合成非晶质材料

三、合成非晶质材料——合成欧泊

1.合成方法

电子显微镜的出现，揭示了欧泊内部结构和欧泊变彩形成的奥秘，也为欧泊的合成提供了理论依据。1972年吉尔森采用化学沉淀固结的方法成功地合成出欧泊，并于1974年投放市场。合成欧泊的生产过程一般分为三步:

(1)让细粒的二氧化硅化合物在水和酒精的溶液中均匀地分布;

(2)加入碱(如氨)，使它们发生反应生成二氧化硅球粒;

(3)让这些球粒紧密堆积、脱水、固结。

一般是用蒸馏法制取高纯度的有机硅化物，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，控制球体直径为200nm、300nm不等。根据需要加入致色元素，可获得不同体色的贵欧泊。

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。

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，而不至于使其畸变。加压过程中可加入二氧化硅硅胶以填充球体间隙。也可以将沉淀的球体堆积物加热到不太高的温度，将其烧结。

目前，合成欧泊的品种有白欧泊、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，灌注了塑料成分。

2.合成欧泊的鉴别

(1)颜色特征:大多数合成欧泊显示不同于天然欧泊的十分明亮而鲜艳的颜色(图10-8-1)。

图10-8-1　各种颜色的合成欧泊原料

(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10-8-2)，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10-8-2　合成欧泊色斑的蜥蜴皮结构

(3)相对密度:比天然欧泊的略低，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1.97，天然的为2.10。

(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。

(6)折射率:合成火欧泊比天然火欧泊折射率偏高，为1.46，天然火欧泊为1.40。

(7)紫外透过率:合成欧泊比天然欧泊更易透紫外线，此性质的检测方法是把照相纸放在盛有水的盘中，被检测的宝石和厚度、类型都相近的天然材料一起放置在相纸上，曝光时间约为2～3s，显影后，在合成宝石的像周围可见到一个白边，但天然宝石的像却没有白边。

(8)红外光谱:从透射法的图谱来看，天然欧泊与合成欧泊的红外吸收光谱有很大的差异。天然欧泊(包括贵欧泊与火欧泊)在4 000cm－1以下全吸收。合成贵欧泊的图谱有两类。一类2 000cm－1以下全吸收，3 670～3 685cm－1间有强吸收峰，2 665cm－1和2 265cm－1处附近有两个次级峰。另一类合成欧泊，与塑料中的聚丙烯和聚苯乙烯谱峰相似，此类合成品为塑料灌注的合成欧泊，其相对密度值通常偏低。

(9)X射线荧光光谱分析:合成欧泊有的含有明显高于天然欧泊的Zr、Cl、Ga。

合成欧泊与天然欧泊的几种主要鉴别特征见表10-8-1。

表10-8-1　合成与天然欧泊的几种主要鉴别特征鉴别

习题

1.借助示意图描述焰熔法合成蓝色尖晶石的合成装置，简述焰熔法合成蓝色尖晶石与天然蓝色尖晶石的鉴别特征。

2.试述冷坩埚壳熔法生长立方氧化锆晶体的工艺过程。

3.对比助熔剂法合成祖母绿、水热法合成祖母绿与天然祖母绿的鉴别特征。

4.列出水热法合成宝石品种的类型，画出水热法合成红宝石的装置图，给出其合成条件、过程及鉴定特征。

5.如何仅用放大镜区分合成欧泊与天然欧泊?