冷坩埚熔壳法生产立方氧化锆宝石
人工合成钻石的鉴定
钻石形成地
有颜色的钻石
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1 宝石之王-钻石
❖ 1.2 钻石的结构和成分
钻石的化学成分是碳，属等轴晶系。常含有0.05%-0.2%的杂质元素，晶体形态多呈八面体、菱 形十二面体、四面体及它们的聚形。有强金刚光泽。硬度为10，是目前已知最硬的矿物，绝 对硬度刚玉的150倍，钻石具有发光性，日光照射后 ，夜晚能发出淡青色光。钻石的化学性质很
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2 人工合成钻石
❖ 2.1 人工钻石
钻石在众多领域应用广泛，但由于价格开采因素，需求远大于供给，因此出现人工 钻石。
人工钻石是一种由直径10到30nm的钻石结晶聚合而成的多结晶钻石。此外还存 在其它材质的仿制钻石。由于生成环境的不同，人工钻石的分子结构并不 是天然钻石的完全八面体结构而是一种复杂结构，从而会产生磷光现象。 经过科学家的改良制作方法，现在生产的人工钻石在外观上和天然钻石 没有任何差异，随着人工钻石生产技术的成熟，其造价低廉，且可以制 作出各种颜色的钻石而在珠宝市场上崭露头角。
石学院。
目前正规市场上的钻石都必须经过IGI和GIA权威鉴定才能销售，GIA对每一 颗送检钻石进行检测，以鉴定其是否为天然钻石。针对实验室合成的钻石，GIA会 出具与标准的钻石鉴定证书完全不同的合成钻石鉴定证书。
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角三八面体或三角三八面体晶面。表面可能显示树枝状生长纹或不规则的小丘 或瘤状物，这与天然钻石不同。
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3 人工钻石鉴定方法
（5）发光特征 不同方法合成的钻石，晶型还是有一些特征，使用现代仪器是很容易辨别出来的，如
晶体生长课ppt
（2）冷坩埚法生产装置
1 熔壳盖； 2 石英管； 3 通冷却水的铜管； 4 高频线（RF）； 5 熔体； 6 晶体； 7 未熔料； 8 通冷却水底座
冷坩埚法是生产合成立方氧化锆晶体的方法。该方法是俄罗斯科 学院列别捷夫固体物理研究所的科学家们研制出来的。
冷坩埚法的冷却管和加热装置
冷却水铜管及底座构成“杯”
1.1、坩埚下降法
一、坩埚下降法生长原理
坩埚下降法（简称BS法）是将盛有熔体的坩埚在具有一定温度梯度的生长 炉内缓慢下降，使熔体转化为晶体。坩埚下降法可以采用坩埚下降或结晶炉沿 坩埚上升两种方式
温 区
生长装置 坩埚下降法的装置主要由下列几部分组成：
1. 一个能产生合适温度梯度的炉子； 2. 满足生长需要的一定几何形状的坩埚； 3. 测温、控温装置、坩埚下降装置。
工艺流程
特种规格坩埚
氮化硼坩埚
氧化铝坩埚
晶体生长工艺流程
原料制备
配制原料
籽晶加工
坩埚制作
安装籽晶、填装原料
（ 原料再处理）
焊封坩埚 （抽真空）
上炉、升温、接种
晶体生长
降温
出炉
晶体定向
晶体切割 晶体研磨 晶体抛光
晶体元件
课题奇曼法--冷坩埚法
二、助熔剂法
助熔剂法
高温溶液法，又称为助熔剂法，它是将原成分在高温下熔解于 低熔点助熔剂液内，形成均匀的饱和溶液然后通过缓慢降温， 形成过饱和溶液，使晶体析出。
助熔剂法根据晶体成核及生长的方式不同分为两大类：自发成 核法和籽晶生长法。
晶体成核 ①自发成核法
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。
人工宝石重点——长春工程学院宝石
第一章1.人工宝石概念：人工宝石：①.概念：完全或部分由人工生产或制造、用作首饰及装饰品的材料统称为人工宝石。
②.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。
2.人工宝石的分类：包括合成宝石、人造宝石、拼合宝石和再造宝石四大类。
合成宝石人造宝石拼合宝石再造宝石人工合成宝石的方法①焰熔法；②冷坩埚法；③晶体提拉法和导模法；④助熔剂法；⑤水热法；⑥高温超高压法；⑦化学沉淀法。
3.焰熔法的一切焰熔法生产的宝石: 红宝石、蓝宝石、合成尖晶石、人造钛酸锶等晶体焰熔法的概念：焰熔法也称火焰法，或称维尔纳叶法。
顾名思义，它是用火焰把原料熔化在熔体中进行晶体生长的方法，是较重要的一种生长宝石的方法。
（焰熔法已有100多年的历史，是产量和规模较大、使用历史最长的一种方法） 焰熔法生长宝石装置由供料系统、气体燃烧系统、炉体和下降系统等部分组成。
