立方氧化锆

✍ dations ◷ 2025-04-18 04:32:29 #宝石

立方氧化锆(Cubic Zirconia,简称CZ),亦称作锆立晶、方晶锆石、高碳钻、泛美钻、俄罗斯钻、碳钻、Sona钻、苏联钻或苏联石,是二氧化锆(Zirconia,ZrO2)晶体的一种。氧化锆天然存在时大部分为单斜晶体(mono-clinic),主要以矿物斜锆石(Baddeleyite)存在。以立方单晶体存在的氧化锆在天然中极为罕有,但现时经常以人工方法合成,被广泛用作钻石的代替品。因为这种人工合成方法在苏联发明及最先使用,故此立方氧化锆亦被称为“苏联钻”或“苏联石”。立方氧化锆有时被称作“方晶锆石”,但这名称并不完全正确;因为锆石(Zircon)是天然存在宝石的一种,其化学成分为硅酸锆(Zirconium Silicate,ZrSiO4),与合成的立方氧化锆为两种不相同的物质;而氧化锆的方晶相其实还分为立方晶(Cubic)及正方晶(Tetragonal)两种。

人工合成的立方氧化锆是一种坚硬、无色及光学上无瑕的结晶。因为其成本低廉,耐用而外观与钻石相似,故此在1976年起至今都是最主要的钻石的代替品。

近年亦开始兴起用培植钻石方式以宝石为原材料合成的RZ人造钻石代替钻石。

据美国联邦贸易委员会(Federal Trade Commission FTC) 和美国宝石研究院(Gemological Institute of America GIA),宝石可分为3大类别:

FTC于2018年七月底就发表了对钻石的重新介定 :钻石不只是天然,从矿场发掘出来的和实验室种植而得的都可称为钻石。

立方氧化锆与钻石一样,都为立方晶体。在正常压力之下,二氧化锆的稳定晶体为单斜晶体(mono-clinic),因此在合成立方氧化锆的过程中,需要加入份子量为10至15%的金属氧化物(通常氧化钇或氧化钙)作为安定剂。不同的生产方法会加入不同分量的安定剂,故此立方氧化锆的物理及光学特质会稍为有所不同。

立方氧化锆的密度颇高,比重为5.6至6.0。其硬度达8.5,虽低于钻石,但已超过大部分天然宝石。其折射指数为2.15至2.18,表面有金刚光泽。色散指数达0.058至0.066,超过钻石。立方氧化锆无解理(Cleavage),断口为贝壳状(Conchoidal fracture),属于易碎。在短波紫外线下呈黄、黄绿萤光,于长波紫外线下萤光不明显。

氧化锆在1892年首次被发现以后,一直以为只有天然存在的单斜晶体“钭锆石”一种。由于钭锆石藏量不多,因此并未有广泛的应用。而且氧化锆的熔点高达2,750°C,难以透过溶解结成单晶体。1930年发明加入安定剂造成的“安定氧化锆”,是立方多晶体或正方多晶体,都是属于多晶体陶瓷。安定氧化锆主要被用作耐火材料,能抵受高达2,540°C的高温及化学品。之后1937年德国圹物学家M. V. Stackelberg及K. Chudoba首次在蜕晶质化(metamictization)钭锆石中发现微细的单晶立方氧化锆。1960年代,法国科学家Y. Roulin及R. Collongues开始研究培养单晶立方氧化锆。他们使用的方法是将镕解的氧化锆放在有固体氧化锆表面的坩埚之内,令其结晶。这种方法称之为“冷坩埚”法。不过这种方法只能生产很小的单晶体。

苏联科学家V. V. Osiko之后在莫斯科列别捷夫物理研究所(Lebedev Physical Institute)改良了这一种技术。他的发明被称为“颅坩埚”法,其出产的人工宝石在苏联内被称为“Fianit”。这种发明在1973年首次披露,并在1976年开始商业生产。至1980年,以这一方法生产的立方氧化锆年产量已超过5千万卡拉(10,000公斤)。

