CPU是如何制造出来的？

中央处理器（CPU，central processing unit）作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元，是运算和处理数据的核心，又称为“微处理器”。现如今，对于 PC ，甚至手机而言，CPU的规格与频率甚至直接被用来衡量电脑及手机性能强弱重要指标。

CPU里面最重要的东西就是晶体管了，提高CPU的速度，最重要的就是提高单位面积里晶体管的数量，由于CPU实在太精密，里面组成了数目相当多的晶体管，早在多年前就只能通过光刻工艺来进行加工了。

晶体管可以在逻辑上直接理解为一个开关：如果您回忆起基本计算的时代，那就是一台计算机需要进行工作的全部。两种选择，开和关，对于机器来说即0和1，而这些开关能构建门电路，进而组合成复杂的大规模运算器，就成了CPU。

制造CPU的基本原料

沙子：硅是地壳内第二丰富的元素，而脱氧后的沙子(尤其是石英)最多包含25％的硅元素，以二氧化硅(SiO2)的形式存在，这也是半导体制造产业的基础。

硅熔炼：12英寸/300毫米晶圆级，下同。通过多步净化得到可用于半导体制造质量的硅，学名电子级硅(EGS)，平均每一百万个硅原子中最多只有一个杂质原子。此图展示了是如何通过硅净化熔炼得到大晶体的，最后得到的就是硅锭(Ingot)。

制备单晶硅锭

单晶的意思是指原子在三维空间中呈现规则有序的排列结构，而单晶硅拥有“金刚石结构”，每个晶胞含有8个原子，其晶体结构十分稳定。

单晶硅的“金刚石”结构

通常单晶硅锭都是采用直拉法制备，在仍是液体状态的硅中加入一个籽晶，提供晶体生长的中心，通过适当的温度控制，就开始慢慢将晶体向上提升并且逐渐增大拉速，上升同时以一定速度绕提升轴旋转，以便将硅锭控制在所需直径内。这一步是通过熔化硅原料，然后将液态硅注入大型高温石英容器而完成的。结束时，只要提升单晶硅炉温度，硅锭就会自动形成一个锥形尾部，制备就完成了，一次性产出的IC芯片更多。

制备好的单晶硅锭直径约在300mm左右，重约100kg。而目前全球范围内都在生产直径12寸的硅圆片，硅圆片尺寸越大，效益越高。

将制备好的单晶硅锭一头一尾切削掉，并且对其直径修整至目标直径，同时使用金刚石锯把硅锭切割成一片片厚薄均匀的晶圆（1mm）。有时候为了定出硅圆片的晶体学取向，并适应IC制作过程中的装卸需要，会在硅锭边缘切割出“取向平面”或“缺口”标记。

研磨硅圆片

切割后的晶圆其表面依然是不光滑的，需要经过仔细的研磨，减少切割时造成的表面凹凸不平，期间会用到特殊的化学液体清洗晶圆表面，最后进行抛光研磨处理，还可以在进行热处理，在硅圆片表面成为“无缺陷层”。一块块亮晶晶的硅圆片就这样被制作出来，装入特制固定盒中密封包装

在掺入化学物质的工作完成之后，标准的切片就完成了。然后将每一个切片放入高温炉中加热，通过控制加温时间而使得切片表面生成一层二氧化硅膜。通过密切监测温度，空气成分和加温时间，该二氧化硅层的厚度是可以控制的。在intel的90纳米制造工艺中，门氧化物的宽度小到了惊人的5个原子厚度。这一层门电路也是晶体管门电路的一部分，晶体管门电路的作用是控制其间电子的流动，通过对门电压的控制，电子的流动被严格控制，而不论输入输出端口电压的大小。

准备工作的最后一道工序是在二氧化硅层上覆盖一个感光层。这一层物质用于同一层中的其它控制应用。这层物质在干燥时具有很好的感光效果，而且在光刻蚀过程结束之后，能够通过化学方法将其溶解并除去。

前工程——制作带有电路的芯片

涂抹光刻胶

买回来的硅圆片经过检查无破损后即可投入生产线上，前期可能还有各种成膜工艺，然后就进入到涂抹光刻胶环节。微影光刻工艺是一种图形影印技术，也是集成电路制造工艺中一项关键工艺。首先将光刻胶（感光性树脂）滴在硅晶圆片上，通过高速旋转均匀涂抹成光刻胶薄膜，并施加以适当的温度固化光刻胶薄膜。

光刻胶是一种对光线、温度、湿度十分敏感的材料，可以在光照后发生化学性质的改变，这是整个工艺的基础。

光刻蚀

这是目前的CPU制造过程当中工艺非常复杂的一个步骤，光刻蚀过程是使用一定波长的光在感光层中刻出相应的刻痕， 由此改变该处材料的化学特性。这项技术对于所用光的波长要求极为严格，需要使用短波长的紫外线和大曲率的透镜。刻蚀过程还会受到晶圆上的污点的影响。每一步刻蚀都是一个复杂而精细的过程。

当这些刻蚀工作全部完成之后，晶圆被翻转过来。短波长光线透过石英模板上镂空的刻痕照射到晶圆的感光层上，然后撤掉光线和模板。通过化学方法除去暴露在外边的感光层物质，而二氧化硅马上在陋空位置的下方生成。

光刻胶(Photo Resist)：图中蓝色部分就是在晶圆旋转过程中浇上去的光刻胶液体，类似制作传统胶片的那种。晶圆旋转可以让光刻胶铺的非常薄、非常平。

就单项技术工艺来说，光刻工艺环节是最为复杂的，成本最为高昂的。因为光刻模板、透镜、光源共同决定了“印”在光刻胶上晶体管的尺寸大小。

将涂好光刻胶的晶圆放入步进重复曝光机的曝光装置中进行掩模图形的“复制”。掩模中有预先设计好的电路图案，紫外线透过掩模经过特制透镜折射后，在光刻胶层上形成掩模中的电路图案。一般来说在晶圆上得到的电路图案是掩模上的图案1/10、1/5、1/4，因此步进重复曝光机也称为“缩小投影曝光装置”。

一般来说，决定步进重复曝光机性能有两大要素：一个是光的波长，另一个是透镜的数值孔径。如果想要缩小晶圆上的晶体管尺寸，就需要寻找能合理使用的波长更短的光（EUV，极紫外线）和数值孔径更大的透镜(受透镜材质影响，有极限值）。

由此进入50-200纳米尺寸的晶体管级别。一块晶圆上可以切割出数百个处理器，不过从这里开始把视野缩小到其中一个上，展示如何制作晶体管等部 件。晶体管相当于开关，控制着电流的方向。现在的晶体管已经如此之小，一个针头上就能放下大约3000万个。

溶解光刻胶

对曝光后的晶圆进行显影处理。以正光刻胶为例，喷射强碱性显影液后，经紫外光照射的光刻胶会发生化学反应，在碱溶液作用下发生化学反应，溶解于显影液中，而未被照射到的光刻胶图形则会完整保留。显影完毕后，要对晶圆表面的进行冲洗，送入烘箱进行热处理，蒸发水分以及固化光刻胶。

蚀刻

将晶圆浸入内含蚀刻药剂的特制刻蚀槽内，可以溶解掉暴露出来的晶圆部分，而剩下的光刻胶保护着不需要蚀刻的部分。期间施加超声振动，加速去除晶圆表面附着的杂质，防止刻蚀产物在晶圆表面停留造成刻蚀不均匀。

