氢原子百科 
蓝宝石（Sapphire）主要成分为，是一种特殊的刚玉族矿物材料。[3]蓝宝石也是一种简单配位性氧化物晶体，其晶体结构为六方晶格结构。[1]自然界中的蓝宝石因含有钛（Ti⁴⁺）、铁（Fe²⁺）等元素呈现出蓝色，同时含不同微量元素也会呈现黄色、粉色、橙色等色系。[2]天然蓝宝石产量稀少，早期常作为珍贵的珠宝饰品。而现在人工合成蓝宝石技术已趋于成熟，合成晶体具有天然晶体的化学成分和物理性质，且具有晶体纯度高、硬度高、成本低等特点，是一种优良的晶体材料。[3]目前已广泛应用于光学仪器、医疗设备、半导体等领域。[1]
光学性质
蓝宝石为单光轴晶体，折射率为1.7，并且折射率会受温度的变化产生细微影响。其光谱透过率高，透光范围涵盖紫外波段、可见光波段、近红外波段以及中红外波段。[1]
机械性质
蓝宝石的密度为 3.97-3.99 g/cm3。莫氏硬度为9，在自然界中蓝宝石硬度仅次于金刚石，具有机械强度高、抗压能力强、耐磨擦等优异的机械性能。[1]
热学性质
蓝宝石热稳定性好，熔点为 2323K，沸点为 3253K，具有很好的耐高温效果。[1]
电学性质
蓝宝石是优异的介质材料，在室温下其电阻率可达1×10¹¹ Ω·cm，常用作高纯度硅生长的衬底材料。[1]
颜色成因
蓝宝石的颜色主要由铁和钛两种杂质引起。这两种元素的离子通常占据刚玉中铝的位置，这些离子在刚玉中的含量有多有少，并且不是总处于最佳呈色状态。其含量的不同，赋存状态的不同，引起蓝宝石的颜色变化，有时呈浅蓝，有时呈深蓝，有时呈其它颜色。[4]一般来说，含Ni²⁺、Fe³⁺者为黄色；含Fe³⁺和Mn⁴⁺者为褐色；含V³⁺、Co²⁺、Ni²⁺者为绿色；含Cr³⁺、Fe³⁺、Ti⁴⁺者为紫色；含Fe²⁺、Ti³⁺等离子者为蓝色。[5]
颜色分类
蓝色蓝宝石
各种色调的蓝色蓝宝石：蓝紫色、浓蓝色、极深蓝色、灰蓝色、铁蓝色、浅蓝色、黑蓝色等。[7]
彩色蓝宝石
1）黄色蓝宝石：金色蓝宝石，是蓝宝石中非常珍贵的品种，有名“东方黄宝石”、“黄宝石王”、“黄宝石帝”等。[7]
2）深橙-橙红色蓝宝石（帕德马蓝刚玉）：浅-中等色调的微粉红-橙色到粉红-橙色，珍贵品种，尤为斯里兰卡人所喜爱，故极少出口。[7]
3）绿色蓝宝石：大多是澳大利亚或泰国产的蓝黑色蓝宝石，经切割后，呈绿色，但浅绿色者罕见。又称“东方祖母绿”。[7]
4）微绿浅蓝色蓝宝石：又名“东方海蓝宝石”或“海蓝蓝宝石”。[7]
5）紫色-紫红色蓝宝石：又称“紫晶蓝宝石”。[7]
6）粉红色蓝宝石：因粉红色色调太浅而不能称为红宝石。[7]
7）变色蓝宝石：日光下呈蓝色，夜间在灯光下呈微红色或紫红色，称为变色蓝宝石或称金绿宝石蓝宝石、金绿玉蓝宝石。[7]
8）无色蓝宝石：或称白色蓝宝石，斯里兰卡的“久达”（Geuda）蓝宝石以白色者居多，加热处理往往可变蓝。无色蓝宝石透明度差，多呈乳白色。[7]
9）褐色蓝宝石：一般不透明。若含细针状金红石晶体(具丝绢光泽)，可切磨成星光蓝宝石。罕见的中等色调的透明的褐色蓝宝石产于柬埔寨，美丽晶莹,为珠宝界所欢迎。[7]
星光蓝宝石
