常见人工宝石及处理方法

第六章　常见人工宝石及宝石优化处理

第一节　常见人工宝石

一、人工宝石制作方法简介

人工宝石是指完全或部分由人工生产或制造，用作首饰及装饰品的材料。包括合成宝石、人造宝石、拼合宝石和再造宝石。

人工宝石制造的常用方法有焰熔法、助熔剂法、水热法、提拉法、冷坩埚法等。

焰熔法是用于宝石合成的第一种商业生产方法。它的特点是成本低、合成速度快，数小时内即可生长出200多克拉重的晶体，1904年由法国化学家维尔纳叶（Vemeuil）研制成功，故此法也称维尔纳叶法。焰熔法是合成红宝石、合成蓝宝石、合成尖晶石和人造钛酸锶晶体最常用的方法。

助熔剂法也称熔盐法。20世纪30年代由德国一家化学公司率先用于合成祖母绿。目前它主要用来合成祖母绿、红宝石、蓝宝石和变石等，也是合成宝石使用最多的一种方法。

水热法是人工模拟天然矿物在矿化水气液体中结晶过程的一种方法。它将原料置于封闭的高压釜中以水为溶剂，通过高温高压使原料溶解于水中，随后在高压釜上端温度较低的部位，围绕预先设置的籽晶上重结晶长出晶体，故此法也称高压釜法。20世纪60年代中期至70年代初常用此法制造祖母绿，现已大量用于工业上合成水晶，甚至用于合成红宝石、蓝宝石。

二、常见的合成宝石

1.合成红宝石和合成蓝宝石

合成红宝石和合成蓝宝石可用焰熔法、提拉法、助熔剂法和水热法来制作。但大多数合成红宝石和合成蓝宝石是采用焰熔法来制造的，在无色透明的纯氧化铝粉末中加入适宜的铬可合成红宝石，加入铁和钛则可合成蓝宝石。

合成的红宝石、蓝宝石与天然的红宝石、蓝宝石在物理、化学性质上几乎完全相同。两者的识别可通过晶体中的包裹体、生长纹和色带等特征加以区分。焰熔法合成红宝石、合成蓝宝石一般颜色较均一，内部洁净，缺陷少，可含未熔化氧化铝粉末包裹体和呈圆球形、泪滴形小气泡。由于合成的晶体是由上方滴落下来的熔液沿耐火棒四周一圈圈增生，因而合成的红宝石、蓝宝石横截面上还可见形似唱片一样的弧形生长环带或色带；而天然红宝石、蓝宝石含的包裹体比合成的多，气液固三态包体均有，且不同成因类型、不同产地红宝石、蓝宝石包裹体待征也不尽相同。可呈现的生长纹或色带一般较平直。

2.合成祖母绿

合成祖母绿可通过助熔剂法和水热法制成。合成祖母绿与天然祖母绿性质接近，只是在颜色、相对密度、折射率和包裹体特征上有一定的差别。

合成祖母绿呈艳绿色，在透射光下泛红光，在查尔斯滤色镜下呈红色，而天然祖母绿除个别品种（如哥伦比亚祖母绿）之外在透射光和滤色镜下一般都为绿色。多数合成祖母绿的相对密度为2.66，较天然祖母绿相对密度低。合成祖母绿的折射率为1.561～1.564，也较天然祖母绿折射率（1.577～1.583）低。天然祖母绿与合成祖母绿中包裹体不同。助熔剂法合成的祖母绿常见白色未完全熔化的熔质包裹体，呈云团状，还有弯曲形相互交叉的羽状液态包裹体，以及来自铂金坩埚的不透明的三角形铂金小碎片和带棱角的硅铍石包裹体。水热法合成的祖母绿，硅铍石包裹体则呈棉絮状、针状或钉状，且钉状包裹体总是相互平行的。

3.合成钻石

宝石级合成钻石1970年由美国GE公司研制成功，它运用爆炸法，将石墨作为原料，添加Fe、Ni、Co等元素，在超高温、超高压下进行快速反应来完成这一制造过程。之后，日本住友电子公司和戴比尔斯公司也先后合成了宝石级钻石，合成钻石大都显黄色、浅黄色，现已投放市场。大颗粒宝石级钻石主要采用高温高压（HTHP）合成法及化学气相沉淀合成法（CVD法）。合成钻石与天然钻石可根据下述待征来区分：合成钻石含白色似尘埃状或金属片包裹体，而天然钻石不具这一特征；合成钻石生长纹发育，天然钻石生长纹不发育；合成钻石（黄色除外）在短波紫外线下呈黄色或绿色强荧光，天然无色透明钻石一般呈淡蓝色、黄色等荧光；带色钻石多发淡绿、浅黄或浅紫色荧光；合成钻石无415nm吸收谱线，而天然钻石具特征的415nm吸收谱线；合成钻石，尤其是黄色者导电性上常显示半导体特性，而天然钻石只有罕见的蓝色品种才有此性能。

