化学沉淀法合成宝石

1、第九章 化学沉淀法合成宝石与鉴别 牛牛文库文档分享 一、欧泊、绿松石、青金石、 孔雀石的人工合成及鉴别 二、化学气相沉淀法合成金刚石膜及鉴别 三、化学气相沉淀法合成碳化硅晶体及鉴别 牛牛文库文档分享 化学沉淀法主要包括化学气相沉淀法和化学液相沉淀法。化学气相沉淀法 主要合成多晶金刚石薄膜和碳化硅单晶材料，化学液相沉淀法合成欧泊、绿松 石、青金石和孔雀石等多晶宝石材料。 牛牛文库文档分享 一、欧泊、绿松石、青金石、孔雀石的人工合 成 （一）欧泊的人工合成 1、人工合成欧泊的原理 欧泊是由无数直径为150400nm的相同尺寸 的二氧化硅小圆球组成，这些圆球呈紧密而规则的排 列，形成三维光学衍射光栅

2、，对光线起衍射作用。 其次，欧泊含有310的水，二氧化硅球间 隙中水含量的变化，通常为衍射提供了足够的折射系 数，基于上述原因，欧泊具有其特殊的变彩效应。 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 变彩的颜色与二氧化硅圆球的大小有关： 当圆球直径小于138nm时，只有紫外光被衍射，无变彩现象。 当圆球直径为138nm时，以紫色变彩为主； 直径为241nm时，出现一级红一级紫的各种颜色，这是质量最好，变彩最丰 富的欧泊。 直径大于333nm时，衍射仅限于红外光，欧泊也无变彩。 牛牛文库文档分享 欧泊内部结构奥秘的揭示，为欧泊的合成提供了理论依据。尽管原理很简 单，但直到1972年合成欧泊由吉尔森（Pi

3、erre Gilson）首次合成成功，它 是用化学沉淀固结的方法合成的。实用的欧泊1974年才开始投入市场。 牛牛文库文档分享 2、人工合成欧泊的工艺流程 （1）二氧化硅球体的形成 一般是用某些高纯度的有机硅化物（可用蒸馏 法制取），如四乙基正硅酸酯（C2H5O）4Si），通 过有控制的水解作用生成单色二氧化硅球体。通常使 （C2H5O）4Si以小滴形式分散在乙醇的水溶液中，加 入氨或其他弱碱并搅拌，使其转化为含水的二氧化硅 球体，反应式为： （C2H5O）4Si+2H2OSiO2+4C2H5OH 反应过程中必须小心控制搅拌速度和反应物浓度，以 使制备的二氧化硅球体具有相同的尺寸。按所要求得

4、到的欧泊的种类不同，球体直径为200nm、300nm 不等。 牛牛文库文档分享 （2）二氧化硅球体的沉淀 使分散的二氧化硅球体在控制酸碱度的溶液中沉淀。这一过程可能要超过 一年的时间。一旦沉淀，这些球体便会自动呈现最紧密排列的形式。 牛牛文库文档分享 （3）球体压实、合成欧泊的生成 这一步是使产品达到宝石级要求的关键，也最为困难。第二步的产物类似钡冰长石，具有很大的脆性， 而且会迅速干燥失去其颜色。可对其施加静水压力，将其压实。加压时将其放入钢制活塞内，加入传压液 体，当加入的液体量增多时，静水压力沿各个方向施加在沉淀的球体上，而不致于使其畸变。加压过程中 可加入二氧化硅硅胶以填充球体间隙。也

5、可以将沉淀的球体堆积物加热到不太高的温度，将其烧结。 牛牛文库文档分享 目前，合成欧泊已的品种有包括白欧泊、黑欧泊和火欧泊。 主要产自法国、日本、俄罗斯和中国。日本和中国生产的相 对密度较低的欧泊，是灌注了塑料成分的合成欧泊。 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 2 2、变彩效应、变彩效应 牛牛文库文档分享 3、人工合成欧泊的鉴别 （1）外观特征 许多合成欧泊显示显然不同于天然欧泊的十分明 亮而鲜艳的颜色。 （2） 特殊的色斑结构： 合成欧泊的色斑明显不同于天然欧泊，其色斑边 界呈镶嵌状，显示蜥蜴皮结构，

