合成立方氧化鋯

合成立方氧化鋯

人工合成的立方氧化鋯是一種堅硬、無色及光學上無瑕的結晶。因為其成本低廉,耐用而外觀與鑽石相似,故此在1976年起至今都是最主要的鑽石(金剛石)的代替品。近年開始亦有用性質更為接近鑽石的人工培養碳化矽(Silicon Carbide)與立方氧化鋯競爭代替鑽石。

合成方法

蘇聯發明的“顱坩堝”法至今仍是主要的合成方法。首先以銅管繞成杯狀,銅管內注入冷卻水。在杯內加入少量鋯金屬片,中間加入氧化鋯及安定劑粉末,並加以壓緊。整個設備以無線電頻感應線圈包圍。當感應線圈通電時,鋯金屬因感應產生電流,被加熱至高溫鎔化,並傳熱至內部的氧化鋯將其鎔化。冷卻水使杯中接近表面1-2mm的氧化鋯維持固態。經過數小時加熱後,逐漸減少熱力,無瑕的柱狀晶體開始形成。之後在1,400°C用長時間退火,消除晶體中的應力。經退火後的晶體通常為5cm長,2.5cm闊,便可以被切割成寶石。

若果在原料內加入不同的金屬氧化物,可以獲得不同顏色的晶體。例如:

•鈰:黃、橙、紅

•鉻:綠

•釹:紫

•鉺:粉紅

•鈦:金棕

改良

近年部份生產商亦有以不同方法改良產品,最常見的是在立方氧化鋯表面以蒸氣凝結加上一層類金剛石碳(diamond-like carbon, DLC)。得出的產品比普通氧化鋯更硬,看起來亦更為似鑽石。另一種方法是在表面上以真空噴上一層金屬氧化物,使其出現暈彩。但是與鍍上類鑽石碳不同,這種加工是可以被磨損的。

與鑽石比較

立方氧化鋯在光學上與鑽石(金剛石)非常接近,一般人未必能分別兩者。但是在顯微鏡下二者仍然有一定分別:

•色散:立方氧化鋯的色散為0.060,高於鑽石的0.044。因此立方氧化鋯看來比鑽石更為熣燦。

•硬度:立方氧化鋯的摩氏硬度為8.5至9.0,鑽石為10。

•比重:立方氧化鋯比鑽石重1.7倍。但是這特點只能用來分別未鑲嵌的寶石。

•瑕疵:如今生產的立方氧化鋯基本上是內外完美無瑕的。而天然鑽石極少是完全內外無瑕。

•折射率:立方氧化鋯的折射率為2.176,稍低於鑽石的2.417。

•切割:由於折射率不同,立方氧化鋯的切割與鑽石會稍有不同,在放大鏡下小心觀察可以發現。

•顏色:完全無色的鑽石非常罕有,通常鑽石都帶有淺黃色。但立方氧化鋯可以被造成鑽石最高級別,即D級顏色。

•傳熱:立方氧化鋯與鑽石的導熱性為兩個極端。立方氧化鋯是上佳隔熱材料,可被用作噴射引擎隔熱。而鑽石則是最佳導熱體之一,其導熱能力超越銅。只要使用適合的器材,這性質最能分辨兩者。

•鑑別:台面朝下置於黑色線條上,從正上方觀察,如是合成立方氧化鋯則觀察到向兩側暈開的清晰線條,真鑽則不能觀察到清晰的黑線。

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