供料系统：气体燃烧系统： 炉体：下降系统：合成红宝石的例子：a.供料：①.γ-Al 2O 3 粉末，纯净，颗粒细；（生长合成刚玉宝石晶体所用的原料 以纯净、颗粒均匀、高分散、具有适当的堆积密度和流动性好的γ-Al 2O 3 粉末最为理想）②.原料掺杂，携入不同金属离子；红—Cr 2O 3 蓝—TiO 2 变色—V 2O 5金属离子的掺入量是根据以下因素确定的： 1 2 3b ．气体燃烧；c ．炉体保温；d ．下降系统下降。
合成尖晶石的例子：a.供料：①.氧化镁：三氧化二铝==1:1到1:2.5（红色的合成尖晶石必须按1:1配比才行，任何偏离都会变成其他颜色，因此生长有一点难度。
其他颜色均较容易生长。
）②.原料掺杂，携入不同金属离子；Cr——红、棕、绿Cu——粉红Mn——黄Co——深蓝Fe（或Co + Cr）——浅蓝Mn + Cr——浅绿Co + Mn——紫b．气体燃烧；c．炉体保温；d．下降系统下降。
晶体生长与合成宝石-模拟题
晶体生长与合成宝石-模拟题一.单选题1.镶嵌结构属于晶体缺陷中的哪种().A.点缺陷B.线缺陷C.面缺陷D.体缺陷[答案]:D2.以下哪种是水热法合成祖母绿的典型特征().A.晶质包体B.气液固三相包体C.钉状固液包体D.内部洁净[答案]:C3.助熔剂法合成祖母绿时,常用的助熔剂属于哪一类().A.极性化合物类B.简单离子性盐类C.网络液体D.复杂反应熔液类[答案]:A4.绿色人造钇铝榴石主要用于仿祖母绿,主要的合成方法是().A.冷坩埚容壳法B.晶体提拉法C.高温高压法D.焰熔法[答案]:B5.合成立方氧化锆常见的方法是().A.冷坩埚容壳法B.晶体提拉法C.高温高压法D.焰熔法[答案]:C6.合成翡翠常见的合成方法是().A.水热法B.晶体提拉法C.熔体导模法D.高温高压法[答案]:D7.合成变石猫眼常见的方法是().A.水热法B.晶体提拉法C.熔体导模法D.高温高压法[答案]:B8.在晶种触媒法合成钻石时,Ni元素可存在与钻石晶格中或晶格间隙,Ni元素可使钻石呈现().A.黄色B.蓝色C.褐黄色-深褐色D.紫色[答案]:A9.合成碳硅石常见的方法是().A.水热法B.晶体提拉法C.化学气相沉淀法D.高温高压法[答案]:C10.“猪背钻石”是指的哪一种类型的钻石().A.天然钻石B.合成钻石C.钻石与钻石二层石D.合成钻石拼合石[答案]:C二.填空题1.人造宝石是指自然界中无对应矿物的在实验室中合成的宝石,常见的人造宝石有(###).(###)和(###).[答案]:人造钛酸锶##人造钇铝榴石##人造钆镓榴石2.由液相结晶成固相包括(###)和(###)两种方式.[答案]:从溶液中结晶##从熔体中结晶3.合成变石猫眼需要在原料上加入(###)和(###)才能使晶体具有变色特征.[答案]:铬和钒4.合成立方氧化锆常用的方法是(###),加入金属锆粉或锆片的作用是(###).[答案]:冷坩埚熔壳法##引燃5.焰熔法生长宝石晶体生长过程可分为:(###).(###)和(###)三个阶段.[答案]:生长晶芽##扩大放肩##等径生长6.合成蓝色尖晶石常用的合成方法是(###).[答案]:焰熔法7.高温高压合成钻石常用的方法是(###),合成钻石过程中使用的传压机介质是(###).[答案]:晶种触媒法##叶蜡石8.按照我国国家标准规定,人工合成宝石包括(###).(###).(###)和(###).[答案]:人造宝石##合成宝石##拼合宝石##再造宝石9.晶体缺陷从范围上分为(###).(###).(###)和体缺陷.[答案]:点缺陷##线缺陷##面缺陷10.水热法生长宝石晶体生长按输运方式不同可分为(###).(###).(###)三种类型,其中使用最广泛的方法是().[答案]:温差法##摆动法##缓冷法##温差法11.根据晶体成核即晶体生长方式的不同可将助熔剂生长宝石的方法分为(###)和(###)两类. [答案]:自发成核法##仔晶生长法三.名词解释题1.合成宝石.[答案]:完全或部分由人工制造且自然界由已知对应物的晶质或非晶质体,其物理性质.化学成分和晶体结构与所对应的天然珠宝玉石基本相同.定名时必须在其对应的天然珠宝玉石名称前加”合成”二字.2.晶体与非晶体.[答案]:晶体是具有格子状构造的固体,其内部结构最基本的特征是质点在三维空间做有规律的周期性重复排列,如钻石.红宝石.蓝宝石等;非晶体是内部质点排列无规律.不具格子构造的无定形体.如玻璃.树脂.松香等.3. 仿宝石[答案]:用于模仿天然珠宝玉石的颜色,外观和特殊光学效应的人工宝石以及用于模仿另外一种天然珠宝玉石的天然珠宝玉石可称为仿宝石.