2+珠宝玉石的性质.ppt

第二章宝玉石的性质 第一节宝石的结晶学特征第二节宝石的力学性质第三节宝石的光学性质第四节宝石的其它物理性质第五节宝石中的包裹体第六节宝石的加工款式 第一节 宝石的结晶学特征 一 晶体与非晶体晶体 内部结构原子或离子在三维定向成周期性重复有序排列的固体 非晶体 内部结构中原子或离子无序排布 不能自发形成几何多面体外形 二 晶体习性 三 对称要素 中心面轴四 七大晶系 三斜 无L2或P单斜 L2和P均不多于1斜方 L2和P不少于三个三方 L3高次轴六方 L6高次轴四方 L4高次轴等轴 3L4 第二节宝石的力学性质 一 宝石的硬度二 宝石的解理和断口三 宝石的韧性和脆性四 宝石的比重 相对密度 一 宝石的硬度 硬度 指宝石抵抗其它物体刻划或压入其表面的能力 根据测量方法 可表示为 刻划硬度 相对硬度压入硬度 绝对硬度 1 硬度的表示方法 1 摩氏硬度 属于一种刻划硬度 即利用摩氏硬度计与被测矿物相互刻划比较而测定的硬度 摩氏硬度计由十种不同硬度的矿物组成 分为十级 滑石 石膏 方解石 萤石 磷灰石 正长石 石英 黄玉 刚玉 金刚石 2 努普 Knoop 硬度 属于一种压入法测试的显微硬度 压入头是一个用金刚石制成的菱面锥体 压痕的长对角线为短对角线的7倍 为深度的30倍 以一定荷重 1kg 将压头压入试样 根据压痕对角线长度和荷重计算努普硬度 Hkn 值 计算公式 Hkn P Cp L kg mm2 P 压入头荷重 kg mm2 Cp 努普压痕常数 0 07028L 压痕的长对角线长度 mm2 2 硬度在宝石中的作用 1 硬度对宝石加工的影响 2 硬度对宝石鉴定的作用测试硬度的常用工具有 硬度笔 用标准硬度矿物碎片镶在笔杆上制成 硬度板 用标准硬度矿物研磨抛光制成的方形小片 二 宝石的解理和断口 解理和断口都是宝石材料在外力作用下所表现出的破裂面性质 解理仅出现于宝石晶体中 而断口不论在晶体 非晶体以及矿物集合体上都可以发生 解理在宝石中的作用 鉴定 同种宝石晶体的解理特征 解理组数 方向 完善程度 解理角 总是相同 加工 具极完全和完全解理的宝石材料难于加工 因容易碎裂 沿解理面方向难抛光 可利用解理方向分割宝石 保养 解理发育的宝石对宝石的耐用性有一定影响 受力后容易破碎 2 断口及其在宝石中的应用 贝壳状断口 水晶 锆石 橄榄石 芙蓉石 欧泊 玛瑙 绿松石等 参差状断口 磷灰石 翡翠 软玉 青金石 石英岩玉 木变石等 断口的形态特征可以作为鉴定宝石的辅助依据 通过对断口的观察 可以了解玉石质地的细腻程度 质地细腻者 断口平坦或近似贝壳状 质地粗糙者 断口参差粒状 三 宝石的韧性和脆性 1 定义2 韧 脆性与硬度的关系 没有必然关系 硬度大的宝石不一定韧性大或脆性小 如金刚石 虽然是硬度大的物质 但硬而不韧 它可以刻划钢锤 却经不起钢锤一击 甚至掉到地上也可能碰碎 3 宝石的韧 脆性特点 单晶质宝石大多有一定脆性 尤其是离子键性程度较高的宝石 脆性较大 脆性还与解理发育程度有关 例如 钻石 有较发育的八面体完全解理 因而较性脆 黄玉 有垂直C轴发育的完全解理 故脆性大 玉石的韧 脆性与其组成矿物之间的接合方式有关 例如 软玉 翡翠都具有很大的韧性 因具显微纤维状紧密交织结构 颗粒间的接合力强 石英岩玉 青金石等的韧性较低 是因具粒状结构 颗粒间的结合力弱 常见宝石材料的韧性由强 弱 黑金刚石 软玉 硬玉 刚玉 金刚石 水晶 海蓝宝石 橄榄石 祖母绿 黄玉 月光石 金绿宝石 萤石锆石祖母绿 4 韧 脆性对宝石加工及使用的影响 韧性大的宝石一般加工难度较大 主要是不易抛光 脆性大的宝石一般也不好加工 因容易破碎 对于韧性低或脆性大的宝石在加工和使用过程中要注意维护 以免受外力影响而破碎 四 宝石的比重 相对密度 1 定义及意义 比重 相对密度 在国际单位制和我国的法定计量单位中 已改用相对密度 