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剛玉(CorundumКорунд),名稱源於印度,系礦物學名稱,主要成分是Al2O3。剛玉Al2O3的同質異像主要有三種變體,分別為α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。剛玉硬度僅次於金剛石。主要用於高級研磨材料。手錶和精密機械的軸承材料,色彩絢麗的晶體作為寶石。作為激光發射材料的紅寶石系人造晶體。紅寶石和藍寶石都屬於剛玉礦物,除星光效應外,只有半透明-透明且色彩鮮艷的剛玉才能做寶石。紅色的稱為紅寶石,而其他色調的剛玉在商業上統稱藍寶石。

1簡介

剛玉
剛玉(Corundum)名稱源於印度,系礦物學名稱,寶石學上具備寶石條件的稱紅寶石(Ruby)、藍寶石(Sapphire)。剛玉Al2O3的同質異像主要有三種變體,分別為α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3、,根據X衍射分析確還有η-Al2O3(等軸晶系)、ρ-Al2O3(晶系不確定)、χ-Al2O3(六方晶系)、κ-Al2O3(六方晶系)、δ-Al2O3(四方晶系)、θ-Al2O3(單斜晶系)。剛玉顏色多種,有無色、白、金黃(色素離子Ni、Cr)、黃(色素離子Ni)、紅(色素離子Cr)、藍(色素離子Ti、Fe)
剛玉
、綠(色素離子Co、Ni、V)、紫(Ti、Fe、Cr)、棕、黑(色素離子Fe、Fe)、白熾燈下藍紫、日光燈下紅紫效應(色素離子V)。
剛玉是一種由氧化鋁(Al2O3)的結晶形成的寶石。摻有金屬鉻的剛玉顏色鮮紅,一般稱之為紅寶石;而藍色或沒有色的剛玉,普遍都會被歸入藍寶石的類別。
剛玉在摩氏硬度表中位列第9級。比重為4.00,有六角柱體的晶格結構。因著剛玉的硬度,和相對比鑽石更低廉的價錢,它成為了砂紙及研磨工具的好材料。
剛玉有玻璃光澤,硬度9。比重395-410。在高溫富鋁貧硅C的條件下形成,主要與岩漿作用、接觸變質及區域變質作用有關。
剛玉是鋁礬土為主要原料經礦業爐煉出的人造材料,可做磨料和耐火材料。純度較高的為白色叫白剛玉,含有少量雜質的為棕色叫棕剛玉。

2文化賞析

藍寶石
藍寶石(Sapphire)一詞來自拉丁語,意思是"對土星的珍愛"。
①據說它能保護國王和君主免受傷害和妒忌,是最適用於做教士環冠的寶石。基督教徒常常把基督教的十誡刻在藍寶石上,作為鎮教之寶。
剛玉(藍寶石)

  剛玉(藍寶石)

②波斯人認為,大地是由一個巨大的藍寶石來支撐的,是藍寶石的反光將天穹映成為蔚藍色的。
③ 據傳說藍寶石可以除去眼中污物和異物,1391年倫敦聖保羅大教堂收到的禮物中有一顆藍寶石,捐贈人要求把這顆藍寶石陳列在StoErkinwald 神殿上,用來治療眼疾,並且公布治療效果。
很久以來,藍寶石被看作誠實和德高望重的象徵,是傳統的9月份生辰石。結婚45周年稱為藍寶石婚。清朝三品官的頂戴標誌亦為藍寶石。
介紹
緬甸、斯里蘭卡、泰國、越南、柬埔寨是世界上優質紅寶石、藍寶石最重要的供應國。
其他產出國還有中國、澳大利亞、美國、坦尚尼亞等。
泰國
泰國紅寶石含Fe高,顏色較深,透明度較低,多呈暗紅色-棕紅色。日光下不具熒光效應,只是在光線直射的刻面較鮮艷,其他刻面則發黑。顏色比較均勻。缺失金紅石狀包裹體,所以沒星光紅寶石品種。 泰國藍寶石顏色較深、透明度較低,淺藍色的內反射色,常發育完好的六邊形色帶(同澳大利亞、中國一樣),但尖竹紋地區的紅寶石、藍寶石質量較佳。
柬埔寨拜林
剛玉坩堝

