說起珠寶的真假，那是很多個命題規(guī)律的組合。既然諸君對優(yōu)化合成有不少的了解……那合成寶石也免不了要提上學習日程！

什么是合成寶石？

合成寶石和天然寶石有點像李逵和李鬼的關(guān)系。

具體來說，合成寶石像李鬼一樣，具有所有李逵的特征（幾乎具有天然礦物的所有化學、光學和物理特性材料），但他就不是李逵（天然寶石），也沒李逵那么有價值（價格的貴賤）。

唯一的區(qū)別是，合成寶石投錯了胎——它是一種在實驗室中制造的材料。特別地，如合成綠松石和合成蛋白石等中，還摻雜了其他化合物。（可能是女裝李鬼吧）

合成寶石在19世紀晚期就開始制造，主要應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中?？蒲腥藛T比較熟悉的某些精密儀器中，就有合成剛玉薄片的存在。

01

焰熔法

最早問世的合成寶石是焰熔法合成紅寶石，主要用于用于通信和激光技術(shù)、微電子和磨料等工業(yè)領(lǐng)域。

焰

熔法通過在高溫火焰中投料（寶石對應(yīng)的化學成分和著色劑，均呈粉末狀）融化粉末，在旋轉(zhuǎn)基座上結(jié)晶形成長柱狀梨形晶體。整體操作簡單粗暴。你有寶石粉，我來幫你變寶石。

焰熔法合成的晶體生長速度快、設(shè)備簡單、成本低，因而成為合成寶石界的“性價比之王”，被廣泛地用于剛玉、尖晶石等寶石的合成中。

焰熔法合成剛玉 GIA

焰熔法合成尖晶石 GIA

“人無完人”。這種快速（極速違背大自然生長規(guī)律）的做法使晶體上出現(xiàn)了大量缺陷，很容易識別。

梨形晶體的合成星光藍寶石 GIA

第一，未切磨晶體之前，所有的焰熔法合成寶石均呈梨形。天然的寶石則有棱有角，是非分明——比如天然剛玉的六方柱狀晶形，尖晶石的八面體晶形等。

焰熔法合成紅寶石雁行狀裂隙 YZJ

焰熔法合成剛玉彎曲生長紋及氣泡 GIA

焰熔法合成藍寶石中的氣泡 GIA

第二，焰熔法合成的晶體中可能有蝌蚪狀氣泡、未熔粉末、彎曲生長線等內(nèi)部特征。

第三，吸收光譜的差異：如合成藍寶石沒有450nm吸收帶（天然存在450nm,460nm,470nm吸收帶）；合成藍色尖晶石有特殊的Co譜。

第四，紫外熒光也存在差異。比如合成藍寶石有微弱熒光，而天然的無熒光（很難看到?。。?；合成紅寶石的熒光非常強，亮瞎眼睛，很容易看到！

焰熔法合成紅寶石熒光強烈 GIA

第五，折射率。這一條只針對合成尖晶石，其合成后折射率穩(wěn)定在1.727。

02

提拉法

二十世紀初，和焰熔法風格很相似但更勝一籌的提拉法問世了。剛玉、尖晶石、變石、釔鋁榴石（YAG）、釓鎵榴石（GGG）等都是可用此法合成的寶石。

提拉法合成紅寶石 GIA

提拉法也是將粉末原料高溫熔化之后生成。不同的點是，提拉法存在初始的籽晶，在裝上定向的籽晶后，降下籽晶桿，接種、放肩然后提拉形成等徑生長晶體。

在籽晶上與同等組成的熔體相接觸，通過緩慢提拉籽晶使其結(jié)晶。晶體生長而形成圓柱狀的晶體。

這種方法在生長過程中易于觀察，能人為掌控合成速率和大小，因此品質(zhì)相對高，也給鑒別帶來一定的困難。

提拉法合成紅寶石中極細平行細紋 GIA

第一，如未熔粉末、云朵狀氣泡或不均勻的糊狀生長紋在內(nèi)的特征并不易觀察到。能觀察到者，鳳毛麟角。

提拉法合成尖晶石中的未熔粉末和鉑金片 GIA

相比較而言，鉑金片是概率略大被觀察到的內(nèi)含物。但其他方法也會有鉑金片出現(xiàn)，所以，這也不是唯一的鑒定特征。

這種方法在XRF或EPMA檢測鉬、鎢、銥、鉑等元素下都可現(xiàn)原形，但對于普通人來說太大費周章了。

03

助溶劑法

助溶劑法的風格和前兩者完全不一樣，用生活中的例子來說，助溶劑熔化其他原料就像水溶解糖。

助溶劑法合成紅寶石中的羽狀體 GIA

換句話說，這種方法就需要將寶石原料在高溫下溶解于低熔點的助溶劑中，緩慢降溫蒸發(fā)溶劑，在混合液體達到過飽和時，寶石析出生長。

助溶劑法合成原理

這種方法的優(yōu)勢在于對所有材料適用，即寶石合成界的“海王”；因生長溫度低，基本模擬天然過程，所以除長出完整的晶體之外，其內(nèi)含物特征與天然寶石很相似；簡單的操作技術(shù)也成為受吹捧的原因。

