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钻石,莫桑石,锆石与立方氧化锆有什么区别?


发布日期:2021-11-08 22:08    点击次数:148


锆石又称锆英石,日本称之为“风信子石”,它是十二月生辰石,象征成功。(十二月生辰石还有绿松石、青金石)它的英文名字是Zircon ,是地球上形成最古老的矿物之一。锆石为矿物名称,旧称锆英石,风信子石,其来源一说可能是在阿拉伯文“Zarkun”的基础上演变而来的,原意是“辰砂及银朱”;另一说认为是来源于古波斯语“Zargun”,意即“金黄色”。第一次正式使用“Zircon”是在1783年,用来形容来自斯里兰卡的绿色锆石晶体。

锆石:在人造立方氧化锆出现之前,锆石是最佳的钻石代用品。锆石具有很强的双折射,即它有两个折光率,并且两个折光率之间的差别较大。由此而产生了一种很特殊的光学现象,当用放大镜观察琢磨好的锆石棱面宝石时,由其顶面可以看出底部的面和棱线有明显的双影。而钻石因为是“均质体”,绝无双影现象。

锆石的主要化学成分:硅酸锆;化学组成为Zr[SiO₄],晶体属四方晶系的岛状结构硅酸盐矿物。晶体呈短柱状,通常为四方柱、四方双锥或复四方双锥的聚形。锆石颜色多样,有无色、紫红、金黄色、淡黄色、石榴红、橄榄绿,香槟,粉红,紫蓝,苹果绿等,一般有无色、蓝色和红色品种。色散为0.039(高)。光泽为强玻璃光泽至金刚光泽。无解理。摩氏硬度6~7.5,比重大,密度:多数在3.90~4.73 g/cm³。高型:4.60~4.80 g/cm³。中型:4.10~4.60 g/cm³。低型:3.90~4.10 g/cm³。在正常压力之下,二氧化锆的稳定晶体为单斜晶体(mono-clinic),因此在合成立方氧化锆的过程中,需要加入份子量为10至15%的金属氧化物(通常氧化钇或氧化钙)作为安定剂。不同的生产方法会加入不同份量的安定剂,故此立方氧化锆的物理及光学特质会稍为有所不同。

立方氧化锆:(即“苏联钻”):这是首先由原苏联推出的最理想的钻石代用品或冒充品,是人造化合物,无天然矿物。自从立方氧化锆问世后,其他多种人造宝石原料,都只用作别的中低档宝石代用品,而不再来磨制假钻石了。这是由于立方氧化锆在折光率、色散等方面与天然钻石很接近。但它的硬度较低(8.5),比重为钻石的1.6—1.7倍,达5.6—6,且导热性远低于钻石,故仍可用仪器准确地将其与钻石区分开来。

氧化锆在1892年首次被发现以后,一直以为只有天然存在的单斜晶体“钭锆石”一种。由于钭锆石藏量不多,因此并未有广泛的应用。而且氧化锆的溶点高达2,750°C,难以透过溶解结成单晶体。

1930年发明加入安定剂造成的“安定氧化锆”,是立方多晶体或正方多晶体,都是属于多晶体陶瓷。安定氧化锆主要被用作耐火材料,能抵受高达2,540°C的高温及化学品。之后1937年德国圹物学家 M. V. Stackelberg 及 K. Chudoba 首次在蜕晶质化(metamictization)钭锆石中发现微细的单晶立方氧化锆。

1960年代,法国科学家 Y. Roulin 及 R. Collongues 开始研究培养单晶立方氧化锆。他们使用的方法是将镕解的氧化锆放在有固体氧化锆表面的坩埚之内,令其结晶。这种方法称之为“冷坩埚”法。不过这种方法只能生产很小的单晶体。

苏联科学家 V. V. Osiko之后在莫斯科列别捷夫物理研究所(Lebedev Physical Institute)改良了这一种技术。他的发明被称为“冷坩埚”法,其出产的人工宝石在苏联内被称为“Fianit”。这种发明在1973年首次披露,并在1976年开始商业生产。至1980年,以这一方法生产的立方氧化锆年产量已超过5千万卡拉(10,000公斤)。

