刚玉结构 PPT
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《生物材料学》医用生物材料 ppt课件
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陶瓷材料的强度和断裂 陶瓷的结合键和晶体结构决定了陶瓷材料具有很高的抗压
强度，但抗拉强度和剪切强度却很低。
若设裂纹的长度为C，应力集中系数可根据Griffith公式得到：
c 2 C
r
式中，σ为垂直作用于此裂纹的平均应力；r为裂纹尖端处的曲
率半径；C为裂纹长度。由于裂纹尖端处的曲率半径很小。
5.1.5 其他医用金属材料
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第五章 生物医用材料
5.2 医用陶瓷材料
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图4-2 萤石的点阵结构
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图4-3 刚玉的点阵结构
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1.2 陶瓷的物理性能
• 陶瓷材料的机械性能
陶瓷材料的弹性变形 陶瓷材料的拉伸模量一般比金属的大得多，常相差数倍。
这主要是由于陶瓷材料由离子键和共价键组成有关。陶瓷材 料的弹性模量还与构成陶瓷材料的种类、分布比例、气孔率 和加工工艺等因素密切相关，尤其是陶瓷的工艺过程对陶瓷 材料的弹性模量有着很重要的影响。
等），考察材料的生物相容性。
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5
耐腐蚀性能要求
金属材料的主要缺点是腐蚀问题。
长期浸泡在含有有机酸、碱金属或碱土金属离 子（Na+、K+、Ca2+）、Cl-离子等构成的恒温 （37℃）电解质的环境中，加之蛋白质、酶和 细胞的作用，其环境非常复杂，会对金属材料 产生腐蚀，腐蚀的产物可能是离子、氧化物、 氯化物等。
第05章 刚玉
刚玉(Corundum) 红宝石、 (Corundum)—红宝石 第五章 刚玉(Corundum) 红宝石、蓝宝石
刚玉是矿物名称，达到宝石级的刚玉包括红宝石(Ruby)和蓝宝 刚玉 石(Sapphire)两种，它们的英文名称来源于拉丁文ruber、sapphins， 意思是“红色”、“蓝色”。
古时候，人们所说的红宝石、蓝宝石是泛指红色、蓝色的宝石， 其中包括了许多矿物品种，因此十分混乱。例如英国女王王冠上的
红色宝石经矿物学家鉴定是红色尖晶 红色尖晶 石，其价值比红宝石低。 现在宝石学科上严格定义Ruby 一 词代表宝石级的红色刚玉，中文叫红 红 宝石，其他颜色的宝石级刚玉都称为 宝石 Sapphire，中文译为蓝宝石 蓝宝石。 蓝宝石
红、蓝宝石的硬度在自然界所有矿物中仅次于金刚石，其价 格也基本是第二位。 第一节 基本特征
第二节
红、蓝宝石的评价
颜色、 评价原则类似于钻石，也是用“4C”原则，即颜色、净度、切 颜色 净度、 克拉重，但是没有钻石那样统一的、详细的等级标准。 工和克拉重 克拉重 颜色：这是红、蓝宝石评价时最重要的因素，对其价格的确 一.颜色 颜色 定约占一半的份量。 观察颜色时首先要用软布清洁宝石，然后在黑色、白色等不 同的背景上观察。要变换光源类型(阳光、白光和荧光灯下效果不 ( 同)，调节光源照射方式(直射与斜射光)，并且从不同角度全面观 察，才能得出正确的结论。 评价颜色等级时主要看：正、浓、阳、匀四个方面。 正 1.正：指宝石颜色的纯度，若混有其他色调，就不纯正。 正 红宝石颜色纯度类型： 1）纯红色，最高档的称为“鸽血红”仅产于缅甸。 “鸽血红”
2）红色微带紫色 3）红色微带棕色 4）紫红色 5）棕红色 蓝宝石颜色纯度类型： 1）纯蓝色，最高档是“矢车菊 蓝”，深蓝之中微带紫色，产于克 什米尔。 2）蓝色微带紫 3）蓝色微带绿 4）紫蓝色 5）绿蓝色
刚玉是矿物名称，达到宝石级的刚玉包括红宝石(Ruby)和蓝宝 刚玉 石(Sapphire)两种，它们的英文名称来源于拉丁文ruber、sapphins， 意思是“红色”、“蓝色”。
古时候，人们所说的红宝石、蓝宝石是泛指红色、蓝色的宝石， 其中包括了许多矿物品种，因此十分混乱。例如英国女王王冠上的
