宝石学论文2500字体

陈秀芳　徐现刚　田亮光　蒋民华作者简介：陈秀芳，山东大学晶体材料研究所在读博士；徐现刚，山东大学晶体材料研究所教授、博士生导师，本文在“中国人工宝石发展论坛”上的报告者；田亮光，中宝协第三届人工宝石专业委员会委员，山东省质量技术监督局研究员。一、引言本文叙述了一种新的宝石材料，也是迄今为止最令人信服的钻石仿制品——合成碳硅石（SiC），如图1所示。一般钻石仿制品通常仅能模仿钻石的一两项技术指标，而合成碳硅石的光泽、亮度、火彩等都和钻石极为相似，尤其是合成碳硅石的热导性高，用常规的钻石热导仪难以与钻石区分，仿真性远超过以前的最佳钻石替代品——合成立方氧化锆（吴伟娟等，1999）。一般认为宝石的最重要的物理特性是硬度、折射率和颜色。合成碳硅石具有与钻石相同的光泽，仅次于钻石（摩氏硬度10）的高硬度（5～25），比钻石（折射率417）略高的折射率（5～71），双折射率为043，色散为014，化学稳定性好，几乎不与其他物质反应，韧性好，热导率高，热稳定性好，在空气中加热到1400℃而不损坏，因此被称为最新一代钻石仿制品（Kurt,1999）。它是一种新的实验室合成宝石。图1 合成碳硅石戒指二、合成碳硅石的结构SiC宝石是一种复杂的材料系统，它的奇特性质之一就是其结构的多型性（王世忠等，1999）。结构单元为SiC4或CSi4四面体结构，属于密堆积结构，由于单向堆积方式的不同产生各种不同的晶型，目前已经发现的晶型有200余种，分为立方结构、六方结构和菱方结构等，每一种都可称为“SiC宝石”，较为常见的有3C、15R、6H、4H和2H，图2列出了几种SiC多型的堆垛结构（郝跃等，2000）。这里叙述的是合成的6H-SiC宝石，另一种能获得大直径单晶的多型为4H-SiC。图2 几种SiC多型的堆垛结构三、合成碳硅石单晶的生长SiC单晶一般采用升华法生长，用该法可生长出大尺寸、高质量SiC单晶（徐现刚等，2003;Tairov et ,1978;LLiu et ,2002）。具体生长步骤如下：把籽晶置于坩埚的上盖底部，高纯SiC粉源料置于坩埚底部，生长室压力在50～120Mbar1bar=100kPa。，生长温度为2000～2500℃，底部的SiC粉料分解为Si、SiC2和Si2C三种主要气相组分，输运到温度较低的籽晶表面，通过沉积，使得晶体不断生长。经过80～100h的生长，可获得厚度为15～25mm、直径为2英寸1英寸＝4mm。或3英寸的无色或彩色SiC单晶。图3是我们利用该法生长的2英寸和3英寸SiC单晶，其平均微管的密度小于100个/cm2。图3 2英寸和3英寸SiC单晶四、合成碳硅石的成形SiC单晶生长过程中通过掺杂不同元素可获得不同颜色的晶体。因此 SiC是一种非常优异的彩色宝石材料。SiC的掺杂物有Nn（型）和Al、B、Be、Ga、（）、Sc（p型）等。未掺杂的6H-SiC和4 H-SiC显无色，在6 H-SiC中掺氮（n型）和铝（p型），分别得到了绿色和蓝色的6H-SiC单晶。在4H-SiC中掺入低浓度的氮可得到淡棕色的4H-SiC单晶。3C-SiC显黄色，而掺氮的3C-SiC显黄绿色。图4 SiC宝石生长出无色或彩色SiC单晶后，该晶体作为毛坯被切割成不同大小的粗人造宝石，然后经研磨和抛光制成无色或彩色合成碳硅石成品。合成碳硅石的硬度、韧性和各向异性使得能够以很尖锐的角度磨刻面，因此可获得很好的外形和光泽，从而能达到形美和质美的高度和谐统一。表1比较了钻石、合成碳硅石和立方氧化锆的宝石学特性。