6、转动时可见柱状升起 的立体感。天然欧泊的色斑为二维的、丝绢状， 色斑 边界为过渡渐变特征。天然的略低，合成黑欧泊和白 欧泊为2.06，有塑料灌注的合成欧泊更低一些，为 1.968，天然的为2.10。 牛牛文库文档分享 各种合成欧泊 牛牛文库文档分享 合成欧泊的蜥蜴皮状结构 牛牛文库文档分享 天然欧泊的彩色色斑 牛牛文库文档分享 合成欧泊蜥蜴皮状结构 牛牛文库文档分享 合成欧泊蜥蜴皮状结构 牛牛文库文档分享 合成欧泊蜥蜴皮状色斑 牛牛文库文档分享 合成欧泊里的片状色斑 牛牛文库文档分享 4、紫外荧光 大多数天然欧泊在长波紫外光下发强的淡白 色荧光，并可有持续的磷光；而合成白色欧泊在长 波下几乎没

7、有磷光且荧光很弱，甚至为惰性。 5、 吸收光谱： 合成蓝色欧泊由钴致色，有典型钴谱，在查 尔斯滤色镜下变红。天然蓝色欧泊由铜致色。 6、 折射率： 合成火欧泊，有苔藓状包体，折射率为1.46， 天然火欧泊折射率为1.40。 牛牛文库文档分享 7、 紫外透过率 合成欧泊比天然欧泊更易透紫外线。此性质的检测方法是：把照相纸放 在盛有水的盘中，被检测的宝石和厚度、类型都相近的天然材料一起放置在相 纸上，曝光时间约为23秒。显影后，在合成宝石的像周围可见到一个白边， 但天然宝石的像却没有白边。 牛牛文库文档分享 8、 红外光谱： 从透射法的图谱来看，天然欧泊与合成欧泊的红外吸收光谱有 很大的差异。天然

8、欧泊（包括贵欧泊与火欧泊）的红外光谱谱形基 本相似，从4000cm-1以下全吸收，在53006000cm-1和4000 5000cm-1两区间均呈现宽阔的透明区。在50005300cm-1区间 有极强的吸收，在4400和4500cm-1附近常出现较弱的吸收。天然 火欧泊基本不出现4400和4500cm-1处的较弱吸收峰。 牛牛文库文档分享 天然欧泊红外吸收光谱图（透射法） 牛牛文库文档分享 合成贵欧泊的图谱有两类。一类从2000cm-1以 下全吸收，36703685cm-1间有强吸收峰， 2665和2265cm-1处附近有两个次级峰。 合成白色欧泊红外吸收光谱图（透射法） 牛牛文库文档分享 另

9、一类合成欧泊，还有5806，5734cm-1的双峰， 4697cm-1的低宽峰和4398，4343，4255，4166， 4078cm-1等吸收峰。这些吸收峰与塑料中的聚丙烯和聚 苯乙烯谱峰相似，因此此类合成品为塑料灌注充填的合成 欧泊，其相对密度值通常偏低。 合成黑欧泊红外吸收 光谱图（透射法） 牛牛文库文档分享 据报道，合成火欧泊有5950，5878，5815，5800，5625（伴有5125），4371和4675cm-1的 吸收峰，这与充填的有机物质有关。 9X射线荧光光谱分析 合成欧泊有的含有明显高于天然欧泊的Zr、Cl、Ga。 牛牛文库文档分享 天然欧泊天然欧泊合成欧泊合成欧泊 色斑

10、色斑二维，纤维状，丝绢光泽二维，纤维状，丝绢光泽三维，蜥蜴皮三维，蜥蜴皮 状状 包体包体矿物包体，气泡，气液包矿物包体，气泡，气液包 体体 气泡气泡 SG2.1（火欧泊（火欧泊2.0）2.06 RI1.40-1.471.44-1.47 紫外荧紫外荧 光光 LW较强，有磷光，较强，有磷光，SW较较 弱弱 弱，无磷光弱，无磷光 红外光红外光 谱谱 主要是水分子的振动谱有较明显的差异主要是水分子的振动谱有较明显的差异 牛牛文库文档分享 （二）人工合成绿松石 1、绿松石的合成 绿松石化学成分为CuAl6(PO4)4(OH)85H2O，属铜、铝的含水磷酸盐类，常呈现 出微晶质集合体的不规则状、叶状和犬牙