红色宝石经矿物学家鉴定是红色尖晶 红色尖晶 石，其价值比红宝石低。 现在宝石学科上严格定义Ruby 一 词代表宝石级的红色刚玉，中文叫红 红 宝石，其他颜色的宝石级刚玉都称为 宝石 Sapphire，中文译为蓝宝石 蓝宝石。 蓝宝石
红、蓝宝石的硬度在自然界所有矿物中仅次于金刚石，其价 格也基本是第二位。 第一节 基本特征
第二节
红、蓝宝石的评价
颜色、 评价原则类似于钻石，也是用“4C”原则，即颜色、净度、切 颜色 净度、 克拉重，但是没有钻石那样统一的、详细的等级标准。 工和克拉重 克拉重 颜色：这是红、蓝宝石评价时最重要的因素，对其价格的确 一.颜色 颜色 定约占一半的份量。 观察颜色时首先要用软布清洁宝石，然后在黑色、白色等不 同的背景上观察。要变换光源类型(阳光、白光和荧光灯下效果不 ( 同)，调节光源照射方式(直射与斜射光)，并且从不同角度全面观 察，才能得出正确的结论。 评价颜色等级时主要看：正、浓、阳、匀四个方面。 正 1.正：指宝石颜色的纯度，若混有其他色调，就不纯正。 正 红宝石颜色纯度类型： 1）纯红色，最高档的称为“鸽血红”仅产于缅甸。 “鸽血红”
2）红色微带紫色 3）红色微带棕色 4）紫红色 5）棕红色 蓝宝石颜色纯度类型： 1）纯蓝色，最高档是“矢车菊 蓝”，深蓝之中微带紫色，产于克 什米尔。 2）蓝色微带紫 3）蓝色微带绿 4）紫蓝色 5）绿蓝色
晶体结构(共78张PPT)
多为无色透明，折 射率较高
山东大学材料科学基础
共价键结合，有方 向性和饱和性，键 能约80kJ/mol
Si,InSb, PbTe
金属键结合， 无方向性，配 位数高，键能 约80kJ/mol
Fe,Cu,W
范得华力结合 ，键能低， 约 8-40 kJ /mol
Ar,H2,CO2
熔点高
强度和硬度由中到 高，质地脆
闪锌矿〔立方ZnS〕结构 S
Zn
属于闪锌矿结构的晶体有β-SiC，GaAs，AlP，InSb
山东大学材料科学基础
•
•
•
•
萤石〔CaF2〕型结构
立方晶系Fm3m空间群，
a0=0.545nm， Z=4。 AB2型化合物， rc/ra>0.732〔0.975〕 配位数：8：4
Ca2+作立方紧密堆积，
F-填入全部四面体 空隙中。 注意：所有八面 体空隙都未被占据。
山东大学材料科学基础
钙钛矿〔CaTiO3〕结构
Ti
ABO3型
立方晶系：以
•
一个Ca2+和3个
O2-作面心立方
Ca
密堆积，
Ti4+占1/4八面体C空aT隙iO3。晶胞 配位多面体连接与Ca2+配位数
Ti4+配位数6，rc/ra=0.436(0.414-0.732)
Ca2+配位数12，rc/ra=0.96
O2-配位数6；
取决温度、组成、掺杂等条件，钙钛矿结构呈现立方、
四方、正交等结构形式。
山东大学材料科学基础
许多化学式为ABO3型的化合物，其中A与B两种阳 离子的半径相差颇大时常取钙钛矿型结构。在钙钛矿 结构中实际上并不存在一个密堆积的亚格子，该结构 可以看成是面心立方密堆积的衍生结构。较小的B离 子占据面心立方点阵的八面体格位，其最近邻仅是氧 离子。
山东大学材料科学基础
共价键结合，有方 向性和饱和性，键 能约80kJ/mol
Si,InSb, PbTe
金属键结合， 无方向性，配 位数高，键能 约80kJ/mol
Fe,Cu,W
范得华力结合 ，键能低， 约 8-40 kJ /mol
Ar,H2,CO2
熔点高
强度和硬度由中到 高，质地脆
闪锌矿〔立方ZnS〕结构 S
Zn
属于闪锌矿结构的晶体有β-SiC，GaAs，AlP，InSb
山东大学材料科学基础
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萤石〔CaF2〕型结构
立方晶系Fm3m空间群，
a0=0.545nm， Z=4。 AB2型化合物， rc/ra>0.732〔0.975〕 配位数：8：4
Ca2+作立方紧密堆积，
F-填入全部四面体 空隙中。 注意：所有八面 体空隙都未被占据。
山东大学材料科学基础
钙钛矿〔CaTiO3〕结构
Ti
ABO3型
立方晶系：以
•
一个Ca2+和3个
O2-作面心立方
Ca
密堆积，
Ti4+占1/4八面体C空aT隙iO3。晶胞 配位多面体连接与Ca2+配位数
Ti4+配位数6，rc/ra=0.436(0.414-0.732)
Ca2+配位数12，rc/ra=0.96
O2-配位数6；
取决温度、组成、掺杂等条件，钙钛矿结构呈现立方、
