焰熔法合成红宝石红外光谱特征研究
本人签名_____________ 日期______________摘 要合成红宝石是世界名贵宝石之一红宝石的对应合成品，它同天然红宝石一样具有绚丽缤纷的色彩和良好的物理学及光学性质。由于天然红宝石产量稀少，所以便出现了越来越多不法商家以合成红宝石充当天然红宝石售卖的现象。为杜绝此种现象的再发生，我将对合成红宝石的鉴定做如下研究。合成红宝石的合成方法诸多，常见的有焰熔法、助熔剂法、水热法、晶体提拉法，其中采用最广泛的便是焰熔法。然而，本文将对焰熔法合成红宝石及天然红宝石的红外光谱特征进行研究。
目 录
绪论 1
第1章 焰熔法合成红宝石的形成 3
1.1焰熔法生长宝石晶体工作原理 3
1.2焰熔法生长宝石晶体工艺过程 3
1.2.1原料的提纯 3
1.2.2粉料的制备 3
1.2.3晶体生长 3
1.2.4退火处理 4
1.2.5焰熔法生长宝石的优点与缺点 4
1.2.6焰熔法生长宝石晶体的相同之处 5
第2章 焰熔法合成红宝石宝石学性质 6
第3章 焰熔法合成红宝石红外光谱特征研究 7
3.1.1 基本原理 7
3.1.1.1 红外光谱 7
3.1.1.2 红外光谱产生的条件 7
3.1.2 红外光区的划分 7
(1) 远红外光区 7
(2) 中红外光区振动光谱区（定性定量测试） 7
(3) 近红外光区 8
3.1.3 测试方法 8
3.1.3.1 透射法 8
3.1.3.2 反射法 8
3.1.4 宝石中的应用 8
(1) 宝石物相的鉴定 8
(2) 钻石类型的判定 9
(3) 人工充填处理宝石的检测 9
(4) 宝石中碳、氢、氧等元素存在形式研究（近红外区） 9
(5) 仿古玉的鉴定 9
3.1.4.1 鉴定宝石种属 10
3.1.4.2 鉴定天然与合成宝石 10
3.1. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
4.3 鉴定优化处理宝石 10
3.2焰熔法合成红宝石及天然红宝石红外光谱图对比分析 10
3.3特征吸收峰原因探究 12
结论 13
参考文献 14
致谢 15
附录 16
绪论
红宝石作为世界级的珍贵宝石，不仅是因为它产量稀少，更是因为它美丽耐久。而它的美丽取决于它良好的光学性质，因为它折射率够大，所以光泽较其他宝石强。又因它含有微量元素铬元素而致色，铬元素含量不同而呈现出不同饱和度的红与紫红色，分外美丽动人。它耐久的优良品质源于它良好的物理性质，它硬度为9，仅次于世界最坚硬的物质金刚石。
红宝石拥有玫瑰般靓丽的色彩，在火热的七月里，象征着热情、权力和美好爱情的它被誉为七月份的生辰石。在女性的心目中，火红炙热的红宝石象征着永世不变、恒久流长的美好爱情。所以在欧洲王族的婚姻里，红宝石多被用来作为童话般美丽爱情的见证。在男性的眼中，红宝石象征着至高无上的权力，所以在欧洲当权者的王冠上大多都镶嵌有红宝石。
合成红宝石是五大名贵宝石之一红宝石的对应合成品，是合成刚玉中的一个大类。因为刚玉具有高硬度、良好的导热性、明亮的光泽和丰富的色彩以及一定的火彩，被广泛应用到多个军用、航空、民用及工业等领域。且优质的红宝石色彩诱人，价值不菲，合成红宝石的出现让某些不良商家有了可乘之机。焰熔法合成红宝石成本低廉，在所有合成红宝石中价格最低，所以产量大，它的出现更是让黑心的商家有了暴利的欲望。正是由于天然红宝石晶体产出稀少，而其在珠宝首饰业中了一大波以次充好、以假乱真的风浪。
基于许多旅游景区普遍的不良商家欺诈无辜消费者的消极现象，本文针对天然红宝石及焰熔法合成红宝石的鉴定做了对比分析，尤在红外图谱的辅助性鉴定方面做出了创新性和综述性的总结，以帮助质检站对天然红宝石及焰熔法合成红宝石进行一个快速简便的辅助鉴定。
第1章 焰熔法合成红宝石的形成
1.1焰熔法生长宝石晶体工作原理
焰熔法，是一种通过在高温环境中边投放原材料边结晶生长晶体材料的方法。又叫做“维尔纳叶法”，它的工作原理是让原料的粉末在氢氧火焰中，一边放入一边熔融从而结晶生长出宝石晶体的方法[1]。
1.2焰熔法生长宝石晶体工艺过程
以下是焰熔法生长宝石晶体的工艺过程：
1.2.1原料的提纯