11、状，也可以呈一种薄的条纹(不大于几厘米) 状，通常与岩石混生。绿松石的颜色从蓝到绿，其结构中Cu2+离子配位八面体的存 在决定了绿松石的基本颜色为天蓝色，若有Fe3+离子杂质渗入还可使矿物由蓝变绿 或变黄。 牛牛文库文档分享 早在1974年，市场上就已有四种不同的绿松石制品。 (1)一种由含水的酸酐类型的混合物组成并加入胶黏 剂而制成的产品，为粒状结构，其中可见白色斑点。 (2)由P吉尔森生产的合成品，它具有与天然绿松石 一致的化学成分和结构，是用Al2O3和Cu3(PO)4沉淀 合成的。 (3)利用陶瓷工艺将合成的粉料烧结成的产品，具有天 然绿松石相近的成分和结构。 (4)再造绿松石，是一种

12、将劣质天然绿松石的碎粒、粉 末加CuSO4染色后加胶加压而成的产品。 牛牛文库文档分享 以上四种类型中只有P吉尔森的产品才称 得上是真正的合成品，它有两个基本品种：一种 基体中含有“铁线”；另一种无铁线基体特征。 其色泽接近于档次最高的天然品，而且颜色很稳 定。 2004年初又有一种新的绿松石仿制品出现， 是用菱镁矿(MgCO3)作基体在500600大气压 下将有机染料和胶一起压人菱镁矿而制得的。该 技术目前还在不断改进，正在研制用无机着色剂 代替有机染料与胶一起压人菱镁矿的工艺。 牛牛文库文档分享 2、合成绿松石的鉴别 （1）合成绿松石常见的颜色为蓝色、淡绿蓝色以及 与优质波斯绿松石相似的颜

13、色；而天然绿松石常见颜色 为蓝色、绿蓝色、蓝绿色、黄绿色、绿色。 (2)在反射光或透射光下用放大镜观察可见无数微小 的小蓝球(麦乳效应)，这是合成绿松石的证据；还可有 黑色到深褐色的“蜘蛛网状脉石”(不形成凹雕)，或嵌 入黄铁矿，形成嵌金绿松石。天然绿松石常见黑色、褐 色或白色的脉，亦可能有金属质包裹体，脉石多形成凹 雕。 (3)合成绿松石具有与天然绿松石不同的红外光谱。 合成绿松石含有不规则分布的细粒物质，这种物质产生 宽且圆滑吸收光谱模型。 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 合成绿松石（嵌金）的表面特征 牛牛文库文档分享 （三）人工合成青金石 青金石是由多种矿物组成的集

14、合体，其中包括青金石(蓝方石和方钠石的非晶 质集合体)、蓝方石(Na，Ca)48 (S3SO2)12(Al6Si6O24)、方钠石 Na8Cl2(Al6Si6O24)和黝方石Na8(SO2)(Al6Si6O24)。除此以外，还有许多造 岩矿物如似长石、方解石(常成浅白色斑点状)、黄铁矿(星点状)以及少量透辉石、普 通辉石、云母和角闪石等。矿物种类和含量的不同会极大地影响青金石的物理性质。 牛牛文库文档分享 青金石常呈暗蓝到黑蓝色，带紫色或绿色色调，但很少呈纯绿色、紫红色 等，偶然可见蓝、绿及红或紫色集于一体。有时还可见到浅蓝或几乎无色的青 金石，常易被误认为绿松石。青金石中常有带状、斑点状的不

15、同蓝色的阴影， 或有一些闪闪发光的浸染状黄铁矿。 牛牛文库文档分享 1、青金石的合成 青金石的仿制历史也很长，1954年时前德国已开始出现仿造青金石，据说是焰 熔法合成的，为含Co尖晶石及黄铁矿的聚晶。合成青金石的发展历史与绿松石很相 近，到1974年时也已有了四种类型的仿制品。 (1)一种由不含水的酸酐类型的混合物组成并加入胶黏剂制成的产品，具有粒状 结构，中有白色斑点，工艺上与第一种绿松石产品相同，只是颜色不同。 牛牛文库文档分享 (2)P吉尔森用化学沉淀法生产的合成品，具有 与天然青金石一致的化学成分和结构，是真正的合成 品。它有两个基本品种，一种含黄铁矿，另一种则不 含。 (3)利用陶

