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合成欧泊--合成非晶质材料

2010-06-19 08:49阅读：

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1.概况
电子显微镜的出现，发现了欧泊内部结构的奥秘，也为欧泊的合成提供了理论依据。1972年合成欧泊由吉尔森（Pierre Gilson）首次合成成功，它是用化学沉淀固结的方法合成的。1974年才开始投入市场。目前，合成欧泊已的品种有包括白欧泊、黑欧泊和火欧泊。主要产自法国、日本、俄罗斯和中国。日本和中国生产的相对密度较低的欧泊，是灌注了塑料成分的合成欧泊。
2.合成的方法
 虽然合成方法是严格保守的工业秘密，但一般认为合成欧泊的生产过程可分为三步：首先形成细粒的二氧化硅化合物，并在水和酒精的溶液中均匀地分布；然后加入碱（如氨），使它们发生反应生成二氧化硅球粒；最后设法让这些球粒紧密堆积、脱水、固结。
(1) 形成二氧化硅胶体球：
一般是用某些高纯度的有机硅化物（可用蒸馏法制取），如四乙基正硅酸酯（（C2H5O）4Si），通过有控制的水解作用生成单色二氧化硅球体。通常使（C2H5O）4Si以小滴形式分散在乙醇的水溶液中，加入氨或其他弱碱并搅拌，使其转化为含水的二氧化硅球体，反应式为：
（C2H5O）4Si+2H2O→SiO2+4C2H5OH
反应过程中必须小心控制搅拌速度和反应物浓度，以使制备的二氧化硅球体具有相同的尺寸。按所要求得到的欧泊的种类不同，球体直径200nm-300nm不等。
(2) 二氧化硅球体的沉淀
使分散的二氧化硅球体
在控制酸碱度的溶液中沉淀。这一过程可能要超过一年的时间。一旦沉淀，这些球体便会自动呈现最紧密排列的形式。
(3) 球体压实
这一步是使产品达到宝石级要求的关键，也最为困难。可对其施加静水压力，将其压实。加压时将其放入钢制活塞内，加入传压液体，当加入的液体量增多时，静水压力沿各个方向施加在沉淀的球体上，而不致于使其畸变。
3.合成欧泊的鉴定
 (1) 颜色特征：许多合成欧泊显示显然不同于天然欧泊的十分明亮而鲜艳的颜色。
(2) 特殊的色斑结构：合成欧泊的色斑明显不同于天然欧泊，其色斑边界呈镶嵌状，显示蜥蜴皮结构(图7-55)，转动时可见柱状升起的立体感。天然欧泊的色斑为二维的、丝绢状， 色斑边界为过渡渐变特征(图7-56)。
(3) 相对密度：比天然的略低，合成黑欧泊和白欧泊为2.06，有塑料灌注的合成欧泊更低一些，为 1.968，天然的为2.10。

合成欧泊--合成非晶质材料
 合成欧泊--合成非晶质材料
图7-55 合成欧泊的蜥蜴皮状结构
 图7-56 天然欧泊的
色斑结构特征
(4) 紫外荧光：大多数天然欧泊在长波紫外光下发强的淡白色荧光，并可有持续的磷光；而合成白色欧泊在长波下几乎没有磷光且荧光很弱，甚至为惰性。
(5) 吸收光谱：合成蓝色欧泊由钴致色，有典型钴谱，在查尔斯滤色镜下变红。天然蓝色欧泊由铜致色。
E.折射率：合成火欧泊，有苔藓状包体，折射率为1.46，天然火欧泊折射率为1.40。
(6) 紫外透过率：合成欧泊比天然欧泊更易透紫外线。
(7) 化学成分：X射线荧光光谱分析结果合成欧泊有的含有明显高于天然欧泊的Zr、Cl、Ga等化学成分。
(8) 红外光谱：天然欧泊（包括贵欧泊与火欧泊）的红外光谱从4000cm-1以下全吸收，在5000—5300cm-1区间有极强的吸收，在4400和4500cm-1附近常出现较弱的吸收。天然火欧泊基本不出现4400和4500cm-1处的较弱吸收峰(图7-57)。
合成贵欧泊的图谱有两类。一类从2000cm-1以下全吸收，3670—3685cm-1间有强吸收峰，2665和2265cm-1处附近有两个次级峰（图7-58） 。
另一类合成欧泊，还有5806，5734cm-1的双峰，4697cm-1的低宽峰和4398，4343，4255，4166，4078cm-1等吸收峰。这些吸收峰与塑料中的聚丙烯和聚苯乙烯谱峰相似，因此此类合成品为塑料灌注充填的合成欧泊，其相对密度值通常偏低（图7-59） 。


合成欧泊--合成非晶质材料
图7-57 天然欧泊红外吸收光谱图（透射法）
　
合成欧泊--合成非晶质材料
图7-58 合成白色欧泊红外吸收光谱图（透射法）

合成欧泊--合成非晶质材料
图7-59 合成黑欧泊红外吸收光谱图（透射法）
三、合成多晶质材料
多晶质材料的合成大多采用的是粉末原料在高温高压下发生结晶或重结晶的方法。多晶质材料合成的工艺技术一致严守的机密，目前尚无这方面有关的详细资料。
1.合成孔雀石
 1987年由俄罗斯合成成功，采用的是从水溶液中生长晶体的方法。俄罗斯合成的孔雀石可显示三种特征的构造，即条带状、丝绢状及蓓蕾状构造。已经投入商业化生产，最大的块体可达8kg。合成孔雀石与天然孔雀石性质极其相似，只可用一种破坏性测试，即差热分析将它们区分。
2.合成绿松石
 1977年由Williams 和Nassau发表了关于合成绿松石的报道。通过对诸多公司生产的绿松石产品分析，发现只有吉尔森公司的一种产品在成分、原子结构、外观特征及显微镜下结构特征上都与天然绿松石基本相同，只是铁含量较低。所以人们的确已获得了合成绿松石。但市场上的合成绿松石非常少，只吉尔森公司1979年还生产过，其余大多是绿松石的人工仿制品。
目前，市场上主要的人工仿制品有如下两种类型。一种是利用陶瓷工艺将绿松石或其它成分的粉末与色素原料烧结而成，并非真正的合成宝石。另一种是将劣质绿松石或其它成分的粉末与色素原料经过树脂或塑料在一定温度和压力下粘结而成，称为胶结绿松石（bonded turquoise）。
3.合成翡翠
 翡翠1987年美国通用电器公司宣布成功合成出各种颜色的翡翠，但至今尚未投放市场。它的合成大致是首先制得翡翠成分的玻璃，然后在中压下使之结晶。这种合成品颜色比天然品更浓。我国的沈才卿在八十年代也进行了合成翡翠的研究实验，并成功获得了合成翡翠，但因为透明度太差，颜色不正，也未进行商业化生产。他采用的也是二步法，先将Na2O、Al2O3、SiO2及色致色元素Cr2O3的粉末在1100℃下恒温2小时以上。待起熔融后断电，让它冷却，形成具有翡翠成分的玻璃。然后，将此玻璃碾成粉末，再放入用来合成工业钻石的六面体压机中加压十五分钟即可获得合成翡翠。

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