表1 钻石、合成碳硅石和立方氧化锆的宝石学特性比较五、结论由于合成碳硅石优越的宝石学特性，与钻石相比，它具有高的色散、相似的亮度、较高的折射率和较低的相对密度；硬度最接近于钻石，并具有明显的双折射，迄今为止是最佳的钻石仿制品。由于堆积方式的不同，碳化硅具有多种不同晶型，分为立方结构、六方结构和菱方结构。通过升华法生长直径为2英寸或3英寸的无色或彩色SiC单晶，然后经过切割、研磨和抛光加工成合成碳硅石成品。参考文献郝跃，彭军，杨银堂碳化硅宽禁带半导体技术北京：科学出版社吴伟娟，段体玉珠宝检测珠宝科技，2:王世忠，徐良瑛，束碧云，等SiC的性质、生长和应用无机材料学报，14（4）:徐现刚，胡小波，王继扬，等大直径6H-SiC单晶的生长人工晶体学报，32（5）Kurt N莫依桑石：一种新的合成宝石材料宝石和宝石学杂志，1（4）:L Liu,Edgar J HSubstrates for Gallium Nitride Epi-Materials Scienceand Engineering R,37（3）:Tairov Y M,Tsvetkov V FInvestigation of growth processes of ingots of silicon carbide single Journal ofCrystal Growth,43:209

前几年，人们主要集中购买纯金，对镶宝石的黄金首饰或纯宝石首饰则兴趣不大。然而今年来，情况大有变化。因为人们慢慢体会到，无论作为装饰品还是为了保值，宝石都比纯金有着更大的优越性。佩戴纯金戒指，增加的美感是有限的，宝石首饰就大有不同了。因为宝石具有丰富的颜色变化，还有奇妙多彩的闪光。佩戴宝石，会进一步增加人体的美感，显得色彩缤纷，美不胜收，给自己和旁观者带来美的享受。此外，宝石的保值作用也不容小觑。黄金总会有价格的起伏，而对于宝石而言，国际上宝石的价格与名画等艺术品一样，每年都稳步上升，供不应求。 人们往往对钻石、祖母绿等高档宝石百般喜爱，把钻石作为婚戒佩戴，根式留下了“一颗恒久远，钻石永流传”的美誉，但是我认为那些中档宝石虽然没有钻石般闪亮，但是中档宝石的绚丽多彩也是钻石无法比拟的。 关键词：中档宝石、碧玺、猫眼碧玺、西瓜碧玺、石榴石、橄榄石、托帕石、尖晶石、锆石一、碧玺：百变美色 碧玺的矿物名称为电气石，其品种繁多，颜色之丰富，是其他众多宝石所望尘莫及的，尤其是西瓜碧玺，是稀有的宝石品种。世界上最出名的碧玺产自巴西和美国，其中巴西发现的鲜蓝色碧玺是世界上最受欢迎的宝石之一。由于碧玺谐音“辟邪”,因此很受各族人们的喜欢。碧玺是仅次于钻石、红宝石、蓝宝石、祖母绿的有色中档宝石。碧玺深受人们喜爱，被视为10月的生辰石。是我最为喜爱的宝石的一种。碧玺在很多国家都出产，巴西的米纳斯克拉斯州所产的碧玺种类有紫罗兰色碧玺、蓝色碧玺、红色碧玺、绿色碧玺和碧玺猫眼，其中帕拉依巴的碧玺价值最高，美国加州以红碧玺最为出名，缅因州则产红、绿和西瓜碧玺，意大利以五色碧玺闻名，中国的新疆阿尔泰和云南哀牢山也产碧玺，新疆碧玺颗粒较大，但颜色不够鲜艳。 碧玺以颜色丰富著称，因此其分类也是以颜色为依据的，分为红碧玺、绿碧玺、蓝碧玺和多色碧玺等多个品种。此外，还可根据碧玺具有特殊光学效应，附加碧玺猫眼和变色碧玺两个品种。 红碧玺 单纯的鲜艳红色且不掺杂其他色调的红碧玺是所有品种中价值最高的，因其红色接近于红宝石的红色，以前商业上会把它成为Rubellite，现在已改为Red Tourmaline；深粉红色的碧玺俗称双桃红，因为颜色艳若桃花，市场上极为好看;色浅者常带有粉色调，俗称单桃红，价值略低；紫色者显示紫红色，属于比较珍贵的品种。