合成立方氧化鋯 - 堅(jiān)硬、無色及光學(xué)上無瑕的結(jié)晶
人工合成的立方氧化鋯是一種堅(jiān)硬、無色及光學(xué)上無瑕的結(jié)晶。因?yàn)槠涑杀镜土?,耐用而外觀與鉆石相似,故此在1976年起至今都是最主要的鉆石(金剛石)的代替品。近年開始亦有用性質(zhì)更為接近鉆石的人工培養(yǎng)碳化硅(SiliconCarbide)與立方氧化鋯競(jìng)爭(zhēng)代替鉆石。
合成方法
蘇聯(lián)發(fā)明的“冷坩堝”法至今仍是主要的合成方法。
首先以銅管繞成杯狀,銅管內(nèi)注入冷卻水。在杯內(nèi)加入少量鋯金屬片,中間加入氧化鋯及安定劑粉末,并加以壓緊。整個(gè)設(shè)備以無線電頻感應(yīng)線圈包圍。當(dāng)感應(yīng)線圈通電時(shí),鋯金屬因感應(yīng)產(chǎn)生電流,被加熱至高溫镕化,并傳熱至內(nèi)部的氧化鋯將其镕化。冷卻水使杯中接近表面1-2mm的氧化鋯維持固態(tài)。經(jīng)過數(shù)小時(shí)加熱后,逐漸減少熱力,無瑕的柱狀晶體開始形成。之后在1,400°C用長(zhǎng)時(shí)間退火,消除晶體中的應(yīng)力。經(jīng)退火后的晶體通常為5cm長(zhǎng),2.5cm闊,便可以被切割成寶石。
若果在原料內(nèi)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(chǎn)商亦有以不同方法改良產(chǎn)品,最常見的是在立方氧化鋯表面以蒸氣凝結(jié)加上一層類金剛石碳(diamond-likecarbon,DLC)。得出的產(chǎn)品比普通氧化鋯更硬,看起來亦更為似鉆石。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(xiàn)暈彩。但是與鍍上類鉆石碳不同,這種加工是可以被磨損的。
與鉆石比較
立方氧化鋯在光學(xué)上與鉆石(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,高于鉆石的0.044。因此立方氧化鋯看來比鉆石更為熣燦。
硬度:立方氧化鋯的摩氏硬度為8.5至9.0,鉆石為10。
比重:立方氧化鋯比鉆石重1.7倍。但是這特點(diǎn)只能用來分別未鑲嵌的寶石。
瑕疵:如今生產(chǎn)的立方氧化鋯基本上是內(nèi)外完美無瑕的。而天然鉆石極少是完全內(nèi)外無瑕。
折射率:立方氧化鋯的折射率為2.176,稍低于鉆石的2.417。
切割:由于折射率不同,立方氧化鋯的切割與鉆石會(huì)稍有不同,在放大鏡下小心觀察可以發(fā)現(xiàn)。
顏色:完全無色的鉆石非常罕有,通常鉆石都帶有淺黃色。但立方氧化鋯可以被造成鉆石最高級(jí)別,即D級(jí)顏色。
傳熱:立方氧化鋯與鉆石的導(dǎo)熱性為兩個(gè)極端。立方氧化鋯是上佳隔熱材料,可被用作噴射引擎隔熱。而鉆石則是最佳導(dǎo)熱體之一,其導(dǎo)熱能力超越銅。只要使用適合的器材,這性質(zhì)最能分辨兩者。
