1定義

完全或部分由人工製造且自然界有已知對應物的晶質體、非晶質體或集合體,其物理性質、化學成份和晶體結構與所對應的天然珠寶玉石基本相同。

2合成寶石的幾種主要方法

單晶的合成方法分三大類:
合成寶石
1.從熔體中結晶:用與晶體化學成份相同的化學試劑,按正確比例混合併熔化然後,在受控條件下,冷卻結晶生長寶石。
2.從熔液中結晶:相應的化學成份溶解於液體中,在受控條件下,在子晶上結晶生長寶石。
3.在高溫高壓下結晶(如鑽石) :在高溫高壓反應腔內,碳在高溫區溶解,低溫區結晶生長晶體。

3從熔體中結晶寶石

1.焰熔法:又稱維爾納葉法,1908年創造完成的,主要用來生產合成紅藍寶、金紅石、尖晶石、鈦酸鍶等。
基本原理:將適量的細粉末落入烈焰中熔化,然後在子晶棒上固化形成單晶。
2. 提拉法:又稱丘克拉斯基法,主要用來生產高質量的晶體,生產的寶石有紅藍寶、尖晶石、變石、YAG、GGG等。
基本原理:所需配料在敞口的坩鍋中熔化,在熔融液面上接籽晶提拉熔體,在受控條件下,在提拉旋轉過程中生長出圓棒狀單晶體。
3.殼熔法:又稱冷坩鍋法或盔熔法,主要用來生產立方氧化鋯(CZ)。
基本原理:室溫下,氧化鋯屬單斜晶系,但在2000°C下是立方晶系,加入100%的鈣或釔的氧化物作為穩定劑,使氧化鋯在室溫下仍保持立方晶系的晶體。
4. 區熔法:又稱區域熔煉法。
基本原理:每次僅熔化添加材料的一部份或一個區域,添加材料可以是粉末狀的,燒結棒或局部熔化的粉末棒。熔化從添加材料的一端開始,移動加熱線圈或添加材料,使熔煉區移動,最後達到重結晶的目的。

4從熔液中結晶寶石

將所須成份熔解於液體中,經化學反應和成份遷移,達到重結晶的目的。
1.熔劑法:又稱助熔劑法,主要用來合成祖母綠、紅藍寶和變石。
基本原理:將組成寶石的原料在高溫下溶解,於低熔點的助熔劑中使之形成飽和溶液,然後通過緩慢降溫或在恆定溫度下蒸發等方法,使溶融液處於過飽和狀態,而使寶石晶體析出的生長方法。
2.水熱法: 主要用來合成祖母綠和水晶。
基本原理:模仿自然界中許多礦物,是根據在礦化水溶液或蒸汽中結晶析出而設計的,包括在高溫高壓條件下,造晶成份置於封閉高壓釜中較熱部位,使其溶解於水中,隨後將種晶放在較冷部位使其重結晶。

5在高溫高壓下合成寶石

主要用來合成金剛石。
基本原理:利用高溫高壓原理,將碳源放在葉蠟石反應腔高溫熔解碳,在反應腔中高溫熔融金屬內輸運金屬,採用Ni-Fe合金或Fe-Al合金,最後碳在低溫區籽晶上結晶。

6合成寶石的歷史

合成寶石的歷史已有近兩百年。 1819年,E.D.克拉克博士用新發明的吹管將兩顆紅寶石放在木炭上,使其熔化成一個小球,竟意外地得到了一種新產物——紅寶石玻璃。 
1837年,法國化學家馬克·高丁正式從化學的角度對寶石進行研究。他用含有重鉻酸鉀的明礬和硫酸鉀的飽和溶液進行反應,將殘留物熔融得到了氧化鋁的結晶體,開始了正式以化學方法合成寶石的歷史。 
1877年,弗雷米等用不同的方法合成了首批可以琢磨加工的合成紅寶石,生產出重約1/3克拉的菱面體紅寶石晶體。 
1882年,歐洲市場上出現大量熔合紅寶石或稱日內瓦紅寶石。 
1900年前後,維爾納葉利用自己發明的熔融晶體生長法合成出許多美麗完善的合成紅寶石。這一方法的發明使大批量商業性生產合成寶石成為現實。 
1918年,丘克拉斯基發展了熔融晶體生長法中的拉章晶技術(提拉法),市場上出現了更多粒大質美的合成寶石。 
1940年,查塔姆公司用助熔劑法合成祖母綠獲得成功。
1941年,該公司已合成出重達15克拉,質量較差的祖母綠晶體。 
1950年前後,義大利人Spezia發明了水熱法合成石英的技術,市場上開始出現合成水晶的商業性生產。 1957年,美國貝爾實驗室宣布用水熱法合成紅寶石獲得成功。 
1955年,美國通用電氣公司宣布合成工業鑽研獲得成功。
15年後的1970年又合成了寶石級的鑽石。目前用高壓法結合化學蒸汽沉積(CVD)技術已可合成重量超過11克拉的首飾鑽石。 
1972年,法國人Pierre,Gilson首次研製成功歐泊的技術,
1974年合成白歐泊面市。 
1976年,蘇聯科學家杜科卡改進了水熱法合成紅寶石的技術,使與天然紅寶石極為相似的水熱法紅寶石獲得商業性生產。 
時至今日,寶石合成技術仍在不斷改進和發展。可以說,今天已基本上能夠合成出我們想要的任何寶石品種。

7合成寶石和天然寶石的區別

圖中為優質的天然寶石

  圖中為優質的天然寶石

合成寶石與天然寶石如果只是從外觀或物理性質上說,幾乎是完全一樣的。它們可具有接近或完全一樣的比重,相同的硬度,有些甚至連熒光反應、吸收光譜都相互重疊,真是難以區分。  如果只從美觀的角度,那麼許多合成寶石都較一般的天然寶石漂亮。兩者的不同實際上只是形成的過程不一樣。事成寶石和人造寶石都是採用一些人工技術,如高溫高壓、化學反應等在實驗室或工廠里模擬天然的某些條件生產出來的。合成寶石的生長時間可能是幾周,或者是幾個月。一般而言,其生長周期較短,短時間內即可進行批量生長。  天然寶石則是在大自然岩石形成和變化的過程中,由於某些條件(如化學成分、溫度、壓力等)特別適宜一些晶體的生長而形成的。 
自然界的變化非常漫長,短到幾萬年,長到幾百萬年甚至幾億年。而這個過程中的變化又很複雜。原先形成的寶石晶體可能被地震等地質作用全部或部分破壞了,也有可能與後來的化學溶液發生反應形成了新的礦物(不一定是寶石),因而保留到今天並能被發現可作為寶石的礦物真是少之又少。 
而要在地球上發現和發掘到這些寶石,除了運氣(偶然機遇)外,還要花費大量的勞動力和進行艱苦的勞作。事實上,這種形成過程及數量的不同,就是天然寶石與合成人造寶石在價值上的區別,所在。天然寶石更為稀有和珍貴,因為人們認為擁有它們是富有的身份的象徵,肯出更高的價格購買。
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