四方、正交等结构形式。
山东大学材料科学基础
许多化学式为ABO3型的化合物，其中A与B两种阳 离子的半径相差颇大时常取钙钛矿型结构。在钙钛矿 结构中实际上并不存在一个密堆积的亚格子，该结构 可以看成是面心立方密堆积的衍生结构。较小的B离 子占据面心立方点阵的八面体格位，其最近邻仅是氧 离子。
刚玉1-总论1
缅甸、斯里兰卡、泰国、越南、柬埔寨是世界上优质红宝 石、蓝宝石最重要的供应国。 其他产出国还有中国、澳大利亚、美国、坦桑尼亚等。
Байду номын сангаас
红宝石是指所有红色调 的刚玉宝石，包括红、 粉红、橙红、紫红、褐 红等颜色，
其红色主要是由化学成 分中所含微量元素——铬 所造成的。
其它品种的红色宝石不 能称作红宝石。
在各种色彩之间，以 蓝色蓝宝石在世界各 地最为流行。
在人们生活的地球上，地壳中化学成分中Al2O3是仅次于Si O2的组分，但在自然界以Al2O3结晶矿物的刚玉矿物相对 却十分稀少，其内在因素由于它们的化学、物理性质所决 定。
Al2O3与SiO2在化学性上具有极大的亲和力，十分容易形成 铝硅酸盐矿物及水化物，如岩浆岩中鲍文反应中的连续系 列斜长石、钾长石； 热液及沉积作用中形成的沸石类、粘土矿物类； 变质作用中形成的蓝晶石、十字石、符山石。
梅河口市中医院 尹贤洙
刚玉 (CorundumКорунд)名 称源于印度，系矿物 学名称，
宝石学上具备宝石条 件的称红宝石(Ruby)、 蓝宝石(Sapphire)。
刚玉Al2O3的同质异像主要有三种变体，分别为α-Al2O3、 β- Al2O3 、γ- Al2O3 、， 根据X衍射分析确还有η- Al2O3(等轴晶系)、ρ- Al2O3(晶系 不确定)、χ- Al2O3(六方晶系)、κ- Al2O3(六方晶系)、δAl2O3(四方晶系)、θ- Al2O3(单斜晶系)。
在高温、富铝、 贫硅的特殊物理、 化学环境中，形 成于岩浆作用、 接触变质作用、 区域变质作用中。 在常温条件下含 刚玉的岩石经风 化作用、搬运作 用、分选富集形 成刚玉砂矿。
刚玉介绍
基本特征
• 化学成份 • 晶体形态 • 颜色 • 光泽及透明度 • 硬度 • 熔点
成因
• 形成于地幔的高温高压条件，随岩浆喷出地表。 如泰国、澳大利亚、中国山东、美国等国家。 • 形成于接触变质作用 如缅甸、克什米尔、中国安徽等地。 世界上的红蓝宝石主要来自砂矿。是由各种原生 红宝石、蓝宝石经风化作用富集而成介
• 基本特征
• 成因
• 出产国
• 著名珍品
• 文化赏析
• 应用
简介
• 刚玉：名称源于印度，系矿物学名 称，主要成分是Al2O3。刚玉 Al2O3的同质异像主要有三种变体， 分别为α-Al2O3、β-Al2O3、γAl2O3。刚玉硬度仅次于金刚石。 主要用于高级研磨材料。手表和精 密机械的轴承材料，色彩绚丽的晶 体作为宝石。作为激光发射材料的 红宝石系人造晶体。红宝石和蓝宝 石都属于刚玉矿物，除星光效应外， 只有半透明-透明且色彩鲜艳的刚玉 才能做宝石。红色的称为红宝石， 而其他色调的刚玉在商业上统称蓝 宝石。
出产国
• • • • • • • 缅甸（鸽血红） 泰国（含Fe高，颜色较深，透明度较低） 斯里兰卡 柬埔寨拜林（蓝宝石） 喀什米尔（矢车菊） 澳大利亚（颜色深于泰国蓝宝石） 中国 红宝石：发现于云南、安徽、青海等地。其中云南红宝石 稍好。 蓝宝石：发现于海南蓬莱镇、山东潍坊地区、青海西部、 江苏六合等地。山东蓝宝石以粒度大、晶体完整而著称。 最大达155克拉，但颜色过深、透明度较低。与蓝宝石相 比，黄色蓝宝石大多透明度较好。
文化赏析
• 红宝石 红宝石"ruby"一词源于拉 丁语，意思是红色。 • 蓝宝石 蓝宝石(Sapphire)一词来 自拉丁语，意思是"对土星 的珍爱"。 • 星光红、蓝宝石
刚玉鉴定
助熔剂法 合成红宝 石中微绿 色和白色 的助熔剂
透辉石
•3、与相似宝石的鉴别
•4、刚玉宝石的优化处理及鉴别
⑴染色法
– 早期的颜色过于浓艳，擦拭样品可掉色。
– 近期染色的宝石颜色趋于自然，而且外面涂蜡，
放大检查可见染料在裂隙中集中。
– 多色性不明显。 – 染料可引起特殊荧光，如橙黄、橙红色荧光。 – 红外光谱中出现染料的吸收峰。
第二节
刚
玉
• 红宝石和蓝宝石同属于刚玉 （Corundum）矿物。 –红色的宝石级刚玉称红宝石 （Ruby）； –其它所有各种颜色的宝石级刚 玉统称为蓝宝石（Sapphire）， –具体命名时再冠以颜色： • 蓝色蓝宝石 • 绿色蓝宝石 • 黄色蓝宝石 • 无色蓝宝石