4.合成尖晶石

合成尖晶石常用焰熔法制成。在制作过程中加入不同的色素离子，可获得不同颜色的合成尖晶石。

焰熔法合成的尖晶石与天然的尖晶石差异较为明显：天然尖晶石呈八面体晶形，而合成尖晶石多呈梨状或棒状。从整体上看，合成尖晶石颜色浓艳、呆板、含杂质少，但可见气泡和“┻”状裂隙，以及弧形生长带或色带。与天然的尖晶石相比，除锌尖晶石和富铬的红色尖晶石之外，合成的尖晶石的相对密度（3.64）和折射率（1.728）均高于天然尖晶石的相对密度（3.60）和折射率（1.718）。因而，易与天然尖晶石区别开来。

5.合成水晶

合成水晶主要采用水热法制成。合成水晶其化学成分和物理特性与天然水晶基本相同，只是蓝色与绿色品种在自然界是没有的。水热法产出的水晶也能见六方柱、菱面体晶形，晶体中心有一片状籽晶晶核，晶面呈不平的阶梯状，一般透明度较好，色泽均一；而天然水晶透明度要差一些，带色的水晶（如紫晶）其颜色亦显不均匀，此外还常含星点状、云雾状或絮状气液包裹体，其相对密度也要比合成水晶低些。

6.合成立方氧化锆

合成立方氧化锆被誉为20世纪70年代最佳的仿钻品。1976年由苏联科学物理研究所通过冷坩埚法制成。由于合成立方氧化锆在外观上与天然钻石极为相似，故也称它为“苏联钻石”。目前世界上许多国家都能生产这种合成立方氧化锆。区分钻石和合成立方氧化锆的关键是：一看色散，二比硬度，三测密度。合成立方氧化锆为金刚光泽，色散0.066，比钻石（0.044）还高，色彩不如钻石柔和；钻石硬度（摩氏硬度10）大，各个刻面边棱锐利清晰，合成立方氧化锆因硬度（8.5）低些，刻面边棱上可见圆化痕；合成立方氧化锆相对密度大（5.56～6.0），比钻石（3.52）大1.5倍以上。无论是手感还是重液测试均见分晓。

7.合成碳硅石

合成碳硅石（亦称莫桑石）是美国北卡罗林那州C3公司新近研制成功的一种仿钻石。由于这种新型的仿钻材料其特性与天然钻石有诸多相似，如用热导仪测试呈钻石显示，检测时更应注意。合成碳硅石多呈浅黄色、浅灰蓝、浅灰绿色和中绿色等（完全无色者目前还较少见）；有强的双折射率，透过冠部观看尖底附近的棱线，可见明显的重影现象；合成碳硅石硬度、相对密度均要低于钻石，分别为9.25和3.22；但它的色散值却大于钻石，长短波紫外线照射下也与钻石有所不同，钻石不显或显蓝色和其他各色的荧光反应，而合成碳硅石全无荧光反应。合成碳硅石可含小白点组成的线状包裹体，偶尔还可见暗色金属球状包裹体，电性测试具导电性，这些特征皆与钻石有着明显区别。

三、常见的人造宝石

1.人造钛酸锶

钛酸锶可用焰熔法制成，20世纪50年代曾作为钻石的代用品。它具有“三高一低”的特点：即折射率高——2.41（钻石折射率2.42）；色散高——0.19（钻石色散值0.044）；相对密度高——5.13（钻石相对密度3.52）；硬度却大大低于钻石，仅为5～6，可以同钻石区分开来。由于钛酸锶有着这样的特性，肉眼观察其每个刻面均能反射出五彩缤纷的色彩，刻面边棱常有磨损圆化痕。同一大小颗粒，钛酸锶比起钻石来明显有重感。此外，紫外光下无荧光及放大镜下可见球形气泡，也可作为区分钻石的依据。

2.人造钇铝榴石和钆镓榴石

钇铝榴石（YAG）与钆镓榴石（GGG）也是仿钻的极好材料，它们都可用提拉法得到。钇铝榴石硬度8.5，但色散值（0.028）、相对密度（4.58）与折射率（1.83）明显小于合成立方氧化锆，以此可将两者鉴别开来。钆镓榴石色散值（0.045）尽管与钻石（0.044）不相上下，但它的相对密度（7.05）约为钻石的两倍，手感明显加重，且在短波紫外线下发中—强的橙色荧光。这些特征既不同于天然钻石，又可同上述各种钻石代用品加以区别。