  剛玉坩堝

數年來拜林藍寶石在國際上十分走俏,為一種明亮、純正的藍色。
澳大利亞
可有多種顏色,主要是透明度較低的深藍色、黑藍色,顏色不均勻,六邊形色帶發育,其顏色深於泰國藍寶石。
顏色
a. 紅寶石:
指所有紅色調的剛玉寶石,包括粉紅色的剛玉。
b.藍寶石:
除去紅色系列以外的所有顏色的剛玉寶石,包括無色、黃色、紅色,橙色、綠色、藍色、黑褐色、紫色等。定名時除了藍色剛玉直接定名為藍寶石外,其它各種顏色的剛玉需在藍寶石名稱前冠以顏色形容詞,如黃色藍寶石、綠色藍寶石。
焰熔法
1.原始晶形:
天然品具有桶狀、柱狀、板狀晶形,晶面橫紋發育,垂直於C軸的裂理髮育,因此斷口處呈階梯狀,部分樣品具堅硬的熔融殼。
而焰熔法合成品的原始晶形為梨形:
有時為冒充天然品人為進行破碎、滾圓,但其無裂理,因此也無階梯狀斷口,而是貝殼狀斷口。
2.顏色:
早期焰熔法合成品的顏色過於純正,過於艷麗,給人以不真實的感覺。但隨著生產工藝的不斷改進,這種感覺只能作為一種警示,而不是鑒別依據。
3.多色性:
天然品的檯面取向一般是垂直C軸的,用二色鏡從檯面觀察時,無法看到二色性或二色性不明顯。而焰熔法合成品的梨晶由於應力作用,常常沿C軸方向裂開,為了充分利用原材料,其檯面取向是平行於C軸的,從檯面觀察可看到明顯的二色性。所以,當二色性觀察出現異常時,應引起警覺。
4.發光性:
天然紅寶石和焰熔法合成紅寶石在紫外光源照射下均可發紅色熒光,但天然品的熒光效果弱於合成品。天然藍寶石在紫外光下常表現為惰性,而焰熔法合成藍寶石的發光性較活躍:無色品種在短波紫外光下可有淡藍色熒光;綠色品種在長波紫外光下可有橙色熒光;藍色品種在短波紫外光下可有淡藍- 白色或淡綠色熒光。
5.吸收光譜:
天然紅寶石和焰熔法合成紅寶石的可見光吸收光譜相同,只是天然品的吸收強度弱於合成品。天然藍寶石中的藍色、綠色、黃色品種的可見光光譜中可全部或部分顯示三條鐵的吸收線,其中450nm最強,而焰熔法合成藍 寶石則可能缺失這些吸收線或吸收線很弱而且模糊。
6.生長紋:
天然紅寶石、藍寶石中常發育圍繞C軸的平直生長條帶,不同方向的生長帶 以一定的角度有規律的相交分佈。
而焰熔法合成品中僅能見到彎曲弧形生長紋,它是焰熔法合成品的重要鑒別依據。
但隨著生產工藝的改進或再次加熱處理,生長紋的彎曲特徵越來越來難以觀察。
7.氣泡:
氣泡是焰熔法合成品的另一個重要的鑒定依據。氣泡雖然很小,但由於其折射率與紅寶石、藍寶石的折射率相差很大,所以有較明顯的輪廓,易於觀察。氣泡一般為球狀,既可零星分佈,也可呈帶狀、雲霧狀瀰漫於整個樣品中。
8.合成星光品種:
其星線僅存於寶石的表層,星線完整、清晰,星線較細,另外。還可見到氣泡、彎麴生長紋。而天然星光品種的星線產生於樣品內部,星線可有缺失、不完整,星線較粗。
水熱法
水熱法合成技術是一種更接近天然寶石生長環境的新技術,因此,合成品與天然品極為相似,其鑒別依據主要是以下兩個方面:
1.晶體特徵:
水熱法合成品多為板狀晶體,與天然品有較大區別。
2.內部特徵:
a. 典型的內部特徵是含有種晶片,種晶片與其兩側的紅寶石有著明顯的界限,種晶片的兩側可有一些發育不規則的晶芽和霧狀包體。
b. 普遍具有明顯的生長紋,生長紋往往深淺不一,形態呈鋸齒狀、波紋狀。
c. 釘狀包裹體:常含有一種特徵的"釘狀"流體包裹體。
d. 金屬包裹體:可能含有合金包裹體,呈三角形、四邊形等多邊形的形狀,不透明,反射光下具金屬光澤。