星光蓝宝石或称星彩蓝宝石，多为不透明-半透明。丝绢包裹体(针状金红石等定向排列而成)是产生星光的原因。出现星光的蓝宝石以蓝色(深蓝、蓝黑至浅蓝、蓝灰色等)、绿色者较常见，而橙色、黄色者极罕见。黑色星光蓝宝石（“黑星石”）为极深的褐色、紫红色或绿色，带状结构（色带、生长纹、包体等构成六边形带状）发育。[8]
2013年9月，经过近三个月亲自设计、打磨的一颗67.98克拉的星光蓝宝石问世。[9]
产地
天然蓝宝石资源十分有限，但产地分布范围广，主要有缅甸、印度克什米尔、斯里兰卡、泰国、澳大利亚、中国山东等地。其他产地也有柬埔寨、越南、巴基斯坦、阿富汗、美国、俄罗斯.肯尼亚、坦桑尼亚、津巴布韦、尼日利亚、加纳、巴西、马达加斯加、哥伦比亚、挪威、芬兰、捷克、南非。[10]
缅甸蓝宝石
主要为刚玉宝石，位于缅甸中北部杰沙县，此地蓝宝石颜色富丽，有皇家蓝色之称，且与克什米尔蓝宝石称为优质蓝宝石。[11]缅甸蓝宝石透明度高，裂隙少，颜色为微紫蓝色，在人工光源的照射下呈现一点墨黑色。[11]常有针状金红石包裹体，出现六射星光，以及指纹状的气状包裹体。[12]
克什米尔蓝宝石
产于桑斯加尔，呈现矢车菊蓝色，具有法兰绒般蓝得微带紫色，透明度较低、色调较淡，但较明亮。[10]克什米尔自19世纪60年代开始开采，曾是著名的优质蓝宝石产地，最美丽的蓝色带紫的矢车菊蓝宝石就产自克什米尔。[13]
斯里兰卡蓝宝石
产于有大量的宝石冲击砂矿集中地区，主要分布于拉特纳普拉城。[10]斯里兰卡蓝宝石内含大量絮状、针状包裹体，光彩减弱，略呈现出灰色。宝石颜色分布不均，为暗淡的灰蓝色至浅蓝紫色，有色带、条纹，但光彩明亮。[14]
泰国蓝宝石
产于泰国北部地区的古老变质岩中，如清莱府、南部尖竹汶等地。[8]泰国蓝宝石颜色较深，透明度较低，有深蓝色、灰蓝色、略带紫色的蓝色三种。没有针状或绢丝状的金红石包裹体，无星光效应，常见指纹状图形。[13]
澳大利亚蓝宝石
澳大利亚是世界上刚玉宝石的重要产出国之一，资源丰富，产地较多，储量丰富，主要分布于昆士兰州和威尔士州。[15]澳大利亚蓝宝石透明度低，颜色深厚，呈现墨黑色，一般具有浓绿色至极深紫蓝色的二色性，常有色带和羽状包裹体。[16]
中国蓝宝石
中国的刚玉宝石资源自20世纪70年代开始被调查，发现其分布范围相当广泛，山东、辽宁、四川、吉林、黑龙江等20余个省区均发现宝石刚玉及矿化脉。[17]而中国蓝宝石主要产地位于山东省昌乐县，该地蓝宝石含铁、钛偏高，颜色较深，且分布不均匀，色带和色区明显，有时同一晶体上会出现两种不同的颜色。[13]蓝色以靛蓝色为主，也存在纯正墨水蓝色。[13]
亚当之星
“亚当之星”是一枚重1404．49克拉的蛋形星光蓝宝石，并认证是迄今为止世界上最大的一颗星光蓝宝石。这枚宝石出自斯里兰卡南部素有“宝石城”之称的拉特纳普拉市一座矿内，宝石主人将其取名为“亚当之星”。[18]
亚洲之星
“亚洲之星”是一枚重330克拉的星光蓝宝石，产自缅甸。[19]
象征意义
蓝宝石（Sapphire）一词来自拉丁语“Spphirus”，梵语“Sanipriga”，字面意思是“对土星的珍爱”。古代人们将蓝宝石作为忠诚、正义、贞洁、博爱的象征，星光蓝宝石又被称为“命运之石”，保护佩戴者免受罪恶的伤害，祈求为自己带来好的运气。[20]