16、瓷工艺将合成出的粉料烧结而成，具 有与天然品相近的化学成分和结构，但在X光及电镜 分析下，其白色斑点为石英、方解石，蓝色 者为方 钠石、蓝方石，而不是真正的青金石。 (4)再造青金石，是用天然青金石的碎粒和粉末 加钴烧结而成的。 牛牛文库文档分享 2、合成青金石的鉴别 (1)合成青金石完全不透明，常见的颜色为蓝色和紫蓝 色；而天然青金石一般为半透明至不透明，薄处 (0.5mm厚)透明，常见颜色也是蓝色和紫蓝色。 (2)放大检查，合成青金石一般仅有非常少量的黄铁 矿及方解石，并且颗粒小、大小均匀；黄铁矿常具有 非常简单的棱角状的平直外形并且规则分布，周围无 深蓝色环，在反射光下显示为特征的深紫色

17、斑点。而 天然青金石则常有白色方解石和黄色黄铁矿存在，比 合成品中的颗粒大而且更明显，黄铁矿易有被磨圆的 外形并且分布不规则；黄铁矿周围常可见深蓝色环。 牛牛文库文档分享 (3)合成青金石无荧光。天然青金石在长波紫外线下其中的方解石包裹体可发出中 等强度粉红色荧光；在短波紫外线下可发出中等强度绿色到黄绿色荧光。 (4)合成青金石密度为2.332.53gcm3，几乎总是低于天然青金石。天然青 金石的密度为2.50一3.0 gcm3(由于黄铁矿的存在多少而有显著变化)，一般在 2.75gcm3左右。 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 合成青金石的表面特征 牛牛文库文档分享 （四）人工合成孔雀石

18、1、孔雀石的合成 地质工作者在研究中发现，铜矿往往伴生着孔雀石和蓝铜矿，它们的生 成与二氧化碳的含量有关，随着PCO2压力的不同，可出现赤铜矿孔雀 石蓝铜矿的变化，其化学式为CuOCu(OH)2CuCO3 2Cu(OH)2CaCO3。可见，控制PCO2分压可以用化学沉淀法合成出孔雀石。 牛牛文库文档分享 第一步：先配铜氨络离子Cu(NH3)42，即在CuCl2 或Cu(NO3)2中加入NH3或NH4OH，在一定温度及一定 氨的浓度下可形成铜氨络离子。 第二步：要形成碳酸铜CuCO3，可用CuCl2、CuSO4 或Cu(NO3)2加入(NH4)2CO3或(NH4)HCO3而制得。 第三步：混合二

19、者溶液，缓慢加热。随着温度升高，铜 离子溶解度降低形成过饱和而沉淀。另外，加热使 Cu(NH3)42分解，放出NH3气体；同时使 (NH4)2CO3或NH3HCO3分解，放出CO2气体，形成 Pco2分压，通过有效地控制Pco2就能获得孔雀石结晶。 此外，控制铜的浓度可以使孔雀石出现蓝色深浅的变化而 形成环带状构造。 牛牛文库文档分享 2、合成孔雀石的鉴别 由于合成孔雀石在市场上很少出现，有关合成孔雀石的样品和资料也非常 少。这里仅介绍利用差热曲线进行鉴别的方法，即合成孔雀石的差热曲线有两 个吸收峰，而天然孔雀石的差热曲线则只有一个吸收峰。 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 二、化学气相沉淀

20、法合成金刚石膜及鉴别 （一）化学气相沉淀法合成金刚石的历史及方法简介 化学气相沉淀法合成金刚石膜是指在较低的温度和 压力下合成多晶金刚石薄膜的技术。早在20世纪50年 代和60年代，美国和前苏联的科学家们已先后在低压 条件下实现了金刚石多晶薄膜的化学气相沉淀(CVD)开 发研究，进入80年代以来，科学家们又成功地发展了 多种CVD金刚石多晶薄膜的制备方法。所有的金刚石 薄膜合成方法可分为四类，即热解CVD方法、直流等 离子体CVD方法、射频等离子体CVD方法和微波等离 子体CVD方法。 牛牛文库文档分享 化学气相沉淀法是以低分子碳氢化合物(CH4、C2H2、C6H6等)为原料所产生的气体与氢气