清除光刻胶

通过氧等离子体对光刻胶进行灰化处理，去除所有光刻胶。此时就可以完成第一层设计好的电路图案。

光刻胶

再次浇上光刻胶(蓝色部分)，然后光刻，并洗掉曝光的部分，剩下的光刻胶还是用来保护不会离子注入的那部分材料。由于现在的晶体管已经3D FinFET设计，不可能一次性就能制作出所需的图形，需要重复之前的步骤进行处理，中间还会有各种成膜工艺（绝缘膜、金属膜）参与到其中，以获得最终的3D晶体管。

离子注入(Ion Implantation)

在真空系统中，用经过加速的、要掺杂的原子的离子照射(注入)固体材料，从而在被注入的区域形成特殊的注入层，并改变这些区 域的硅的导电性。经过电场加速后，注入的离子流的速度可以超过30万千米每小时。

在特定的区域，有意识地导入特定杂质的过程称为“杂质扩散”。通过杂质扩散可以控制导电类型（P结、N结）之外，还可以用来控制杂质浓度以及分布。

现在一般采用离子注入法进行杂质扩散，在离子注入机中，将需要掺杂的导电性杂质导入电弧室，通过放电使其离子化，经过电场加速后，将数十到数千keV能量的离子束由晶圆表面注入。离子注入完毕后的晶圆还需要经过热处理，一方面利用热扩散原理进一步将杂质“压入”硅中，另一方面恢复晶格完整性，活化杂质电气特性。

离子注入法

离子注入法具有加工温度低，可均匀、大面积注入杂质，易于控制等优点，因此成为超大规模集成电路中不可缺少的工艺。

清除光刻胶

完成离子注入后，可以清除掉选择性掺杂残留下来的光刻胶掩模。此时，单晶硅内部一小部分硅原子已经被替换成“杂质”元素，从而产生可自由电子或空穴。

左：硅原子结构；中：掺杂砷，多出自由电子；右：掺杂硼，形成电子空穴

而注入区域(绿色部分)也已掺杂，注入了不同的原子。注意这时候的绿色和之前已经有所不同。

绝缘层处理

此时晶体管雏形已经基本完成，利用气相沉积法，在硅晶圆表面全面地沉积一层氧化硅膜，形成绝缘层。同样利用光刻掩模技术在层间绝缘膜上开孔，以便引出导体电极。

在绝缘材(品红色)上蚀刻出三个孔洞，并填充铜，以便和其它晶体管互连。

沉淀铜层

利用溅射沉积法，在晶圆整个表面上沉积布线用的铜层，继续使用光刻掩模技术对铜层进行雕刻，形成场效应管的源极、漏极、栅极。最后在整个晶圆表面沉积一层绝缘层以保护晶体管。

电镀：在晶圆上电镀一层硫酸铜，将铜离子沉淀到晶体管上。铜离子会从正极(阳极)走向负极(阴极)。

铜层：电镀完成后，铜离子沉积在晶圆表面，形成一个薄薄的铜层。

抛光

将多余的铜抛光掉，也就是磨光晶圆表面。

构建晶体管之间连接电路

经过漫长的工艺，数以十亿计的晶体管已经制作完成。剩下的就是如何将这些晶体管连接起来的问题了。同样是先形成一层铜层，然后光刻掩模、蚀刻开孔等精细操作，再沉积下一层铜层，这样的工序反复进行多次，这要视乎芯片的晶体管规模、复制程度而定。最终形成极其复杂的多层连接电路网络。

金属层：晶体管级别，六个晶体管的组合，大约500纳米。在不同晶体管之间形成复合互连金属层，具体布局取决于相应处理器所需要的不同功能性。芯片表面看 起来异常平滑，但事实上可能包含20多层复杂的电路，放大之后可以看到极其复杂的电路网络，形如未来派的多层高速公路系统。

后工程——从划片到成品销售

晶圆级测试

前工程与后工程之间，夹着一个Good-Chip/Wafer检测工程，简称G/W检测。目的在于检测每一块晶圆上制造的一个个芯片是否合格。通常会使用探针与IC的电极焊盘接触进行检测，传输预先编订的输入信号，检测IC输出端的信号是否正常，以此确认芯片是否合格。

由于目前IC制造广泛采用冗余度设计，即便是“不合格”芯片，也可以采用冗余单元置换成合格品，只需要使用激光切断预先设计好的熔断器即可。当然，芯片有着无法挽回的严重问题，将会被标记上丢弃标签。

内核级别，大约10毫米/05英寸。图中是晶圆的局部，正在接受第一次功能性测试，使用参考电路图案和每一块芯片进行对比。

晶圆切片(Slicing)

IC内核在晶圆上制作完成并通过检测后后，就进入了划片阶段。划片使用的划刀是粘附有金刚石颗粒的极薄的圆片刀，其厚度仅为人类头发的1/3。将晶圆上的每一个IC芯片切划下来，形成一个内核Die。

裂片完成后还会对芯片进行外观检查，一旦有破损和伤痕就会抛弃，前期G/W检查时发现的瑕疵品也将一并去除。

晶圆级别，300毫米/12英寸。将晶圆切割成块，每一块就是一个处理器的内核(Die)。

丢弃瑕疵内核：晶圆级别。测试过程中发现的有瑕疵的内核被抛弃，留下完好的准备进入下一步。

单个内核：内核级别。从晶圆上切割下来的单个内核，这里展示的是Core i7的核心。

封装：封装级别，20毫米/1英寸。衬底(基片)、内核、散热片堆叠在一起，就形成了我们看到的处理器的样子。衬底(绿色)相当于一个底座，并为处理器内核提供电气与机械界面，便于与PC系统的其它部分交互。散热片(银色)就是负责内核散热的了。

芯片进行检测完成后只能算是一个半成品，因为不能被消费者直接使用。还需要经过装片作业，将内核装配固定到基片电路上。装片作业全程由于计算机控制的自动固晶机进行精细化操作。

等级测试

CPU制造完成后，还会进行一次全面的测试。测试出每一颗芯片的稳定频率、功耗、发热，如果发现芯片内部有硬件性缺陷，将会做硬件屏蔽措施，因此划分出不同等级类型CPU，例如Core i7、i5、i3。这里说明一下，高中低档的cpu制作成本是一样的，只是最后测试时，性能高的就是高端，性能低的就是入门级。

装箱：根据等级测试结果将同样级别的处理器放在一起装运。

零售包装：制造、测试完毕的处理器要么批量交付给OEM厂商，要么放在包装盒里进入零售市场。

当CPU被放进包装盒之前，一般还要进行最后一次测试，以确保之前的工作准确无误。根据前面确定的最高运行频率不同，它们被放进不同的包装，销往世界各地。

付林堂

作者简介：付林堂，中宝协人工宝石专业委员会第一届副主任委员，第二届委员，第三届高级顾问，原国家建材局人工晶体研究所高级工程师。

一、引言

助熔剂法又称高温熔体溶液法，它是将晶体的原成分在高温下溶解于低熔点助熔剂熔体中，形成饱和的溶液，然后通过缓慢地降温或其他方法，形成过饱和的溶液而析出晶体，该过程类似于自然界中矿物晶体从岩浆中结晶的过程，在宝石晶体合成中占有重要的位置。

