人工宝石的一般概念

一、概述

材料科学是现代文明的三大支柱(能源、信息、材料)之一，是人类文明的物质基础。晶体生长是材料科学研究的重要内容，合成与生长各种新型的功能晶体材料是21世纪高科技发展的前沿课题。随着人们对宝石材料的需求剧增，人工宝石的生长成为晶体生长中的一个重要分支。无疑，了解掌握人工宝石的生长原理、方法、鉴定特征成为宝石学的重要内容。

人工晶体是用科学的方法在实验室或工厂里人工制造的晶体。人们将那些可以作为宝石用途的人工晶体称为人工宝石。人工宝石主要分为两类，一类是合成宝石，这类产品与其对应的天然宝石具有相同的化学成分、晶体结构与物理性质，即是天然宝石在实验室的复制品。例如，红宝石与合成红宝石；祖母绿与合成祖母绿。这类宝石必须在宝石名称前加前缀“合成”。另一类是人造宝石，这是指那类纯粹由人工研制，在自然界没有与其相对应的晶体，但外观与天然宝石十分相近，人造宝石定名时应直呼其名，不可与其相似天然宝石的名称相联系。例如，钛酸锶(SrTiO4)外观与钻石相似，但决不能称为“人造钻石”等易引起误解的名称。我国的“国标”中将拼合宝石和再造宝石也划入人工宝石之列。

人工晶体的发展史也是合成矿物的发展史，人类不仅可以在实验室里制造出与天然宝石相同的合成宝石，而且可以创造出自然界没有的宝石矿物。远在1902年法国化学家维尔纳叶( Verneuil)就发明了用焰熔法生长红宝石，这是最早合成宝石的成果。但在以后的40年里，人工合成晶体的发展缓慢，直到20世纪60年代，出现了水热法合成水晶和合成祖母绿，以及其后随着电子、通讯和航天工业的发展，又相继合成与生长了多种新型的功能晶体材料，从而更加促使晶体生长科学技术的进一步发展。实验业已证明，一些高新科学技术的发展，无一不和晶体材料密切相关。

我国人工晶体的研究，开创于20世纪50年代中期，50 多年来，该领域的研究从无到有，从零星的实验室研究到现在初具规模的产业，进展相当迅速。现在我国的合成水晶，合成金刚石已成为一个高技术产业，立方氧化锆、合成各色刚玉等宝石与磷酸钛氧钾(KTP)等非线性光学材料，均已进入国际市场的竞争行列。部分晶体的研制已达到了国际先进水平。目前中国的研究人员正在进行更广泛更深入的探索。空间微重力条件下的晶体生长研究已经起步，由传统的块状晶体发展起来的具有量子效应和超晶体结构的薄膜晶体材料也越来越被重视。总之，我国人工晶体材料的成就和发展，推动了我国科技和人工宝石的应用。

二、晶体生长的理论基础

晶体生长是一门综合性很强的多学科交叉的科学。它的发展需要物理学、化学、晶体学、晶体生长和工程技术方面的专家通力合作互相配合才能发展。因此，学习晶体生长也必须具备一定的相关知识。

晶体生长的理论基础是晶体生长的热力学与动力学，可以认为，晶体生长是控制物质在一定的热力学条件下进行的相变过程，通过这一过程使该物质达到符合所需要的状态和性质。通常晶体生长是使物质从液态(熔体或溶液)变为固态，结晶为单晶体。即为热力学中相平衡和相变的问题。相图(也叫相平衡图)则是将物质体系中各相可能存在的状态，随成分和温度(或压力)改变的情况表示出来的一种图示。它可以展示出整个晶体生长过程的大概趋势。图9-1-1是最简单的水的单元系相图。在一个体系中各相平衡时遵循相律的规则。相律是表示一个多相平衡体系的自由度(f)与相数(Ф)、组分数(c)及影响平衡的外界条件数目之间的关系的一个方程式。相(Ф)是指体系中均匀一致的部分，它与别的部分有明显的分界线。例如，在一个大气压下，冰为一相，水为另一相。同一种物质的固态由于结构不同，也属于不同的相，例如金刚石与石墨为两相Ф=2。但气体状态即使是不同成分的气体也都是单一的相。组分(C)是体系内可以独立变化的元素和化合物。图9-1-1中水、冰、水蒸气组成的体系，一个组分H2O，c=1，称单元系，盐水是NaCl的水溶液，组分数c=2(NaCl和水)。自由度(f)是指一个平衡体系的可变因素(温度、压力、成分等)的数目。图9-1-1中在水的区域内温度和压力可以任意改变，而不产生水蒸气或冰，其自由度f=2，在相图的三条线上两相共存，如CA线上水蒸气与冰共存，由于温度与压力有一个对应关系，自由度f=1。而在图中C点水、冰、水蒸气三相平衡，即这3个相只有在C点固定的温度和压力下平衡共存，体系无可变因素，自由度f=0，称不变体系。人们可以根据相图中相变化的情况来选择温度和压力等条件，进行晶体生长。