一、刚玉的基本特性
• 1、化学成分 • 2、晶系和晶形
⑷热扩散 – 颜色仅附着在表面，局部（亭尖、棱边、凹
坑等）可见蓝色加深。 – 在二碘甲烷溶液中边界清楚，天然和热处理 的蓝宝石边界模糊。 – 热扩散处理的蓝宝石需重抛光，使扩散层厚 薄不一而呈现出颜色深浅不同的花斑。 – 佩戴久了会将表层磨薄、颜色变淡。
扩散蓝宝在二碘甲烷 内，蓝色集中在边缘 （大），天然的颜色 在内部（小)
5、如何鉴别蓝宝石与仿制品？
6、如何鉴别合成的红宝石和蓝宝石？ 7、红宝石和蓝宝石常见的优化处理方法有哪些？各种方法处 理的红宝石和蓝宝石如何鉴别？ 8、红、蓝宝石的质量评价考虑哪些因素？具体如何评价？ 9、地壳中Al2O3的含量很高，为什么在自然界中刚玉宝石缺非 常稀少？目前世界上主要的红宝石和蓝宝石产地有哪些？
54.45ct
3.4ct
9.60ct
十二射星光（六 蓝六白），36ct
材料科学基础第三章典型晶体结构(共71张PPT)
Zn离子的位置交叉错开。
表示方法：球体堆积法；坐标法；投影图；配位多面体连 接方式
与金刚石晶胞的比照 ，有什么不同？
同型结构的晶体β-SiC,GaAs,AlP 等
5、 -ZnS〔纤锌矿〕型结构 〔AB type〕
六方晶系，简单六方格子
配位数：
晶胞中正负离子个数
堆积及空隙情况
同型结构的晶体:BeO, ZnO, AlN等
笼外俘获其它原子或基团，形成类C60的衍生物，例如
C60F60。再如，把K、Cs、Ti等金属原子掺进C60分子 的笼内，就能使其具有超导性能。再有C60H60这些相 对分子质量很大地碳氢化合物热值极高，可做火箭的 燃料等等。
2〕碳纳米管
碳纳米管又称纳米碳管〔 Carbon nanotube，CNT〕，是 单质碳的一维结构形式。碳纳米 管按照石墨烯片的层数分类可分 为：单壁碳纳米管〔Singlewalled nanotubes, SWNTs〕和多 壁碳纳米管〔Multi-walled nanotubes, MWNTs〕。
4. -ZnS〔闪锌矿〕型结构 〔AB type〕 点群：
空间群：
配位数：
晶胞中正负离子个数Z：
堆积及间隙情况：
• 以体积较大的S2-作立方紧密堆积 • Zn2+如何填充？ • 空隙如何分布？
等同点分布：
共有2套等同点。这种结构 可以看作是Zn离子处在由S离 子组成的面心立方点阵的4个
四面体间隙中，即有一半四面 体间隙被占据，上层和下层的
晶体结构的描述通常有三种方法：
1〕坐标法：给出单位晶胞中各质点的空间坐标，这种采用
数值化方式描述晶体结构是最标准化的。为了方便表示晶胞， 化学式可写为MO，其中M2＋是二价金属离子，结构中M2＋和O2－分别占据了NaCl中钠离子和氯离子的位置。 以由体正积 负还较离大子可的半径S以2比-作rN采立a方+/r用紧cl-密≈堆投0.积 影图，即所有的质点在某个晶面〔001〕上的投
表示方法：球体堆积法；坐标法；投影图；配位多面体连 接方式
与金刚石晶胞的比照 ，有什么不同？
同型结构的晶体β-SiC,GaAs,AlP 等
5、 -ZnS〔纤锌矿〕型结构 〔AB type〕
六方晶系，简单六方格子
配位数：
晶胞中正负离子个数
堆积及空隙情况
同型结构的晶体:BeO, ZnO, AlN等
笼外俘获其它原子或基团，形成类C60的衍生物，例如
C60F60。再如，把K、Cs、Ti等金属原子掺进C60分子 的笼内，就能使其具有超导性能。再有C60H60这些相 对分子质量很大地碳氢化合物热值极高，可做火箭的 燃料等等。
2〕碳纳米管
碳纳米管又称纳米碳管〔 Carbon nanotube，CNT〕，是 单质碳的一维结构形式。碳纳米 管按照石墨烯片的层数分类可分 为：单壁碳纳米管〔Singlewalled nanotubes, SWNTs〕和多 壁碳纳米管〔Multi-walled nanotubes, MWNTs〕。
4. -ZnS〔闪锌矿〕型结构 〔AB type〕 点群：
空间群：
配位数：
晶胞中正负离子个数Z：
堆积及间隙情况：
• 以体积较大的S2-作立方紧密堆积 • Zn2+如何填充？ • 空隙如何分布？
等同点分布：
共有2套等同点。这种结构 可以看作是Zn离子处在由S离 子组成的面心立方点阵的4个
四面体间隙中，即有一半四面 体间隙被占据，上层和下层的
晶体结构的描述通常有三种方法：
1〕坐标法：给出单位晶胞中各质点的空间坐标，这种采用