3.人造硼铝酸锶

人造硼铝酸锶是由我国发明的一种具有长余辉光发光性能的新型人工宝石，俗称“夜光玉”，常用于制作首饰、雕件。这种材料以硼铝酸盐为母体，稀土元素作为激活剂，在高温高压下经过多次煅烧而成。当其受到外界能量激发后，会发出强磷光（这种磷光不属于辐照产生，因此对人体没有影响），和其相似能发出磷光的天然宝玉石品种有萤石、金刚石和磷灰石。人造硼铝酸锶硬度6.5，明显小于金刚石（10），大于萤石（4）；折射率1.65，明显小于金刚石（2.417），大于萤石（1.438）。人造硼铝酸锶与磷灰石硬度、折射率相近，但磷灰石具有580nm吸收双线，可利用手持分光镜把它们区分开。

4.玻璃和塑料

（1）玻璃。用玻璃作为材料来仿造宝石是最古老的一种制作方法，经染色处理的合适的玻璃几乎可用来仿造所有透明或半透明的宝石，不过用作仿宝石的玻璃主要是冕牌玻璃和燧石玻璃两种。前者含氧化硅、氧化钠和氧化钙等，多数用于廉价玻璃仿造品；而后者含氧化铅，故亦称铅玻璃，常用作仿造高色散、高折射率的宝石。

不同化学成分的玻璃，虽其物理性质各有差异，但可依据下列特征将其与天然宝石区分开来。玻璃属非晶质体，光性上为均质体，各向同性。

玻璃的鉴别特征：

1）摩氏硬度：5～6，无解理，断口为贝壳状。

2）相对密度：2.30～4.50。

3）折射率：1.47～1.70。

4）紫外荧光弱至强，不具鉴定特征。

5）放大检查内含多种形状的气泡或不规则的漩涡纹，可见拉长的空管、“橘皮”效应、浑圆状刻面棱线，刻面有时可见凹坑等。(www.xing528.com)

6）导热性差，触摸有温感。

值得注意的是，玻璃有时也会呈现出特殊的光学效应，如砂金效应、猫眼效应、星光效应、变色效应等。这是人为地在玻璃中添加某种物质的缘故，因而鉴定时更应细心，不要被假象所迷惑。

（2）塑料。塑料是高分子化合物聚合作用形成的人造材料，也是常用作仿造品的一种材料，但由于塑料的物理特性与多数天然宝石差异较大，故容易鉴别。不过，塑料用来模仿有机宝石和蛋白石几乎能以假乱真，须特别小心。

塑料的鉴别特征：

1）非晶质体，光性特征为均质体，各向同性。

2）多显蜡状、玻璃光泽，透明至不透明。

3）摩氏硬度1～3，无解理，相对密度为1.05～1.55。

4）折射率1.46～1.70，紫外荧光无到强。

5）放大检查内含气泡、流动线，刻面棱线常有圆化现象，表面可见凹坑、印痕，可见“橘皮”效应。

6）导热性差，触摸明显有温感，热针触及有异味，小刀可削切。

四、常见的拼合宝石和再造宝石

1.拼合珍珠、拼合欧泊

拼合珍珠是指由两层或两层以上以珍珠为主要材料经人工拼合而成，且给人以整体印象的珍珠拼合石，用“拼合珍珠”的名称即可，不必逐层写出材料名称。

拼合欧泊是指由两层或两层以上以欧泊为主要材料经人工拼合而成，且给人以整体印象的欧泊拼合石，用“拼合欧泊”的名称即可，不必逐层写出材料名称。

检查可见拼合缝。

2.再造琥珀

将琥珀的碎块或碎屑经加热熔接或加压压结而成，多为橙黄或橙红色。老式工艺压制的再造琥珀存在明显的流动构造；新式工艺压制的再造琥珀无气泡，无云雾区域；有些压制品透明均一，有未溶物，可见粒状结构；在乙醚中浸泡几分钟后会变软。命名为再造琥珀。

第二节　宝石的优化处理

自然界中色彩、质地和光泽俱佳的宝石是极为罕见的，许多宝石总存在着某些不尽如人意的缺陷，以致影响它的价值。为了弥补和改善天然宝石材料这种先天的缺陷，人们利用现代科学技术对宝石进行优化处理。对宝石进行优化处理就是用现代物理学、化学的基本原理和方法来改善宝石的外观（如颜色、净度或特殊光学效应等）、耐久性或可用性。

具体来说，优化是指传统的、被人们广泛接受的使珠宝玉石潜在的美显示出来的一种优化处理的方法，常见的有热处理、漂白、浸蜡、浸无色油、染色处理（除玉髓、玛瑙外）；而处理是指非传统的、尚不被人们接受的一种优化处理的方法，通常有浸有色油、充填处理（如玻璃、塑料或其他聚合物等硬质材料充填）、浸蜡、染色处理、辐照处理、激光钻孔、覆膜处理以及表面扩散处理等。