红色是碧玺中价值最高的，其中以紫红色和玫瑰红色最佳，有红碧玺之称，在中国有“孩儿面”的叫法。但自然界主要是以棕褐、褐红、深红色等产出的较多，色调变化较大。慈禧太后非常喜爱碧玺，尤其钟爱大红色中微带粉的品种，称之为桃红碧玺，将其视为碧玺中的上品。当别人对您有所成见时，红色碧玺的作用可以有助于改善彼此间的关系；当您与别人关系较冷漠疏远时，红色碧玺具有增强彼此的人缘的功效；同时，红色碧玺的作用还有助于消除一个人心中的冷漠、孤傲、怪僻和各种异常心理，使人变得容易相处。 绿碧玺 鲜艳绿色且无杂色的品种，质量上乘者可称为Verdelite，因为绿色往往因不同程度的灰色调而不够艳丽，价值往往略低于红色碧玺。碧玺的最大特点是双折射率大、用十倍的放大镜观察刻面宝石亭部的棱角处,可明显地见到双影。绿色碧玺十分丰富，应该说是所有颜色中家族最为庞大的一支，因此鉴赏价值时要非常细心，尤其是颜色细微之处，往往有着差之毫厘，谬以千里的作用。产地巴西、斯里兰卡、马达加斯加、中国。绿色碧玺的色泽由淡绿至墨绿，其中深绿及带有光彩色泽最受人喜爱。 蓝碧玺 与蓝宝石的深蓝色不同，也不同于堇青石、黝帘石的鲜艳紫蓝色，碧玺的蓝色包括绿蓝色、蓝黑色的过渡色，纯蓝色比较罕见，深蓝色的被称作Indigolite或Indicolite。 多色碧玺 多色碧玺又称为杂色碧玺，一颗碧玺晶体上，不同部位显现出不同的颜色，是不同于其他宝石的特殊品种，其中最具代表性的是西瓜碧玺，又名watermelon tourmaline西瓜碧玺是碧玺（又名：电气石）中非常稀有的一种。是在一颗晶石里面，中心为粉红色、边缘绿色或反过来的电气石称为西瓜电石，由于颜色酷似西瓜的果肉和果皮，因此得名西瓜碧玺 。即外皮是绿色而核心是红色，柱状晶体的横截面，以颜色鲜艳且互为映衬者最佳。西瓜碧玺具有绿色和红色两种颜色，绿色在外围，红色在中心，就像西瓜一样，外面是绿色，里面的芯是红色的。西瓜碧玺是在一颗晶石里面，长有内红、外蓝绿的特征，酷似西瓜模样的碧玺，因以为名，数量稀少，故价格较贵。 猫眼碧玺 猫眼碧玺是碧玺的一种，这种碧玺产量相对较少，收藏价值也更高。猫眼效应一般在红碧玺和绿碧玺居多。碧玺的猫眼效果是因为碧玺内部长着平行的管状包裹体 ，这种包体达到一定的密度 ，在垂直着平行包裹体的方向就会在点光源照射下有一条亮线 （称为猫眼）,这样的碧玺原料切磨出来才会有猫眼效果。猫眼碧玺同样有很多颜色，虽然猫眼效应比较明显，但是由于其管状内含物排列较疏很难达到纤细如丝的程度，所以猫眼碧玺的眼线会给人略微粗糙的感觉，个别质量较差的碧玺猫眼由于内含物粗大，可以直观的从正面看到，大大影响了其价值。 二、石榴石：彩宝大腕 石榴石的名字给人以红色的遐想，但是在其重要的七大品种中除铁铝榴石、镁铝榴石等常见红色外，钙铝榴石与钙铬榴石都是绿色的，而锰铝榴石又呈现柠檬黄色，所以石榴石也是一个色彩缤纷的宝石大家族。因自然界中产出浑圆状的红色石榴石晶体相似于石榴籽的形状与颜色而得名。石榴石的英文名为Garnet，意思为“像种子”或“有许多种子”。石榴石是最早被使用的宝石之一，中国古代因石榴石宝石颜色深红带紫，故称其为“紫牙乌”，相传其名来源于古代阿拉伯语“牙乌”，意为红宝石。但是石榴石这个名字仍然使用至今。不同种类的石榴石有很多不同的颜色，包括红、橙、黄、绿、蓝、紫、棕、黑、粉红及透明。总体来说，石榴石的价值依颜色从绿色、橙黄色、红色到暗红色依次降低。石榴石的产地分布于世界各地，其中前捷克斯洛伐克、印度、斯里兰卡、美国及前苏联、巴西、非洲是石榴石的著名产地。中国新疆、黑龙江、广东、广西、云南等地也有大量石榴石产出。 