对原料要求丰富多样化，价格便宜，净化提纯的方法容易操作并且具有一定的效率。不同种类的人造宝石有不同的原料和不同的提纯方法。例如，生长刚玉的原料主要是硫酸铝铵，可以用简单的重结晶法提纯。
1.2.2粉料的制备
焰熔法合成宝石对粉料有以下几点要求：
高纯度可防止由气泡(挥发性杂质)、未熔残余物等杂质所引发的晶体缺陷；化学反应百分之百避免了因为粉末的化学反应不完全而在熔融层上产生气泡；占地空间小、分发散开的性能较高以及良好的均匀性目的在于确保炉体内的原料在通过氢氧火焰的时候能够全部熔融，避免粉料来不及熔化就窜入熔融层造成不熔物包裹体等；晶体构型要有利于晶体生长 。
粉料的制备方法也因生长宝石的种类不同而不同，大多数是在水溶液中提纯后，沉淀成粉料，然后采用焙烧制得。要制备性能良好的粉料，必须具有一种符合工业生产要求的焙烧炉，这种炉子要求功率要足够大，温度上升比较快，炉体温度均匀，挥发性产物易排除等。
1.2.3晶体生长
焰熔法生长宝石装置一般由气体燃料供给系统、气体燃料器、结晶炉、供料装置及下降机构所组成。
生长工艺过程
等径生长晶体生长到一定的体积大小之后，也就是说在这个直径一样的生长过程中，该过程要一直维持到生长结束。
不同种类的宝石，其生长出来的晶体直径即使不是百分之百一样，但大体上最终都会生长成为倒梨形，就是业内所说的梨晶。
在等径生长的同时，要让梨晶生长出来的晶体的各个光滑面时常处在一个最合适的生长温度范围之内，也就是所谓的生长出晶体的集中点上。最好的生长晶体的条件是在梨晶的最上端要保持2~3mm厚的熔融层，使落在这个层上的尚未结晶的粉料完全熔化，随着后面在晶体结晶杆下降的同时在熔融层的下面凝固并析出晶体[2]。
扩大放肩增大晶体种籽的直径或增加晶体种籽的面积。
生长出晶体芽坯（连接籽晶）在籽晶上生长出最开始的晶体芽坯，这个过程又叫做引种晶体。
早期的工艺中，籽晶一般为粉料烧结成的陶瓷体或已结晶晶体的一部分。目前，均已用晶种法代替晶芽的自发生长，如生长合成红宝石时，晶种采用合成红宝石[3]。
在整个合成宝石晶体结晶生长形成的过程中，用于结晶的晶体材料对主要生长装置及设备有一定的工艺要求，就像任何生命的形成都需要适合它的养分一样。
供料系统 要求粉料流动通畅，并能够稳定而均匀地通过燃烧器中心的氧气管落入氢氧火焰中熔化成微小液滴。
目 录
绪论 1
第1章 焰熔法合成红宝石的形成 3
1.1焰熔法生长宝石晶体工作原理 3
1.2焰熔法生长宝石晶体工艺过程 3
1.2.1原料的提纯 3
1.2.2粉料的制备 3
1.2.3晶体生长 3
1.2.4退火处理 4
1.2.5焰熔法生长宝石的优点与缺点 4
1.2.6焰熔法生长宝石晶体的相同之处 5
第2章 焰熔法合成红宝石宝石学性质 6
第3章 焰熔法合成红宝石红外光谱特征研究 7
3.1.1 基本原理 7
3.1.1.1 红外光谱 7
3.1.1.2 红外光谱产生的条件 7
3.1.2 红外光区的划分 7
(1) 远红外光区 7
(2) 中红外光区振动光谱区（定性定量测试） 7
(3) 近红外光区 8
3.1.3 测试方法 8
3.1.3.1 透射法 8
3.1.3.2 反射法 8
3.1.4 宝石中的应用 8
(1) 宝石物相的鉴定 8
(2) 钻石类型的判定 9
(3) 人工充填处理宝石的检测 9
(4) 宝石中碳、氢、氧等元素存在形式研究（近红外区） 9
(5) 仿古玉的鉴定 9
3.1.4.1 鉴定宝石种属 10
3.1.4.2 鉴定天然与合成宝石 10
3.1. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
4.3 鉴定优化处理宝石 10
3.2焰熔法合成红宝石及天然红宝石红外光谱图对比分析 10
3.3特征吸收峰原因探究 12
结论 13
参考文献 14
致谢 15
附录 16
绪论
红宝石作为世界级的珍贵宝石，不仅是因为它产量稀少，更是因为它美丽耐久。而它的美丽取决于它良好的光学性质，因为它折射率够大，所以光泽较其他宝石强。又因它含有微量元素铬元素而致色，铬元素含量不同而呈现出不同饱和度的红与紫红色，分外美丽动人。它耐久的优良品质源于它良好的物理性质，它硬度为9，仅次于世界最坚硬的物质金刚石。