1.热处理

热处理是把宝石放入高温炉中加热，通过不同的温度条件来改变色素离子的含量和价态，调整晶体内部结构，消除部分瑕疵，以改变宝石的颜色（生色、增色或褪色）和透明度。热处理还可作为染色的前期处理，增加孔隙度；亦可以作为辐射的后期处理，增加颜色的稳定性；或改变及消除辐射的影响。

2.表面扩散处理

表面扩散处理也是一种高温的优化处理方法。在处理过程中，不仅要对宝石进行加热，而且还要在宝石刻面的表面覆以相关的致色物质，将宝石加热至近于熔点的温度，然后保留在某一适宜的温度，使致色元素扩散进入宝石内而产生很薄的颜色层。由于温度过高，会造成表面损伤，故宝石还需轻微抛光，但不宜抛光过度，以免丢失颜色层。此法目前仅应用于红宝石、蓝宝石。

3.染色处理

染色处理是用无机化合物或有机染料，通过化学反应或溶剂挥发而致色，使原先颜色不太理想的宝石材料变色，达到或接近优质天然宝石的色泽。染色处理过的宝石在检测时，须注意其颜色分布与裂隙和孔隙有关；吸收光谱和紫外荧光或许可以检测染色剂的存在，也可使用蘸有丙酮的棉球检测用有机染料染色的样品。

4.充填处理

充填处理是通过特殊的方法将无色透明或有色物质注入到宝石的裂隙、孔洞和孔隙之中，以达到改善宝石的颜色、透明度、弥补各种缺陷以及增强多孔宝石的稳固性的目的。无色注入的材料通常选用石蜡、植物油、无色塑料、玻璃、硅胶及树脂胶等，而有色注入除注入与无色注入相同的填充剂之外，还加入着色剂。鉴别这类注入充填处理宜在显微镜下用反射光进行观察，注意寻找充填物中的气泡、充填物与宝（玉）石光泽的细微差异，以及裂隙部位有轻微颜色轮廓（当充填物为有色物质）等证据。此外，着色剂如选用有机染料，长时间光照后会发生变色或褪色，注入的胶体也会随时间过久而老化，那就更易于鉴别。

5.覆膜处理

对宝石表面处理常采用涂层、镀膜和贴箔的方法，其目的都是为了改善宝石的颜色状态和表面光洁度，增强宝石光泽及掩盖宝石表面凹坑、裂隙、擦痕等种种缺陷。

将一些涂料类的物质（常见的有油漆、蜡或混有染料的各种树脂胶等）涂于宝石表面，以至改善其外观面貌。通常要求涂层厚薄均匀，厚度在几微米到几百微米之间，表面光洁度高。

镀膜是一种较新的表面处理方法。它采用在分子或原子层次上运用沉淀技术、喷镀技术、晶体生长技术等高新技术在宝石表面铺设多层分子或原子膜，膜的厚度一般几纳米到几百纳米。膜是透明的，也可根据需要用带色的，因而镀膜处理的宝石不仅光泽度得以提高，还可使宝石增色。

贴箔通常是在宝石的底面贴上一块薄片状金属或有机物色箔，然后再封闭或镶嵌。

上述这些处理方法可借助放大镜等检测工具或某些化学试剂加以鉴别。

6.辐射处理

辐射处理是指用原子微粒或放射性物质辐照宝石，使其晶体结构产生缺陷，进而来改变色心或产生色心，使宝石的颜色发生变化。

对于辐射处理的宝石，国内外均规定须将残余放射性衰减到安全值以下再进行加工和销售。

7.激光钻孔处理

含深色包裹体的某些宝石因有碍观赏而影响销售。可采用激光技术从宝石表面最不易发现部位或至包裹体最近的点钻孔，用激光束烧熔包裹体或用氢氟酸漂洗包裹体，激光钻孔后再用高折射率材料充填孔道。低净度级别的钻石就有采取此法处理，以提高其净度级别。

对宝石材料进行优化处理还有其他一些方法：如用化学漂白剂浸泡，使宝石（如珊瑚、珍珠等）的颜色变浅变白；用硝酸、盐酸和草酸的不同浓度来净化宝石表面的铁的氧化物；用化学沉淀法来改善宝石的体色；高温高压改善钻石颜色；等等。随着科学的进步，宝石优化处理的技术必将有一个新的、更大的发展，给消费者提供选择更多更美宝石的机会，但同时也给从事宝石鉴定的机构提出更多更深的研究课题。