Kasha)、
多罗斯(Douros)。
不同的品种鉴定特征有差异。
查塔姆
克尼什卡
罗姆拉
多罗斯
晶体特点
单晶含大块天然种晶
纺锤状晶体,底面/菱面体面/平行双面
三维等向菱面体/菱面体穿插双晶发育
等向菱面体/板状/板状双晶发育
荧光
强红色/白垩
强红/强红
中橘红/橘红
强红色/相同
吸收光谱
铬的吸收
4-500内有铁吸收同天,270nm为依据(天然无)
化学成分:
含CrFeTi外,有KCaPbBiLa(菱面)
化学成分:
含CrFeNiV外,有Pb.
内部特征
①粗大熔剂残余:
呈撕裂/网/羽裂状②铂金片:
与熔剂共生,似天然
③种晶:
边缘可见淡蓝-红紫的蓝色幻影.
④晶体:
金绿宝石
①熔剂残余:
呈云翳/面纱/管及内部收缩洞和高折射玻璃.②铂金片:
扭曲六边/三角形③种晶:
用天然品,镜下天然包体,熔剂共存.④负晶:
大/双锥状成群/管末端
①熔剂残余:
橘黄色/规则平行排列/六边形/内部有马赛克结构
②铂金片:
少见
③色块:
常见纺锤形三角形不均一色块,转动有褐色④生长纹:
平行规则/交角排列
①熔剂残余:
少/黄色/粗大/细小溶滴/内部多空洞和马赛克
③色带:
板状边缘,双晶结合处为红-无色带/菱面,板状晶见△蓝紫色块④生长线:
弯曲伞状
第四章水热法及其合成宝石
重点掌握合成的原理及其鉴别特征
一、原理:
在高压釜内,从过饱和溶液中生长宝石晶体
水热法是利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶的的物质溶解,或反应生成该物质的溶解产物,通过控制高压釜内溶液的温差使产生对流以形成过饱和状态而析出生长晶体的方法。
自然界热液成矿就是在一定的温度和压力下,成矿热液中成矿物质从溶液中析出的过程。
水热法合成宝石就是模拟自然界热液成矿过程中晶体的生长。
第三节水热法合成宝石的鉴别
一、水热法合成水晶与天然水晶的区别
1.颜色:
合成水晶是在相对稳定的条件下人工生产而成。
批量样品过多表现出颜色的统一性。
(1)无色水晶有统一的高透明度。
(2)彩色水晶具有均匀、统一的颜色。
(3)颜色呆板,不自然。
天然彩色水晶一般都有颜色深浅不均现象,且颜色柔和、自然。
2.种晶:
(1)可见种晶板,种晶板有白色、彩色。
它与晶体之间有清楚的界限及颜色差异。
(2)少量杂质自发成核形成了微小双晶分布在种晶板或有缺陷的部位,即花絮状双晶。
显微镜下呈白色雾状。
(3)种晶板附近常出现应力裂隙。
裂细小呈弯折状,与种晶有夹角,在切磨好的宝石顶部,有时可见这种雁行排列的裂纹。
3、包裹体
天然水晶固态包体品种繁多(金红石、电气石、FeS、水晶)。
而合成水晶的固态包裹体主要是未溶解的原料或石英微晶核。
这种包裹体都表现为面包渣状。
(生长条件稳定时少,不稳定时多,特别是生长中断时,平行于种晶板的大量“面包渣”沿生长面平行出现——桌面灰尘)桌面灰尘一层甚至2—3层贯穿于整个晶体。
它与天然水晶中的气液包裹体相似,但有区别.
4.色带:
天然水晶色带、色斑发育,可有角状色带。
合成彩色水晶亦可出现色带,但仅出现一组。
色带往往平行于种晶板。
合成紫色带平行于菱面体(正r负z)方向且伴随色带出现平行的密集的生长纹。
合成黄水晶色带垂直光轴方向且伴随色带出现密集生长纹。
5.双晶
天然:
巴西律、道芬双晶,双晶可贯穿晶体,也可发育在局部。
非双晶区:
牛眼;双晶区:
“螺旋桨”状干涉图
合成:
双晶存在种晶板附近,呈细小的凹面多面体,鼓包状和花絮状双晶。
只见牛眼干涉图。
6.红外光谱
对于那些非常纯净、生长痕迹均不明显的水晶饰品.用常规仪测试天然与合成较困难,需借红外光谱仪。
红外光谱主要测试:
水晶中的(OH)-1、H2O,它们表现为
3200cm-1—3600cm-1区间的伸缩振动带
1500cm-1—1700cm-1区间的弯曲振动带
5200cm-1伸缩振动与弯曲振动的合频谱带
天然无色水晶;3595cm-1、3484cm-1为特征。
合成无色水晶:
缺失3595cm-l、3484cm-1,而以3585cm-1或5200cm-1为特征。
合成水晶仿发晶:
1.成因:
种晶板两侧出现‘‘麦苗”状的空管,在空管中染色用来仿市场上的发晶.
