珠宝的真假｜什么是合成宝石
上期小编介绍优化处理宝石时，不小心给自己挖了个坑。
说起珠宝的真假，那是很多个命题规律的组合。既然诸君对优化合成有不少的了解……那合成宝石也免不了要提上学习日程！
什么是合成宝石？
合成宝石和天然宝石有点像李逵和李鬼的关系。
具体来说，合成宝石像李鬼一样，具有所有李逵的特征（几乎具有天然矿物的所有化学、光学和物理特性材料），但他就不是李逵（天然宝石），也没李逵那么有价值（价格的贵贱）。
唯一的区别是，合成宝石投错了胎——它是一种在实验室中制造的材料。特别地，如合成绿松石和合成蛋白石等中，还掺杂了其他化合物。（可能是女装李鬼吧）
合成宝石在19世纪晚期就开始制造，主要应用在工业生产中。科研人员比较熟悉的某些精密仪器中，就有合成刚玉薄片的存在。
01
焰熔法
最早问世的合成宝石是焰熔法合成红宝石，主要用于用于通信和激光技术、微电子和磨料等工业领域。
焰熔法通过在高温火焰中投料（宝石对应的化学成分和着色剂，均呈粉末状）融化粉末，在旋转基座上结晶形成长柱状梨形晶体。整体操作简单粗暴。你有宝石粉，我来帮你变宝石。
焰熔法合成的晶体生长速度快、设备简单、成本低，因而成为合成宝石界的“性价比之王”，被广泛地用于刚玉、尖晶石等宝石的合成中。
焰熔法合成刚玉 GIA
焰熔法合成尖晶石 GIA
“人无完人”。这种快速（极速违背大自然生长规律）的做法使晶体上出现了大量缺陷，很容易识别。
梨形晶体的合成星光蓝宝石 GIA
第一，未切磨晶体之前，所有的焰熔法合成宝石均呈梨形。天然的宝石则有棱有角，是非分明——比如天然刚玉的六方柱状晶形，尖晶石的八面体晶形等。
焰熔法合成红宝石雁行状裂隙 YZJ
焰熔法合成刚玉弯曲生长纹及气泡 GIA
焰熔法合成蓝宝石中的气泡 GIA
第二，焰熔法合成的晶体中可能有蝌蚪状气泡、未熔粉末、弯曲生长线等内部特征。
第三，吸收光谱的差异：如合成蓝宝石没有450nm吸收带（天然存在450nm,460nm,470nm吸收带）；合成蓝色尖晶石有特殊的Co谱。
第四，紫外荧光也存在差异。比如合成蓝宝石有微弱荧光，而天然的无荧光（很难看到！！）；合成红宝石的荧光非常强，亮瞎眼睛，很容易看到！
焰熔法合成红宝石荧光强烈 GIA
第五，折射率。这一条只针对合成尖晶石，其合成后折射率稳定在1.727。
02
提拉法
二十世纪初，和焰熔法风格很相似但更胜一筹的提拉法问世了。刚玉、尖晶石、变石、钇铝榴石（YAG）、钆镓榴石（GGG）等都是可用此法合成的宝石。
提拉法合成红宝石 GIA
提拉法也是将粉末原料高温熔化之后生成。不同的点是，提拉法存在初始的籽晶，在装上定向的籽晶后，降下籽晶杆，接种、放肩然后提拉形成等径生长晶体。
在籽晶上与同等组成的熔体相接触，通过缓慢提拉籽晶使其结晶。晶体生长而形成圆柱状的晶体。
这种方法在生长过程中易于观察，能人为掌控合成速率和大小，因此品质相对高，也给鉴别带来一定的困难。
提拉法合成红宝石中极细平行细纹 GIA
第一，如未熔粉末、云朵状气泡或不均匀的糊状生长纹在内的特征并不易观察到。能观察到者，凤毛麟角。
提拉法合成尖晶石中的未熔粉末和铂金片 GIA
相比较而言，铂金片是概率略大被观察到的内含物。但其他方法也会有铂金片出现，所以，这也不是唯一的鉴定特征。
这种方法在XRF或EPMA检测钼、钨、铱、铂等元素下都可现原形，但对于普通人来说太大费周章了。
03
助溶剂法
助溶剂法的风格和前两者完全不一样，用生活中的例子来说，助溶剂熔化其他原料就像水溶解糖。
助溶剂法合成红宝石中的羽状体 GIA
换句话说，这种方法就需要将宝石原料在高温下溶解于低熔点的助溶剂中，缓慢降温蒸发溶剂，在混合液体达到过饱和时，宝石析出生长。
助溶剂法合成原理