2012年9月,有俄罗斯专家对外表示,一座由前苏联政府发现的超大型工业钻石矿正在由政府计划开发,据悉这座巨型钻石矿储量超过了全球现有储量,可供全球持续开发3000年。俄罗斯科学院西伯利亚分院表示,西伯利亚东部的珀匹盖陨石坑内有“数万亿克拉”的“冲击钻”,是良好的工业钻石,而不是用来打造珠宝。虽然同为钻石,但此次披露的超级钻石矿却不是我们熟知的珠宝钻石,而是工业钻石,也许普通人并不知道两者的区别,但唯一可以确认是珠宝市场并不会因为这个发现而出现重大波动。虽然科学家宣称此座钻石矿的探明与开发,可能会引起工业变革,但仍旧处于规划阶段,后续将产生何种影响还需要时间来证明。 [1]

2015年11月25日晚,香港弥敦道天降“钻石”,导致行人疯抢。但经鉴证后,行内人表示该批“钻石”实为“苏联石”,100港元便买到10多粒,价值便宜,多用以制作首饰。

理化性质

立方氧化锆与钻石一样,都为立方晶体。在正常压力之下,二氧化锆的稳定晶体为单斜晶体(mono-clinic),因此在合成立方氧化锆的过程中,需要加入份子量为10至15%的金属氧化物(通常氧化钇或氧化钙)作为安定剂。不同的生产方法会加入不同份量的安定剂,故此立方氧化锆的物理及光学特质会稍为有所不同。

立方氧化锆的密度颇高,比重为5.6至6.0。其硬度达8.5,虽低于钻石,但已超过大部份天然宝石。其折射指数为2.15至2.18,表面有金刚光泽。色散指数达0.058至0.066,超过钻石。立方氧化锆无解理(Cleavage),断口为贝壳状(Conchoidal fracture),属于易碎。在短波紫外线下呈黄、黄绿萤光,于长波紫外线下萤光不明显。

合成方法

苏联发明的“冷坩埚”法至今仍是主要的合成方法。首先以铜管绕成杯状,铜管内注入冷却水。在杯内加入少量锆金属片,中间加入氧化锆及安定剂粉末,并加以压紧。整个设备以无线电频感应线圈包围。当感应线圈通电时,锆金属因感应产生电流,被加热至高温镕化,并传热至内部的氧化锆将其镕化。冷却水使杯中接近表面1-2mm的氧化锆维持固态。经过数小时加热后,逐渐减少热力,无瑕的柱状晶体开始形成。之后在1,400°C用长时间退火,消除晶体中的应力。经退火后的晶体通常为5cm长,2.5cm阔,便可以被切割成宝石。

若果在原料内加入不同的金属氧化物,可以获得不同颜色的晶体。例如:

铈:黄、橙、红

铬:绿

钕:紫

铒:粉红

钛:金棕

部分生产商亦有以不同方法改良产品,最常见的是在立方氧化锆表面以蒸气凝结加上一层类金刚石碳(diamond-like carbon, DLC)。得出的产品比普通氧化锆更硬,看起来亦更为似钻石。另一种方法是在表面上以真空喷上一层金属氧化物,使其出现晕彩。但是与镀上类钻石碳不同,这种加工是可以被磨损的。

鉴定要点

自从20世纪70年代中期制成立方氧化锆后,立方氧化锆随之取代所有的磨制假钻石的原料,是由于它有着与真钻石非常相近的性质。首先,立方氧化锆的折光率为2.17,色散0.06,与钻石很接近,又与钻石同属均质性。立方氧化锆的硬度高达8.5,这使它琢磨成宝石后,可以镶嵌在首饰上长期佩戴,不会被划伤磨毛而失去光泽。立方氧化锆可以制出透明度极佳、完全无色的产品。这样,将它磨成宝石后,外观与钻石非常相似。据说在刚生产出来的那几年,用它冒充真钻石使一些有经验的宝石界人士也上过当。

