焰熔法合成宝石复习1、 原理：其原料的粉末在通过高温的氢氧火焰后熔化，熔滴在下落过程中冷却并在籽晶上固结逐渐生长形成晶体。2、 主要设备：A 供料系统 原料：成分因合成品的不同而变化。原料的粉末经过充分拌匀，放入料筒。 料筒（筛状底）：圆筒，用来装原料，底部有筛孔；料筒中部贯通有一根震动装置使粉末少量、等量、周期性地自动释放。 震荡器：使料筒不断抖动，以便原料的粉末能从筛孔中释放出来。B 燃烧系统： 氧气管：从料筒一侧释放，与原料粉末一同下降； 氢气管：在火焰上方喷嘴处与氧气混合燃烧。 通过控制管内流量来控制氢氧比例，O2：H2=1：3； 冷却套：吹管至喷嘴处有一冷却水套，使氢气和氧气处于正常供气状态，保证火焰以上的氧管不被熔化C 生长系统 落下的粉末经过氢氧火焰熔融，并落在旋转平台上的籽晶棒上，逐渐长成一个晶棒（ 梨晶）。水套下为一耐火砖围砌的保温炉，保持燃烧温度及晶体生长温度，近上部有一个观察孔，可了解晶体生长情况。耐火砖：保证熔滴温度缓慢下降，以便结晶生长； 旋转平台：安置籽晶棒，边旋转、边下降；落下的熔滴与籽晶棒接触称为接晶；接晶后通过控制旋转平台扩大晶种的生长直径，称为扩肩；然后，旋转平台以均匀的速度边旋转边下降，使晶体得以等径生长。3、 主要工艺流程：a. 原料制备：要求纯净，颗粒均匀，高分散，具适当的堆积密度和流动性。掺杂剂要考虑到宝石的颜色，光学性能，宝石结构和物理性质，生长过程中的烧失量。b. 下料，将原料粉末与掺杂剂按比例置于筛状容器，振动过筛，落入氧气流内。c. 熔料，内管中的氧气与外管中的氢气混合燃烧。d. 晶体生长：熔体下落到种晶的生长台上，旋转并下降 ，晶体生长成梨形圆棒。e. 处理晶体，关闭气体，晶体冷却，由于晶体生长时内聚了大量应力，当停止加热晶体，易从纵轴裂成两半。f.退火处理，将合成晶体装炉缓慢升温几小时，恒温保温，再慢慢降至室温以减少热应力4、 特点：a. 生长速度快、设备简单、产量大、便于商业化。b.不需坩埚，即节省坩埚材料，又避免坩埚污染。c.氢氧燃烧温度达2500OC,适合难溶氧化物。d.生产设置简单能生长出大的晶体。e.但用此方法合成的宝石晶体缺陷多、容易识别。5、 合成品种及鉴别A合成刚玉原始晶形 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。包裹体：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；合成尖晶石中气泡和未熔粉末较少出现，偶尔出现的气泡多为异形。色带： 红宝石中常常为细密的弧形生长纹，类似唱片纹；蓝宝石中色带较粗而不连续；黄色蓝宝石很少含有气泡，也难见色带。天然红宝石和蓝宝石都显示直或角状或六方色带。合成尖晶石很少显示色带。吸收光谱：合成蓝宝石的光谱见不到天然蓝宝石通常可以见到的蓝区的吸收，或450nm的吸收带十分模糊。合成蓝色尖晶石显示典型的钴谱（分别位于540、580、635nm的三条吸收带 ），天然蓝色尖晶石显示的是蓝区的吸收带，为铁谱。荧光合成蓝宝石有时显示蓝白色或绿白色荧光，天然的为惰性；合成蓝色尖晶石为强的红色荧光，而天然的也为惰性。合成红宝石通常比天然红宝石的红色荧光明显强。