3鑒別處理

充填處理
將油、膠、玻璃等物質充填於紅寶石的裂隙或空洞中,以掩蓋這些瑕疵。
鑒別:
1.注油處理的紅寶石放大檢查時可以發現裂隙內有五顏六色的干涉色,當部分油揮發后可留下斑痕及渣狀沉澱物。熱針觸之可有油珠析出。
2.注膠處理的紅寶石裂隙內膠的光澤明顯低於紅寶石主體的光澤,裂隙較大 時。針尖可將其內的膠划動。紅外光譜中出現膠的吸收峰。
3.玻璃充填的紅寶石往往裂隙十分發育,裂隙內玻璃的光澤明顯低於紅寶石主體的光澤,大的裂隙處所充填的玻璃平面往往凹陷。有時可見到未逸出得氣泡。
表面擴散處理
高溫下使致色離子進入淺色或無色樣品的表面晶格中,形成一薄的有色擴散層。其厚度一般為0.004-0.4mm。用Cr做致色劑時可產生紅色擴散層;用Fe、Ti做致色劑時可產生藍色擴散層;用Cr、Ni做致色劑可產生橙黃色擴散層。
鑒別:
1.當樣品浸在二碘甲烷中觀察時,可見到顏色多集中於腰圍、刻面棱及開放性裂隙中。
2.在短波紫外光下表面擴散處理的藍寶石可見到白堊狀藍色或綠色熒光,而表面擴散處理的紅寶石可見到斑塊狀藍白色磷光。
3.表面擴散處理的紅寶石具有異常的折射率,折射率可達1.80。
4.表面擴散處理的樣品二色性模糊,紅色品種有時表現為異常的黃色-棕黃色二色性。
5.表面擴散處理所產生的星光品種,其星線完美、均勻,頗似合成星光品種, 但顯微鏡下觀察可發現"星光"僅局限於樣品的表面。而且,沒有天然星光品種中的三組定向排列的金紅石細針,僅見表面由一層極薄的絮狀物,它們由細小的白點聚集而成。

4典故

中世紀義大利詩人Francesco Petrarch還記述了一個有趣的傳說。法王John二世戴了一個避邪護身法寶-紅寶石戒指。但紅寶石並未使國王免遭失敗的厄運。他在1356年普瓦蒂埃(Poitiers)戰役中成了俘虜。幾年之後,法王John被帶到英國,人們將該紅寶石戒指還給了他,使他又看到了這枚美麗無比卻沒能保佑他的無價之寶。
許多世紀以來,印度人相信無色藍寶石是未發育成熟的。緬甸寶石礦工認為,顏色暗淡的紅寶石如果埋在地下,最終將變成鮮紅色,並認為紅寶石是剛玉族中發育最成熟的成員。斯里蘭卡礦工認為,有瑕疵的寶石是過熟的。1534-1570年旅居印度的Garcia da Drta認為,紅寶石的顏色隨著成熟度而加深。1582-1593年到過印度的Jan Huyghen Von Linschoten寫道:「原因是山石中的寶石最初都是白色的。隨著時間的推移,靠太陽的力量,逐漸完美成熟。成為紅寶石。如果在它達到完美成熟之前就挖出來,它就會是不同顏色的,就象我以前說過的,暗紅色和微紅色。」
藍寶石也有許多傳奇式的讚美傳說。據說他能保護國王和君主免受傷害和妒忌。它是最適用於教士環冠的寶石,傳統的做法把基督教的十誡刻在藍寶石上。
波斯人認為大地由一個巨大的藍寶石支撐,藍寶石的反光將天空映成藍色。