利用助熔剂法生长晶体已有很久的历史，19世纪中期，西欧就曾用此法合成金红石和祖母绿，由于焰熔法红宝石的出现，该法曾一度被人忽视，但近几十年来，由于科技发展的需要又重新发展起来，在宝石生长中大量应用，不仅可以生长各种助熔剂红宝石，而且可生长祖母绿、尖晶石等。

助熔剂法生长有许多优点，它适用性很强，几乎对所有的材料，都能找到合适的助熔剂。助熔剂法要求温度低，许多难熔化合物，或在熔点处易挥发或变价的化合物，或非同成分熔化的化合物，都能从熔体溶液中生长出来。另外由于它与矿物在岩浆中结晶类似，生成的宝石晶体的包裹体也极像天然宝石包裹体，所以颇受宝石合成者的重视。助熔剂法由于温度要求低，所以设备相对简单，从发热体到测量温度的元件都好解决。这种方法的缺点是生长周期长，且有些助熔剂有腐蚀性和毒性，容易污染环境。

二、助熔剂法的原理

助熔剂法，顾名思义，一定有助熔剂。作为助熔剂，一个基本的要求就是它熔化后能溶解待生长的晶体，且不易分解挥发。PbF2、PbO2、Bi2O3等极性化合物是最好的材料，它们熔点低，溶解能力强。B2O3和BaO-Bi2O3也很常用。还有一些复杂的化合物如钨酸盐、钼酸盐、冰晶石等有时也被选作助熔剂。

助熔剂的选择要依据以下几个原则：

表1 助熔剂及其性质

1）它对拟生长的晶体有极好的溶解性，随温度的变化，溶解度变化也较大，这样晶体容易生长。

2）在宽的温度范围内，所生长的晶体是唯一的稳定相，也就是助熔剂与晶体成分不能形成中间产物。

3）助熔剂具有较低的黏度和较高的沸点。

4）挥发性小，毒性小，容易清除。

常用的助熔剂及其性质见表1。

助熔剂法生长晶体的原理可用二元共晶相图来说明（图1）。

图1 二元相图

图中设 A为助熔剂，B为待生长的宝石，B溶于A中，取X处B溶于A，将A与B按wB=x的比例混合，熔点为tQ，当同成分熔化，从tQ慢慢降温到tQ＇时，则B在A中溶解度为x＇，由于x>x ＇，所以溶液过饱和且析出（x-x '）B的B组分，B组分的析出，表明可以结晶生长。由于温度慢慢下降，共晶线沿tBqe向下移动，B组分不断析出，晶体长大。从图中可以看出由于采用A组分做助熔剂，使B组分的结晶温度由 tB降到tQ，这就达到了目的。一般助熔剂是无机盐类，所以此法也可称熔盐法。

三、红宝石晶体助熔剂法生长

焰熔法红宝石产量大，结晶好，颜色全，但与天然红宝石极易鉴别。为了生长出接近于天然红宝石的合成红宝石，人们把精力集中到助熔剂法上，由于助熔剂法红宝石的包裹体、生长习性与在岩浆中形成红宝石有相似的结晶条件，所以长出的红宝石几乎达到以假乱真的地步（图2），这也是助熔剂法红宝石长久不衰的原因。

图2 助溶剂法合成的红宝石和籽晶片

助熔剂法合成红宝石过程中常见的问题是：

1）成核的控制问题，特别是在缓冷法中，有时成核失控，晶体长不大。

2）不希望的生长习性，由于红宝石（0001）面生长慢，所以长成（0001）薄片，导致使用率低且结晶不完整。

3）包裹体，内含助熔剂包裹体过多，不仅破坏了结晶完整性，而且不像天然红宝石的包裹体。

下面以Na3AlF6作助熔剂为例，说明红宝石的生长工艺问题。

1合成红宝石晶体生长工艺

上面已经讲过，助熔剂法生长原理可据二元相图来说明，根据Na3AlF6-Al2O3二元相图（其中A为冰晶石，B为Al2O3）可以确定配比，Na3AlF6和Al2O3配比可选择在 Al2O3质量分数13%～20%范围内。生长温度在980～1050℃之间。

将Na3AlF6和Al2O3（纯度用AP级）混合，加Cr2O3（1%～3%），混合、压块并均匀熔化，生长炉如图3（b）所示，其发热元件为高温电炉丝，温场可以用炉丝的分布来调整，也可以用改变坩埚上下位置来调整，温场如图3（a）所示。tQ=980～1050℃t1-t2=20℃左右。

图3 合成红宝石生长炉示意图

坩埚85（d）mm×85（h）mm，装料重1000g，熔化后用籽晶下试法来测试溶液的饱和温度，在高于饱和温度20℃左右保持4～5h，要确保溶质被充分熔化，然后慢慢下降籽晶，并且以 05～1℃/h的速度降低温度，籽晶以10～30r/min的速度转动，使晶体慢慢长大。

2晶体习性与讨论

用上面技术生长出的晶体与天然红宝石有近似的外形和结晶习性，主要表现的习性面有：

c面（0001）,r面 ,n面 。

没有发现柱面a面，且c面生长极慢，故在籽晶切面和改善晶形方面应注意这些因素，以保证生长出较大的晶体。

[0001]方向晶种生长的晶体的习性面有c、r、n面。

[2243]方向晶种生长的晶体主要有c、n面。

除结晶习性外，熔体的挥发也是一问题，由于晶体生长是在开放系统下进行的，熔剂Na3AlF6在熔融状态下，每次生长中有 6%的熔剂挥发。熔体中大量的F、Na离子以及它们的化合物相当活泼，很容易从表面溢出，导致熔体挥发过快；另外由于表面挥发造成熔液表面具有更大的饱和度，表面成核几率大，使长出来的晶体质量不好，所以用晶种生长时，将晶种放在液面下一点，以使晶体发育完整，同时还要增加助熔剂比例，以补充挥发造成的损失。

参考文献

张蓓莉等1997系统宝石学北京：地质出版社

张克从，张乐漶1997晶体生长科学与技术（第二版）北京：科学出版社

泡生法（Kyropoulos method）的原理与提拉法类似。首先原料熔融，再将一根受冷的籽晶与熔体接触，如果界面的温度低于凝固点，则籽晶开始生长。为了使晶体不断长大，就需要逐渐降低熔体的温度，同时旋转晶体，以改善熔体的温度分布。也可以缓慢地(或分阶段地)上提晶体，以扩大散热面。晶体在生长过程中或生长结束时不与坩埚壁接触，这就大大减少了晶体的应力，不过，当晶体与剩余的熔体脱离时，通常会产生较大的热冲击。

泡生法与提拉法的区别在于，泡生法是利用温度控制生长晶体，生长时只拉出晶体头部，晶体部分依靠温度变化来生长，而拉出颈部的同时，调整加热电压以使得熔融的原料达到最合适的生长温度范围。