数值化方式描述晶体结构是最标准化的。为了方便表示晶胞， 化学式可写为MO，其中M2＋是二价金属离子，结构中M2＋和O2－分别占据了NaCl中钠离子和氯离子的位置。 以由体正积 负还较离大子可的半径S以2比-作rN采立a方+/r用紧cl-密≈堆投0.积 影图，即所有的质点在某个晶面〔001〕上的投
无机材料科学基础第二章-晶体结构-第6节(3)
S Mg
CaO静电键强度与MgO相同，但晶体结构疏松，不稳定，易水 化。因为Ca2+离子半径大，使O2-离子的立方密堆积紧密程度变 松。 CaO 的晶格能为3469KJ/mol ，熔点2560 ℃。
6
2、CsCl型
r+/r- = 0.93（大于0.732）
CsCl晶体为Pm3m空间群（立方原始格子）； a0=0.411nm； Cl-按简立方形式堆积，位于立方体的8个角顶上；Cs+填充在立方体 中心。 Cl-、Cs+的配位数均为8；单位晶胞中的分子数Z=1；
r+/r- = 0.102/0.181=0.56 （0.414～0.732）
3
②球体紧密堆积方法：Cl-按面心立方紧密堆积，Na+填入 全部八面体空隙（Na︰Cl=1︰1）； ③配位多面体及其连接方式：[NaCl6]八面体以共棱方式 连接，该描述方法适宜于复杂晶体结构。
NaCl中的正八面体结构
4
属于NaCl型结构的晶体很多，表2-7所示。
按离子堆积分析， O2-按变 形的六方密堆积， Ti4+只填 充了O2-所形成的八面体空隙 的一半（Ti︰O=1 ︰2）。
16
晶胞中质点的坐标为：Ti4+（000），（1/2 1/2 1/2）；
O2-（uu0），（(1-u) (1-u) 0），（(1/2+u)(1/2-u)1/2），
1号点 2号点 4号点 3号点
单位晶胞中质点的坐标如图所示。 属于CsCl结构的晶体有CsBr、CsI、NH4Cl 等。
7
3、闪锌矿（立方ZnS）型结构（共价晶体）
闪锌矿为Fm3m 空间群， a0=0.540nm。面心立方格子，S=按立方 紧密堆积，Zn2+交错处于八分之一小立方体中心，占据四面体空 隙的一半； 质点坐标及投影图如图所示。
CaO静电键强度与MgO相同，但晶体结构疏松，不稳定，易水 化。因为Ca2+离子半径大，使O2-离子的立方密堆积紧密程度变 松。 CaO 的晶格能为3469KJ/mol ，熔点2560 ℃。
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2、CsCl型
r+/r- = 0.93（大于0.732）
CsCl晶体为Pm3m空间群（立方原始格子）； a0=0.411nm； Cl-按简立方形式堆积，位于立方体的8个角顶上；Cs+填充在立方体 中心。 Cl-、Cs+的配位数均为8；单位晶胞中的分子数Z=1；
r+/r- = 0.102/0.181=0.56 （0.414～0.732）
3
②球体紧密堆积方法：Cl-按面心立方紧密堆积，Na+填入 全部八面体空隙（Na︰Cl=1︰1）； ③配位多面体及其连接方式：[NaCl6]八面体以共棱方式 连接，该描述方法适宜于复杂晶体结构。
NaCl中的正八面体结构
4
属于NaCl型结构的晶体很多，表2-7所示。
按离子堆积分析， O2-按变 形的六方密堆积， Ti4+只填 充了O2-所形成的八面体空隙 的一半（Ti︰O=1 ︰2）。
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晶胞中质点的坐标为：Ti4+（000），（1/2 1/2 1/2）；
O2-（uu0），（(1-u) (1-u) 0），（(1/2+u)(1/2-u)1/2），
1号点 2号点 4号点 3号点
单位晶胞中质点的坐标如图所示。 属于CsCl结构的晶体有CsBr、CsI、NH4Cl 等。
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3、闪锌矿（立方ZnS）型结构（共价晶体）
闪锌矿为Fm3m 空间群， a0=0.540nm。面心立方格子，S=按立方 紧密堆积，Zn2+交错处于八分之一小立方体中心，占据四面体空 隙的一半； 质点坐标及投影图如图所示。
刚玉宝石
刚玉宝石
刚玉宝石
一、基本性质 （一）矿物学名称：刚玉 （二）化学成分：Al2O3，可含有微量的杂质元 素Fe、Ti、Cr等 （三）晶系及结晶习性 三方晶系，晶体常呈桶状、柱状
刚玉宝石