仿宝石一词不能单独作为珠宝玉石的名称使用.定名时应在所模仿天然珠宝玉石名称前,冠以仿字，如仿祖母绿,仿珍珠等,或者应尽量确定给出具体珠宝玉石名称.4.临界晶核[答案]:在熔体中能单独存在并可以继续发育成晶体的最小晶核颗粒.5.晶体缺陷[答案]:晶体在生长过程中各种偏离晶体构造中质点周期性重复排列的现象.[一级属性]:[二级属性]:[难度]:[公开度]:6.人造宝石[答案]:由人工制造并且自然界无已知对应物的晶质或非晶质体.7.退玻璃化作用[答案]:由非晶质转化为晶体的过程,称为退玻璃化作用.四.问答题1.影响晶体生长的环境因素有哪些.[答案]:温度的影响;过饱和浓度的影响;杂质的影响;粘度的影响;重力的影响;压力的影响及位置的影响..2.焰熔法合成尖晶石与天然尖晶石的鉴定特征.[答案]:正交偏光镜下,合成尖晶石呈班纹状的异常消光现象,绝大多数的折射率为1.727,而大多数天然尖晶石的折射率<1.720;吸收光谱:由钴致色的蓝色尖晶石具有典型的钴吸收光谱,在红.橙.绿区有三条强吸收带;内部包裹体:合成尖晶石常可见弯曲生长纹和气泡,滤色镜下,钴致色的合成蓝色尖晶石滤色镜下变红.3.合成变石猫眼常见的合成方法及主要鉴定特征.[答案]:熔体导模法,晶体通常不存在未熔化的粉料包裹体,但可能存在导模金属的固体包裹体;存在籽晶及其缺陷:因为熔体导模法与提拉法一样使用了籽晶,所以生长出的晶体必然有籽晶的痕迹,并且籽晶的缺陷也可进入导模法生长的晶体中;气态包裹体,熔体导模法生长的晶体常含有气态包裹体.晶体内部可发现直径在0.25～0.5μm范围大小的气泡,且气泡分布不均匀4.水热法合成水晶的基本原理.[答案]:水晶的基本结构是由硅原子和氧原子构成的硅氧四面体.当铁元素进入晶体结构后,便可以三价形式替代四面体中心的硅,或以原子形式填充到相邻四面体间的空隙中.当铁硅发生替代后,中心原子价态由四价变成三价,三价铁形成[FeO4]5色心,替代后晶体内形成的负电荷由碱金属阳离子(如Na+.Li+)或质子(H+)进入水晶晶体中和.形成的[FeO4]5－心几乎不吸收可见光,需经过强度为5～6MRad的离子流或电子流进行辐照处理,使[FeO4]5－心转变为[FeO4]4-色心.转变后的[FeO4]4-色心可以吸收可见光波中的560～530nm的黄绿色光,使水晶产生被吸收光的补色—紫色色调.因此在K2CO3溶液中生长紫水晶,实际上是将三价铁引入无色水晶晶体,再通过辐照处理形成电子—空穴色心的过程.5.简述CVD合成钻石的鉴定特征.[答案]:原石形态:扁平状,切磨的成品往往也是扁平的.体色:浅褐色,经高温高压处理后为白色.异常消光:在正交偏光镜某一方向具有明暗相间的条带状异常消光.紫外荧光:紫外光下,未经高温高压处理的呈现橙色荧光.阴极发光颜色:未经高温高压处理的呈现橙色荧光,经过处理后呈黄绿色荧光,阴极发光图案:具有楔形的纹理.缺失415nm吸收线:分光镜和光谱仪测试不到415吸收线,原因是IIa型钻石,或者没有3N集合体.6.简述祖母绿常见的合成方法及鉴定特征.[答案]:水热法合成祖母绿特征:仅含有I型水,内部含有仔晶片,气液包体,气泡群及籽晶片,放大检查具有水波纹特征,在籽晶周围会产生深浅不一的生长纹理并平行于籽晶生长方向.助熔剂法合成祖母绿特征:内部没有水,含有不同类型的包裹体(1)弯曲的.像面纱或稻草把似的羽状包裹体类型:此类包裹体是由未熔化的熔质原料形成,是助熔剂法生长祖母绿晶体中典型的包裹体.它可以呈不规则的,似上升扭曲的网格状,也可以象在平的薄板中,且包裹体垂直于光轴.(2)楔形钉状包裹体类型该类包裹体由硅铍石的细小晶体成核引起,也可以由封闭的圆锥形包体或籽晶片组成.(3)二相包裹体类型这种包裹体的形状是一个充满流体的腔,中间有一个气泡,有的也可在大的钉状包裹体的头部出现.7.分析对比焰熔法.水热法及提拉法合成红宝石的特征,并根据其工艺过程及成本说明其价格相对大小.[答案]:焰熔法生长的合成红宝石的生长纹为弧形,并贯穿整个样品,即使无气泡,生长纹也较常见;合成的刻面红宝石在台面方向上有二色性,而天然的刻面红宝石在台面方向无二色性,在腰围方向才显二色性.在紫外光照射下,焰熔法生长的合成红宝石的荧光性强于天然红宝石(包括长.短波紫外光),呈中强～强的红色荧光.水热法合成:存在气液包裹体,气泡群及籽晶片.放大检查,在暗域场下,合成红宝石晶体存在暗红与橙红色生长纹理,呈平直带状相间分布,外观似聚片双晶;在亮域场下(辅以蓝色滤色片),部分合成黄色蓝宝石晶体内微波纹状生长纹理较发育,这种生长纹理的分布多具方向性,并沿籽晶片方向展布.