1920年合成了无色、红色和蓝色的尖晶石 。
1948年合成了金红石单晶 。
1955年合成了钛酸锶单晶 。同年美国通用电气公司首次合成了细粒(0.15mm)状的钻石晶体 。往后他们不断致力于研究大颗粒钻石 。1970年首次成功合成了宝石级钻石 。
1960年研制成功人造无色的和绿色的钇铝榴石(YAG) 。随后又研制出人造的钆镓榴石晶体(GGG)和合成金绿宝石 。
1960年后的几年里,发展了助熔剂法和水热法,合成了大颗粒的祖母绿晶体和红宝石晶体 。
1976年苏联合成了大块立方氧化锆宝石,是一种较好的钻石代用宝石,研制成功之后迅速投产,并飞速发展,已形成一个产业 。
20世纪80年代后期,玻璃仿金绿宝石猫眼由美国Calhag公司研发成功 。随后在我国快速发展,并形成了玻璃猫眼产业,年产近1200t 。
截至20世纪80年代,世界上重要的名贵宝石都可以人工合成 。这些人工宝石晶体的原料制造、晶体生长的方法和工艺,都相继建立了配套的生产条件,特别与科技、经济和国防有关的合成宝石都有一定量的生产规模 。如合成钻石、合成蓝宝石、合成水晶、合成立方氧化锆、人造仿水晶玻璃及其产品都形成了不同规模的产业化,推动了国家的科技进步和经济的发展 。
人造YAG、人造GGG、人造钛酸锶和合成铌酸锂、钽酸锂及金红石等宝石晶体主要用于电子技术和激光技术;在装饰方面,自从合成立方氧化锆大量面市后,它们作为仿钻石的作用逐渐降低,因为这些宝石晶体相对于合成立方氧化锆的性价比低了很多,所以已经淡出宝石市场 。但它们在电子技术和光电子技术方面的应用仍在飞速发展,并且人们还在不断探索和合成出许多新的晶体 。
虽然许多名贵宝石都已合成出来,但按宝石的质量指标来说还是不尽如人意的,因为它与天然宝石的岩相结构、生长条纹、气泡及包裹体等的差距还比较大,很容易区分出它是人工制品,还不具足够的天然宝石的品味 。
二、近十几年来人工宝石研究进展
近十几年来人工宝石的研究工作基本分为两大类:一类是装饰用的;另一类是用于科技工程系列的 。装饰用人工宝石方面的研究,基本上是围绕着提高各种合成宝石质量,着重仿真和逼近天然宝石来进行;用于科技工程系列的宝石研究,着重于提高纯度、晶体结构完整性和大尺寸的单晶体,强调宝石的功能特性 。这两类研究从研究内容和目标,技术路线和设备方面都有很大的不同 。本文主要讨论装饰用人工宝石的研究进展 。
1.合成钻石取得了很大进展
大颗粒合成钻石在1970年由美国通用电气公司首次成功合成,后来英国、俄罗斯、南非和瑞士等国也相继宣布合成了宝石级大颗粒钻石,但都因生产效率低,成本过高,未能进入市场,仅是实验产品而已 。经过了20多年进行设备改进和提高生长技术后,目前美国Gemesis公司已成功研发出能稳定生产出1~2克拉大的黄色钻石和蓝色钻石(图1)的设备和技术,并以每月生产600克拉的产量投放市场,每颗钻石腰部都用激光刻上Gemesis制造及编号,用以保障消费者权益 。南非和俄罗斯等也相继宣布能生产大颗粒1~4克拉黄色和蓝色钻石(图2),并推向市场 。这种稳定量产的宝石级钻石合成工艺的研发成功,标志着合成宝石级钻石有了突破性的进展,打破了过去合成宝石级钻石成本高不能进入市场的老观念 。今后人工合成大颗宝石级钻石将会以更大数量面市 。
图1 Gemesis公司合成大颗粒黄色钻石和合成彩色钻石
图2 南非德拜尔公司合成的大钻石
在合成工业级金刚石方面各国都做了很大努力来提高质量和产量,常话说“没有金刚钻,不揽瓷器活 。”各种刀具、切割研磨工具和地质钻探工具等都要大量使用工业级金刚石,人工合成工业级金刚石的产量已经成为衡量一个国家工业水平高低的标志之一 。现在我国合成的工业级金刚石,虽然其质量还有待提高,但产量居世界第一,年产12亿多克拉 。
CVD化学气相沉积法生长钻石和钻石薄膜
近十几年来,CVD化学气相沉积法生长钻石非常活跃,美国Apollo公司用CVD同质外延技术不仅能生长钻石单晶厚膜,也能生长单晶钻石,并已打磨出0.25克拉的钻石(图3,图4) 。随着厚膜的沉积厚度增加,在不久的将来,大单晶钻石块将成为现实,这是很诱人的新技术 。
图3 Apollo公司CVD法合成钻石的炉子
图4 Apollo公司CVD法合成的0.25克拉钻石
2.大颗粒合成碳硅石(莫桑石 Moissanite)
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