古代蓝宝石常作为各教派之神庙和寺院的神圣装饰品和贡品，神职人员也常佩戴蓝宝石戒指作为神圣以及忠诚的象征。中世纪时，在王冠上镶上蓝宝石，使君王免受伤害和妒忌，在英国王室帝国王冠上就镶嵌着两颗具有历史意义的蓝宝石，其一是颜色绚丽、切成玫瑰花式的爱德华蓝宝石，另一枚是斯图亚特蓝宝石。[20]
焰熔法
该方法是在合成设备的上部装入氧化铝、氧化铁、氧化钛原料粉末，在原料粉末下落至中部时，将被H₂和O₂的高温火焰融化成液滴，滴落在下部的耐火棒上，冷却形成胡萝卜状蓝宝石晶体。[21]
特点：使用广泛、晶体生长速度快、成本低、产量高、价格便宜。[21]
助溶剂法
该方法通过利用添加助溶剂，进而降低原料的熔点，常用助溶剂有氧化铅、氧化硼、氧化铋等。具体方法为在铂金坩埚中将蓝宝石的原料及助溶剂融化，缓慢冷却结晶。最终，助溶剂会浮于宝石晶体上，将其去除干净即可。[21]
特点：结晶速度慢、周期长、成本高，但品质好。[21]
水热法
该方法利用一个密闭的金属高压釜进行合成，在其底部放置所需原料粉末，釜的中上部悬挂有种晶，借助高温高压使得晶种生长以达目的。同时，釜中需注满有“矿化剂”的水溶液，以助于原料溶解。[21]
特点：近乎天然产出蓝宝石、成本高、价格昂贵。[21]
泡生法
1926年，前苏联的基罗普洛斯（Kyropulos）首次提出泡生法。该方法设计加热器和热屏的结构，在晶体内形成底部高、顶部低、边缘高、中心低的温度分布。[22]在坩埚内装入原料，将定向籽晶固定在顶部。抽真空之后升温化料，使坩埚中心的温度略高于熔点。将籽晶浸入熔液中并将表面溶烛，提高其浸润性。降低熔体温度，使在籽晶上结晶，釆用提拉法的工艺，生长晶颈。然后停止提拉，缓慢降低加热功率，实现晶体的生长。[22]
加热
通过加热以改变红石、蓝宝石的颜色（改变其色彩色调与颜色饱和度），增加其净度（去除与提高明度）。[23]
扩散
扩散又称为渗透或表面渗透，其为在宝石表层加上TiO₂等不同的着色剂，在中加热以改善宝石表层颜色的一种方法。[24]
染色
染色方法是将染色剂和宝石在水中一起，以加深或改变宝石颜色。斯里兰卡将浅黄色蓝宝石与一种树皮、树枝一起放水中煮，可使该种蓝宝石变成金黄色，然后加蜡形成保护层。[25]
改变包裹体
评价标准
对蓝宝石的评价和对红宝石的标准相同，都是从颜色、净度、重量、切工、对称性、抛光程度几方面综合衡定。[27]
颜色
蓝宝石上品对颜色要求正浓阳均。质量较差的蓝宝石发灰或发黑，需通过光线透射观察才能显示出蓝色；质量最佳的蓝宝石呈紫蓝色，且在正常的日光下就可以看到蓝色。另外，二色性是否强烈、色带是否明显、颜色分布是否均匀等，都将直接影响蓝宝石的价值。[27]
净度
由于净度高低与宝石颜色关系较大，因此宝石内部的裂隙、斑纹位置等都决定了宝石的价值。较高净度的蓝宝石较多，但内部瑕疵极少的蓝宝石非常稀有，且价格极高。[28]
重量
对于蓝宝石而言，重量对蓝宝石的价格影响不及红宝石明显。因为质量上乘、密度较大的蓝宝石较多，且超过5克拉、质量较好的不罕见。[28]
切工
蓝宝石的切工要求基本和红宝石以及钻石的相似，包括形状比例美观，抛光表面完好亮丽。完全对称的切工有助于展示宝石优势；抛光程度不同，宝石的光泽也会有所不同，因此切工的好坏直接影响了宝石的价格。[29]