助熔剂法合成:助熔剂法合成的红宝石中可见黄色至粉红色块状助熔剂包裹体,呈典型的平行条带状或云朵状,有时看起来象小水滴或虚线或粘带状;助熔剂法合成的红宝石中还常见一种呈金属光泽,三角形或六边形及其它自形的铂金包裹体;籽晶法生长的红宝石晶体,在显微镜下观察,在籽晶周围可见到特有的云朵状气泡集合体或条帚状包裹体,也偶尔可见粗粒助熔剂包裹体和有蓝色边缘的籽晶;对助熔剂法生长的红宝石进行成分分析,可有Pb.B等助熔剂阳离子的存在;助熔剂法合成的红宝石在短波紫外光下呈中～强的红色荧光,与天然红宝石(呈弱～中红色荧光)不同,可以进行鉴别.三者之间的合成质量一般是助熔剂法合成红宝石质量较好,其次是水热法,最后是焰熔法.因此其价格变化一般也是助熔剂法最高,其次是水热法,相对最便宜的是焰熔法合成红宝石..7.简述焰熔法合成宝石的共同特征.[答案]:(1)宝石内部无气液二相包体,但可能会有气泡,大小不一,可能单独出现,也可能成群出现.(2)横截面会有密集的弧形生长环带或色带,常伴有与条纹方向垂直的拉长形气泡;(3)常含有面包渣状未熔的粉料包裹体;晶体易产生裂隙,镶嵌结构等缺陷,晶体呈桶状,颜色鲜艳.8.简述水热法合成宝石过程中影响宝石晶体生长的因素.[答案]:溶液的过饱和度;矿化剂(溶剂)的性质和浓度;对流挡板;生长区温度与温差;压力和充填度;杂质;籽晶取向和培养料等.9.助熔剂法合成红宝石的鉴定特征.[答案]:助熔剂法合成红宝石中的气泡单体间似连非连,与周围反差大;宝石内部可见黄色至粉红色块状助熔剂包裹体,呈平行条带状或云朵状,也可能含有三角形或六边形的金属包裹体;成分中含有铅等助熔剂阳离子.荧光相对较强10.合成碳硅石与钻石的鉴定特征.[答案]:合成碳硅石的折射率很高,为2.65～2.69;具强双折射,其双折率为0.043,因而从其风筝面和上腰小面向下观察,可看到底尖部位重影.放大检查,可发现合成碳硅石的内部含有细长的管状物.不规则空洞.小的SiC晶体.负晶及深色具金属光泽的球状物.11.简述水热法合成红色绿柱石的主要鉴定特征.[答案]:水热法合成红色绿柱石晶体呈现红色或橙红色,晶体中没有明显的色带,晶体外形呈扁平状,且伸长方向为平行于籽晶方向;折射率高于天然红色绿柱石,内部可观察到垂直于籽晶片方向的V字形交叉生长纹,晶体中含有液态或气液包体,偶尔可见孤立的气液或固体包裹体;合成红色绿柱石中含有Co和Ni离子,而天然红色绿柱石中没有;红外光谱中3200-4200波数中含有水的吸收.12.列出三种常见钻石仿制品的合成方法及鉴定特征.[答案]:1)焰熔法合成金红石.密度(4．24～4．26g／cm3)及摩氏硬度低等性质进行辨别,也可用分光镜进行快速鉴别.黄绿色金红石的吸收光谱在430nm处有一强吸收带,是金红石晶体的特征吸收.2)焰熔法合成人造钛酸锶折光率(2．409)高.色散(0．190)高.密度(5.13g／cm3)高.摩氏硬度(5～6)低.肉眼观察人造钛酸锶戒面时,其极高的色散十分醒目,几乎每一个小刻面均能反射色彩.放大检查时仔细观察,会发现人造钛酸锶刻面宝石的腰围处有明显的磨盘擦痕;并且检查台面抛光情况,可发现有细痕.另外,用手拈较重.3)冷坩埚熔壳法合成立方氧化锆(1)热导仪测试合成立方氧化锆的热导率远远低于钻石,用热导仪测试时没有钻石反应.(2)凭手感区分合成立方氧化锆的密度比钻石大得多,同样大小的晶体放在手心中,合成立方氧化锆有压手的感觉.(3)油笔测试钻石亲油疏水,用油笔在刻面上画线,线条连贯;而立方氧化锆晶体亲水疏油,用油笔在刻面上画出的线条断断续续,不连贯.(4)成品刻面检验在白纸上划红线,将刻面宝石的台面向下放置,从亭部观察,看不到红线者为钻石,能看到弯曲线者为立方氧化锆.(5)10X放大镜观察一般钻石有细小包体,刻面交棱较锐利,有时腰围上可见天然晶面;而立方氧化锆则过于洁净,刻面交棱可有磨痕.13.晶体与非晶体的区别.[答案]:晶体与非晶体的内部结构不同;外部形状不同;均一性不同;分布范围不同;晶体与非晶态在一定条件下可以相互转化.14.焰熔法合成红宝石的鉴定特征.[答案]:焰熔法生长的合成红宝石的生长纹为弧形,并贯穿整个样品,即使无气泡,生长纹也较常见;合成的刻面红宝石在台面方向上有二色性,而天然的刻面红宝石在台面方向无二色性,在腰围方向才显二色性.在紫外光照射下,焰熔法生长的合成红宝石的荧光性强于天然红宝石(包括长.短波紫外光),呈中强～强的红色荧光.15.简述水热法合成水晶中的晶体缺陷.[答案]:(一)水热法合成水晶中常见的双晶有四种:凹陷型双晶.多面体双晶.鼓包双晶和花絮状双晶,(二)含有晶须状固体包体和长条状液体包体,(三)位错和腐蚀隧道,(四)生长条纹16.