二十世纪七十年代以后，该法已经较少用于生长同成分熔化的化合物，而多用于含某种过量组分的体系，可以认为目前常用的高温溶液顶部籽晶法是该方法的改良和发展。

提拉头：主要由安装盘

减速机

籽晶腔

划线环

电机

磁流体

籽晶称重头

软波纹管等其他部件组成



副室：主要是副室筒以及上下法兰组成



炉盖：副室连接法兰，翻板阀，观察窗

抽真空管道

组成



炉筒：包括取光孔



下炉筒：包括抽真空管道



底座机架：全铸铁机架和底座



坩埚下传动装置：主要由磁流体

电机

坩埚支撑轴

减速机

软波纹管

立柱

上下传动支撑架

导轨

等部件组成



分水器已经水路布置：包括分水器，进水水管，若干胶管

水管卡套等



氩气管道布置：质量流量计

3根以上的柔性管

不锈钢管

3个压力探测器

高密封性卡套

等部件



真空泵以及真空除尘装置：油压真空泵

水环真空泵

过滤器

真空管道

硬波纹管等



电源以及电控柜：电源柜

滤波柜

控制柜

以及连接线

问题一：蓝宝石真正的代表什么意思呢？ 蓝宝石Sapp处ire之名源自于拉丁文sapphirus，即为蓝色之意，蓝宝石神奇力量在于和平与快乐，它可以让佩戴者体内的力量展现出来，也能保佑佩戴者平安，并让人交好运，也可以帮助人们梦想成真。据说古时候，人们也将蓝宝石当作测试恋人忠贞与否的评断，如果佩戴者感情不忠，蓝宝石就会改变颜色。蓝宝石象征永不磨灭的爱情。

蓝宝石也象征忠诚、坚贞、慈爱和诚实。星光蓝宝又被称为“命运之石”。蓝宝石属高档宝石，是五大宝石之一，位于钻石、红宝石之后，排名第三。蓝宝石是9月和秋季的生辰石，它与红宝石有“姊妹宝石”之称。

问题二：蓝宝石是一种什么材料？ 蓝宝石，是刚玉宝石中除红色的红宝石之外，其它颜色刚玉宝石的通称，主要成分是氧化铝（Al2O3）。蓝色的蓝宝石，是由于其中混有少量钛（Ti）和铁（Fe）杂质所致；蓝宝石的颜色，可以有粉红、黄、绿、白、甚至在同一颗石有多种颜色。蓝宝石的产地在泰国、斯里兰卡、马达加斯加、老挝、柬埔寨、中国海南，重庆江津的石笋山均有发现，其中最稀有的产地应属于克什米尔地区的蓝宝石，而缅甸是现今出产上等蓝宝石最多的地方。

问题三：什么是蓝宝石概念股？ 天龙光电300029

晶盛机电300316

东晶电子002199

光电002273

蓝宝石单晶炉天龙光电300029

盛机电300316

水晶蓝宝石单晶炉安泰科技000969

三安光电600703

光学晶体蓝宝石衬底天通股份600330

同方国信002049

蓝宝石晶片东晶电子002199

问题四：蓝宝石象征什么？ 蓝宝石象征忠诚、坚贞、慈爱和诚实，英文名为Sapphire。星光蓝宝又被称为“命运之石”，能保佑佩戴者平安，并让人交好运。蓝宝石属高档宝石，是五大宝石之一，位于钻石、红宝石之后，排名第三。而有“命运之石”之称的星光蓝宝石则有许多迷人的传说，它的三条星光代表“忠诚，希望与博爱”。东方人认为佩戴蓝宝石可使人免受罪恶的伤害，并且会带来好运气。 世界宝石学界定蓝宝石为九月的生辰石。日本人选其作为结婚23周年（蓝宝石）、26周年（星光蓝宝石）的珍贵纪念品。，它与红宝石有“姊妹宝石”之称。蓝宝石与红宝石一样，其硬度都是9，仅次于金刚石，因而坚硬无比。 世界蓝宝石产地不多，主要有缅甸、斯里兰卡、泰国、澳大利亚、中国等，但就宝石质量而言，以缅甸、斯里兰卡质量最佳。印度喀什米尔蓝宝石：喀什米尔地区的矢车菊蓝宝石，一直被誉为蓝宝石中的极品，综为一种朦胧的略带紫 调的浓重蓝色，给人以天鹅绒般的外观。从1861年起曾被大量开采过，经过关个世纪已停止，因此，这种蓝宝石流传于世十分珍贵。

问题五：蓝宝石特征谱是什么意思 您指的应该是蓝宝石的吸收特征光谱

一般来说，吸收光谱是这样的（不包括加热蓝宝石）：

蓝宝石吸收光谱在450,375,387nm附近有吸收峰，是Fe3+产生的晶体场谱；560nm附近的宽吸收带是Fe2+2Ti4+荷移谱；717,847nm附近的吸收峰是Fe2+2Fe3+荷移谱;紫外区吸收是Fe3+2O2-荷移谱