图9-1-1 水的相图

晶体生长是一个相变过程，但又是一个动态过程，要得到尽可能完美的晶体，还必须考虑生长动力学因素，包括成核理论，界面动力学，输运过程等。这是晶体生长的一个重要内容，但已超出本教材大纲的要求在这里就不详细介绍了。

三、晶体生长的方法

晶体生长的方法和工艺很多，根据生长环境，可分为从熔体中和从溶液中生长晶体两大类。此外还有气相生长和固相生长等方法。

从熔体中生长晶体的方法已有很长研究历史，这类方法是指将不加助熔剂的原料，加热到熔点以上熔融成熔体，控制生长条件直接从熔体中生长晶体的方法。熔体生长通常具有生长快、晶体的纯度高及完整性好等优点，但常常需要过高的温度，并受耐火材料和坩埚材料等限制。目前熔体生长的工艺和技术已发展得相当成熟。熔体生长的技术和工艺很多，用于人工宝石生长的方法主要有：焰熔法，冷坩埚，提拉法，坩埚下降法等，有些资料将高温高压法和区域熔融法也包括在该类方法中。

从溶液中生长晶体的历史悠久，基本原理是将原料(溶质)溶解在溶剂中，采取适当的措施制造溶液的过饱和状态，使晶体在这种溶液中生长。这类方法晶体可在远低于熔点的温度下生长，黏度低、晶体易长成大块且具有较完整的外形等优点，因而这类方法发展很快。不足之处是组分多，影响晶体生长的因素复杂，生长速度慢，周期长。溶液生长法主要有三大主体：常压溶液法(水溶液法)，高压溶液法(水热法)，高温溶液法(助熔剂法或熔盐法)。常压溶液法主要用于常压下可溶解晶体的重结晶。如：食盐、白糖和一些化学药品。一般不用于宝石生长。水热法和助熔剂法是生长人工宝石的重要方法，下文将详细讨论。

合成立方氧化锆石也称CZ钻，最早由前苏联人合成，在70年代，合成立方氧化锆石作为钻石的仿冒品成功地推向市场。

合成立方氧化锆与锆石是完全不同的两种宝石。合成立方氧化锆的化学成分为ZrO2，是等轴晶系的人工合成宝石，是非贵金属类流行饰品广泛应用的装饰宝石。合成立方氧化锆石一般用冷坩埚熔壳法合成。

扩展资料：

立方氧化锆在光学上与钻石（金刚石）非常接近，一般人未必能分别两者。但是在显微镜下二者仍然有一定分别：

色散：立方氧化锆的色散为0060，高于钻石的0044。因此立方氧化锆看来比钻石更为熣灿。

硬度：立方氧化锆的摩氏硬度为85至90，钻石为10。

比重：立方氧化锆比钻石重17倍。但是这特点只能用来分别未镶嵌的宝石。

瑕疵：如今生产的立方氧化锆基本上是内外完美无瑕的。而天然钻石极少是完全内外无瑕。

-合成立方氧化锆

莫桑钻是人造宝石，不是钻石的一种，也可以做戒指，更像是钻石的一种替代品，类似于牛肉和猪肉的关系。

钻石也会分天然钻石和人造钻石，所以要注意区分人造钻石和莫桑钻。不同于钻石，天然存在的足够分量的莫桑钻几乎不存在，由于天然莫桑钻的极其稀缺性，天然莫桑钻价格要高于钻石。因为天然莫桑钻极其罕见，故而市面上的莫桑钻（宝石）说的都是实验室合成的人造宝石。