但由于行业习惯 在宝石界仍普遍使用 比重 一词 意义 是宝石的重要物理性质 也是一项稳定的物理常数 对于鉴定宝石十分重要 2 比重的测定方法静水称重法 用比重天平分称出宝石在空气中重量W1和宝石在水中重量W2 然后按下式计算比重SG值 SG W1 W1 W2 重液法 第三节宝石的光学性质 颜色及其成因透明度光泽折射率与双折射率色散 多色性宝石的发光性宝石的特殊光学效应 一 宝石的颜色 研究意义 是评价宝石质量和价值的重要依据 不少宝石的特有颜色可以作为其重要鉴定特征 了解宝石颜色的致色原因 对宝石的合成 改色 鉴别等工作都一定的指导意义 1 颜色的本质 颜色是具有一定波长的电磁波 一定波长的可见光 会呈现一定的颜色 在整个电磁波谱中 能引起人眼视觉的可见光只是一小部分 一般取400 700nm波长作为可见光的范围 实际范围可达380 780nm 单色光的波长由长到短 对应的颜色感觉由红到紫 430 380nm紫色560 530nm黄绿470 430nm蓝色590 560nm黄色500 470nm青色620 590nm橙色530 500nm绿色770 620nm红色 颜色表示方法 波长 单位 纳米 nm 能量 E 单位 电子伏 ev E ev nm 1240400nm紫光相当于3 10ev 700nm红光相当于1 77ev即可见光的能量范围大致为1 77 3 10ev 波长越短 能量越大 宝石的颜色是宝石对不同波长的可见光选择性吸收的结果 当可见光 白光 照射宝石时 如果宝石选择吸收了某些波长的色光 则宝石呈透射或反射色光的混合色 相当于被吸收色光的补色或补色的混合色 如果宝石普遍均匀的吸收所有色光 则宝石随吸收程度不同而呈黑 灰或白色 如果所有的色光都有通过宝石 则宝石呈无色透明 2 宝石的致色机理 四种机理 过渡金属离子的内部电子跃迁致色离子间的电荷转移致色色心致色物理光学致色 1 过渡金属离子的内部电子跃迁致色 色素离子 Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu这类离子存在d轨道上未成对的单电子 受到周围配位体阴离子电子云影响 d轨道的能级会发生分裂 所产生的能量差值可能与某种波长的可见光能量相当 当白光入射宝石晶格 d电子受到相同能量光波激发 从基态 低能轨道 跃迁到激发态 高能轨道 这部分光波的能量转移给被激发电子 即吸收 其余光波透射或反射出宝石 混合呈色 自色宝石和他色宝石自色宝石 橄榄石 铁铝榴石 孔雀石他色宝石 红宝石 祖母绿研究意义 2 离子间电荷转移致色 在晶体结构中 相邻离子间在外来能量 光能 作用下 可使电子从一个原子的轨道跃迁到另一个原子轨道上去 即离子间发生电荷转移 蓝宝石的致色原因蓝宝石成分 Al2O3含Fe2 Ti4 等杂质 Fe2 Ti4 电荷转移吸收红 黄光 呈蓝色 3 色心致色 色心 可以吸收光波的晶体结构缺陷 主要有两种 缺失原子 缺位 受放射性幅照捕获1个电子形成电子色心 额外原子 填隙原子 受放射性幅照激发1个电子形成空穴色心 两者结果都造成有不成对的电子而发生能级分裂 吸收光波产生颜色 例 紫色萤石的致色原因萤石成分 CaF2由于Ca2 含量过高和受放射性幅照影响 造成F 缺位而为电子占据 电子色心 该色心吸收黄绿光波 使萤石呈紫色 例 烟晶的致色原因成分 SiO2Si4 Al3 H Na 受幅照后 Al3 邻近的O 的1个价电子被激发离开其轨道 出现未配对电子 空穴色心 产生极强的紫外 可见光范围的吸收 呈烟灰色 4 物理光学致色 指由于宝石内部的结构 构造 裂隙 包裹体等到因素 对光发生物理光学作用而使宝石呈色 这些作用主要有 1 干涉作用致色 2 衍射作用致色 3 散射作用致色 4 有色包体致色 1 干涉作用致色干涉 当两条光线相遇而叠加沿同一路线传播时 由于彼此的位相原因造成光波相互增强或抵消的一种光学现象 