除此以外：

1，除**蓝宝石以外,其它颜色的蓝宝石均有560nm吸收带,颜色从粉红色→紫色→蓝色→绿色→黄绿色,560nm吸收带强度逐渐减弱。

2，**蓝宝石无560nm吸收带。

3，蓝色、绿色、黄绿色、**、褐色蓝宝石在450,375,387nm处有较强的吸收,从绿色→黄绿色→**吸收略有加强

4，从蓝色→绿色→黄绿色→**,蓝宝石在700～800nm的吸收强度逐渐减弱

5，深色蓝宝石在450,375,387和560nm处的吸收强度比浅色蓝宝石的强

6，褐色、粉红色蓝宝石在693nm处有较弱的吸收

7，紫色蓝宝石在395,420nm处有弱的吸收

8，褐色、**、黄绿色、绿色、深蓝色蓝宝石在紫外区310～360nm全吸收,浅蓝色蓝宝石在此波段为弱吸收,而粉红色、紫色蓝宝石在此波段为透射谷

问题六：蓝宝石都有什么成分？？？ 红宝石的鉴定方法：　 天然宝石“十红九裂”，没有一点瑕疵及裂纹的天然红宝石极为罕见。而人造红宝石颜色一致，内部缺陷或结晶质包裹体少、洁净，块体较大。作为珍贵宝石，市场上超过3克拉以上的天然红宝石十分少见，如碰到较大块体的红宝石，就要引起注意，因为天然红宝石比人造红宝石价值高出千百倍，稍一疏忽，就会“吃药”。　　天然红宝石有较强的“二色性”，所谓二色性，即从不同方向看有红色和橙红色二种色调，如只有一种颜色，则可能是红色尖晶石、石榴石或红色玻璃等。　　红色尖晶石与天然红宝石十分相似，两者最易混淆，所以必须特别慎重。　　补充解释红宝石　　红宝石的英文名称为Ruby，源于拉丁文 Ruber，意思是红色。红宝石的矿物名称为刚玉。　　红宝石的化学成分为三氧化二铝（Al2O3），因含微量元素铬（Cr3+ ）而成红至粉红色。属三方晶系。晶体形态常呈桶状、短柱状、板状等。 体多为粒状或致密块状。透明至半透明，玻璃光泽。折光率176-177，双折射率0008-0010。二色性明显，非均质体。有时具有特殊的光学效应-星光效应，在光线的照射下会反射出迷人的六射星光，俗称“六道线”。硬度为9，密度395-410克/立方厘米 。无解理，裂理发育。红宝石在长、短波紫外线照射下发红色及暗红色荧光。　　红宝石的红色之中，最具价值的是颜色最浓，被称为‘鸽血’的宝石，非常贵重。这种几乎可称为深红色的鲜艳强烈色彩，更把红宝石的真面目表露的一览无遗。遗憾的是大部 分红宝石颜色都呈淡色，并且带有粉的感觉，因此带有鸽血色调的红宝石，更有价值。另外由于红宝石弥漫一着股强烈的生气和浓艳的色彩，以前的人们认为它是死鸟的化身，对其产生热切的幻想。天然红宝石的产地非产稀少，优质的红宝石只有缅甸一处出产，并且产量也逐渐在减少之中，现在可以说几乎衰退殆尽，大的石便不再出现。　　红宝石的评价与选购。红宝石的首要评价与选购因素是颜色，其次是重量、透明度和净度。一般来说，颜色纯正，颗粒大，透明，无或极少包裹体与瑕疵，加工精细，各部分比例匀称的刻面红宝石为上等品。缅甸红宝石，多呈鸽血红，色匀，透明度大，粒大，极少瑕疵与裂纹。斯里兰卡红宝石，色浅，主要品种是星光红宝石。泰国尖竹纹红宝石，深红色，颜色不太鲜艳，比较洁净。红宝石具有脆性，怕敲击、摔打，佩带时应该注意。蓝宝石的鉴定方法：　　天然蓝宝石的颜色往往不均匀，大多数具有平直的生长纹。人造蓝宝石颜色一致，其生长纹为弧形带，往往可见体内有面包屑状或珠状的气泡。　　天然蓝宝石也具有明显的二色性，从一个方向看为蓝色，从另一个方向看则为蓝绿色。其他宝石的呈色性与天然蓝宝石不同，据此可以区分。　　另外，最简便的方法可用硬度测定法，天然蓝宝石可在黄玉上刻划出痕迹，而其他蓝色宝石难以在黄玉上刻划出痕迹，所以购买珠宝时，如身边没仪器，只要有一块黄玉，有时也能解决一些问题。　　补充解释蓝宝石　　蓝宝石的英文名称为Sapphire，源于拉丁文Spphins，意思是蓝色。蓝宝石的矿物名称为刚玉，属刚玉族矿物。目前宝石界将红宝石之外，其余各色宝石级刚玉统称为蓝宝石。　　蓝宝石的化学成分为三氧化二铝（Al2O3），因含微量元素钛（Ti4+）或铁（Fe2+）而呈蓝色。属三方晶系。晶体形态常呈筒状、短柱状、板状等，几何体多为粒状或致密块状。透明至半透明，玻璃光泽。折光率176-177，双折射率0008，二色性强。非均质体。有时具有特殊的光学效应-星光效应。硬度为9，密度395-41克/立方厘米。无解理，裂理发育。在一定的>>

问题七：蓝宝石是代表什么意思？ 蓝宝石象征忠诚、坚贞、慈爱和诚实，英文名为Sapphire。星光蓝宝又被称为“命运之石”，能保佑佩戴者平安，并让人交好运。川宝石属高档宝石，是五大宝石之一，位于钻石、红宝石之后，排名第三。而有“命运之石”之称的星光蓝宝石则有许多迷人的传说，它的三条星光代表“忠诚，希望与博爱”。

问题八：最好的蓝宝石是什么？怎样判别？ 怎样鉴别和选择蓝宝石

怎样鉴别和选择蓝宝石 用蓝宝石镶嵌的各种首饰，可谓灿烂多姿。夏天佩戴给人以凉爽之感，冬季佩戴让人感到春风依在身边，这就是蓝宝石的魅力所在。当您选择到了一件称心如意的蓝宝石首饰，您一定会觉得舒畅和满足。 那么，怎样来选择蓝宝石呢？ 首先，是能够正确地鉴别蓝宝石。鉴别蓝宝石的步骤同红宝石一样，即分为两个步骤，第一步是把蓝宝石与其它蓝色宝石区分开来；第二步是把蓝宝古石的天然品与人造品鉴别出来。 与蓝宝石相混淆的有：蓝尖晶石，蓝晶石、蓝色电气石、蓝锥矿、董青石、坦桑石等。 和红宝石一样，蓝宝石和其它蓝色宝石的区别，主要硬度测试。因为蓝宝石的摩氏硬度为9，仅次于钻石，其它可能代用品和假冒品均比它低，对于已琢磨好的成品，可用它来刻划黄玉、水晶等标准硬度以确定硬度，根据硬度就可以大致肯定是否是蓝宝石了。 此外，根据比重、折射率等其它特征，可以区别易与蓝宝石相混淆的代用品。 蓝宝石的比重为397－408，折射率为1766－1744。 蓝尖晶石：硬度8，比重36－38，单折射率一般为172。蓝尖晶石的蓝为带灰色的蓝。无二向色性，以此区别于蓝宝石，这是较为可的方法。另外滤色片下蓝尖晶石为带红色调；人造尖晶石为橙色调，而蓝宝石不变色。人造尖晶石有时也冒充蓝宝石，因含有钴元素，强光照射下，常见红色闪光。 蓝色电气石：硬度7，比重305，折射率162－165，均比蓝宝石低。一般在滤色片下无反应。但含铬电气石在滤色片下呈鲜红外观。电气石的蓝通常为深绿暗绿的靛蓝。有经验的人一眼即可识别。测折射率及吸收光谱都较可。 坦桑石：硬度65－7，比重35，折射率为169－170，产于坦桑尼亚。实为蓝色透明之黝帘石，成份为钙及铝的矽酸盐。色彩为含水2％含钠002％之故。有发育之劈理面，不易切磨。肉眼可清楚看出三色性（可见深蓝、紫红及淡绿色彩），故从坦桑石各个方向看去均有明显的色彩变化，而蓝宝石只有二色性。 董青石：硬度7，比重259，折射率154－155，色彩显昏暗阴沉，没有蓝宝石的明亮鲜艳，三色性很强。某方向为可爱的紫蓝色，另一方向为淡**。与蓝宝石相比在各个方面区别甚大。 蓝锥矿石：硬度5－56，比重367，折射率178。折射率差不多与蓝宝石相似。但双折射0047比蓝宝石大得多。有比蓝宝石大得多的色散性，故外观显得光彩夺目。 蓝晶石：硬度4－6，比重369，折射率172，各个方向硬度变化很大。蓝晶石柱易劈裂、不易切磨，即使切磨成功也易形成磷片外观。这是很易与蓝宝石区别的。 董青石、蓝锥矿石和蓝晶石一般为收藏家所十分喜爱的珍品，很少作饰物。 把蓝宝石与其它蓝色宝石区别出来后，就可进行第二步鉴别工作，即把蓝宝石天然品与人选品鉴别出来。 无论是天然还是人造的蓝宝石，其矿物成分是刚玉，它们的物理、化学性质极为相近。此是，须通过仔细观察其形态特征及生产线加以识别。 从形态来看，未经加工的天然蓝宝石，常具六边形桶状或柱状。而人造品，外观上好象一个倒置的或一根粗短的胡萝卜形，没有清楚的棱角。天然蓝宝石在自然界中，结晶生称速度非常缓慢，这样就产生与六边形晶形平行的“六边形生长线”，又叫“六边形生产环带”。如果只这个生长线的一部分，就可隐约发现平行直线。凡是有这种平行六边形生长线或称生长环带的蓝宝石，就一定是天然的。人造蓝宝石是在高温熔炉中生成的，结晶时间很短，没有时间沿六边形的晶形方向规则地排列，而是一层一层地增添在弧形（圆柱体的表面）宝石的表面上，并逐步形成了弯曲的“圆弧形生长线”。凡是有这种圆弧形生>>