（四）光学性Байду номын сангаас 1、颜色 刚玉属于他色矿物，纯净时无色，当晶格中 含有微量元素时可致色。Cr主要导致红色，Fe、 Ti的联合作用导致蓝色。 2、光泽及透明度 亮玻璃光泽至亚金刚光泽，透明至不透明
刚玉宝石
（二）蓝宝石 1、肉眼鉴定 a.颜色 b.固态包裹体 c.流体包裹体 d.裂隙 e.双晶
缅甸蓝宝石 泰国蓝宝石 斯里兰卡蓝宝石 柬埔寨拜林地区蓝宝石 印度克什米尔蓝宝石 澳大利亚蓝宝石 美国蒙大拿州蓝宝石 中国蓝宝石
刚玉宝石
2、仪器鉴别 a.二色性 b.显微镜 c.折射仪测折射率 d.静水力学法测密度
刚玉宝石
（五）力学性质 1、解理 解理不发育，但常发育裂隙 2、硬度 摩氏硬度为9，硬度略具方向性 3、密度 4.00（+0.10，-0.05）g/cm³
刚玉宝石
（六）内外部特征 刚玉宝石可含有丰富的固态包裹体、气液两 相包裹体及特殊的生长结构。 二、刚玉品种 （一）根据颜色划分 红宝石：红色的刚玉 蓝宝石：出去红宝石之外所有的刚玉宝石
刚玉宝石
3、光性 非均质体，一轴晶 4、折射率和双折射率 1.762~1.770（+0.009，-0.005），双折射率 0.008~0.010
刚玉宝石
5、多色性 除无色刚玉外，有色的刚玉宝石均具有二色 性，二色性的强弱以及色彩变化取决于自身颜 色及颜色深浅程度。 6、发光性 紫外荧光：红宝石在LW下可有弱至强红色荧光，SW 下具有微弱至中等红色荧光。同一样品LW>SW。 蓝宝石一般无荧光。
刚玉宝石
一、基本性质 （一）矿物学名称：刚玉 （二）化学成分：Al2O3，可含有微量的杂质元 素Fe、Ti、Cr等 （三）晶系及结晶习性 三方晶系，晶体常呈桶状、柱状
刚玉宝石
（四）光学性Байду номын сангаас 1、颜色 刚玉属于他色矿物，纯净时无色，当晶格中 含有微量元素时可致色。Cr主要导致红色，Fe、 Ti的联合作用导致蓝色。 2、光泽及透明度 亮玻璃光泽至亚金刚光泽，透明至不透明
刚玉宝石
（二）蓝宝石 1、肉眼鉴定 a.颜色 b.固态包裹体 c.流体包裹体 d.裂隙 e.双晶
缅甸蓝宝石 泰国蓝宝石 斯里兰卡蓝宝石 柬埔寨拜林地区蓝宝石 印度克什米尔蓝宝石 澳大利亚蓝宝石 美国蒙大拿州蓝宝石 中国蓝宝石
刚玉宝石
2、仪器鉴别 a.二色性 b.显微镜 c.折射仪测折射率 d.静水力学法测密度
刚玉宝石
（五）力学性质 1、解理 解理不发育，但常发育裂隙 2、硬度 摩氏硬度为9，硬度略具方向性 3、密度 4.00（+0.10，-0.05）g/cm³
刚玉宝石
（六）内外部特征 刚玉宝石可含有丰富的固态包裹体、气液两 相包裹体及特殊的生长结构。 二、刚玉品种 （一）根据颜色划分 红宝石：红色的刚玉 蓝宝石：出去红宝石之外所有的刚玉宝石
刚玉宝石
3、光性 非均质体，一轴晶 4、折射率和双折射率 1.762~1.770（+0.009，-0.005），双折射率 0.008~0.010
刚玉宝石
5、多色性 除无色刚玉外，有色的刚玉宝石均具有二色 性，二色性的强弱以及色彩变化取决于自身颜 色及颜色深浅程度。 6、发光性 紫外荧光：红宝石在LW下可有弱至强红色荧光，SW 下具有微弱至中等红色荧光。同一样品LW>SW。 蓝宝石一般无荧光。
刚玉
蓝色、绿色品种，可具450、460、 470nm的铁线。黄色刚玉的吸收谱很难见 到。
变色刚玉宝石有独特的吸收光谱：
具有470.5nm的吸收线，550— 600nm强吸收带及685.5nm的吸收线。
（五）力学性质
1、解理
解理不发育，但因聚片双晶发育可产生裂理
2、硬度
摩氏硬度为9，略具方向性。
3、密度
②固态包体：丰富，具有产地意义的是金红石 （细长，呈丝状，且分布不均）和锆石包体 （它形粒状，盘状裂隙）。
③流体包体：含量丰富，图案精美，构成其产 地特征
天然红宝石中 锆石及石榴石 的结晶质包裹 体，分别是柱 状及球状 （暗场照明）
4、越南红宝石
①颜色：比缅甸红宝石深，比泰国红宝石浅， 表现为紫红色、红紫色，较暗的粉紫色。 可以出现单独的蓝色色区。
红宝石、蓝宝石
量186.5克拉
各种刚玉宝石
一、刚玉宝石的基本性质
刚玉族的宝石品种有红宝石、蓝宝石，它们 是世界上公认的两大珍贵彩色宝石品种。
（一）矿物名称
（二）化学成分
Al2O3，可含微量杂质元素Fe、Ti、Cr、Mn、 V等，以等价或异价离子替代Al3+，或呈机械混入 物，合成刚玉含Ni。