红宝石拥有玫瑰般靓丽的色彩，在火热的七月里，象征着热情、权力和美好爱情的它被誉为七月份的生辰石。在女性的心目中，火红炙热的红宝石象征着永世不变、恒久流长的美好爱情。所以在欧洲王族的婚姻里，红宝石多被用来作为童话般美丽爱情的见证。在男性的眼中，红宝石象征着至高无上的权力，所以在欧洲当权者的王冠上大多都镶嵌有红宝石。
合成红宝石是五大名贵宝石之一红宝石的对应合成品，是合成刚玉中的一个大类。因为刚玉具有高硬度、良好的导热性、明亮的光泽和丰富的色彩以及一定的火彩，被广泛应用到多个军用、航空、民用及工业等领域。且优质的红宝石色彩诱人，价值不菲，合成红宝石的出现让某些不良商家有了可乘之机。焰熔法合成红宝石成本低廉，在所有合成红宝石中价格最低，所以产量大，它的出现更是让黑心的商家有了暴利的欲望。正是由于天然红宝石晶体产出稀少，而其在珠宝首饰业中了一大波以次充好、以假乱真的风浪。
基于许多旅游景区普遍的不良商家欺诈无辜消费者的消极现象，本文针对天然红宝石及焰熔法合成红宝石的鉴定做了对比分析，尤在红外图谱的辅助性鉴定方面做出了创新性和综述性的总结，以帮助质检站对天然红宝石及焰熔法合成红宝石进行一个快速简便的辅助鉴定。
第1章 焰熔法合成红宝石的形成
1.1焰熔法生长宝石晶体工作原理
焰熔法，是一种通过在高温环境中边投放原材料边结晶生长晶体材料的方法。又叫做“维尔纳叶法”，它的工作原理是让原料的粉末在氢氧火焰中，一边放入一边熔融从而结晶生长出宝石晶体的方法[1]。
1.2焰熔法生长宝石晶体工艺过程
以下是焰熔法生长宝石晶体的工艺过程：
1.2.1原料的提纯
对原料要求丰富多样化，价格便宜，净化提纯的方法容易操作并且具有一定的效率。不同种类的人造宝石有不同的原料和不同的提纯方法。例如，生长刚玉的原料主要是硫酸铝铵，可以用简单的重结晶法提纯。
1.2.2粉料的制备
焰熔法合成宝石对粉料有以下几点要求：
高纯度可防止由气泡(挥发性杂质)、未熔残余物等杂质所引发的晶体缺陷；化学反应百分之百避免了因为粉末的化学反应不完全而在熔融层上产生气泡；占地空间小、分发散开的性能较高以及良好的均匀性目的在于确保炉体内的原料在通过氢氧火焰的时候能够全部熔融，避免粉料来不及熔化就窜入熔融层造成不熔物包裹体等；晶体构型要有利于晶体生长 。
粉料的制备方法也因生长宝石的种类不同而不同，大多数是在水溶液中提纯后，沉淀成粉料，然后采用焙烧制得。要制备性能良好的粉料，必须具有一种符合工业生产要求的焙烧炉，这种炉子要求功率要足够大，温度上升比较快，炉体温度均匀，挥发性产物易排除等。
1.2.3晶体生长
焰熔法生长宝石装置一般由气体燃料供给系统、气体燃料器、结晶炉、供料装置及下降机构所组成。
生长工艺过程
等径生长晶体生长到一定的体积大小之后，也就是说在这个直径一样的生长过程中，该过程要一直维持到生长结束。
不同种类的宝石，其生长出来的晶体直径即使不是百分之百一样，但大体上最终都会生长成为倒梨形，就是业内所说的梨晶。
在等径生长的同时，要让梨晶生长出来的晶体的各个光滑面时常处在一个最合适的生长温度范围之内，也就是所谓的生长出晶体的集中点上。最好的生长晶体的条件是在梨晶的最上端要保持2~3mm厚的熔融层，使落在这个层上的尚未结晶的粉料完全熔化，随着后面在晶体结晶杆下降的同时在熔融层的下面凝固并析出晶体[2]。
扩大放肩增大晶体种籽的直径或增加晶体种籽的面积。
生长出晶体芽坯（连接籽晶）在籽晶上生长出最开始的晶体芽坯，这个过程又叫做引种晶体。
早期的工艺中，籽晶一般为粉料烧结成的陶瓷体或已结晶晶体的一部分。目前，均已用晶种法代替晶芽的自发生长，如生长合成红宝石时，晶种采用合成红宝石[3]。
在整个合成宝石晶体结晶生长形成的过程中，用于结晶的晶体材料对主要生长装置及设备有一定的工艺要求，就像任何生命的形成都需要适合它的养分一样。
供料系统 要求粉料流动通畅，并能够稳定而均匀地通过燃烧器中心的氧气管落入氢氧火焰中熔化成微小液滴。
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