助溶劑法合成祖母綠的羽狀體 YZJ

成也蕭何敗也蕭何。盡可能模擬天然的過程拉長了整個晶體生長的周期，且生長出的晶體尺寸很小。by the way，提拉法非常適合有耐心有恒心有毅力，“鐵杵磨成針”的工廠。

如祖母綠、剛玉、變石等寶石都可以用這種方法合成，其鑒別的特征主要是：

助溶劑法合成紅寶石鮮艷顏色，平直生長紋 GIA

第一，如合成紅寶石會有過于鮮艷的顏色，且分布均勻。

助溶劑法合成紅寶石的鉑金片 GIA

助溶劑法合成祖母綠助溶劑殘余 GIA

助溶劑法合成祖母綠中的海藻狀助熔劑殘余 YZJ

助溶劑法合成紅寶石的助熔劑殘余 GIA

第二，內(nèi)部可見殘余包體、助溶劑殘余和氣泡組成的氣固包體、鉑金片、籽晶片等內(nèi)部特征。

助溶劑法合成紅寶石（左）和焰熔法合成紅寶石（右）的晶體-刻面寶石對比 GIA

美國的查塔姆、法國的吉爾森、日本的拉姆拉等公司都有專門的合成祖母綠業(yè)務(wù)。

04

水熱法

水熱法和助溶劑法有相似的idea，他們都想模擬天然的環(huán)境完成更完美寶石的合成。如祖母綠、水晶、剛玉等寶石都會采用這種辦法合成。

水熱法合成水晶，可見中央的種晶板、面包渣狀雛晶和表面水波紋 YZJ

水熱法的生長過程全程均在封閉體系中進行，所以不直觀且不可控，技術(shù)難度大，成本高。

水熱法將原料置于封閉的高壓釜中，利用高溫高壓的水溶液使難溶的物質(zhì)溶解，通過高壓釜內(nèi)溶液的溫差使產(chǎn)生對流形成過飽和狀態(tài)，在高壓釜上端溫度較低的部位，圍繞預先設(shè)置的籽晶長出晶體。

但合成的寶石內(nèi)部包裹體與天然寶石十分相似，也吸引人不斷探索。

水熱法合成紅寶石中的細小釘狀包體

水熱法合成紅寶石中的水波紋狀包體

水熱法合成祖母綠中的釘狀體

水熱法合成水晶，色帶平行于種晶板分布

05

區(qū)域熔煉法

這種方法靠可旋轉(zhuǎn)的絕熱石英管和高頻加熱線圈完成合成過程。在石英管中添加所需合成晶體的混合配料，啟動高頻加熱線圈，至溫度達到所需溫度時，管內(nèi)的配料發(fā)生熔融，移開高頻加熱線圈時，熔化部分又冷卻結(jié)晶，這即是“熔煉”過程。由于高頻線圈的加熱總是局部進行，即是合成方法中“區(qū)域”的來歷。

區(qū)域熔煉法合成金綠寶石

這種方法可以用于生產(chǎn)合成剛玉和變石等寶石。

06

CVD法合成鉆石

CVD法，即“化學氣相沉積法”（Chemical Vapor Deposition），是將碳氫化合物（甲烷、乙炔等）所產(chǎn)生的氣體與氫氣混合，在一定條件下使碳氫化合物離解，在等離子態(tài)時產(chǎn)生碳離子，并在金剛石襯底上生長出金剛石。

CVD法合成鉆石裝置

CVD法合成鉆石大多呈黃色、渴黃色（大多數(shù)）具沙漏狀色帶，和天然鉆石不同。其晶形多為板狀-板柱狀。

CVD法合成鉆石的熒光

在吸收光譜方面，缺失自然鉆石中無色－淺黃色系列415nm的吸收線。

CVD法合成鉆石（左）和高溫高壓合成鉆石（右）GIA

07

HPHT法合成鉆石

高溫高壓合成鉆石原理

HPHT法即高溫高壓法（High Pressure and High Temperature）。合成鉆石是利用高溫超高壓設(shè)備，使粉末狀原料在高溫超高壓條件下，產(chǎn)生相變和熔融而結(jié)晶生長晶體的方法。

高溫高壓合成鉆石 GIA

HPHT鉆石在顏色飽和度高時具有“砂鐘狀”圖案，內(nèi)部可見不同形狀的Fe-Ni包裹體殘余和較規(guī)則的籽晶幻影。

高溫高壓合成鉆石中的金屬殘留物

HPHT鉆石在短波下有黃-橙黃-綠黃色熒光；在陰極發(fā)光下可見規(guī)則的圖案。

合成鉆石在陰極發(fā)光下顯示規(guī)則圖案 GIA

其他如冷坩堝法合成立方氧化鋯、液相沉淀法合成歐泊等在此不再贅述。

合成歐泊

合成歐泊的蜂窩狀結(jié)構(gòu)

合成歐泊的鑲嵌狀色斑

THE

END



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