问题九：什么是蓝宝石 蓝宝石(Sapphire)是一种氧化铝(Al2O3)的单晶，光学穿透带很宽，从近紫外光(190nm)到中红外线都具

有很好的透光性。蓝宝石晶体具有优异的光学性能、机械性能和化学稳定性，强度高、硬度大、耐腐蚀，可在接近2000℃高温的恶劣条件下工作，因而被广泛的应用于红外军事装置、卫星空间技术、高强度激光的窗口材料。其独特的晶格结构、优异的力学性能、良好的热学性能使蓝宝石晶体成为实际应用的半导体GaN/Al2O3发光二极管(LED)，大规模集成电路SOI和SOS及超导纳米结构薄膜等最为理想的衬底材料。随着近年来LED TV、LED Monitor、LED NB、LED Phone及LED照明市场的持续高速增长，强劲推动了用于制作LED基材的蓝宝石市场的需求扩张。

优点：

蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好

蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中

蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗

常用晶体生长方法:

Czoch罚alski Method (柴氏拉晶法，又称为提拉法)：Pull from the melt

Kyropoulos Method (凯氏长晶法，又称为泡生法): Dip and turn

温度梯度法(TGT法)

EFG Method (导模法，Edge Defined Film-fed Growth): Pull through die

热交换法(Heat Exchange Method，HEM)

垂直水平温度梯度冷却法(Vertical Horiaontal Gradient Freezing，VHGF): 韩国Sapphire Technology pany (STC)技术。

ES2-GSA长晶法：美国Rubicon Technology Inc技术。

由于钨钼具有耐高温、低污染等特性，被广泛用来做蓝宝石长晶炉的热场部件，包括钨坩埚/钼坩埚、发热体、钨筒、隔热屏、支撑、底座、籽晶杆、坩埚盖等。发热体采用鸟笼结构钨发热体或者钨网发热体，有利于提供均匀稳定的温场。

昆山晶安新材料科技有限公司为客户提供优质的30Kg、60Kg、85Kg、120Kg全套蓝宝石长晶炉热场及热场中的钨钼部件。

问题十：蓝宝石的意义是什么 蓝宝石象征忠诚、坚贞、慈爱和诚实。星光蓝宝又被称为“命运之石”，能保佑佩戴者平安，并让人交好运。

助熔剂法又称高温熔体溶液法，它是将晶体的原成分在高温下溶解于低熔点助熔剂熔体中，形成饱和的溶液，然后通过缓慢地降温或在恒定温度下蒸发熔剂等方式，形成过饱和的溶液而析出晶体。这种过程类似于自然界中矿物晶体从岩浆中结晶的过程，因此在宝石晶体合成中占有重要的地位。

利用助熔剂法生长晶体已有很久的历史，19世纪中期，西欧就曾有人用此法合成金红石和合成祖母绿，由于焰熔法合成红宝石的兴起，该法曾一度被人忽视，但近几十年来，由于科技的发展又开始在宝石生长中大量应用。助熔剂法不仅可以合成红宝石，还可合成祖母绿和尖晶石等。

助熔剂法生长宝石晶体有许多优点，与其他方法相比，它适用性很强，几乎对所有的宝石材料都能找到合适的助熔剂。助熔剂法要求温度低，许多难熔化合物、在熔点处易挥发或变价的化合物，或非同成分熔化的化合物，都能从熔体溶液中生长出来。另外，由于它与矿物在岩浆中结晶类似，合成宝石晶体的包体很像天然宝石包体，所以颇受宝石合成者的重视。助熔剂法由于温度要求相对较低，所以设备也相对简单，从发热体到测量温度的元件都容易配置。这种方法的缺点是生长周期长，且有些助熔剂有腐蚀性和毒性，容易污染环境。

一、助熔剂法生长晶体的原理

助熔剂法，顾名思义，一定有助熔剂。作为助熔剂，一个基本的要求就是它熔化后能溶解待生长的晶体，且不易分解挥发。PbF2、PbO、Bi2O3等极性化合物是最好的材料，它们熔点低，溶解能力强，此外B2O3和Ba O-B2O3也很常用。还有一些复杂的化合物如钨酸盐、钼酸盐、冰晶石等有时也被选做助熔剂。

助熔剂的选择要依据几个原则：

1）它对拟生长的晶体有极好的溶解性，随温度的变化，溶解度变化也较大，这样晶体容易生长。

2）在较宽的温度范围内，所生长的晶体是惟一的稳定相，也就是助熔剂与晶体成分不能形成中间化合物。

3）助熔剂具有较低的黏度和较高的沸点。

4）挥发性小，毒性小，容易清除。

常用的助熔剂及其性质见表4-1-8。

表4-1-8 常用助熔剂及其性质

助熔剂法生长宝石晶体的基本原理可用二元组分的共晶型相图来说明，如图4-1-6所示。假设宝石组分A的熔点为TA，助熔剂作为低熔点组分B的熔点为TB。将A组分和B组分进行混合，混合比为X。受热熔化后，A、B组分均熔融成熔液。此时，作为混合组分X的熔点处于P。当温度下降时，A组分在Q点，相当于TQ的温度时结晶析出。再降低温度，熔融液的成分比沿TAQE变化，最后达到E点的组分，E点称为低共熔点。在这个过程中，A组分不断析出或生长成晶体。从图中还可看出，B组分的加入，使TQ点的A组分结晶温度明显地低于TA，即A组分中加入低熔点的B组分后，A组分的熔点和结晶点由TA下降到TQ，这样，就可以在较低温度下生长出高熔点的宝石晶体。由于B组分起到了降低熔点的作用，所以称为助熔剂。又因为B组分通常为无机盐类，因此助熔剂法也被称为盐熔法或熔剂法。

图4-1-6 二元组分的共晶型相图

从相图中还可以看出，相图下部为固相A和B的脱溶区，这种脱溶体脱溶现象在宝石晶体中很常见，在红、蓝宝石的改色过程中有TiO2、Fe2O3、Cr2O3等脱溶，合成立方氧化锆晶体中的立方相中有四方脱溶，在退火时各自成为单独的晶体。

二、助熔剂法生长合成红宝石晶体

焰熔法合成红宝石产量大，结晶好，颜色全，但是与天然红宝石相比，极易鉴别。为了生长出接近于天然红宝石的合成红宝石，人们把精力集中到助熔剂法上。由于助熔剂法合成红宝石的包体、生长习性与在岩浆中形成的天然红宝石有相似的结晶条件，所以合成红宝石几乎达到以假乱真的地步，这也是助熔剂法合成红宝石长久不衰的原因。

助熔剂法合成红宝石过程中常见的问题是：

1）成核的控制问题，特别是在缓冷法中，有时成核失控，晶体长不大。

2）不希望的生长习性，由于红宝石（0001）面生长慢，所以长成（0001）薄片，导致使用率低且结晶不完整。

3）内部含助熔剂包体过多，破坏了结晶完整性。

下面以Na3AlF6做助熔剂为例说明助熔剂籽晶旋转法合成红宝石的生长工艺。

（一）合成红宝石晶体生长工艺

上面已经讲过，助熔剂法生长原理可据二元相图来说明，根据Na3Al F6-Al2O3的二元相图可以确定配比，Na3Al F6和Al2O3配比可选择在Al2O3质量分数为13%～20%范围内。生长温度980～1050℃之间。