莫桑钻价格低于钻石，钻石的价格会随着起个头增长而成指数增长，莫桑钻就不同了，其价格随个头增长几乎是线性的（见下图），可见莫桑钻要便宜的多。

莫桑钻硬度仅次于钻石，如果将钻石的硬度定义为10 ，莫桑钻的硬度便是925，而且莫桑钻的折射率要略高于钻石，火彩色散度几乎是钻石的两倍，打磨好的莫桑钻光泽比起钻石不逊下风，钻石戴在手上脏了可能会变暗，而莫桑钻戒指弄脏了色泽几乎不减。莫桑钻可以做出钻石能做的任何形状和大小，而且因为其人造性质，在形状和大小方面，莫桑钻的选择更多与钻石，因而能更好的满足客户在这方面的需求。

莫桑石在光线折射线略泛彩光，色调偏黄绿；钻石在光线折射下泛白光（见下图），可以有不同的色调。

小个头的莫桑钻和钻石，很难辨别，但随着个头增长，莫桑钻反光更明显（见下图），可以凭借这一点辨别二者，但即便是这样，如果不是留心注意的话，二者几乎在外观表现上几乎一样。

总的来说莫桑石色泽媲美钻石，硬度媲美钻石，价格又实惠，确实是钻石的一种不错的替代品。但论价值，显然是钻石更高一筹。

1、性质不同：人工宝石完全或部分由人工生产或制造，用作首饰及装饰品的材料。合成宝石则是完全或部分由人工制造且自然界有已知对应物的晶质或非晶质体。

2、成分不同：合成宝石按照某些天然宝石的化学组成，模拟在自然界中形成时的物理化学条件，用人工结晶或重结晶方法生成的人造宝石。人工宝石则不是。

3、命名的方法不同：人工宝石除经过热处理的宝石无需注明外，其他方法优化的宝石必须加上优化两字，否则视为欺骗行为。合成宝石则不是。

扩展资料：

注意事项：

1、珠宝饰品应独立存放、以免相互碰撞摩擦刮出划痕。

2、珠宝及金类饰品在佩戴时应尽量避免接触化妆品、香水、指甲油及漂白剂、含铅、汞元素的化学品，以免被腐蚀而影响美观。

3、睡眠、沐浴、剧烈运动时请不要佩戴饰品，以免首饰压折、变形、镶嵌饰品金属松动，导致钻石脱落。

4、钻石首饰虽然性质稳定、坚硬、但千万不能让它与坚硬物体撞击或跌落地上，以防钻石碎裂或缺损。

5、佩戴两枚以上戒指时，应隔开一个手指，以免首饰相互磨损。

6、钻石具有亲油性，易将油渍吸附于表面，请避免在从事厨房工作时佩戴。

-合成宝石

-人工宝石

高价值也为市场上带来了不少假冒的蓝宝石，广大买家务必谨慎。

　　蓝宝石主要是属于珠宝范畴内。随着社会的进步与发展，人生生活水平的日益提高，收藏珠宝变得十分普遍。但是在买卖和收藏的过程当中，一定要具有一定的鉴定辨别的知识。

　　与假冒蓝宝石不同，人工合成蓝宝石往往较难与天然蓝宝石区分，因为随着科技的进步，人工合成宝石的技术已经日渐成熟。

人工合成蓝宝石的基本鉴别方法是：

首先看蓝宝石的光泽，人工合成蓝宝石的光泽往往色泽刺眼，光彩非常肤浅，缺少了天然色泽的深沉感。而天然的蓝宝石颜色纯度高、不刺眼，光彩是自里向外自然射出。

然后，看宝石的质地，质地的结构是否为天然结晶，天然结晶的结构往往是凌乱的、无序的，所以具有这样结构特征的通常是真品。而人工合成的蓝宝石，其生长过程不想在大自然里那样复杂、多样，所以结晶往往十分有序。

最后看宝石的内含物，不少人工合成的蓝宝石里面是洁净无瑕的，但是这通常也是假货。因为天然的宝石在自然环境的生长过程里总是会有些杂质参杂进去的，洁净无瑕的几乎没有。此外，一下气泡包裹体虽然也是杂质，但是它却能成为断定宝石是人工合成的鉴定特征。

　　当然，上文中介绍的仅仅是一些非常基本的鉴别方法。如果要想更深入地学习辨别，还要多学、多看、多实践，这样掌握鉴定的技巧。

人工合成宝石，可简称为人工宝石，是指人们运用现代科学技术的基本原理和方法，选用适宜的原材料，通过合理的工艺、技术流程，在实验室或工厂里制造出来的用作首饰及装饰品的材料。