其效果是产生非纯正光谱色 常见于有裂隙 薄层包裹体或具不同物质薄层结构的材料 例一 晕彩石英 由于存在充填于裂隙中的气 液薄膜 呈现虹彩 例二 珍珠 两种折射率不同的物质 珍珠层和有机质层 呈同心层状交替构成 对光层层反射和折射 相互干涉产生晕彩 2 衍射作用致色衍射 为光干涉的一种特殊类型 产生衍射的宝石具有规则的不同折射率的交替层堆积 当白光与之相互作用时发生光波的定向传播 其效果产生纯正光谱色 这种现象主要见于欧泊 3 散射作用致色宝石材料内部结构不规则 或粒度超出衍射限定范围 约100 400nm 或含直径大于可见光波长的包裹体 微晶微裂隙或气泡 入射光线与这些不符合衍射条件的物质界面相互作用 造成光在不同方向上的反射而呈现颜色 例 普通蛋白石 乳石英等 4 有色包裹体致色宝石材料中含有有色包体杂质 因它们的体色影响 使宝石呈现出相应的颜色 例如 石英中可含蓝线石包体而呈蓝色 日光石因含红色赤铁而呈红色等 二 透明度 透明度 指宝石允许可见光透过的程度 有关因素 宝石晶体的透明度与其化学成分和结构有关 如果内部存在有较多自由电子 电子跃迁会吸收大量光波 透过光少 故透明度低或不透明 如果内部不存在自由电子或较少 则对光波的吸收少 透过光多 透明度较高 玉石的透明度与组成矿物的透明度和集合体方式有关 一般透明度低或不透明 即使主要由透明矿物集合而成 因内部颗粒之间的界面对光线产生散射 也表现出较低的透明度 与宝石中的杂质 包裹体 裂隙 以及表面是否光滑等因素有关 宝石透明度分级宝石的透明度通常是对加工成一定规格大小的成品而言 分级标准 五级 1 透明 可充分透过可见光 隔着宝石可清透视另一侧物体 如优质钻石 水晶等 2 半透明 可较好地透过部分可见光 隔着宝石可透射另一侧物体 但不清淅 如电气石 月光石等 3 亚透明 可较差地透过部分可见光 隔着宝石不能透视另一侧物体 如优质翡翠 软玉 岫玉 玉髓等 4 半亚透明 只能透过很少可见光 或光线只能透过宝石薄片 如玛瑙 黑曜岩 天河石等 5 不透明 基本上不能透过可见光 即使磨成薄片也不透明 如青金石 孔雀石等 三 光泽指宝石表面对可见光的反射能力 但对透明度很高的宝石来说 其光泽应是反射光量 主要 和透射光量 次要 的总和 宝石光泽的强弱取决于宝石的折射率 N 吸收系数 K 反射率 R 它们的关系如下 透明宝石R N 1 2 N 1 2 不透明宝石R N 1 2 K2 N 1 2 K 根据折射率 N 分类 金属光泽N 3赤铁矿 半金属光泽N 2 6 3 0金红石 金刚光泽N 2 0 2 6金刚石 半金刚光泽N 1 9 2 0锆石 强玻璃光泽N 1 7 1 9金绿宝石 钙铝榴石 玻璃光泽N 1 54 1 70尖晶石 电气石 水晶 半玻璃光泽N 1 21 1 54欧泊 萤石 宝石的特殊光泽油脂光泽 由于极微细的粗糙表面 抛光面或断面 使光线漫反射而显示油脂般的反光现象 如软玉 蛇纹石玉 石英断口等 蜡状光泽 由隐晶质块体或微细颗粒表面对光线漫反射而呈现出蜡状反光现象 较油脂光泽弱 如绿松石 玉髓等 树脂光泽 由于质软或折射率低 呈现出如同树脂般的微弱反光现象 如琥珀 塑料等 丝绢光泽 由于具有纤维状结构或构造 各纤维的反射光相互影响而呈现出丝绢般的反光现象 如木变石 纤维石膏等 珍珠光泽 为珍珠特有的光泽 因具有细微的同心层状结构 对光层层反射干涉而呈现出朦胧的晕色光泽 四 折射率与双折射率折射率RI N 折射率是宝石的一种稳定光常数 各种宝石都其固定的折射率值 故是鉴定宝石的重要依据 例如 钻石2 42红宝石1 762 1 770水晶1 544 1 553尖晶石1 71 1 73光泽与折射率的关系 双折射与双折射率非均质体 各向异性 宝石 除等轴晶系外的其它六个晶系 具双折射 有多个折射率值 一轴晶 四方 三方 六方晶系 二个主折射率Ne No Ne No 