帕拉图法：将刚玉浸于盛有二碘甲烷的玻璃器皿中，在显微镜下沿光轴方向，加上正交偏光片下，合成刚玉可以观察到两组夹角为1200的结构线焰熔法合成星光刚玉：合成星光刚玉内含物，大量气泡和未熔粉末；金红石针极其微小，难以辨认；弯曲色带明显， 星带外观特征,星光浮于表面，星线直、匀、细，连续性好；中心无宝光合成红、蓝宝石的加工质量：天然合成红、蓝宝石的加工质量通常较为精细，尤其是高质量的宝石，其台面通常垂直光轴，以显示最好的颜色。而合成红、蓝宝石加工质量通常较差，常见火痕，更不会精确定向加工。加上，合成梨晶通常因为应力作用会沿长轴方向裂开，其长轴方向与光轴方向夹角为60度，为了充分利用原料，其台面通常会平行长轴方向切磨（图2-6）。所以合成刚玉在台面通常都可见多色性，而天然的则不然B合成尖晶石： 内含物:包体少，偶有气泡，形态狭长或异形；色带少见，仅见于红色尖晶石中;天然尖晶石：气液包体常见晶体包体：尤其是八面体形色带少见 RI:1.727 Fixed红色尖晶石例外用于检测折射仪；天然尖晶石：1.714-1.718,高铬的红色尖晶石: 1.74，镁锌尖晶石: 1.715-1.80，锌尖晶石: 1.80。 SG:3.63，红色尖晶石：3.60-3.66；仿青金岩的烧结蓝色尖晶石：3.52；天然尖晶石：3.60 光谱：蓝色者：Co谱,540, 580和 635nm处有吸收带；红色：红区只有一条荧光光谱线浅黄绿色：445nm，422nm线；天然尖晶石：蓝色者：Fe谱，蓝区458nm有吸收带；红色者：红区5条管风琴状荧光谱线（交叉滤色镜下观察） 荧光及滤色镜:无色者：SW下强蓝白色；蓝色者：SW：红色或蓝白色，滤色镜下变红红色：红色荧光，滤色镜下变红；天然尖晶石：无色：惰性蓝色：惰性，滤色镜下不变红，红色：红色荧光，滤色镜下变红。 正交偏光镜:斑纹状消；天然尖晶石：全消光。C钛酸锶的鉴别内含物：气泡；12钛酸锶作为仿钻材料，极易识别。钛酸锶极强的火彩使它明显不同于钻石。尽管标准圆多面型的钛酸锶在线试验中不透光，但它明显较低的硬度使之表面显示出明显的磨损痕迹、圆滑的刻面棱和不平整的小面。尽管反射仪上可获得与钻石相同的折射率，但热导仪检测时却无钻石反应。卡尺法或静水称重都可测出未镶品的比重，从而确认它。D合成金红石：内含物：气泡、未熔粉末；14合成金红石具有极高的色散值使其泛出五颜六色的火彩。这种特征使之不易与其他任何材料相混淆。此外，其极高的双折射率使其刻面棱重影异常清晰。仅此二特征就足以确认它了。助溶剂法合成复习1、 原理：助熔剂法是将组成宝石的原料在高温下溶解于低熔点的助熔剂中，使之形成饱和溶液，然后通过缓慢降温或在恒定温度下蒸发熔剂等方法，使熔融液处于过饱和状态，从而使宝石晶体析出生长的方法。助熔剂通常为无机盐类，故也被称为盐熔法或熔剂法。 分类：A自发成核法 缓冷法：在高温使材料熔融于助溶剂中，缓慢降温冷却，使晶体从饱和熔体中自发成核并逐渐成长的方法。 反应法：助熔剂和原料熔融后，助溶剂与原料反应，反应后的晶体成分在熔融体中维持一定的过饱和度，生长晶体的方法。 蒸发法：是在恒温下，蒸发熔剂，使熔体过饱和，从而使晶体析出并长大的方法。B籽晶生长法： 籽晶旋转法：由于助熔剂熔融后粘度较大，采用籽晶旋转，搅拌熔体，使晶体长大，且少含包裹体。（合成红宝石） 顶部籽晶旋转提拉法：这是法和晶体提拉法的结合。