立方氧化锆与钻石仍有不少差别;首先是硬度,什么物质也比不上钻石,立方氧化锆也不例外的低于它。此外,立方氧化锆的比重高达5.6—6,是钻石的1.6—1.7倍。有条件用仪器测一下比重,立即可以区别。 立方氧化锆的商品代号为CZ,因此,用它磨成的假钻石 也常叫做“CZ钻”。CZ钻由于价格非常低廉,可外观又极像钻石,因此获得 了广大顾客的欢迎,不仅一般人常戴镶CZ钻的首饰,就是拥 有真钻石首饰的人,平时为了安全,也佩戴镶CZ钻的首饰。立方氧化锆的产量也与日俱增,仅美国的年产量已 超过l0亿克拉,即200吨立方氧化锆造成的“宝石”立方氧化锆(Cubic Zirconia,简称 CZ),亦被称作“方晶锆石”、“苏联钻”或“苏联石”, 是二氧化锆(Zirconia,ZrO2)晶体的一种。氧化锆天然存在时大部份为单斜晶体(mono-clinic),主要以矿物“钭锆石”(Baddeleyite)存在。以立方单晶体存在的氧化锆在天然中极为罕有,但现时经常以人工方法合成,被广泛用作钻石的代替品。因为这种人工合成方法在苏联发明及最先使用,故此立方氧化锆亦被称为“苏联钻”或“苏联石”。立方氧化锆有时被称作“方晶锆石”,但这名称并不完全正确;因为锆石(Zircon)是天然存在宝石的一种,其化学成份为硅酸锆(Zirconium Silicate,ZrSiO4),与合成的立方氧化锆为两种不相同的物质;而且氧化锆的方晶相其实还分为立方晶(Cubic)及正方晶(Tetragonal)两种。

立方氧化锆在光学上与钻石(金刚石)非常接近,一般人未必能分别两者。但是在显微镜下二者仍然有一定分别:

色散:立方氧化锆的色散为0.060,高于钻石的0.044。因此立方氧化锆看来比钻石更为熣灿。

硬度:立方氧化锆的摩氏硬度为8.5至9.0,钻石为10。

比重:立方氧化锆比钻石重1.7倍。但是这特点只能用来分别未镶嵌的宝石。

瑕疵:生产的立方氧化锆基本上是内外完美无瑕的。而天然钻石极少是完全内外无瑕。

折射率:立方氧化锆的折射率为2.176,稍低于钻石的2.417。

切割:由于折射率不同,立方氧化锆的切割与钻石会稍有不同,在放大镜下小心观察可以发现。

颜色:完全无色的钻石非常罕有,通常钻石都带有浅黄色。但立方氧化锆可以被造成钻石最高级别,即D级颜色。

传热:立方氧化锆与钻石的导热性为两个极端。立方氧化锆是上佳隔热材料,可被用作喷射引擎隔热。而钻石则是最佳导热体之一,其导热能力超越铜。只要使用适合的器材,这性质最能分辨两者。

天然立方氧化锆罕见,一般为人工合成

人工合成的立方氧化锆是一种坚硬、无色及光学上无瑕的结晶。因为其成本低廉,耐用而外观与钻石相似,故此在1976年起至今都是最主要的钻石(金刚石)的代替品。近年开始亦有用性质更为接近钻石的人工培养碳化硅(Silicon Carbide)与立方氧化锆竞争代替钻石。

立方氧化锆与钻石一样,都为立方晶体。在正常压力之下,二氧化锆的稳定晶体为单斜晶体(mono-clinic),因此在合成立方氧化锆的过程中,需要加入份子量为10至15%的金属氧化物(通常氧化钇或氧化钙)作为安定剂。不同的生产方法会加入不同份量的安定剂,故此立方氧化锆的物理及光学特质会稍为有所不同。

立方氧化锆的密度颇高,比重为5.6至6.0。其硬度达8.5,虽低于钻石,但已超过大部份天然宝石。其折射指数为2.15至2.18,表面有金刚光泽。色散指数达0.058至0.066,超过钻石。立方氧化锆无解理(Cleavage),断口为贝壳状(Conchoidal fracture),属于易碎。在短波紫外线下呈黄、黄绿萤光,于长波紫外线下萤光不明显。