正晶 NeNm Np 正晶 Ng Nm Nm Mp 负晶 Ng Np 双折射率 双折射率也是鉴定宝石的光学数据 双折射率 DR 例子红宝石 0 008碧玺 RI1 62 1 65 DR 0 014托帕石 RI1 61 1 63 DR 0 008 0 010双折射率很大的宝石材料 可呈见出明显的双影现象 如冰洲石 0 172 金红石 0 287 锆石 0 059 等 双折射双影现象及其明显程度可作为肉眼鉴别非均质体宝石的标志 五 色散 多色性色散 火彩 色散值 指一定波长的紫光 430 8nm 和一定波长的红光 686 7nm 这两个波长分别是太阳光谱中的G线和B线 在晶体中产生的折射率之差 例如 钻石NG 2 451NB 2 407色散值 0 044 影响宝石色散现象 火彩 的因素 宝石材料本身必须具备足够大的色散值 一般色散值在0 03以上的透明无色或浅色宝石都可产生明显的色散现象 宝石刻面的切磨比例和角度 只有刻面比例和角度 冠角 亭角 合适 才能产生较好的色散现象 色散例子钻石 0 044 CZ 0 065低 0 01 0 02中 0 02 0 03高 0 03 0 06 多色性 晶体内部不同方向上晶格结构存在差异 除造成折射率不同外 同时对光波的吸收不同 因而呈现不同的颜色 均质体宝石 非晶质体 等轴晶系 各向同性 对光波无吸收差异 不具有多色性 非均质体宝石 各向异性 对光波有吸收差别 可具有多色性 二色性 四方 三方 六方晶系宝石 三色性 斜方 单斜 三斜晶系宝石 六 宝石的发光性 发光性 指宝石在外加能量 紫外线 X射线 的激发作用下 能发出可见光的性质 发光性分两种 荧光 在外激发光的能量停止作用时 发光也随即停止 磷光 在外激发光的能量停止作用后 发光还能继续一段时间 发光性原理发光性的实质是宝石晶体结构吸收了较高的外加能量 然后以较低的能量 可见光 再发射出来 发光过程大致经两个阶段 电子吸收光子能量进入高能级 A 电子以发射光子和释放热的形式放出能量回落到低能级 B 发光性影响因素 与宝石本身的化学成分有关 主要是过渡元素 特别是稀土元素的种类和数量有关 与外来杂质 幅照环境条件等因素有关 发光性鉴定意义 有些宝石的发光性特征较稳定 有时可作为有效鉴别依据 有些宝石的发光性特征变化很大 不能作为可靠的鉴定依据 七 宝石的特殊光学效应 指宝石外表出现的一些奇异光学现象 主要有以下几种 猫眼效应星光效应变彩效应变色效应月光效应砂金效应 1 猫眼效应 定义 指某些宝石加工成弧面型后 在其弧形表面可以呈现出一条明亮的光带 并且对着光带转动宝石时 光带也随之平行移动的光学现象 原理 宝石内部具有平行的纤维构造或含有平行密集的针状 纤维状矿物包体或管状气 液包体等 当垂直这些平行结构或构造方向将宝石切磨抛光成弧面型时 在光线照射下 弧面迎光部位的各个纤维或针 管状包体的反光点连在一起 就构成一条明亮光带 当转动宝石时 光带随着迎光部位的改变而移动 品种 金绿宝石 绿柱石 电气石 磷灰石 石英 木变石 方柱石 锂辉石 透辉石 顽火辉石 绿帘石 黝帘石 透闪石 硅灰石 红柱石 硅线石等都可以产生猫眼效应 共有20多种 以金绿宝石出现的猫眼效应最好 名称 金绿宝石猫眼石 可简称 猫眼 猫眼石 其它具猫眼效应宝石 该宝石名 猫眼 石 如 海蓝宝石猫眼 石 2 星光效应 定义 某些宝石当加工成弧面型后 在其弧形表面可以呈现出多条相互交叉的光带 构成四射 六射或十二射的放射状星光图案的光学现象 原理 宝石中含有沿着二个 三个或六个几何方向排列的针状矿物包体 或管状气 液包体 当平行这些包体的交织展布面 C轴 切磨原料加工成弧面型 各方向包体对光反射产生的光带相互交叉 就构成星状图案 品种 星光红宝石和星光蓝宝石 六射 十二射 星光芙蓉石 六射 星光绿柱石 六射 星光铁铝榴石 四射 星光尖晶石 四射 星光透辉石 四射 