这种方法的优势在于对所有材料适用，即宝石合成界的“海王”；因生长温度低，基本模拟天然过程，所以除长出完整的晶体之外，其内含物特征与天然宝石很相似；简单的操作技术也成为受吹捧的原因。
助溶剂法合成祖母绿的羽状体 YZJ
成也萧何败也萧何。尽可能模拟天然的过程拉长了整个晶体生长的周期，且生长出的晶体尺寸很小。by the way，提拉法非常适合有耐心有恒心有毅力，“铁杵磨成针”的工厂。
如祖母绿、刚玉、变石等宝石都可以用这种方法合成，其鉴别的特征主要是：
助溶剂法合成红宝石鲜艳颜色，平直生长纹 GIA
第一，如合成红宝石会有过于鲜艳的颜色，且分布均匀。
助溶剂法合成红宝石的铂金片 GIA
助溶剂法合成祖母绿助溶剂残余 GIA
助溶剂法合成祖母绿中的海藻状助熔剂残余 YZJ
助溶剂法合成红宝石的助熔剂残余 GIA
第二，内部可见残余包体、助溶剂残余和气泡组成的气固包体、铂金片、籽晶片等内部特征。
助溶剂法合成红宝石（左）和焰熔法合成红宝石（右）的晶体-刻面宝石对比 GIA
美国的查塔姆、法国的吉尔森、日本的拉姆拉等公司都有专门的合成祖母绿业务。
04
水热法
水热法和助溶剂法有相似的idea，他们都想模拟天然的环境完成更完美宝石的合成。如祖母绿、水晶、刚玉等宝石都会采用这种办法合成。
水热法合成水晶，可见中央的种晶板、面包渣状雏晶和表面水波纹 YZJ
水热法的生长过程全程均在封闭体系中进行，所以不直观且不可控，技术难度大，成本高。
水热法将原料置于封闭的高压釜中，利用高温高压的水溶液使难溶的物质溶解，通过高压釜内溶液的温差使产生对流形成过饱和状态，在高压釜上端温度较低的部位，围绕预先设置的籽晶长出晶体。
但合成的宝石内部包裹体与天然宝石十分相似，也吸引人不断探索。
水热法合成红宝石中的细小钉状包体
水热法合成红宝石中的水波纹状包体
水热法合成祖母绿中的钉状体
水热法合成水晶，色带平行于种晶板分布
05
区域熔炼法
这种方法靠可旋转的绝热石英管和高频加热线圈完成合成过程。在石英管中添加所需合成晶体的混合配料，启动高频加热线圈，至温度达到所需温度时，管内的配料发生熔融，移开高频加热线圈时，熔化部分又冷却结晶，这即是“熔炼”过程。由于高频线圈的加热总是局部进行，即是合成方法中“区域”的来历。
区域熔炼法合成金绿宝石
这种方法可以用于生产合成刚玉和变石等宝石。
06
CVD法合成钻石
CVD法，即“化学气相沉积法”（Chemical Vapor Deposition），是将碳氢化合物（甲烷、乙炔等）所产生的气体与氢气混合，在一定条件下使碳氢化合物离解，在等离子态时产生碳离子，并在金刚石衬底上生长出金刚石。
CVD法合成钻石装置
CVD法合成钻石大多呈黄色、渴黄色（大多数）具沙漏状色带，和天然钻石不同。其晶形多为板状-板柱状。
CVD法合成钻石的荧光
在吸收光谱方面，缺失自然钻石中无色－浅黄色系列415nm的吸收线。
CVD法合成钻石（左）和高温高压合成钻石（右）GIA
07
HPHT法合成钻石
高温高压合成钻石原理
HPHT法即高温高压法（High Pressure and High Temperature）。合成钻石是利用高温超高压设备，使粉末状原料在高温超高压条件下，产生相变和熔融而结晶生长晶体的方法。
高温高压合成钻石 GIA
HPHT钻石在颜色饱和度高时具有“砂钟状”图案，内部可见不同形状的Fe-Ni包裹体残余和较规则的籽晶幻影。
高温高压合成钻石中的金属残留物
HPHT钻石在短波下有黄-橙黄-绿黄色荧光；在阴极发光下可见规则的图案。
合成钻石在阴极发光下显示规则图案 GIA
其他如冷坩埚法合成立方氧化锆、液相沉淀法合成欧泊等在此不再赘述。
合成欧泊
合成欧泊的蜂窝状结构
合成欧泊的镶嵌状色斑
THE
END
美编：杨梓涓
校对：张 崧
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