②包裹体特征：与斯里兰卡红宝石大致相同。 和缅甸等地蓝宝石相比，最大特点是含有丰 富的液态包裹体，而且包裹体的组合形态相 对规则、美丽。断面破裂的长方体空晶为鉴 定特征。
斯里兰卡蓝宝石中的金红石针与细小的流体包裹体，25×
斯里兰卡针状金红石包裹体，45×
4、柬埔寨蓝宝石
①颜色：为一种明亮且纯正的蓝色，个别略带紫色， 其内反射色为略带浅的蓝色，样品表面具亮玻璃光 泽，明显区别于其他产地的蓝宝石。
一枚缅甸弧面星光红宝石和钻石戒指，红宝石 重26.40ct，1993年纽约拍卖1080500美元
变色刚玉宝石有独特的吸收光谱：
具有470.5nm的吸收线，550— 600nm强吸收带及685.5nm的吸收线。
（五）力学性质
1、解理
解理不发育，但因聚片双晶发育可产生裂理
2、硬度
摩氏硬度为9，略具方向性。
3、密度
②固态包体：丰富，具有产地意义的是金红石 （细长，呈丝状，且分布不均）和锆石包体 （它形粒状，盘状裂隙）。
③流体包体：含量丰富，图案精美，构成其产 地特征
天然红宝石中 锆石及石榴石 的结晶质包裹 体，分别是柱 状及球状 （暗场照明）
4、越南红宝石
①颜色：比缅甸红宝石深，比泰国红宝石浅， 表现为紫红色、红紫色，较暗的粉紫色。 可以出现单独的蓝色色区。
红宝石、蓝宝石
量186.5克拉
各种刚玉宝石
一、刚玉宝石的基本性质
刚玉族的宝石品种有红宝石、蓝宝石，它们 是世界上公认的两大珍贵彩色宝石品种。
（一）矿物名称
（二）化学成分
Al2O3，可含微量杂质元素Fe、Ti、Cr、Mn、 V等，以等价或异价离子替代Al3+，或呈机械混入 物，合成刚玉含Ni。
②包裹体特征：与斯里兰卡红宝石大致相同。 和缅甸等地蓝宝石相比，最大特点是含有丰 富的液态包裹体，而且包裹体的组合形态相 对规则、美丽。断面破裂的长方体空晶为鉴 定特征。
斯里兰卡蓝宝石中的金红石针与细小的流体包裹体，25×
斯里兰卡针状金红石包裹体，45×
4、柬埔寨蓝宝石
①颜色：为一种明亮且纯正的蓝色，个别略带紫色， 其内反射色为略带浅的蓝色，样品表面具亮玻璃光 泽，明显区别于其他产地的蓝宝石。
一枚缅甸弧面星光红宝石和钻石戒指，红宝石 重26.40ct，1993年纽约拍卖1080500美元
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α-Al2O3 的晶体结构也叫做刚玉晶体结构。 α-Al2O3 的晶体结构为三方晶系, 可取简单的
菱面体晶胞, 而菱形晶系可以转换成六方晶系, 因此
也可取为六方晶胞。
1. 1 菱面体晶胞
如图1 所示, 菱面体的边 长为5. 12 Å , 其平面角为 55°17‘每个晶胞包含2 个 分子, 即10 个离子。
图1 刚玉晶体的菱面体晶胞
1. 1 菱面体晶胞
严格地说, 离子晶体不存在 分子基元。通常,为了便于 理解, 将菱面体8 个顶角及
中心均置有一个Al2O3 分子, 而中心的分子对于顶角的
Al2O3 来说, 转过了180°。 Al2O3 分子的构造见图2。 CN+=6 CN-=4
图2 氧化铝的分子构造
11..2选六题方的晶目胞的及意义
右图给出了Al3+ 离子分布的3 种形式。Al3+ 离子在O2- 离 子的八面体空隙中, 只有按 AlD, AlE,AlF ,,这样的次序 排列才满足Al3+ 离子之间的 距离最远的条件。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
10
11..2选六题方的晶目胞的及意义
现在, 按O2- 离子紧 密堆积和Al3+离子排列的 次序来看, 在六方晶胞中 应该排几层才能重复。设 按六方紧密堆积排列的O2离子分别为OA( 表示第一 层) ,OB( 表示第二层) , 则A-Al2O3 中氧与铝的排 列次序可写成 OAAlDOBAlEOAAlFOBAlDOAAlEO BAlFOAAlD
耐火材料对PbO2，B2O3含量高的玻璃具有良好的抗腐 蚀性能。
Al2O3有许多同质异晶体，目前已知的有10多种， 主要有3种晶型，即α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。 其中结构不同性质也不同，在1300℃以上的高温时几
乎完全转化为α-Al2O3，在自然界中只存在α-Al2O3 的晶体, 如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物, 因此,
从排列次序看, ou!
