合成立方氧化锆

合成立方氧化锆

堅硬、無色及光學上無瑕的結晶
人工合成的立方氧化锆是一種堅硬、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(SiliconCarbide)與立方氧化锆競争代替鑽石。
    中文名:合成立方氧化锆 外文名: 别名: 成本:低廉 外觀:與鑽石相似 代替:鑽石(金剛石)

合成方法

蘇聯發明的“冷坩埚”法至今仍是主要的合成方法。

首先以銅管繞成杯狀,銅管内注入冷卻水。在杯内加入少量锆金屬片,中間加入氧化锆及安定劑粉末,并加以壓緊。整個設備以無線電頻感應線圈包圍。當感應線圈通電時,锆金屬因感應産生電流,被加熱至高溫镕化,并傳熱至内部的氧化锆将其镕化。冷卻水使杯中接近表面1-2mm的氧化锆維持固态。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。

若果在原料内加入不同的金屬氧化物,可以獲得不同顔色的晶體。例如:

铈:黃、橙、紅

鉻:綠

钕:紫

铒:粉紅

钛:金棕

改良

近年部份生産商亦有以不同方法改良産品,最常見的是在立方氧化锆表面以蒸氣凝結加上一層類金剛石碳(diamond-likecarbon,DLC)。得出的産品比普通氧化锆更硬,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

立方氧化锆在光學上與鑽石(金剛石)非常接近,一般人未必能分别兩者。但是在顯微鏡下二者仍然有一定分别:

色散:立方氧化锆的色散為0.060,高于鑽石的0.044。因此立方氧化锆看來比鑽石更為熣燦。

硬度:立方氧化锆的摩氏硬度為8.5至9.0,鑽石為10。

比重:立方氧化锆比鑽石重1.7倍。但是這特點隻能用來分别未鑲嵌的寶石。

瑕疵:如今生産的立方氧化锆基本上是内外完美無瑕的。而天然鑽石極少是完全内外無瑕。

折射率:立方氧化锆的折射率為2.176,稍低于鑽石的2.417。

切割:由于折射率不同,立方氧化锆的切割與鑽石會稍有不同,在放大鏡下小心觀察可以發現。

顔色:完全無色的鑽石非常罕有,通常鑽石都帶有淺黃色。但立方氧化锆可以被造成鑽石最高級别,即D級顔色。

傳熱:立方氧化锆與鑽石的導熱性為兩個極端。立方氧化锆是上佳隔熱材料,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。隻要使用适合的器材,這性質最能分辨兩者。

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