分析助熔剂法合成祖母绿中的包裹体特征.[答案]:(1)弯曲的.像面纱或稻草把似的羽状包裹体类型此类包裹体是由未熔化的熔质原料形成,是助熔剂法生长祖母绿晶体中典型的包裹体.它可以呈不规则的,似上升扭曲的网格状,也可以象在平的薄板中,且包裹体垂直于光轴.(2)楔形钉状包裹体类型该类包裹体由硅铍石的细小晶体成核引起,也可以由封闭的圆锥形包体或籽晶片组成.(3)二相包裹体类型这种包裹体的形状是一个充满流体的腔,中间有一个气泡,有的也可在大的钉状包裹体的头部出现.(4)小的堆积状晶体类型据推测,此类包裹体是由硅铍石晶核堆积而成.(5)稀有的大圆锥形暗褐色包裹体类型此类包裹体看上去似由多晶体形成17.简述钻石的主要合成方法及鉴定特征.[答案]:(1)高温高压合成钻石:.原石形态:六面体和八面体的聚形,树枝状的晶面花纹.体色:多为黄色,或者蓝色.可经辐照处理成各种颜色的彩色钻石.云雾状包体:宝石显微镜暗域照明下呈白色的云雾体.铁镍合金包体:宝石显微镜反射光下呈金属光泽的固体包体,透射光下不透明.磁性较强:铁镍合金包体多的合成钻石可被磁铁吸引.导电性:有些合成钻石具有导电性,因过多的铁镍合金包体造成.较弱的异常消光:在正交偏光镜下异常消光不强.紫外荧光:短波荧光强于长波荧光.缺失415nm吸收线:分光镜和光谱仪测试不到415吸收线,原因是没有3N集合体.沙钟状生长区:用阴极发光或紫外发光仪观察到不同于天然钻石的生长带.(2)CVD合成钻石.原石形态:扁平状,切磨的成品往往也是扁平的.体色:浅褐色,经高温高压处理后为白色.异常消光:在正交偏光镜某一方向具有明暗相间的条带状异常消光.紫外荧光:紫外光下,未经高温高压处理的呈现橙色荧光.阴极发光颜色:未经高温高压处理的呈现橙色荧光,经过处理后呈黄绿色荧光,阴极发光图案:具有楔形的纹理.缺失415nm吸收线:分光镜和光谱仪测试不到415吸收线,原因是IIa型钻石,或者没有3N集合体18.根据国内外市场合成宝石的发展与现状,分析合成宝石的优缺点.[答案]:优点:人工合成宝石与天然宝石相比更侧重于美丽的特征和具有装饰的价值.就美丽和装饰而言,人工合成宝石可以与天然宝石相媲美,有时甚至超过了天然宝石.人工合成宝石的出现弥补了天然宝石的不足,缓解了宝石供需矛盾,丰富了宝石市场,为美化人民生活做出了贡献.缺点:人工合成宝石可以在短时期内从实验室或工厂里被大量生产出来,而不象天然宝石那样往往经历了数百万年以上的时间才能形成,并且产量极其有限.发展:因而在经历了近百年的发展后,至今仍兴盛不衰,与天然宝石互为补充形成并行不悖的局面.由此可见,人工合成宝石的研究很有前途,且大有可为.随着科学技术的飞速发展,人工合成宝石技术将日新月异,人工合成宝石事业也将更加兴旺发达,蒸蒸日上.。
晶体生长复习资料
晶体⽣长复习资料第⼆章⼏种典型的晶体⽣长⽅法1．什么是晶体⽣长的技术要求及选择晶体⽣长的基本原则？物质在⼀定温度、压⼒、浓度、介质、pH等条件下由⽓相、液相、固相转化，形成特定线度尺⼨、满⾜⼀定技术要求的晶体的过程称为晶体⽣长。
晶体⽣长的技术要求：合理的驱动⼒场分布；驱动⼒场的稳定、可控；各⽣长技术参数的良好匹配；精确配料和必要、合理的热处理；⼒求避免各种形式的污染；选择何种⽣长技术，取决于晶体的物理、化学性质和应⽤要求。
⼀般原则为：满⾜相图的基本要求；有利于快速⽣长出具有较⾼实⽤价值、符合⼀定技术要求的晶体；有利于提⾼晶体的完整性，严格控制晶体中的杂质和缺陷；有利于提⾼晶体的利⽤率、降低成本。
⽣长⼤尺⼨的晶体始终是晶体⽣长⼯作者追求的重要⽬标；有利于晶体的后加⼯和器件化；有利于晶体⽣长的重复性和产业化。
2．熟悉各种晶体⽣长⽅法的⼯艺、特点、局限性。
熔体法⽣长：提拉法坩埚下降法焰熔法区熔法冷坩埚熔壳法溶液法⽣长：低温（⽔）溶液法⾼温溶液法⽔热与溶剂热法⽓相法⽣长：物理⽓相沉积(PVD)化学⽓相沉积(CVD)溶液法的基本原理是将原料（溶质）溶解在溶剂中，采取适当的措施造成溶液的过饱和状态，使晶体在其中⽣长。
包括有⽔溶液法、⽔热法与助熔剂法等。
⽔溶液法⼀般是在常压和较低温度（100℃以下）下进⾏。
降温法基本原理:利⽤物质⼤的溶解度和较⼤的正溶解度温度系数，在晶体⽣长过程中逐渐降低温度，使析出的溶质不断在晶体上⽣长。
关键：晶体⽣长过程中掌握适合的降温速度，使溶液始终处在亚稳态区内并维持适宜的过饱和度。
要求：物质溶解度温度系数不低于1.5g/kg℃；⽣长温度⼀般在50～60℃，降温区间15～25℃为宜。
蒸发法基本原理：将溶剂不断蒸发，通过控制蒸发量来控制溶液过饱和度，使溶液始终保持在⼀定过饱和状态，从⽽使晶体不断⽣长。