2.鉴定:
天然:
几何形态/规则断面/粗细一致/颜色均一/定向分布
合成:
发丝一头大,一头小/断面不规则空管二、水热法合成红宝石的鉴别/颜色不均
二、水热法合成红宝石的鉴定特征
1、颜色
目前面市的水热法合成红尘石可有浅红到深红的各种颜色,往往透明度很高,内部很纯净。
2、发光特点
在紫外荧光灯下水热法合成红宝石可以没有荧光,或具弱一强的荧光。
荧光的强弱与体色有密切的关系,体色浓者荧光强,而一些浅粉红色品种几乎没有荧光。
3、晶体特征
水热法合成红宝石多为板状晶体。
4.内部特征
(1)种晶片:
种晶片与其两侧的红宝石有着明显的界线,且两侧可有一些发育不规则的晶芽或雾状气泡。
种晶片可以是合成/天然红宝石,因此其两侧的包裹体不同或者包裹体在种晶部位有截断的现象。
(2)生长纹
水热法红宝石普遍具有明显的生长纹。
生长纹往往颜色深浅不一,生长纹的形态可呈锯齿状波纹状,沿光轴方向观察可以发现两个方面的生长纹,交织成网状。
(3)金属包裹体
水热法合成红宝石中有可能发现金属包裹体,它们呈分散状或局部聚集分布。
据资料表明,这些金属片为一些合金,可具三角形、四边形等多边形的形状,在透射光下不透明,反射光下可具金属光泽。
(4)钉状包裹体
由于生长过程中有水的参与,水热法合成红宝石内常有一种特征的“钉状”流体包裹体。
较大的钉状包裹体中心存在着深色的液态充填物。
有时钉状包裹体变得十分细小,表现为一根根细针密集而定向排列。
三、桂林水热法合成刚玉宝石的鉴定特征
1)颜色:
红、橙红、桃红、浅黄
2)荧光:
红(LW-中鲜红;SW中-弱暗红)桃红(LW-强鲜红;SW中-弱暗红)浅黄(LW-中/弱杏红;SW-弱杏红)3)吸收光谱:
红色-只见红区吸收线,蓝绿区吸收.浅黄色-缺失450nm吸收线.4)红外光谱:
无水的吸收特征.(流体内含物少,或流体的充填度低,以气相为主或生产条件不适合含水铝化物的形成,很少有H+OH-进入晶格)
5)内含物:
种晶片残余是最常见的特征.较大的成品中种晶残余常分布在亭部/冠部/中间.SW下蓝色荧光为证.可见初期的细小渣状包体,分布在种晶板附近,总体呈面状分布,也可独立或与断续尘埃状包体构成网状.
四、水热法合成祖母绿的鉴别
具阶梯状生长纹和色带,具角状图案。
含I、II型水。
1993年新型的俄罗斯水热法合成祖母绿,无明显的生长纹和角状图案。
内部含有无数细小的红棕色微粒,密集呈雾状,不规则分布。
内部特征可见硅铍石晶体、大的两相包体、两相钉状包裹体、彗星状白点、针状平行结构和暗色金属包裹体等。
出现有平行于台面的层状或次层状现象,
红外光谱:
籽晶及其附近的交叉裂隙
天然:
Ⅱ型水5278cm-1非常强Ⅰ型水5590cm-1很弱.
合成:
5278cm-1弱于天然,但在其两侧各出现一个Ⅰ型水51095454cm-1的强吸收.
第五章冷坩埚提拉法合成宝石
一、高频冷坩锅技术概述
1.基本原理:
铂熔点:
1769℃;立方氧化锆稳定的温度为2750℃.不使用专门的坩埚,直接用拟生长的晶体材料起坩埚的作用。
外壳因加设水冷系统,吸收表面热量,形成一层未熔壳—“冷坩锅”.中间的立方氧化锆原料在高频电磁波的作用下熔融,依靠坩锅下降法,降低温度使熔体达到过冷却状态,结晶生长出立方氧化锆晶体。
2.设备
1)高频电源
①工作频率1-6MHz振荡稳定,可以调节.②工作匹配性好,在过压下不损坏元件③可以长时间运行
2)冷坩锅系统
①水冷“U”型单管铜管,之间缝隙1-1.5mm(确保电磁场能量通过).
②水冷底座:
绝缘层(切断高频感应电流)上供水腔,下出水腔,与铜管焊接.
③玻璃钢绝缘支架,以与引下装置绝缘
3)引下装置及调速系统
采用丝杆式蜗轮杆传动机构,用直流力矩发电机核可精确调速的电动机组拖动,保证晶体的稳定生长.
第二节提拉法和导模法合成宝石晶体
一、原理
将待生长的晶体原料放在耐高温的坩埚,高频加热,调整炉内温度场,使原料熔融.使熔体上部处于过冷却状态,熔液达到过饱和状态,提拉杆上安放定向籽晶,让籽晶接触熔液面,接种、放肩,在不断旋转、提拉过程中生长出宝石晶体。
四、熔体法生长宝石晶体的鉴别
(一)提拉法生长宝石晶体的鉴别
1.很细圆弧形不均匀生长纹和气泡群(云朵状、扫帚状、拉长状)
2.细微的、白色的云雾状粉末。
3.坩埚材料的钼、铱、钨、铂等金属包裹体。
4.合成变石SW下弱白-黄色荧光,内部弱红橙色荧光.
(二)导模法生长宝石晶体的鉴别
1.通常无未熔粉末,但可见金属包体和常见气体包体(大小为0.255-0.5um),且气泡分布不均匀
2.二者采用籽晶生长,故可见籽晶痕迹和籽晶缺陷.
3.合成变石有针状、板条状杂质包体和弯曲生长纹。
第六章其它合成宝玉石
一、合成欧泊(74年吉尔森公司-市场)
3.鉴别:
(1)外观与物理性质与天然相似(白/黑/火)。
(2)色斑呈三维柱状排列(天然二维),正看柱体界限分明,彩片呈六边形(镶嵌状、蜂窝状、蛇皮状),色斑边界清晰(不规则片/边界平模糊)。
(3)天然LW:
强淡荧光(绿、蓝、黄)并有持续的磷光;合成白色中—弱的蓝-黄色,黑色无—中的黄色荧光且无磷光.
(4)合成白、黑色比天然易透过紫外线(暴光、显影白边)
(5)密度:
合成2.06(白、黑);天然2.15
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- 合成 宝石 重点 掌握 部分 复习
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