天然蓝宝石与人工蓝宝石鉴别
弯曲生长纹和气泡的比较
弯曲生长纹和气泡是焰熔法人工合成蓝宝石的重要标志，在与梨晶长轴呈90°的方向，常见几组相交的弯曲生长纹。天然弯曲生长纹的弧形带较宽，弧形色带也比较明显。[30]
双晶纹的比较
双晶纹是天然宝石的指示特征，特别是天然宝石与焰熔法人工合成宝石相比较而言。[30]
吸收光谱的比较
天然蓝宝石与人工合成蓝宝石的吸收光谱几乎难以区分，天然蓝色蓝宝石由于是铁和钛元素致色，Fe谱线（4500A线）通常很明显，有时还有4600A线、4710A线。人工合成蓝宝石常不显4500A线，即使在合成过程中加了铁粉。[30]
荧光的比较
天然蓝色蓝宝石一般无荧光，唯一例外是斯里兰卡蓝色蓝宝石，由于含微量铬，在长波紫外线照射下呈红橙色荧光。人工合成粉色、黄色和橙色蓝宝石在X射线照射下显明显磷光，天然蓝宝石未见磷光(可能由于含铁)，人工合成粉红色蓝宝石在短波紫外线照射下发紫光，而天然宝石发深红色的光。[31]
包裹体的比较
彗星状包裹体，一个个小小的熔滴连着一条细白线状物，形似彗星。一般来说，这是助溶剂法合成蓝宝石的标志。[31]
蓝宝石与相似宝石鉴别
与蓝宝石相似宝石有许多，其中有蓝色尖晶石、蓝色碧玺、蓝晶石、海蓝宝石、坦桑石、堇青石、蓝锥矿等，其主要鉴别特征如下。[32]
蓝色尖晶石：蓝色尖晶石颜色均一，微带灰色，没有二色性。另外，蓝宝石有两个折光率，最低值为1.76；尖晶石只有一个折光率，最高数值不超过1.75。用查尔斯滤色镜观察，天然蓝宝石为暗绿色，而蓝色尖晶石为红色。[33]蓝色碧玺：呈现带绿的蓝色，有较多的裂纹和空管状气液包裹体。[34]坦桑石：呈色不均匀，二色性比蓝宝石明显，仅用肉眼就能清楚看见紫红色、深蓝色。[35]堇青石：其折射率与密度较低。三色性明显：无色-黄色、蓝-灰色、暗紫色。[36]海蓝宝石：是绿柱石的蓝-浅蓝（天蓝）色者，低的密度和折射率有别于蓝宝石。海蓝宝石产于伟晶岩中，其包裹体特征是大量的气-液包裹体，它们呈细长管状、云雾状、雪花状；固态包裹体较少，主要为云母。这些特点与蓝宝石大不相同。[36]蓝晶石：为浅蓝至深蓝色，其颜色远不及蓝宝石鲜艳。根据其扁平的晶体形态、硬度的强异向性以及折射率、多色性（明显的浅蓝-深蓝）易与蓝宝石区别。[37]蓝锥矿：浅蓝一暗蓝色，略带紫色色调。二色性很强：一个方向为无色-极淡的蓝色；另一方向为深蓝、紫色、紫红色。折射率与蓝宝石相近，但其折射率高值超过蓝宝石。[37]
表 蓝宝石与相似宝石的主要鉴别特征
名称[38]莫氏硬度密度（g/cm³）折射率光性多色性蓝宝石94.001.760~1.768一轴晶负光性具多色性蓝色托帕石83.531.619~1.627二轴晶正光性具多色性蓝色尖晶石83.601.718均质体无蓝色碧玺7~83.061.615~1.655一轴晶负光性具多色性海蓝宝石7~82.721.564~1.602一轴晶负光性具多色性蓝晶石4~73.56~3.681.713~1.729二轴晶负光性具多色性坦桑石6~73.351.693~1.702二轴晶正光性具多色性堇青石7~82.60~2.661.532~1.570二轴晶正/负光性具多色性蓝锥矿6~73.65~3.681.757~1.804一轴晶正光性具多色性蓝柱石7~83.081.652~1.671二轴晶正光性具多色性