将Na3Al F6和Al2O3（用AP级）混合，加Cr2O〔3w（Cr2O3）=1%～3%〕，混合、压块并均匀熔化，生长炉如图4-1-7所示，其发热元件为高温电炉丝，温场可以用炉丝的分布来调整，也可以用改变坩埚上下位置来调整，温场TQ=980～1050℃左右，T1-T2＝20℃左右。

图4-1-7 助熔剂法合成红宝石生长炉

坩埚85mm（d）×85mm（h），装料重1000g，熔化后用籽晶下试法来测试溶液的饱和温度，在高于饱和温度20℃左右保持4～5h，确保熔质被充分熔化，然后慢慢下降籽晶，并且以05～1℃/h的速度降低温度，籽晶杆以10～30r/min的速度转动，使晶体慢慢长大，生长出的晶体与天然红宝石有近似的外形和结晶特性。

（二）熔体挥发对晶体生长的影响

由于晶体生长是在开放系统下进行的，熔剂Na3AlF6在熔融状态下，每次生长中有6%的熔剂挥发。熔体中大量的F、Na离子及它们的化合物相当活泼，很容易从表面溢出，导致熔体挥发过快；另外由于表面挥发造成熔液表面具有更大的饱和度，表面成核几率大，使长出来的晶体质量不好，所以用籽晶生长时，将籽晶放在液面下一点，以使晶体发育完整，同时还要增加助熔剂比例，以补充挥发造成的损失。

（三）助熔剂法合成红宝石的主要品种和鉴别特征

目前国际珠宝市场上出现的助熔剂法合成红宝石主要有查塔姆（Chatham）、拉姆拉（Ramaura）、克尼什卡（Knischka）、卡桑（Kasha）、多罗斯（Douros）等几个品种。

1查塔姆（Chatham）合成红宝石

Chatham合成红宝石于1960年面市，是最早的助熔剂法合成红宝石，其特点如下。

1）晶体特点　Chatham合成红宝石是一种含天然籽晶的合成红宝石，早期生长的单晶体以有大块天然种晶为特点。

2）荧光　紫外灯下有强红色荧光及白垩状红色荧光。

3）内部特征：①可见助熔剂包体，Chatham合成红宝石中常可见粗大的助熔剂残余，它们常呈撕裂状、精细的网状、羽裂状；②铂金属片，目前大多数助熔剂合成红宝石内部已见不到铂金属片，而Chatham合成红宝石中却仍可见铂金属片，这些铂金属片与助熔剂残余共生，形成一些类似天然的景观，构成了Chatham合成红宝石的鉴定依据，铂金属片呈六边形、三角形，其边缘为锯齿状；③籽晶，在显微镜下观察，常可看到Chatham合成红宝石中蓝色幻影般的籽晶，其边缘可见到一些淡蓝—红紫色的边界线；④透明晶体，Chatham合成红宝石中偶尔可见到一种颗粒状无色透明晶体，经分析证实（Kerre,1982），这类晶体为金绿宝石。

2克尼什卡（Knischka）合成红宝石

Knischka合成红宝石是由澳大利亚一位工程师生产的具有天然籽晶的助熔剂法合成红宝石，其特点如下。

1）晶体特点 K nischka合成红宝石表现出一种纺锤状的晶体形态（见图4-1-8），在晶体中除了底轴面c{0001}、菱面体面 ，还有六方双锥 面的出现。

图4-1-8 克尼什卡合成红宝石晶体

系统宝石学（第2版）

2）荧光　Knischka合成红宝石在长波紫外灯下表现一种强红色荧光，短波紫外荧光特点与长波相同。

3）吸收光谱　紫外－可见光吸收谱的400～700nm范围内Knischka合成红宝石存在明显的4685nm、475nm、4765nm铁吸收峰和6592nm、668nm、6928nm、6942nm的吸收峰，这一特征与天然红宝石吸收相同，而在250～400nm之间出现的270nm的吸收峰却是天然红宝石所缺失的，这一吸收峰的存在可作为Knischka合成红宝石与天然红宝石的鉴别依据（见图4-1-9）。

图4-1-9 天然红宝石与助熔剂法合成红宝石紫外－可见光吸收光谱

4）内部特征：①助熔剂包体，Knischka合成红宝石中残余的助熔剂常形成一些奇异的云翳状、面纱状的形态，还可有不规则的管状，管内有明显的收缩泡和高折射率的固化助熔剂玻璃；②负晶，Knischka合成红宝石的另一个特点是存在着大量的体积粗大、形态各异的负晶，这些负晶分散或成群聚集，成群出现的双锥状负晶分布于长晶管的末端，被看成是Knischka合成红宝石的鉴定依据；③铂金薄片，与其他助熔剂合成红宝石相比，Knischka合成红宝石的铂金薄片多呈扭曲的六边形、三角形状；④籽晶，Knischka合成红宝石籽晶采自印度等地的天然红宝石，因此在显微镜下观察时可以发现天然包体和助熔剂包体共存的现象；⑤化学成分，其微量元素主要为Cr、Fe，并有少量的Ti和Cu。

3拉姆拉（Ramaura）合成红宝石

Ramaura合成红宝石是1983年面市的自发成核的合成红宝石，其特点如下。

c{0001}；r{1011}d{0112}

1）晶体特点 R am aura合成红宝石常出现一种等向的菱面体状晶体，其上发育三种晶面，即底轴面c{0001}、菱面体面r{1011}、负菱面体面；底轴面c面相对较小，穿插双晶发育；与D ouros合成红宝石不同的是，其穿插双晶常发育于菱面体状晶体中（见图4-1-10）。

图4-1-10 拉姆拉合成红宝石晶体

2）荧光　Ramaura合成红宝石由于加入了某些稀土元素，在长波紫外灯下有明显的橘红色－红色荧光，短波紫外荧光与长波紫外荧光相同，但荧光强度稍低，少数样品可有蓝白色荧光。

3）内部特征：①助熔剂包体，Ramaura合成红宝石中助熔剂残余常呈明显的橘**、**，少数呈无色或白色，残余的助熔剂沿晶体的某些方向分布，形成一些规则的平行排列或六边形网状图案，有些细小的助熔剂集合体呈阶梯状排列，其内部具明显的“龟裂纹”；②铂金薄片，Ranaura合成红宝石很少含铂金薄片；③颜色与色带，Ramaura合成红宝石主要呈现紫红色、玫瑰红色、红色，颜色的不均一性几乎表现在每一粒宝石中，这种不均一性通常表现为纺锤形、三角形图案的色块，在转动宝石时，色块的褐色色调明显增加，这些可与天然缅甸红宝石“蜜糖状”结构相区别；④生长线，在油浸显微镜下Ramaura合成红宝石的生长线所构成的丰富的图案，成为该宝石的一个重要的鉴定依据，其生长线大致有两种形式，包括近于平直的平行排列的生长线、略为弯曲的大致平行排列的生长线，几种不同形式的生长线以一定角度相交共生形成不规则的生长现象；⑤化学成分，Ramaura合成红宝石的化学成分中除含元素Cr、Fe、Ti外，尚有少量的K和Ca，在能谱分析中有Pb的存在，这是因为其所用助熔剂主要是氧化铅（PbO）、氟化铅（PbF2）、氧化铋（Bi2O3）或氧化镧（La2O3）。

