第三節　寶石人工合成的四個階段及產品的檢驗

一、寶石人工合成的四個階段

眾所周知，幾乎所有天然寶石都是結晶體物質，且其中的大多數又是單晶體物質，因此，研究人工寶石的歷史也可以說是不斷開發晶體生長技術的發展史。一般來說，任何一項寶石人工合成過程都必須經歷如下四個階段。

第一階段：了解和掌握相應天然寶石的性質以及在自然界成礦的條件，為選擇人工合成寶石的方法提供理論依據。例如，1797年人們已經認識到鉆石（金剛石）是由碳原子所構成，并且具有立方晶體結構，后來又認識到鉆石是在高溫超高壓條件下形成的；而對于歐泊，直到1946年人們才掌握了它的基本結構，是由密集排列整齊的SiO₂小球堆積而成的，這一發現為合成歐泊寶石提供了依據。

第二階段：通過一些特殊的技術和方法制作出極小的晶體。例如，用焊接噴槍嘴燒熔Al₂O₃粉制作出極小的紅寶石晶體，由此證明用某種方法能夠人工合成出某種寶石的可能性，并為繼續研究提供動力和增強信心。

第三階段：進行多種方法的嘗試，并對工藝方法的現實可行性及其經濟效益進行評估，逐步發展成為較為成熟、切實可行的工藝方法。在這一階段，通常對于晶體的尺寸和缺陷的改進考慮不多。

第四階段：進一步對選定的晶體生長工藝方法進行細致而科學的研究，精確地確定各種晶體生長參數，保證晶體能夠生長到足夠大的尺寸，并克服各種晶體生長缺陷以達到能琢磨出精美寶石的水平。

二、人工寶石產品的檢驗

寶石人工合成是否獲得成功，或者說人工合成的產品能否作為設計的寶石應用，還必須經過以下嚴格的檢測。

（一）結構分析

首先要對合成出的產品進行結構的檢測和分析，可以采用X射線衍射分析、紅外光譜分析等，檢測合成出的產品是否是晶體，以及能否定名為所設計寶石的相對應礦物。例如設計合成的是紅寶石，紅寶石所對應的天然礦物是剛玉，因此需要對生長出的紅色材料進行結構分析。如果分析結果為剛玉結構，說明該紅色材料具有所希望得到的紅寶石的結構，該紅色材料可初步定名為合成紅色剛玉礦物；反之，則說明合成出的紅色材料不具有紅色剛玉的結構，合成出的不是紅色剛玉，更不可能是紅寶石。

（二）成分分析和物理化學性質測定

在結構分析確定合成產品是設計寶石相對應礦物的前提下，進一步對合成出的產品進行成分分析和物理化學性質（包括折射率、密度、硬度、光性、吸收光譜、熒光等）的測試，若測試結果與天然寶石礦物的成分基本一致，并且物理化學性質非常接近，才能肯定合成寶石的相對應礦物已合成成功。例如對上述生長出的紅色材料進行成分分析和物理化學性質測試，若其化學成分主要為Al₂O₃和少量的Cr₂O₃，并且其折射率為1.762～1.778，密度為4.00g/cm3，硬度9，呈現非均質體的光性特征，以上特征和性質與天然紅剛玉礦物基本相同，只有吸收光譜和熒光特征與天然紅剛玉略有不同，則說明合成出的產品即為合成紅色剛玉礦物。

（三）檢驗是否達到寶石要求

合成寶石相對應礦物能否作寶石用，還必須用寶石的指標來衡量，包括顆粒度大小、顏色、透明度、裂綹和包裹體等，達到寶石使用指標的才能宣布某種人工合成寶石合成成功。例如，進一步對上述紅色材料進行檢驗，若晶體透明、顏色鮮艷、內部裂隙和包裹體少，并且顆粒度達到了寶石的加工尺寸大小，則表明生長出的紅色剛玉材料已達到寶石的要求，可以聲明采用該工藝方法生長出的合成紅寶石已獲得成功。

成功的合成寶石在礦物成分、內部結構、折射率、色散、密度和硬度等方面與其相對應的天然寶石是基本相同的，如合成紅寶石、合成藍寶石、合成祖母綠、合成尖晶石、合成水晶等。

人工寶石與人工晶體或人造礦物既有聯系也有區別。只有當人工晶體或人造礦物達到寶石的要求（即顏色漂亮、透明度好、硬度高、晶體大小符合寶石加工工藝條件等）時，才能被稱為人工寶石。

因為人工寶石是天然寶石的代用品，所以要求人工寶石盡可能與天然寶石相接近，越逼真越好。人工寶石合成技術經歷了近百年的研究和發展后，目前工藝日趨完善，產品幾乎達到了與天然寶石真假難辨的境地。人工寶石是人類智慧的結晶，其中的珍品具有色澤艷麗、純凈無瑕、質地優良、藝術造型美觀優雅等特點，深受人們的喜愛。

至20世紀70年代，各種人工寶石合成技術已基本成熟。20世紀70年代至今，人工寶石合成技術更是日新月異，技藝高超。如20世紀90年代，美國和我國桂林用水熱法生產的紅寶石，不僅外觀顏色、透明度等光學性質與天然紅寶石相同，而且包裹體特征也與天然紅寶石極為相似，足以達到以假亂真的境地，在整個寶石業內引起了很大的反響。