人工合成蓝宝石鉴别
采用不同方法合成的人工蓝宝石，其内部特征有一定差异[13][39][40]。
表 不同方法合成蓝宝石的特征
人工合成方法是否含有矿物包裹体特征焰熔法否常见弯曲生长纹、未熔的原料粉末及圆形或拉长气泡。合成蓝宝石颗粒较大。颜色鲜艳明亮，内部洁净；紫外线照射具有强的荧光；较强的多色性[12]助熔法否常见不同形状的助熔剂，如枝杈状、蠕虫状残留体，以及白色助熔剂粉末形成的指纹状、飘纱状残留体。合成蓝宝石可能会见有液体、负晶以及器皿上脱落的三角形、六边形、不规则形铂金片。与天然宝石区别是其生长纹平直或呈折线状[12]水热法否与天然产出的宝石极为相似，但仍有差异。合成蓝宝石内部洁净、透明度高、颜色鲜艳且分布均匀。其典型特征为具有三角锯齿状和水波状生长纹，具有指纹装、飘纱状以及成群的白色点状包裹体[32]泡生法否泡生法合成的蓝宝石具有六角柱形，表面光滑，没有明显的缺陷。且泡生法合成的蓝宝石具有较高的品质，其硬度和透光率等物理特性与天然蓝宝石非常接近[40]
装饰品
光学应用
凭借其优异的光学性质以及耐高温高压的特性，在光学领域蓝宝石材料已被广泛应用于军事设备的窗口制造以及干涉仪、单色仪等X射线领域中多种仪器设备的开发当中。[1]目前，蓝宝石材料也用于苹果公司的手机摄像头镜片。[42]
医学应用
在医学领域中，因其优异的材料稳定性以及人体亲和性，蓝宝石材料被视为最有益的人体植入材料。并且，凭借其优异的机械强度，由蓝宝石制成的手术刀更为锋利，对细胞的损伤以及带来的疼痛感更小，因此蓝宝石手术刀已经成为医学上常用的手术刀之一。[1]
半导体应用
蓝宝石在半导体领域中不论是从制备工艺还是商业成本上讲，已然成为了氮化镓外延生长最完美的衬底材料，并且蓝宝石与氮化镓同属于六方晶系，存在的晶格失配等问题也会相对较小。[1]
其他应用
纯蓝宝石清澈无色，是优良的激光基质材料，且蓝宝石用于制造热释光探测器，具有热释光灵敏度高，线性响应范围宽，可重复使用且无需退火处理等特点。[43]
蓝宝石是一种坚硬、抗腐蚀的晶体，熔点超过2000℃，是高温、恶劣环境传感方面的理想材料。超高温压力传感器中的蓝宝石压力敏感结构便由两片单晶蓝宝石芯片组成。[44]
参考资料 44
- 参考 1
- 参考 2
- 参考 3
- 参考 4
- 参考 5
- 参考 6
- 参考 7
- 参考 8
- 全球最大变色星光蓝宝石“紫蓝之星”问世 — 水晶网
- 参考 10
- 参考 11
- 参考 12
- 参考 13
- 参考 14
- 参考 15
- 参考 16
- 参考 17
- 参考 18
- 参考 19
- 参考 20
- 参考 21
- 参考 22
- 参考 23
- 参考 24
- 参考 25
- 参考 26
- 参考 27
- 参考 28
- 参考 29
- 参考 30
- 参考 31
- 参考 32
- 参考 33
- 参考 34
- 参考 35
- 参考 36
- 参考 37
- 参考 38
- 参考 39
- 参考 40
- 参考 41
- 参考 42
- 参考 43
- 参考 44