三、橄榄石：太阳宝石 橄榄石是一种典型的草绿色宝石，晶莹剔透、颜色清淡，虽然在中国的市场占有率不高，但在欧美有众多的喜爱者，中国河北出产高质量、大颗粒橄榄石也大多出口至美国等西方国家。橄榄石因其颜色多为橄榄绿色而得名，英文名称为Peridot,另一个名称Olivine为矿物学名词，橄榄石为8月的生辰石，古罗马人认为橄榄石具有太阳般神奇的能量，可以驱除邪恶，降妖伏魔，给人类带来光明和希望。橄榄石大约是3500年以前，在古埃及领土圣·约翰岛发现的，被认为是太阳宝石。橄榄石主要分为浓黄绿色橄榄石、金黄绿色橄榄石、黄绿色橄榄石、浓绿色橄榄石（也称黄昏祖母绿或西方祖母绿、月见草祖母绿）和天宝石（产于陨石中，十分罕见）。优质橄榄石呈透明的橄榄绿色或 黄绿色，清澈秀丽的色泽十分赏心悦目，象征着和平、幸福、安详等美好意愿。世界上最大的一颗宝石级橄榄石产于红海的扎巴贾德岛，重319克拉，现存于美国华盛顿SmithsonianInstitution博物馆。中国河北省张家口万全县大麻坪发现的橄榄石，重量5克拉，取名为“华北之星”，是中国最大颗的橄榄石。 四、托帕石：金色帝王 托帕石英文名称Topaz,，矿物学名称为黄玉，也有人称其为黄宝石，但这并非指黄色蓝宝石。十一月的幸运石，象征友情和爱情。托帕石有很多颜色，无色、橙黄色、紫罗兰色、红色、蓝色、淡绿色、黄棕色至褐黄色、浅蓝色至蓝色、粉红色至红褐色等。当托帕石内部具有平行排列的气液两相填充的管状内含物时，经适当打磨便可产生猫眼效应。托帕石产地分布较广，不同产地托帕石颜色差异很大。世界上95%以上的托帕石产在巴西米纳斯吉拉斯伟晶岩中，这里产出的托帕石堪称世界之最，现藏于美国纽约自然历史博物馆。托帕石的品种也是根据颜色分类的，可分为四类：雪莉黄玉、黄色黄玉、粉红黄玉、无色黄玉。它的颜色与净度是评价其价值的两大因素。雪莉色和粉红色价值很高。 五、尖晶石：红宝姐妹 尖晶石是一种名贵的宝石，其艳丽不逊于红宝石，而它的纯洁无暇是红宝石所无法比拟的，它因与红宝石的伴生关系而蜚声国际。其质地清澈、颜色鲜活。在珠宝市场一枝独秀，大有独领彩色宝石之风骚的趋势。尖晶石英文名为Spinel，意为“红色或橘红色的天然体”。主要产地有缅甸、斯里兰卡、泰国、肯尼亚、尼日利亚、坦桑尼亚、巴基斯坦、越南、美国和阿富汗等。常见品种有：红色与橙色尖晶石、蓝色尖晶石、绿色尖晶石、无色与变色尖晶石、星光尖晶石。 六、锆石：天然的钻石替代品 英文名称为Zircon。在印度，锆石被称为“月蚀石”，因其常见红色、金黄色、无色。相传犹太主教法衣前面佩戴的十二种宝石中就有锆石，称为“夏信斯”，即风信子，所以锆石在矿物学中有叫做风信子石。锆石是一个大家族，分为高型、中型、低型三大类，高型锆石有很多过人之美，并不输于钻石多少。著名产地有挪威南部（以橙色即红色锆石闻名）和俄罗斯拉乌尔南部山脉，其余著名产地有产各色锆石的柬埔寨，产大颗粒红色、蓝色与褐色锆石的泰国等，中国的锆石产地分布较广，宝石级锆石主要分布于福建、海南、新疆、辽宁、黑龙江等地。锆石通常用于高档饰品镶砌，是替代钻石的不二之选，颜色多样，有无色、紫红、黄褐、淡黄、淡红、绿等，金刚光泽，非常眩丽。世界上最著名的蓝色锆石，重208克拉，现珍藏于美国纽约自然历史博物馆。不同的宝石也各有其象征的含义。洁白、绚丽、耐久，象征着纯洁无瑕，爱情忠诚不变的信念，几十年来人们用金属镶嵌的钻石戒指作为订婚、结婚的信物。珍珠典雅、高贵、靓丽，象征着健康、福贵、长寿，是馈赠女性和长辈礼物的最佳选择。

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