21、混合(有的还加 入氧气)，在一定的温压条件下使碳氢化合物离解，在等离子态时，生成碳离子。然后，在电场的引导下， 碳离子在金刚石或非金刚石(Si、SiO2、Al2O3、SiC、Cu等)衬底上生长出多晶金刚石薄膜层的方法。以 金刚石为衬底生长金刚石薄膜的CVD方法也叫做外延生长法。 牛牛文库文档分享 （二）热丝CVD方法合成金刚石薄膜 1、反应装置 热丝CVD方法是目前合成金刚石薄膜最为常 用的方法之一。反应室由石英玻璃管组成，室中 的热丝作为气体离解的热源，基片支撑物由耐高 温的金属制成，并可施加直流偏压。 牛牛文库文档分享 2、影响因素 (1)碳源浓度的控制，是热丝CVD方法生长金刚石薄膜的关

22、键工 艺之一。 大量氢气的存在是热丝CVD方法生长金刚石薄膜的必要条件。 (2)作为激活源的热钨丝，其温度对沉积产物的结构同样有着很 大的影响。当钨丝温度过低时，不仅沉积速率慢，而且金刚石成分 大幅度地减少。只有在相对较高的温度下(约2200)才能得到较理 想的金刚石。 （3）基片温度的影响。改变基片温度，与改变碳源有相似的结 果。 牛牛文库文档分享 （三）等离子增强PECVD合成金刚石薄 膜 等离子增强PECVD方 法是目前合成金刚石薄膜采 用最多的方法之一。 1、反应装置及工艺条 件 （1）碳氢化合物气体， 通常采用甲烷和氢气，其体 积比为（0.11）： （0.99） （2）温度和压力，T

23、： 7001000OC，压力为 （0.72）X104Pa 牛牛文库文档分享 2、工艺要点 等离子增强化学沉积法(PECVD)工艺需要使用能源装置，将输入的气体电离，产生出富含碳的等离子 气体带电粒子。在上述工艺条件下，碳氢化合物气体粒子分解，碳原子沉积在基体材料上，形成合成金刚 石薄膜。工艺要求氢原子应尽可能接近沉积区域，这样碳原子能以立方体结构沉积，从而最大程度地减少 石墨的形成。如此形成的薄膜具有金刚石的全部固有性能。 牛牛文库文档分享 （四） CVD方法合成金刚石薄膜存在的缺 陷 高质量的CVD金刚石薄膜的硬度、导热性、密度、 弹性和透光性等物理性质已接近或达到天然金刚石的性 质。但许多

24、研究工作者都指出：各种CVD方法获得的 金刚石薄膜仍存在大量的缺陷，包括(111)孪晶、(111) 层错和位错。尽管在各种薄膜中均存在层错和孪晶，但 晶粒形貌、缺陷密度和分布却因薄膜而异，当生长面主 要是(100)晶面时，层错和孪晶主要分布在晶粒边界处， 当生长面主要为(111)面时，层错和微孪晶则分布于整 个晶粒内部；而在另外一些沉积条件下，缺陷却限制在 一定宽度的带中。在上述的几种缺陷中，孪晶是占主导 地位的缺陷，而且多以五次孪晶的形式出现。 牛牛文库文档分享 （五）CVD方法合成金刚石薄膜在宝石业上的应 用 目前，CVD方法合成金刚石薄膜主要应用于半导体工业，在宝石业 方面也已有初步的应

25、用： 1.在各种仿制钻石刻面上镀合成金刚石薄膜，以使其具有天然钻石 的部分性质； 2.在天然金刚石表面镀彩色金刚石薄膜用来改变刻面钻石的外观颜 色，模仿彩色钻石； 3.在切磨好的钻石表面镀金刚石薄膜，增加成品钻石的重量； 4.在硬度低的宝石表面上镀金刚石薄膜以增强其耐磨性等； 5.合成金刚石薄膜技术可用于欧泊表面镀膜处理，防止其失水和产 生龟裂现象。 牛牛文库文档分享 （六）CVD方法合成金刚石薄膜的鉴别 1.金刚石薄膜具导电性， 2.在显微镜下可观察到薄层均匀地分布在刻面钻石的全部表面； 3.红外光谱仪对表面薄层的存在进行检测。 另外，从表面特征、颜色、对偏振光的反应以及对其荧光性、热导率等