特点：⽐较适合于溶解度较⼤⽽溶解度温度系数很⼩或者是具有负温度系数的物质。
与流动法⼀样也是在恒温条件下进⾏的，适⽤于⾼温（＞60℃）晶体⽣长。
合成立方氧化锆
合成立方氧化锆摘要本文介绍了合成立方氧化锆的方法，包括溶胶-凝胶法和水热法两种常见方法。
详细介绍了合成步骤、原理以及这两种方法的优缺点。
通过改变实验条件，还可以调控立方氧化锆的形貌和性能。
合成立方氧化锆在材料科学、能源储存等领域具有广泛的应用价值。
引言立方氧化锆（Cubic Zirconia, CZ）是一种具有优异性能的功能陶瓷材料。
它具有高硬度、高熔点、优良的耐腐蚀性和热稳定性等特点，在材料科学、能源储存、催化等领域具有广泛的应用。
为了实现合成高质量的立方氧化锆，人们通过不同的方法进行研究和优化，以满足各种应用的需求。
1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的合成立方氧化锆的方法。
其原理是通过溶胶和凝胶过程中的水解和缩聚反应，将金属离子转化为固态氧化物。
1.1 合成步骤1.溶液制备：将前驱体溶解在适当的溶剂中，通常选择乙醇、水或有机酸作为溶剂。
2.水解反应：向溶液中加入一定量的水，使金属离子发生水解反应生成氢氧化物。
3.缩聚反应：调节pH值和温度，将氢氧化物缩聚成氧化锆的胶体颗粒。
4.凝胶形成：通过溶胶凝胶过程，将胶体颗粒形成凝胶。
5.干燥：将凝胶分散在适当的介质中，进行干燥过程。
1.2 优缺点优点： - 溶胶-凝胶法操作简单，易于控制合成条件。
- 可以得到高纯度、均一性好的立方氧化锆颗粒。
- 可以通过改变合成条件来调控颗粒的形貌和尺寸。
缺点： - 热处理过程耗时较长。
- 有些金属离子的水解和缩聚反应速度较慢，影响合成效率。
- 需要使用大量的有机溶剂。
2. 水热法水热法是另一种常用的合成立方氧化锆的方法。
它利用高温高压水环境下，金属离子和水的反应来合成固态氧化物。
2.1 合成步骤1.溶液制备：将前驱体以及适量的溶剂混合。
2.加热：将溶液放入高压容器中，通过加热使其达到适当的温度。
3.反应：在高温高压水环境中，金属离子与水反应生成氢氧化物，然后缩聚成氧化锆颗粒。
4.冷却：将高压容器冷却至常温。
人工宝石在现代首饰设计中的应用
人工宝石在现代首饰设计中的应用作者：李玉来源：《工业设计》2020年第01期摘要：人工宝石是相对天然宝石来说的，可以缓解天然宝石供需矛盾而存在的产物。
人们可以利用现代科学技术原理，选择合适的材料，并通过合理的技术和工艺在实验室或工厂中制造珠宝。
本文通过阐述人工宝石在现代首饰设计中的应用优势、应用价值及应用工艺，为现代首饰设计提供更多的设计思路。
关键词：人工宝石;首饰设计;应用中图分类号：TS933文献标识码：A文章编码：1672-7053（2020）01-0067-02天然宝石是不可再生资源，经过长期和大规模的开采，许多优质宝石矿床已接近枯竭。
在近几十年，首饰行业对于有优质天然宝石的需求越来越大，而且价格上涨趋势日益增加。
由于天然宝石美丽稀少，因此成为人们青睐的对象。
人们也一直在寻找一种价格便宜、易于生产，而且能与天然宝石相似度高的材料，人工宝石的出现解决了这一问题。
人工宝石的应用不仅缓解供需矛盾，也发掘潜在的美和价值，拓展了应用空间。
在现代首饰设计的中，因人工宝石的可再生性，为首饰设计扩宽了制作空间，如穿孔、开槽等，在首饰设计过程中，摆脱了在创作中工艺实现的限制。
1 人工宝石概述人工宝石是指全部或部分人工生产的宝石，而且在自然界中有相应的无定形晶体。
它的理化性质和晶体结构与相应的天然珠宝基本相同。
是由和天然宝石的外表、色彩、光学效应、重量、密度相似的宝石制成。
目前人工宝石主要用于时尚类首饰、工艺品、装饰性产品，如钟表、皮具、服装等等。
1.1 人工宝石的分类人工宝石可以分为合成宝石、人造宝石、拼合宝石和再造宝石[1]。
1）合成宝石。
部分或全部由人工完成，并且在自然物中有相应地晶质体、非晶质体与集合体。
2）人造宝石。
是指由人工制造，在自然界中没有对应物。
如人造钛酸锶，迄今为止自然界中并未发现此种品。
3）拼合宝石。
主要由两种或多种材料组成，它们被人工组合以产生整体印象。
如国际市场中常常用黑色欧泊拼合，被称为拼合欧泊。
最新合成蓝宝石PPT课件
粉末原料 → 加热 → 熔化 → 冷却
→ 超过临界过冷度 → 结晶
包括： a）焰熔法 b）晶体提拉法 c）冷坩埚法
（3）焰熔法合成宝石的识别特征
a.原始晶形 焰熔法合成的宝石原始晶形都是梨形。而天然宝 石的晶体形态为一定的几何多面体。
b.包裹体和色带