5應用

由於剛玉具有優良的高溫性質及機械強度等性能,因而被廣泛應用到了冶金、機械、化工、電子、航空和國防等眾多工業領域。其主要用途如下所述。
1、由於有耐高溫、耐腐蝕、高強度等性能,故用做澆鋼滑動水口,冶鍊稀貴金屬、特種合金、高純金屬、玻璃拉絲、製作激光玻璃的坩堝及器皿;各種高溫爐窯,如耐火材料、陶瓷、煉鐵高爐的內襯(牆和管);理化器皿、火花塞、耐熱抗氧化塗層。SiO2小於0.5%的低硅燒結剛玉磚是炭黑、硼化工、化肥、合成氨反應爐和汽化爐的專用爐襯。
2、由於有硬度大、耐磨性好、強度高的特點,在化工系統中,用作各種反應器皿和管道,化工泵的部件;作機械零部件、各種模具,如拔絲模、擠鉛筆芯模嘴等;作刀具、磨具磨料、防彈材料、人體關節、密封磨環等。
3、由於有高溫絕緣性,故被用作熱電偶的套絲管和保護管,原子反應堆中用得絕緣性依舊優良,加之損耗不大,介電常數也不大,在電子工業中被廣泛用於固體集成電爐基板管座、外殼、瓷架、微薄窗口、導彈雷達天線保護罩等。
4、Al2O3屬離子型晶體,結構很穩定。在高頻、高壓和較高的溫度下使用,其絕緣性依舊優良,加之損耗不大,介電常數也不大,在電子工業中被廣泛用於固體擠成電路基板管座、外殼、瓷架、微玻窗口、導彈雷達天線保護罩等。
5、剛玉製品氣密性好,即使在高溫下也嚴密不透氣,因此在電真空中得到廣泛應用,如用剛玉製作各種大型電子管殼、固體微電路中的雙列直插式封裝外殼。
6、剛玉保溫材料,如剛玉風情只賺、剛玉空心球和纖維製品,廣泛應用與各種高溫爐窯的爐牆及爐頂,既耐高溫又保溫。
7、透明剛玉製品可製作燈管、微波整流罩。另外,Na-b-Al2O3製品是製造鈉硫電池的電解質材料。

6特徵用途

剛玉作為磨料的一種,在磨料磨具中被廣泛應用,其中剛玉的種類也有很多,不同種類的剛玉的使用用途也是不一樣的,本欄目將向你介紹剛玉的種類特徵和具體使用用途。
1.黑剛玉
屬於棕剛玉的派生品種,外觀呈黑色。硬度較低但韌性好。
多用於自由研磨,如製品電鍍前的打磨或粗磨,也用於製作塗附磨具,樹脂切割片,拋光塊等。
2.燒結剛玉
用礬土或鋁氧粉的細料燒結而成,特點是韌性好,可製成各種特殊形狀和尺寸的磨粒。
主要用於重負荷磨鋼錠砂輪,適用於荒磨不鏽鋼鋼錠等。
3.鋯剛玉
其特點是硬度略低,但韌性值大,強度較高,通常晶體尺寸較細,耐磨性能好。
國外鋯剛玉磨料主要用於重負荷磨削,適合於磨耐熱合金鋼,鈦合金和奧氏體不鏽鋼等。
4.鉻剛玉
為白剛玉的派生品種,外觀呈玫瑰色,硬度與白剛玉相近,韌性略高於白剛玉且強度高,磨削性能好,磨削精度高。用這種磨料製成的磨具其形狀保持性好。
應用範圍與白剛玉相似,尤其適於各種刀具,量具,儀錶零件的精磨和成型磨,通常鉻剛玉較白剛玉具有更好的磨削性能。
5.微晶剛玉
屬於棕剛玉的派生品種,外觀色澤和化學成分均與棕剛玉相似,特點是晶體尺寸小(50—280μm),磨粒韌性好,強度大且自銳性好。
適合磨不鏽鋼,碳素鋼,球磨鑄鐵等,磨削方式上適於成型磨,切入磨,精磨和重負荷磨削。
6.單晶剛玉
單晶剛玉磨料的顆粒是由單一晶體組成,並具有良好的多棱切削刃,較高的硬度和韌性,磨削能力強,磨削髮熱量少,缺點是生產成本較高,生產中有廢氣,廢水產生,產量較低。
可用於磨削較硬且韌性好的難磨金屬材料,如不鏽鋼,高釩高速鋼,耐熱合金鋼及易變形,易燒傷的工件,考慮到單晶剛玉磨料受生產條件的限制,一般只推薦用於耐熱合金和難磨金屬材料的磨削。
7.白剛玉
白剛玉的硬度略高於棕剛玉,但韌性稍差磨削時易切入工件,自銳性較好,發熱量小,磨削能力強,效率高,價格高於棕剛玉。
適合於磨硬度較高的鋼材,如高速鋼,高碳鋼,淬火鋼,合金鋼等。
8.棕剛玉
棕剛玉外觀為棕褐色,含量在94.5%--97%。具有硬度高,韌性大,顆粒鋒銳,價格比較低廉的特點,適合於磨加工抗張強度高的金屬,在缺少其他磨料的情況下,一般可由它來代替。
廣泛用於普通鋼材的粗磨,如:碳素鋼,一般合金鋼,可煅鑄鐵,硬青銅等。棕剛玉的二級品磨料常用作磨米砂輪,樹脂切割砂輪。砂瓦,砂布,砂紙等。
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