26、特征的检测也可以用来鉴别。 牛牛文库文档分享 （七）CVD法合成单晶钻石 CVD法合成单晶钻石的原理是将CH4和H2导入反应舱，利用电热丝、 微波、火焰、直流电弧等设备，将碳从化合物中分解成原子，在反 应舱中形成等离子体。CH4中的碳原子已具备四个键的结构，在氢 的催化作用下，使每一个碳原子与四个碳原子结合形成钻石结构， 并逐渐沉淀生长在预先制备好的“基座”上，其生长速度通常为每 小时1微米至几十微米。生长基座为天然或高温高压合成钻石平行 (100)晶面的薄片，用微波加热形成等离子场，在800-1000， 0.1个大气压条件下合成单晶钻石。 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 Vacuumch

27、amberusedbyApolloCorporationforCVDdiamondsynthesis 牛牛文库文档分享 TheinsideofaCVDdiamondchamber 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 （八）CVD法合成单晶钻石鉴别 1. 结晶习性：呈板状，(111)和(110)面不发育； 2. 颜色：多为暗褐色和浅褐色，也可生长近无色和蓝色，但非常困 难； 3. 放大检查可见深色包体； 4. 正交偏光下有强烈的异常消光，不同方向上不同； 5. 紫外荧光：LW下通常为弱的橙黄色； 6. 阴极发光：橙色条带； 7. X形貌分析。 牛牛文库文档分享 A small number of

28、 pinpoints observed in a tabular polished stone of Apollo Diamond inc. under 10X magnification. Characteristic orange UV fluorescence seen in CVD diamonds. 牛牛文库文档分享 Anomalous double refraction called Tatami structure observed in natural diamonds. Anomalous double refraction resembling Tatami -like s

29、tructure seen in CVD diamonds (observed from the direction parallel to the growth direction). 牛牛文库文档分享 三、化学气相沉淀法合成碳化硅晶体及鉴 别 （一）合成碳硅石的历史 1、1893年爱德华阿杰森 (EdwardGAcheson)在两个碳电极间接一个 电弧灯，使碳和熔融的黏土(一种铝硅酸盐)混合 物在高温下相互作用，以试图生长钻石，结果 偶然制得了SiC。 2、1904年诺贝尔奖获得者化学家亨利莫桑 (Henri Moissan)在坎亚黛布鲁陨石中发现 了天然SiC。为表示对莫桑的敬意，190

30、5年旷 兹(Kunz)将此天然矿物命名为“莫桑石 (moissanite)”。 牛牛文库文档分享 3、1955年，莱利采用升华法生长出了碳硅石晶体，奠定了合成碳硅石发展的基础。 4、1980年初，俄罗斯的戴依洛夫等人对莱利法进行了改进，采用籽晶升华技术生长出 碳硅石大晶体，且有效地避免了自发成核的产生，宣告有控制地生长合成碳硅石技术获 得了成功。 5、1987年，戴维斯(Davis)等人对莱利法进一步进行了改进并于1990年申请了专利。 牛牛文库文档分享 6、1998年，卡特(Carter)等人通过补偿杂质技术获得了近无色的 合成碳硅石晶体并申请了专利，使合成碳硅石单晶技术得到了进一 步的提高

31、。 7、1995年创立的美国诗思有限公司(前身即C3公司)采用高科技成 果在高温常压下解决了合成碳硅石颜色、透明度问题，合成了大颗 粒宝石级碳硅石晶体。 8、自合成碳硅石进入中国市场以来，在各大金店、珠宝市场和新闻 传媒上出现过的名称有：碳硅石、莫桑石、莫依桑石、合成莫桑石、 摩星石、美神钻等。 牛牛文库文档分享 （二）合成碳化硅技术 1、SiC的结构 起初，人们对SiC的结构存在着许多不同的和模糊 的认识，如认为SiC属立方相、六方相和三方相等， 其实这种不同的认识源于SiC的多型结构。SiC可呈 现出不同的原子层六方堆积形式，据统计它有150多 个构型。目前，只有SiCSiC的4H4H和6