苏联发明的“颅坩埚”法至今仍是主要的合成方法。首先以铜管绕成杯状,铜管内注入冷却水。在杯内加入少量锆金属片,中间加入氧化锆及安定剂粉末,并加以压紧。整个设备以无线电频感应线圈包围。当感应线圈通电时,锆金属因感应产生电流,被加热至高温镕化,并传热至内部的氧化锆将其镕化。冷却水使杯中接近表面1-2mm的氧化锆维持固态。经过数小时加热后,逐渐减少热力,无瑕的柱状晶体开始形成。之后在1,400°C用长时间退火,消除晶体中的应力。经退火后的晶体通常为5cm长,2.5cm宽,便可以被切割成宝石。

若果在原料内加入不同的金属氧化物,可以获得不同颜色的晶体。例如:

近年部分生产商亦有以不同方法改良产品,最常见的是在立方氧化锆表面以蒸气凝结加上一层类金刚石碳(diamond-like carbon, DLC)。得出的产品比普通氧化锆更硬,看起来亦更为似钻石。另一种方法是在表面上以真空喷上一层金属氧化物,使其出现晕彩。但是与镀上类钻石碳不同,这种加工是可以被磨损的。

立方氧化锆在光学上与钻石(金刚石)非常接近,一般人未必能分别两者。但是在显微镜下二者仍然有一定分别:

相关

  • 瘀点瘀点(petechia)是在身体上的一个红色或紫色的血点块,医学上也称作出血点。2毫米(mm)以下的红色或紫色的血点块。其他大小的红色或紫色的血点块请参见:紫斑,瘀斑造成瘀点的最基本原
  • 斯堪的纳维亚国家丹麦 挪威 瑞典有时包括: 芬兰 冰岛 法罗群岛 奥兰 不属于斯堪的纳维亚的北欧地区:斯堪的纳维亚(丹麦语、瑞典语:Skandinavien,挪威语:Skandinavia,萨米语:Skadesi-suolu、冰
  • 地中海气候地中海式气候,又称作地中海气候、副热带夏干气候,其分布于中纬度地区(约南北纬30至40度)的大陆西岸地区,包括地中海沿岸地区、黑海沿岸地区、美国的加利福尼亚州、澳洲西南部伯斯
  • 苏格兰圣公会苏格兰圣公会(The Scottish Episcopal Church,苏格兰盖尔语:Eaglais Easbaigeach na h-Alba),宗教改革时代深受欧陆改革思潮影响,1592年苏格兰国教会首次放弃主教制,并成为长老宗教
  • 白橙盖鹅膏橙盖鹅膏菌 (学名: Amanita caesarea ),又名凯撒磨菇、橙盖伞、黄罗伞及白橙盖鹅膏菌,有“凯撒磨菇”之称,是鹅膏菌科鹅膏属的食用菌,原产于欧洲南部及北非。它的菌盖呈突出的橙色
  • 李东学李东学(1982年11月27日-),中国大陆男演员,出生于河南省郑州市。主演过众多影视剧的新晋小生,先后毕业于郑州大学计算机专业和北京电影学院2003级表演系本科。主要作品:《后宫甄嬛传
  • 坎波福尔米奥坎波福尔米奥条约(Treaty of Campo Formio)或坎波福尔米奥之和是第一次反法同盟战争中,由法国与奥地利签订的和约。条约于1797年10月17日在坎波福尔米多(今意大利)签订,由法国代表
  • 零陵区零陵区是中国湖南省永州市所辖的一个市辖区。2003年总人口58万人,2014年GDP为179.8亿元,工业增加值59.1亿元。1995年11月,国务院批准:撤销零陵地区和原永州市、冷水滩市,设立地级
  • 法国各大区国内生产总值列表本条目为主要年份法国各大区的区内生产总值列表。以法国官方统计资料为依据,以法国本币欧元为基数。为增加可比性,辅以美元折算,美元折算汇率按联合国发布历年各国GDP本币与美
  • 北京湿地北京湿地面积约5.14万公顷,占全市总面积的3.13%。其中,天然湿地2.38万公顷,占湿地总面积的46.4%,主要是由河流、沼泽湿地组成;人工湿地约2.76万公顷,占湿地总面积的53.6%,主要是由