图4 刚玉的六方晶胞示意图
11..2选六题方的晶目胞的及意义
Al3+ 填充于2/ 3 的八面体 间隙, 使化学式成为Al2O3。由 于只填充了2/ 3的间隙, 其余 的1/ 3间隙是空着的。因此, Al3+ 离子的分布必须有一定的 规律, 其原则就是在同一层及 层与层之间, Al3+ 离子之间的 距离应保持最远,否则, 由于 Al3+ 离子位置的分布不当, 出 现过多的Al-O 八面体共面的情 况, 将对结构的稳定性不利
A2X3型晶体结构
演讲人：黄红键 课程名称：无机材料的结构与性能
A2X3型晶体结构
刚玉型结构的化合物还有-Fe2O3，Cr2O3，V2O3等 氧化物以及钛铁矿型化合物FeTiO3，MgTiO3，PbTiO3， MnTiO3等。
刚玉硬度非常大，为莫氏硬度9级，熔点高达 2050℃，这与Al-O键的牢固性有关。-Al2O3是高绝 缘无线电陶瓷和高温耐火材料中的主要矿物。刚玉质
1. 1 菱面体晶胞
如果将刚玉晶体的结构作层次 分析, 则可看到氧离子O2( 图3 中白圈代表O2- ) 排列 在一个平面上。而菱形晶系可 以转换成六方晶系。
图3 刚玉结构示意图
11..2选六题方的晶目胞的及意义
如图4 所示, 其中a= 4. 75 Å , c= 12. 97 Å, c/ a= 2. 73。 α-Al2O3 的结构可以看成O2- 离 子按六方紧密堆积排列, 即 ABAB ,二层重复型。但需要重 复几层呢？取决于Al3+的排列 方式
P1a. u选lin题g的规目则的及意义
鲍林第三规则 多面体共顶、共棱、共面规则，其内容是：“在一
个配位结构中，共用棱，特别是共用面的存在会降低这 个结构的稳定性。其中高电价，低配位的正离子的这种 效应更为明显”。
假设两个四面体共顶连接时中心距离为1，则共棱、 共面时各为0.58和0.33。若是八面体，则各为1，0.71 和0.58。两个配位多面体连接时，随着共用顶点数目的 增加，中心阳离子之间距离缩短，库仑斥力增大，结构 稳定性降低。
菱面体晶胞, 而菱形晶系可以转换成六方晶系, 因此
也可取为六方晶胞。
1. 1 菱面体晶胞
如图1 所示, 菱面体的边 长为5. 12 Å , 其平面角为 55°17‘每个晶胞包含2 个 分子, 即10 个离子。
图1 刚玉晶体的菱面体晶胞
1. 1 菱面体晶胞
严格地说, 离子晶体不存在 分子基元。通常,为了便于 理解, 将菱面体8 个顶角及
中心均置有一个Al2O3 分子, 而中心的分子对于顶角的
Al2O3 来说, 转过了180°。 Al2O3 分子的构造见图2。 CN+=6 CN-=4
图2 氧化铝的分子构造
11..2选六题方的晶目胞的及意义
右图给出了Al3+ 离子分布的3 种形式。Al3+ 离子在O2- 离 子的八面体空隙中, 只有按 AlD, AlE,AlF ,,这样的次序 排列才满足Al3+ 离子之间的 距离最远的条件。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
10
11..2选六题方的晶目胞的及意义
现在, 按O2- 离子紧 密堆积和Al3+离子排列的 次序来看, 在六方晶胞中 应该排几层才能重复。设 按六方紧密堆积排列的O2离子分别为OA( 表示第一 层) ,OB( 表示第二层) , 则A-Al2O3 中氧与铝的排 列次序可写成 OAAlDOBAlEOAAlFOBAlDOAAlEO BAlFOAAlD
耐火材料对PbO2，B2O3含量高的玻璃具有良好的抗腐 蚀性能。
Al2O3有许多同质异晶体，目前已知的有10多种， 主要有3种晶型，即α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。 其中结构不同性质也不同，在1300℃以上的高温时几
乎完全转化为α-Al2O3，在自然界中只存在α-Al2O3 的晶体, 如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物, 因此,
从排列次序看, ou!
图4 刚玉的六方晶胞示意图
11..2选六题方的晶目胞的及意义
Al3+ 填充于2/ 3 的八面体 间隙, 使化学式成为Al2O3。由 于只填充了2/ 3的间隙, 其余 的1/ 3间隙是空着的。因此, Al3+ 离子的分布必须有一定的 规律, 其原则就是在同一层及 层与层之间, Al3+ 离子之间的 距离应保持最远,否则, 由于 Al3+ 离子位置的分布不当, 出 现过多的Al-O 八面体共面的情 况, 将对结构的稳定性不利
A2X3型晶体结构
演讲人：黄红键 课程名称：无机材料的结构与性能
A2X3型晶体结构
刚玉型结构的化合物还有-Fe2O3，Cr2O3，V2O3等 氧化物以及钛铁矿型化合物FeTiO3，MgTiO3，PbTiO3， MnTiO3等。
刚玉硬度非常大，为莫氏硬度9级，熔点高达 2050℃，这与Al-O键的牢固性有关。-Al2O3是高绝 缘无线电陶瓷和高温耐火材料中的主要矿物。刚玉质
1. 1 菱面体晶胞
如果将刚玉晶体的结构作层次 分析, 则可看到氧离子O2( 图3 中白圈代表O2- ) 排列 在一个平面上。而菱形晶系可 以转换成六方晶系。
图3 刚玉结构示意图
11..2选六题方的晶目胞的及意义
如图4 所示, 其中a= 4. 75 Å , c= 12. 97 Å, c/ a= 2. 73。 α-Al2O3 的结构可以看成O2- 离 子按六方紧密堆积排列, 即 ABAB ,二层重复型。但需要重 复几层呢？取决于Al3+的排列 方式
P1a. u选lin题g的规目则的及意义
鲍林第三规则 多面体共顶、共棱、共面规则，其内容是：“在一
个配位结构中，共用棱，特别是共用面的存在会降低这 个结构的稳定性。其中高电价，低配位的正离子的这种 效应更为明显”。
假设两个四面体共顶连接时中心距离为1，则共棱、 共面时各为0.58和0.33。若是八面体，则各为1，0.71 和0.58。两个配位多面体连接时，随着共用顶点数目的 增加，中心阳离子之间距离缩短，库仑斥力增大，结构 稳定性降低。