莫桑石:天然的莫桑石,来自于外太空的陨石。1894年一位法国诺贝尔奖得主Henri Moissan博士从坠落于美国亚利桑那些州的陨石中发现一种碳矽结合的粒子异常明亮,而且该物质的外面很像钻石,惟地球上并无此成分存在,故科学家开始研发。1905年为表示对Henri Moissan博士的尊敬,这个新被发现的宝石被命名为Moissanite。1980年始在实验室中研发成功,1997年美国上市公司C3公司独家生产,结合尖端科技与专利超完美的切工技术,将此晶莹惕透的高科技宝石,呈现出比钻石更闪耀的火花,并成功的引进市场行销,造成国际间无数的轰动及与日俱增的需求。乍看之下,莫桑与钻石无法分别,甚至连仪器也区分不出,但仔细看会发现莫桑的七彩火光比钻石更强。在专业仪器下测试,莫桑的火光是钻石的2.5倍。在火光上,钻石是0.044,莫桑是0.104;在折射度上,钻石是2.42,莫桑是2.65,莫桑的火光及折射度都超过钻石。在摩氏硬度上,钻石是10,莫桑是9.25,远高于其它宝石。但莫桑的售价平均是同等级钻石的十分之一。

莫桑石碳化硅的一种。

莫桑石性质

颜色 无色、蓝、绿、黄绿、黄色 晶系六方晶系

硬度 9.5

光泽 玻璃,次金属光泽

条痕 灰绿色

透明性 透明至不透明

密度 3.218 - 3.22g/cm³

莫桑石和钻石的区别:

硬度:钻石可以称之为自然界最坚硬的物质,所以钻石硬度计在莫桑石表面作刻画实验会留下痕迹,而刻划计则不会在钻石表面留下痕迹。比重:莫桑石的重量相较于钻石来讲比较轻,钻石的比重为3.52,而莫桑石的比重仅3.22。对未镶嵌的材料,用甲基碘比重液(比重3.32)很容易将两者区分。折光率:莫桑石具双折射,因此仔细观察不难看出莫桑石棱线及底尖的重影,此时变换观 察角度,重影仍会出现。有经验的鉴定人员可以将二者区分开来。火彩:说到火彩不得不表扬一下莫桑石,莫桑的火彩要高于钻石2.4倍,在光学仪器下对比莫桑和钻石,莫桑放射出的彩虹光线非常震撼。切割:大多数已切割的莫桑石其棱线均较为圆钝,这与具尖锐棱线的钻石完全不同。莫桑石与钻石鉴别:

1、比重:莫桑石比钻石轻,即它们的比重不同,钻石的比重为3.52,而莫桑石的比重仅3.22。对未镶嵌的材料,用甲基碘比重液(比重3.32)很容易将两者区分。

2、硬度:莫桑石的硬度小于钻石,因此用钻石硬度计在莫桑石表面作刻划试验会留下划痕,而刻划计不会在钻石表面留下划痕。

3、导电性:据GIA的报告,80%的莫桑石均为电导体(天然钻石中仅蓝色、蓝灰色IIb型钻石具导电性)。常见的白/浅黄色系钻石是不导电的,因此可用电导仪或者莫桑仪鉴别钻石与莫桑石。

4、折光率:莫桑石的折光率与钻石不同,莫桑石的反光特征也不同于钻石,有经验的钻石鉴定人员可将二者区分;此外,莫桑石具双折射,因此仔细观察不难看出莫桑石棱线及底尖的重影,此时变换观察角度,重影仍会出现。

5、二轴光特性:由于莫桑石的二轴光性特征,其重影特征的观察取决于观察的角度,当从台面主刻面观察重影均较明显,尽管台面垂直莫桑石晶轴c轴时会减小重影效果,聚焦于底尖仍能看到台面及冠部刻面的反射重影,这种特点与单折射的钻石的冠部反射完全不同。

6、抛光纹:莫桑石的腰部抛光纹相互平行,这与钻石完全不同。而且由于不同方向的差异,钻石抛磨过程中要不断调整抛光方向,而莫桑石可沿同一方向抛光。这一点在相邻刻面间尤为明显。

7、切割:大多数已切割的莫桑石其棱线均较为圆钝,这与具尖锐棱线的钻石完全不同。

8、内含物:钻石的内含物与莫桑石内含物不同。所有鉴定过的莫桑石中都有一些内含物,它们呈针状平行排列。一些莫桑石内可见细的平行排列的反射线。




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