边旋转边提拉，晶体绕籽晶逐渐长大。 底部籽晶水冷法：水冷部位形成过饱和熔体抑制了熔体其它部位成核，保证籽晶的生长。 助溶剂的选择 对待生长晶体有极好的溶解性，随温度的变化，溶解度变化也较大 。 在宽的温度范围内，所生长的晶体是唯一的稳定相，助熔剂与晶体成分不能形成中间产物。 助熔剂具有较低的粘度和较高沸点。 挥发性小，毒性小，容易清除。 2、 特点 适用性强，几乎所有材料都有合适的助熔剂。 温度要求低，许多难熔化合物或熔点处易挥发和变价的化合物等均能生长。 包裹体类似天然宝石。 设备简单。（坩锅/加热炉） 生长周期长，速度慢，晶体小，容易夹杂助熔剂阳离子，且有些助熔剂有腐蚀性和毒性，容易污染环境。 3、 合成工艺及设备A、Espig自发成核缓冷法生长祖母绿 1.主要设备：高温马弗炉和铂坩埚.据炉体温度，可采用硅碳棒发热体炉(1350)或硅钼棒发热体炉(1650)。炉子呈长方体或圆柱状。保温性好，铂坩埚出入方便。2.工艺流程1)铂坩埚装料（按比例） 烧结块经导管至坩埚底部，2)悬挂籽晶: 籽晶在挡板下，防止浮到表面.3)高温炉加热熔化原料: 加热材料在熔剂中，底部烧结块向上扩散，上部石英向下，相遇后发生化学反应，形成祖母绿溶液；4)晶体生长:组分绕籽晶长 3）生长结束倾倒残余溶液晶体回炉冷却室温3.工艺条件1)原料为纯净的绿柱石粉或纯氧化物。2)助熔剂：多采 用LiM0207，且熔点低于祖母绿(1750)。 3)合成祖母绿的稳定温度为90011500C，时间320小时，严格控温，否则易形成金绿宝石120013000C)或硅铍石(110012000C)。4)严格供料:Si02 24周次,其它2天一次。5)坩埚顶、底部温度要高，中温要低，存在温差。6）晶体大小2-10毫米，产量小。一年最大2厘米 B吉尔森籽晶法祖母绿1.主要设备 铂坩埚中间竖向加铂栅栏，分为二区(高、低温区，产生冷、热对流)。二区温差小，以保持低的过饱和度，防止硅铍石和祖母绿的自发成核。2.生长过程1)优化种晶：先选用无色绿柱石切片做籽晶，在二面上合成祖母绿再把合成 祖母绿做种晶。2)放置原料：热区放入绿柱石块原料，冷区挂种晶。3)加热坩埚，使热区原料熔融后，扩散到稍低温的冷区，形成过饱和的条件，在籽晶上生长晶体。3.工艺条件1）原料采用绿柱石块，助熔剂采用钼酸锂。2）两区对流可用机械来驱动。3）典型生长工艺：1mm月，7个月厚7mm14mm*20mm大的晶体可得18ct的刻面宝石。4) 由于使用籽晶，生长晶体体积大，质量好。C助熔剂法生长红宝石晶体1.主要设备1）铂坩锅、电炉（与Espig相似)。2）坩埚变速旋转器：使熔体处于搅动中充分熔融。3）籽晶杆转动，晶体遇冲刷，包裹体减少。2、生长过程放置原料和助熔剂于坩埚内。将坩埚放入装有旋转底座的电炉内加热。 在高于饱和温度20，旋转坩埚，使原料充分熔融，缓慢下降籽晶、降低温度，使溶液达到过饱和，晶体生长。停止加热、冷却、倒出熔剂。3、 工艺条件1)Na3AlF6和A1203的二元相图确定配比：1：0.13-0.2，1-3的Cr203为原料。2)坩埚装料1000g，大于饱和温度200C。 保持4-5h，使熔质充分熔化。3)生长温度980-1050，T=204)降温速度:05-1.0h