合成红、蓝宝石中常 可见气泡和未熔粉末 出现，一般气泡小而 圆，或似蝌蚪状；可 单独或成群出现；
④合成烟晶：与天然烟晶相比，合成烟晶缺 失3595 和3484 cm-1的吸收。
2.助熔剂法
（1）基本原理和方法
宝石原料在高温下溶解于较低熔点的助熔剂 中，通过缓慢降温或在恒定温度下蒸发熔剂等 方法，使熔融液过饱和，从而使宝石晶体析出 生长。助熔剂通常为无机盐类，故也被称为盐 熔法或熔剂法。
助熔剂法根据晶体成核及生长的方式不同 分为两大类：自发成核法和种晶生长法。
h）阴极发光：与紫外下荧光 分带特征相似。
合成钻石的荧光 分带现象
2.CVD法合成钻石
（1）基本原理 将和氢气导入反应腔，利用电热丝、微波、火焰、
直流电弧等设备，使甲烷形成等离子体，并分解出 碳原子 碳原子在氢的催化作用下，结合形成钻石结构，并 逐渐沉淀生长在预先制备好的“基座”上。 生长基座可使用天然或高温高压合成的钻石切成平 行{100}晶面的薄片。 温度压力：800～1000℃、0.1大气压。
吉尔森法
（3）助熔剂法生长宝石的鉴别特征
①助熔剂残余包体：助熔剂 被包到晶体中，形成气-固 两相包体。
②金属包体：坩埚被融蚀 并包裹到晶体中，典型 的是六方片状的铂金晶 片。
③ 种晶：助熔剂法加种晶 生长时，切磨好的宝石 中有时可见种晶片残余。
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第17卷 第4期铀 矿 地 质Vol.17 No.4
2001年 7月Uranium GeologyJul. 2001
冷坩埚熔壳法生产立方氧化锆宝石
至今,自然尚未找到立方氧化锆矿石或矿床,它是天然氧化锆(单斜相)在一定条件下产生相变,经四方相、六方相而转变为具原子最紧密堆积的立方相的。随着相变的产生,其性能也发生转变,立方相氧化锆具有折射率高(2115-2123)、色散大(0106)、硬度较高(摩氏810-815)、化学稳定性好等特性。因为钻石的折射率为2142,色散为01044,所以若把二者琢磨成相同的戒面,其综合效果非常相似。因此,立方氧化锆成了钻石最佳的代用品,目前,用冷坩埚熔壳法已成功地生产出立方氧化锆。立方氧化锆的相变温度为2370-2750℃,要使单斜相天然氧化锆完成相转变,需解决3个问题:①用什么容器盛放ZrO2粉末,在2370-2750℃容器自身不会熔化;②用什么方法加热至温度为3000℃左右,使所有粉末全部融熔;③自然界不稳定的立方相怎样才能稳定生长出来。由于冷坩埚熔壳法成功地解决了上述问题,使人工生产立方氧化锆宝石成为可能。1 冷坩埚熔壳技术的产生冷坩埚熔壳法晶体生长设备主要由熔壳盖、石英管、冷却水铜管、高频线圈(RF)、熔体、晶体、未熔料、水冷却座几部分组成。在冷却座上,焊接上通冷却水的紫铜管(紫铜管排列成圆杯状),里边放入原料ZrO2粉末等。紫铜管外层是套装发热用高频线圈的石英管。通过高频发生器让高频线圈产生的高频电磁场对原料加热使其熔化,而外层紫铜管及底座通冷却水带走热量,使外壳形成一层不熔的ZrO2粉末熔壳,即冷坩埚熔壳的特殊生产工艺———用ZrO2粉末自身作坩埚生长立方氧化锆。2 高频加热及“引燃”技术的运用要把ZrO2粉末熔融产生立方相相变,通常认为温度需达到3000℃左右,产生这样高的温
度,最合适的加热方法是利用高频发生器(也称
射频炉)产生的高频电磁场加热。但高频电磁
场只对导电体起作用,而单斜相ZrO2粉末在常
温下不导电,只有在1200℃以上才转变成导体
导电。冷坩埚熔壳法采用在ZrO2粉末中加入
一定量的金属锆片或锆粉,从而在高频电磁场
作用下加热金属锆可以达到1900℃的熔化温
度,此温度可使金属锆周围ZrO2粉末超过
1200℃而成为导电体,此时ZrO
2
粉末即刻被高
频电磁场加热熔化而又使周围的ZrO2粉末成
为导电体……这样发展下去,就可以使所有的
ZrO
2
粉末熔化。当然,要控制生产工艺条件
,
不要使外层的熔壳也被熔化。加入金属锆这一
关键技术被称为“引燃”技术,引燃区域称为“小
熔池”这是此方法的特点之一。
3
稳定剂的选用
氧化锆从单斜相转变到立方相的原子最紧
密堆积,其体积变化较大,晶体易裂,所以在晶
体生长的配料中必须加入稳定剂。为了得到立
方氧化锆晶体,可加入Y2O3、CaO、MgO……等
作为稳定剂,使晶体稳定在立方相的状态。经
试验,加入
Y
2O3
(氧化钇)
作稳定剂最好,易生
长出大的单晶。CaO、MgO等虽然同样可以起
稳定剂作用,但生长出来的晶体直径较小,而且
不容易将立方氧化锆产品分离为单晶。
Y2O
3
的加入量,以能全部将立方相稳定
为原则,最少加入量为ZrO2粉原料的10%。