32、H6H构型能长成大 块晶体，这两种均为六方相，并且生产出来的材料可 近于无色。 SiCSiC属于3C3C构型，是等轴相，具有比 4H4H和6H6H构型更近于钻石的晶体的结构。然而，目前它 还不能生长出大的块体，并且具有顽固的黄色。 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 2、 阿杰森法合成碳硅石 首先将以石油焦炭或无烟煤形式存在的碳与沙子以及少量的锯 末和盐相混合，然后在所得的混合物中心放置一根石墨棒，用混合 物包裹好。将该石墨棒通电，使石墨棒内部受热至最高温度2700， 此时将发生下列简单的化学反应： SiO2+3CSiC+2CO 由此方法获得的是合成碳硅石的晶簇。晶簇的单晶尺寸偶尔可 达到数毫

33、米厚、10mm宽，其颜色范围从黑色到绿色再到棕黄色， 有时带晕彩状外壳。 牛牛文库文档分享 3、 莱利法生长合成碳硅石单晶 单晶SiC的生长技术已被研究了数十年。但只有莱利的“晶种升华”方法能够有效地控制生长出大的合 成碳硅石单晶。该工艺中用于生长合成碳硅石单晶的原料粉末经过多孔的石墨管后加热升华成气态，不经 过液态，直接在晶种上结晶，生长出梨晶状的SiC单晶体。整个过程既有物态的变化，也有物质结构化学构 型的变化。 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 工艺条件： (1)补给区温度为2300OC，晶体生长温度低于补给区 温度100OC； (2)制备晶种时应仔细清洁干净，种晶与粉料应属于 同一多

34、型，并且晶种的取向应稍稍偏离轴向； (3)粉料的粒径应加以控制，并在晶体生长的整个过 程中保持不变，使用超声波振荡法填料； (4)采用耐热的石墨套管加热； (5)生长初期应抽真空，而后施以低压氩气； (6)晶种的旋转和生长过程中生长晶体位置的调整要 准确无误。 牛牛文库文档分享 （三）合成碳硅石的宝石学特征 1、颜色 合成碳硅石晶体近于无色到浅黄色、浅灰、浅 绿、浅褐、绿色和灰色，与美国宝石学院(GIA)钻石 颜色分级尺度的I到V级相当。由于许多色调在钻石 比色石中不存在，因而往往难以精确确定其与钻石相 当的色级。合成碳硅石的颜色与钻石的颜色一样受掺 人的极低含量的氮杂质的影响，随着氮杂质含量

35、的升 高，颜色从黄到绿到黑色，也受受主铝杂质的影响， 含量高时可产生蓝色)。为了获得无色晶体，就要使 其尽可能地不含氮，也可以通过加入电荷补偿微量元 素铝来减少氮的影响。 牛牛文库文档分享 2、 透明度和粒度 生长出的合成碳硅石晶体达到宝石级单晶的要求；晶体透明和粒度大小达到宝石所要求的加工工艺尺 寸。 3、 晶系和光性 合成碳硅石晶体属于六方晶系，一轴正光性，合成碳硅石呈现非均质体的性质：旋转360度时，呈现四 明四暗的特征。灰蓝和灰绿色的合成碳硅石，其二色性不明显。 牛牛文库文档分享 4、 折射率与色散度 合成碳硅石的折射率很高，为2.652.69；具强双折射，其双折率为0.043，因而从

36、其风筝面和上 腰小面向下观察，可看到底尖部位明显的重影，但要注意，沿台面垂直光轴方向琢磨的刻面合成碳硅石， 从台面则观察不到重影。合成碳硅石的色散度非常大，为0.104，大于钻石的色散度(0.044)。 牛牛文库文档分享 双折射导致的刻面棱重影 牛牛文库文档分享 5、密度与硬度 用静水力学法测得合成碳硅石的密度为 3.203.22 gcm3，钻石的密度为3.52 g g cm3。若直径6.5mm的钻石重100ct，则同样 大小的合成碳硅石重091ct。 若用合成碳硅石刻划刚玉，则能刻动；但刚 玉却刻划不动合成碳硅石。经检验，合成碳硅石的 摩氏硬度为925左右，介于钻石和刚玉之间，所 以其刻面棱

