合成彩色水晶的类型

合成品种

二、合成品种

1.合成绿柱石

1)合成祖母绿

1946年奥地利莱菲雷诺(Lechleitner)用水热法成功地在实验室合成出了祖母绿，1965年美国的Linde公司实现了水热法合成祖母绿的商业生产，1988年我国有色金属工业总公司广西桂林宝石研究所曾骥良等人用水热法合成出质量较好的宝石级祖母绿，最大的一颗达到6.42 ct。各个厂家采用的具体的生产工艺不完全相同，商家对此严加保密。而合成产品的变化也较多，各类型的合成祖母绿相应的宝石学特性有细微的差异。目前，合成祖母绿的国家或公司主要有奥地利的莱菲雷诺(Lechleitner)、美国的林德(Linde)、中国桂林宝石研究所等。

(1)原料:按比例配比的BeO、SiO₂、Al₂O₃及微量的Cr₂O₃的粉末的烧结块沉于高压釜底部，水晶碎块作为二氧化硅的来源，用铂金网桶吊挂在顶部。

图10-7-1　水热法合成祖母绿装置

(2)矿化剂:为含碱金属或铵的卤化物，国内采用HCl，充填度(充满高压釜内部空间的百分比)80%。

(3)籽晶:取自天然或合成的无色绿柱石或祖母绿，籽晶沿与柱面斜交角度为35°方向切取，长成的晶体为厚板状或柱状。也可平行柱面和底轴面切取，生长成板状晶体。籽晶用铂金丝挂于高压釜中部。

(4)温度:600℃。

(5)工作压力:1．0×10⁸Pa。

(6)高压釜:内衬铂金属(或黄金)衬里;电炉在高压釜的底部加热，溶解的原料在溶液中对流扩散，相遇并发生反应，形成祖母绿溶液。当祖母绿溶液达到过饱和时，便在籽晶上析出结晶成祖母绿晶体(图10-7-1)。

(7)生长速度:0.5～0.8mm/d。

2)其他颜色绿柱石

水热法红色绿柱石早在20世纪90年代中期就由俄罗斯合成。因市场需求有限，产量不大。合成红色绿柱石加入的致色元素为Co²⁺及少量铁，而日本、澳大利亚等其他国家的产品加入的致色元素为Mn⁴⁺、Mn²⁺、Ti³⁺等。

合成红色绿柱石晶体为平行籽晶板延长方向的板状。籽晶板厚度为0.7～1mm，通常为无色的，也有绿色或紫红色的。内部特征:垂直籽晶面方向可见“V”形臂章状生长条带，在某些方向上显示近于平行的波状生长纹理、针状包裹体、单相流体或气液两相包裹体、黑色不透明的六方板状赤铁矿包裹体。

图10-7-2　各种彩色合成水晶晶体

此外，还有合成海蓝宝石。

2.合成石英(水晶)

合成水晶已经有近百年的历史，而合成彩色水晶主要出现于20世纪70年代。目前全世界每年生产约20t彩色水晶用于珠宝业(图10-7-2)。

(1)原料:去皮的水晶碎块。

(2)矿化剂:一般采用NaOH、Na₂CO₃、K₂CO₃或KCl、NaCl，充填度为80%。合成彩色石英时，则采用碳酸钾或碳酸钾与氢氧化钠的混合液，尤其是在加入了色素离子铁时，不采用碳酸钠，以避免在溶液中形成硅酸铁钠(锥辉石晶体)影响铁进入晶体。

(3)籽晶:对合成不同颜色的石英要选用不同方向的籽晶片。合成紫晶时籽晶板通常平行于菱面体面方向;合成黄水晶的籽晶板平行于底轴面。籽晶挂在高压釜中部。

表10-7-1　合成彩色水晶添加的致色元素及随后的处理

(4)温度:360℃左右，底部溶解区温度略高，为360～380℃，上部生长区略低，为330～350℃。

(5)压力:(1.1～1.6)×10⁸Pa。

(6)高压釜:釜内不必衬贵金属衬里，因为有反应物形成的保护膜。

(7)生长过程:原料放在高压釜内温度较高的下部，籽晶悬挂在温度较低的上部。釜内填以一定容量和浓度的矿化剂。当容器内的溶液由于上下部之间的温差产生对流时，高温区的饱和溶液被输送到低温区，变成过饱和状态，便在籽晶上生长。

(8)为了获得彩色水晶，有时除了加入致色元素外，还要对长成的晶体进行热处理或辐照处理(表10-7-1)。

3.合成刚玉

水热法红宝石是20世纪中叶成功合成的，但直到1992年才由前苏联的Tairus公司真正实现商业化生产。

(1)原料:合成无色刚玉碎块或Al(OH)₃;另加致色元素。

(2)矿化剂:采用KHCO₃和Na₂CO₃的混合液，充填度为80%。

(3)温度:500～560℃，底部溶解区温度略高，上部生长区略低，为470～480℃。

(4)工作压力:0.75×10⁶Pa。

(5)高压釜:内衬贵金属衬里。

(6)籽晶:通常选用焰熔法合成刚玉作籽晶。

(7)合成红宝石采用的致色元素为Cr，但合成其他颜色的蓝宝石采用的致色元素与天然的对应品种并非完全一致。如:合成黄色蓝宝石采用的致色元素是Ni³⁺，合成蓝色蓝宝石采用的致色元素是Ni²⁺，而天然的黄色蓝宝石由Fe³⁺致色，蓝色者则由Fe²⁺和Ti⁴⁺致色。