4多罗斯（Douros）合成红宝石

Douros合成红宝石是1993年面市的一种自发成核无种晶的助熔剂合成红宝石，其主要特点如下。

1）晶体特点 常见的晶形有两种，即近等向发育的菱面体状和板状，在两种形状的晶体上只能见三种晶面，底轴面c{0001}、正菱面体 、负菱面体 ，板状晶体内穿插双晶发育。菱面体状晶形如图4-1-11。

图4-1-11 菱面体状多罗斯合成红宝石晶体

2）荧光　未切磨的Douros合成红宝石可有多种荧光，在其边缘部分由于Cr含量很低，可表现为无荧光或很弱的荧光，某些外层在长波紫外线下呈黄—黄橙色荧光，短波紫外线下呈现中—强蓝白色荧光，而成品宝石则多表现出比天然红宝石强的红色荧光。

3）内部特征：①助熔剂包体，Douros合成红宝石内部较纯净，少量残余助熔剂主要呈两种形态，即分散的粗大的圆形、长条形或由细小的助熔剂熔滴聚合成的面纱形，助熔剂多呈现明亮的**，随着温度的降低助熔剂收缩中心多留下空洞，边缘则呈现一种“马赛克”状结构；②颜色和色带，Douros合成红宝石可有深红、紫红、红紫等颜色，颜色分布不均匀，在板状晶体的边部、双晶结合面处都可出现浅红—无色色带，在菱面体晶形和板状晶体中可见到紫或蓝紫色的锐角三角形色块；③生长线，在油浸显微镜下，菱面形晶体的d晶面上有明显的弯曲伞状轮廓，构成Douros合成红宝石的一种鉴定依据（见图4-1-12）；④化学成分，Douros合成红宝石除含Cr外，还有Ti、Fe、Ni、V等元素，其助熔剂成分为Pb（NO3）2，所以在检测中有Pb的出现，Douros合成红宝石不同晶面的化学成分略有差异，以至其不同晶面上的折射率值也略有变化，成品宝石可测到大于天然红宝石的折射率和双折射率，no=1772～1774,ne=1762～1764，双折射率为0010～0012。

图4-1-12 多罗斯合成红宝石菱面形晶体的

d面上伞状生长区示意图（油浸、正交偏光下）1—晶体边缘橙**生长带；2—红色生长区；3—深红色伞状生长区

三、助熔剂法生长祖母绿晶体

关于助熔剂法合成祖母绿的历史可以追述到1848年，JJEbelmen用熔化的H2BO3作助熔剂，用天然祖母绿粉末为原料，溶解后降温而获得小片状晶体。但是一般都以1888年和1900年PHeufefeuille和HPerry公开报道的助熔剂法生长的祖母绿作为合成祖母绿的开端，这种方法一直为后人采用。所用的助熔剂为Li2Mo2O7（或Li2O+Mo O3+X2O5），加入祖母绿粉末，在800℃下加热熔融，经14天后长出1mm大的祖母绿晶体（加Fe是浅黄绿色，加Cr为绿色），如超过800℃则为硅铍石（Be2SiO4）。

后来德国的Espig进行了助熔剂法合成祖母绿的研究，但真正把合成祖母绿推向商业化生产的是查塔姆（CChatham）和吉尔森（PGilson）。

1Espig助熔剂法合成祖母绿晶体

Espig的合成祖母绿如图4-1-13所示。

Pt坩埚180mm（d）×85mm（h），装料28kg，用Pt管在Pt栅上加料SiO2。上部SiO22～4周加一次，下部原料2天补充一次。

图4-1-13 Espig合成祖母绿的生长原理图

原料配方　SiO2两份，BeO 两份，Al2O3四份，Li2CrO4少量。加料后加热到800℃，原料熔化后，由于底部热，Al2O3、BeO、Li2CrO4向上扩散，SiO2向下扩散，在栅下与祖母绿籽晶相遇，若此处是过饱和状态，则沉积在晶核上长大，12个月可长出20mm大的晶体。可以放籽晶，也可以自发成核。

Espig生长法属早期的研究成果，生长出的晶体不大且包体多，完整性不好，很难磨出1ct

1ct（克拉）=02g。

2Chatham合成祖母绿

Chatham是在助熔剂法合成宝石方面极有成就的科学家，他对合成红宝石和合成祖母绿做出了很大的贡献。Chatham在合成红宝石和合成祖母绿时也是使用Li2O+2MoO3做助熔剂，使用缓冷法，不过炉子和坩埚都比较大，典型生长周期为12个月。由于生长过程保密，没有公布详细的工艺过程，但从生长的晶簇片来看是缓冷降温法自发成核生长的。

3Gilson助熔剂法合成祖母绿

法国的Gilson是世界上用助熔剂法合成祖母绿并推向市场的另一个公司。

Gilson助熔剂法合成祖母绿分两步，首先是优化籽晶，如图4-1-14所示，先选用无色的绿柱石切片做籽晶，在两面上生长合成祖母绿，再把合成祖母绿切下来做籽晶。

如图4-1-15所示，中间栅网把Pt坩埚分为两个区，热区内放入做原料的绿柱石块，助熔剂为Li2Mo2O7，在较热区，绿柱石被熔解到助熔剂中，在冷区绿柱石分子又在过饱和的条件下析出长在种晶上，两区的温差很小，主要是保持低一些的过饱和度，防止硅铍石和自发核的形成。两区流体对流可用机械来驱动。典型生长工艺每月长1mm,14mm×20mm大的晶体可切割出18ct重的宝石。

图4-1-14 晶种优化示意图

图4-1-15 Gilson法合成祖母绿示意图

助熔剂法还可以用于生长YAG、SrTiO4等晶体，但由于这些晶体近几年来在宝石商业中较少使用，故不再介绍，其原理与合成红宝石类似。

四、助熔剂法合成宝石的鉴别

1包体特征

1）固态包体　助熔剂法生长的晶体内常包含的固态包体有结晶相包体、助熔剂包体、未熔化熔质包体和坩埚金属材料包体等。结晶相包体如合成祖母绿晶体内的硅铍石包体。助熔剂包体通常较多，不透明，形态多样，有时和天然宝石中的包体也很相似。助熔剂法生长的晶体或多或少都要受到坩埚材料的污染，并存在一些未被熔化的熔质原料包体。

2）气态包体　助熔剂法生长晶体内的气态包体是由于助熔剂具挥发性而造成的，有时气态和固态包体会同时存在，可构成气、固二相包体。

2生长条纹

助熔剂法生长的晶体有时可观察到平直的生长纹，它是由组成成分的相对浓度变化或杂质浓度的周期性变化引起的。生长纹的出现也与晶体中存在着很细的包体有关。

3位错

助熔剂生长的晶体多含有螺旋位错。螺旋位错在晶面上终止时，表面会形成生长丘或卷线，生长丘的下面常联结着小的包体中心。一般来讲，助熔剂法合成的宝石晶体位错密度较低，在稳定生长条件下，晶面上生长丘很少，有时只有一个。