星光顽火辉石 四射 星光透闪石 四射 星光堇青石 四射 等 有10多种 最漂亮的是星光红宝石 星光蓝宝石 3 变色效应 定义 指某些宝石 能在日光和灯光照射下呈现不同的颜色的光学现象 变色现象最早发现于含铬的金绿宝石 变石 它在日光下呈绿 蓝绿色 在灯光下呈红 紫红色 原理 与宝石中的化学成分 Cr3 V3 有关 变石 含微量Cr3 使它对绿光透射最强 对红光透射次之 对其它光波强烈吸收 在日光照射下 由于光源中绿光成分相对较多 变石透过绿光多而呈绿色 在白炽灯 烛 油灯光照射下 由于光源中红光成分多 变石透过红光多而呈红色 品种 变石 含铬金绿宝石 其它少数含铬或钒的镁铝榴石和锰铝榴石 哥伦比亚含钒蓝宝石 东非含钒电气石等 合成刚玉变石 合成尖晶石变石 立方氧化锆变石等 4 变彩效应 变彩 主要指欧泊 贵蛋白石 所特有的晕彩 可定义为 光从欧泊所特有的结构反射时 由于干涉或衍射作用产生的一系列颜色变化现象 特点 在同一宝石表面呈现出多种光谱色 呈不规则的各种彩片分布 色彩随着转动宝石而变幻 原理 欧泊的变彩与其内部规则排列的球粒结构有关 扫描电镜观察证明 欧泊由直径150 400nm的非晶质SiO2球粒呈六方或立方紧密堆集而成 空隙中常有水和空气充填 同一彩片范围内的球粒大小相等 球粒间的空隙形状相同 距离相等 构成可以衍射可见光的空间格子 欧泊的衍射原理布拉格公式 n 2d Sin 当n 1 90 1 45 则 2 9d对400nm紫光 d 400nm 2 9 138nm对700nm红光 d 700nm 2 9 241nm结论 当球粒增大时 衍射波的波长也增加 5 月光效应 定义 指在加工成弧面型的月光石表面所呈现的淡蓝 乳白色晕彩 如同朦胧的月光 月光石 原理 与月光石所具有的薄层及格子状双晶结构有关 由钾 钠长石交替平行排列 并以两组近于正交的聚片双晶组合成的格子状双晶 两种长石层的折射率有差别 当双晶层很薄 厚度在50 1000nm时 微细的格子双晶面对入射光产生散射 无规律的散射光线再经弧面作用的敛聚 就呈现出淡蓝 乳白的晕色 6 砂金效应 定义 指宝石中的细小包体对光呈星点状反射的光学现象 如水中的砂金一样 原因 含有许多细小不透明的片状矿物包体 如云母 赤铁矿等 品种 日光石 含赤铁矿 针铁矿包体的斜长石 砂金石 含云母 氧化铁细片的黄或红褐色石英岩 东陵石 含铬云母片的绿色石英岩 金星石 一种掺入有铜粉颗粒的人造玻璃 日光石 第四节宝石的其它物理性质热电效应 碧玺压电效应 石英静电效应 琥珀导电性 蓝色钻石导热性 钻石 合成碳硅石 第五节宝石中的包裹体 内含物 一 包裹体的概念二 包裹体的分类三 包裹体在宝石中的应用 一 包裹体的概念 包裹体也称内含物 其英文词为Inclusion 但在国内宝石界 人们对该词的理解却有所不同 有人认为包裹体与内含物的含义相同 有人则认为内含物涵盖包裹体 一般将包裹体分为广义包裹体和狭义包裹体两种概念 1 广义包裹体 指宝石材料中放大可见的各种内部特征 除包括宝石材料中所含的固相 液相 气相物质外 还包括各种生长现象 如生长带 色带 双晶纹等 以及裂隙 解理 断口乃至与内部结构有关的表面特征 如钻石结节knot 等 2 狭义包裹体 指包含在宝石材料内部的固相 液相和气相物质 常简称 包体 狭义包裹体的概念主要来源于矿物学 即与矿物学中所指的包裹体概念相当 二 包裹体的分类 从矿物学角度 包裹体一般是指矿物在生长过程中所捕获的或由某些外部因素造成的包裹在晶体内部的外来物质 通常按成因和物理状态进行分类 按成因分类原生包裹体同生包裹体后生包裹体按物理状态分类固态包裹体气液包裹体矿物包裹体玻璃包裹体气相包裹体液相包裹体多相包裹体 1 按成因分类 1 原生包裹体 指比主矿物先形成 后被主矿物生长时所包裹而成为的包裹体 均为固态矿物包裹体 主要见于岩浆作用和变质作用成因的宝石矿物中