加入过少则会出现四方相,晶体出现乳白状的
混浊;加入过多则使晶体带黄色,还会降低硬
度。
4
彩色立方氧化锆的生长
目前市场上出现了颜色各异的立方氧化锆
宝石,行内统称为彩锆。彩锆的生产是在原料中加入不同的致色剂,但黑色立方氧化锆是用白锆在真空条件下加热到2000℃进行还原处理获得的。5 立方氧化锆的生长过程在ZrO2粉末中按摩尔比9∶1加入稳定剂Y2O3混合均匀,放入紫铜管围成的“圆杯”内,在粉末的上部放入一定量的金属锆片或锆粉,接通高频发生器电源,起燃1-2min,原料开始熔化。待原料大部分熔化达到要求后,改变高频发生器反馈关系,使熔体稳定加热30-60min。然后“冷坩埚”以5-15mm/h的速度下降,熔体底部因降温产生过饱和浓度而开始结晶,直至熔体全部结晶成晶体。生长完毕后,慢慢降温退火一段时间,然后停止加热。冷却到室温后,即可取出产品。生长一炉立方氧化锆的总时间大约为20h,每炉的产量最高可达120kg。没有熔化的原料及壳体料仍可在下次使用。冷坩埚熔壳法生长立方氧化锆技术是
1969年由法国科学家罗林(Roulin
)
等人发明
的,但仅作了探索性研究。1972年,前苏联科
学家阿列克索诺夫等人改进了法国人的装置
,
生长出了大的晶体,并申请了专利。1976年
后,前苏联把无色立方氧化锆晶体作为钻石的
代用品推向市场,引起了世界钻石界的关注,称
其为“苏联钻”。随后,其他国家也相继生产了
这种宝石,并在国际上流行。
我国从1982年开始立方氧化锆合成的研
究,1983年投产,并以“水钻”的名称占领了市
场,深受广大消费者的欢迎。80年代末,全国
有近90台设备生产立方氧化锆,年产量超过
100t。但由于此法耗电量大,市场竞争激烈,
到1992年,仅剩下40多家生产厂,约50台设
备,年生产量在70t左右。目前,全国仅有
3
家生产厂,但由于某合资生产厂引进了4套单
炉产量达120kg的设备,年产量超过100t,故
我国仍然是立方氧化锆的生产大国。
沈才卿
供稿
(
上接251页
,Continuedfrom
page251
)
Informationsystemforsandstone
uraniumexplorationbasedonArcView3.2
HANShao2yang HOUHui2qun HUANGShu2tao
(BeijingResearchInstituteofUraniumGeology,Beijing,100029)
Abstract:Thecompositiveplatformofthesystemisgeographicinformationsystemsoftware2ArcView3.2.The
secondarydevelopmenthasbeenfinishedthroughthelanguage2AVENUEprovidedbyArcView3.2.Thesys
2
temintegratesallkindsofdata,graphicinformation,analysisresults,spatialanalysismethodsindataproces
2
singandintegratedevaluationmodelsduringthesandstoneuraniumexploration.Accordingtotheneedofmul
2
tisource2informationmanagementandintegreatedevaluation,aseriesofnewfunctionswasappendedtotheba
2
sicplatformthroughAVENUElanguageonabasisofsufficientlyinheritingArcViewsoftwarefunctions,and
thefriendlygraphicuserinterfaceiscreatedsothatthesystemrealizesthefunctionsbetter,whichincludein
2
formationquery,databasemanagement,graphicsediting,geologycartography,modelanalysisandresultout
2
puts.
Keywords:ArcView3.2;informationsystem;integratedmanagement;integratedanalysis
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