37、线尖锐程度不及钻石，但比刚玉类宝石 尖锐。 牛牛文库文档分享 6、包裹体特征 放大检查，可发现合成碳硅石的内部含有细长的管状物、不规则空洞、小的SiC晶体、负晶及深色具金 属光泽的球状物，可三粒或多粒呈线状排列，也有一些呈云雾状的、分散的针点状包裹体，并发现有气泡。 在6HSiC型的合成碳硅石中，其管状包裹体有粗些，方向与轴近于平行，与台面几乎垂直。此外，还 可发现白色近平行的针状体和与台面近于垂直的细的反射纹。 牛牛文库文档分享 定向的针状包体 碳 化 硅 中 的 包 裹 体 牛牛文库文档分享 7、可见光吸收光谱 近于无色的合成碳硅石在425nm以下有一弱吸收，这与开普系列钻石在415nm有

38、吸收不同，但容易 与分光镜光谱蓝区通常的深色截止边425nm相混淆。 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分享 8、发光性 多数合成碳硅石在长、短紫外光照射下，呈 现惰性；但少数在长波下呈中至弱的橙色荧光， 极少数在短波下呈弱橙色荧光，且均无磷光。极 少数合成碳硅石在X射线下呈中至弱黄色荧光。 9、导热性 合成碳硅石的热导率为6702010W (mK)，钻石的热导率为2307106W (mK)，因此用热导仪检测时，合成碳硅石同钻 石一样，具钻石反应。 牛牛文库文档分享 10、 导电性 合成碳硅石是半导体材料，其杂质含量极低。合成碳硅石的导电性既受 掺人的含量极低的氮杂质的影响，也受受主铝杂质的影响，

39、因此，合成碳硅 石既可制作成高导电材料，也可制作成绝缘材料。 用电导仪检测，某些合成 碳硅石可具导电性。钻石除b型外，其他各型通常均不导电。 牛牛文库文档分享 11、红外光谱 合成碳硅石的特征红外吸收光谱为1800cm 1以下吸收， 20002600cm1区域内有几条强的吸收峰，可与钻石和立方氧化 锆(CZ)的红外吸收光谱区分开来。 12、其他特征 合成碳硅石晶体的韧性极好；无双晶；无完全解理，但有弱的 底面(0001)解理。合成碳硅石的稳定性优于钻石，在空气中 1700o和真空中2000o稳定。因此，合成碳硅石晶体能够很好 地经受住首饰制作和修复的所有工序。 牛牛文库文档分享 牛牛文库文档分

40、享 （四）合成碳硅石的快速鉴定 1、590型无色碳硅石钻石检测仪 鉴于合成碳硅石用热导仪检测时有钻石反应，C3公司设计并研制了一种 新型测试仪590型五色碳硅石钻石检测仪并已投放市场。当宝石样品用 热导仪检测呈钻石反应后，则可进一步用该仪器进行检测，可在短时间内简单 有效地测出样品是合成碳硅石还是钻石。 牛牛文库文档分享 该仪器的检测原理是 依据钻石和合成碳硅石在近 紫外区(300380 nm)的 吸收不同。近无色的钻石能 够透过近紫外光，而合成碳 硅石则吸收近紫外光。使用 该仪器检测宝石样品的重量 范围为0.0117ct。该仪 器的外形与热导仪有相似之 处，也有一个触头。若宝石 样品接触到触

41、头时，指示灯 亮且有响声反应的是钻石， 反之则是合成碳硅石。 牛牛文库文档分享 2、合成碳硅石与钻石和合成立方氧化锆的 区别 合成碳硅石问世以前，合成立方氧 化锆一直作为钻石最佳的仿制品而被广 泛应用，但随着合成碳硅石技术的不断 成熟和产量的不断提高，合成碳硅 石 与钻石更为相近的性质使得其越来越受 到宝石业界的关注，不少学者预测它将 取代合成立方氧化锆的地位，成为新一 代钻石的最佳仿制晶而风靡全球。 牛牛文库文档分享 3、合成碳硅石的宝石学性质 成分：SiC 晶系：六方晶系 折射率：2.649-2.691 双折射率：0.042；台面通常都垂直C轴，刻 面棱重影明显， 一轴晶，正光性 色散：0.104，强； 相对密度：3.22 金刚光泽、透明 颜色：较黄，通常带黄绿色色调； 包裹体：常含平行的针状包体； 导热性很好，与钻石相近。 牛牛文库文档分享 合成碳化硅合成碳化硅合成立方氧化锆合成立方氧化锆钻石钻石 成分成分Si