类比天然卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址成矿的物理、化学条件，参照硬玉各元素的理论品质分数，选用合适的化学试剂配製原料，採用高温固相法或溶胶-凝胶法分别配製非晶质的、具有卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址成分的玻璃料，再利用高压固相转变的原理，在高温高压设备上进行结构转化处理，使具有卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址成分的玻璃料在卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址稳定区内结晶。X射线粉末衍射、傅立叶变换红外光谱、偏光显微镜下结构分析表明：合成样品中的主要结晶矿物為硬玉，与天然卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址的基本一致，部分样品的结构转化较完全，结晶程度较好，且其硬度、密度及折射率等常规宝石学参数也与天然卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址一致。
关键字：合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址；原料配製；高温高压处理
      卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址是以硬玉矿物為主的多矿物集合体，岩石学上称為硬玉岩。硬玉是由Si-O四面体构成的链状结构硅酸盐，由於其特殊结构，在常压下很难合成，作為一种高压矿物，近年来一直引起科学家们的极大兴趣。
1963年，Bell和Roseboom等人曾就影响硬玉合成的压力与温度关系进行了研究[1]，发现人工合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址的成矿模拟实验只能在高温高压下进行，至此开始了真正意义上的卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址合成研究工作，但得到的都只是一些微晶粉末。20世纪80年代，美国通用电气公司(GE)开始了合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址的研究。2002年，GIA首次对GE宝石级合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址作了简要的报导。中国科学院长春应用化学研究所[2,3]和中国科学院地球化学研究所[4]也先后进行了合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址的实验，但由於实验条件和设备所限，难以实现硬玉由非晶质向晶质体的全面转化，仅得到了不等量的硬玉微晶和玻璃体的混合物，同时致色离子Cr3+难以进入晶格中，最终合成的硬玉样品為非宝石级品质[5-7]。

在参考前人研究成果的基础上，本文实验研究模拟天然卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址成矿的物理、化学条件，以卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址组分氧化物為主要原料，採用高温固相法和溶胶-凝胶法两种方法分别配製具有硬玉组分的非晶质玻璃料，再利用高压固相转变的原理，在人工合成金刚石的高温高压设备上进行结构转化处理，使具有硬玉组分的玻璃料在卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址稳定区内结晶，获得了人工合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址的阶段性成果。


                                                                     (图1) 合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址样品1



                                                            (图2) 合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址样品2
1  实验部分
1.1  合成原料的配製
1.1.1  高温固相法配製合成原料
高温固相法，操作简单，便於批量生產。实验参照硬玉的各元素理论含量[w(Na2O)=15.34%，w(Al2O3)=25.21%，w(SiO2)=59.45%]，选用分析纯的氧化物為原料，添加微量的致色剂Cr2O3，经过充分混合，在1400～1500℃下熔融后淬火，可以得到具有硬玉组分的非晶玻璃。将带有顏色的非晶玻璃烘乾、粉碎成细小的颗粒或粉末，在嵌样机上加压预成型為Φ15 mm×8 mm的圆片，為了减少样品中的空隙使其有最大的密度，成型压力越高越好[4]。

1.1.2  溶胶—凝胶法配製合成原料
在合成原料的製备过程中，除了採用传统的高温固相法配製合成原料外，还首次尝试採用溶胶-凝胶法配製非晶质卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址成分玻璃料。溶胶-凝胶法最大特点是在合成过程中能实现材料组份的分子级混合，提高组份的均匀性，特别是在实现微量致色剂的均匀添加上，具有其它方法无法比拟的优点。
将提前配製好的正硅酸乙酯(TEOS)的乙醇混合溶液，硝酸钠、硝酸铝的水溶液按硬玉NaAlSi2O6物质的量化学计量比Na∶Al∶Si = 1∶1∶2称量、混合，并加入少量作為致色剂的硝酸铬的水溶液，加入适量水调节H2O/TEOS摩尔比，促进水解过程的进行，使用磁力搅拌器进行强力搅拌，混合均匀后缓慢滴加氨水调节溶液pH值，搅拌后在中温水环境下静置形成凝胶。将湿凝胶乾燥、高温烧结后水淬，得到具有硬玉组成的非晶玻璃。再将玻璃料烘乾、粉碎、预成型為圆片。


                                                             (图3) 合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址样品3


                                                                    (图4) 合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址样品4

1.2  高温高压合成
卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址的高温高压合成实验在CS-IV-D型铰链式6×14000 KN六面顶超高压设备上完成。合成原料经过一系列组装，将其放入六面顶金刚石压机的压腔内，啟动压机使六面顶的6个顶锤合拢；随后先加压，升至所需的压力4.0～6.0 GPa；再加电流升温至合成温度1300～1600℃，保持25～60 min；然后，断电进行高压淬火至环境温度，再释放压力，打开6个顶锤取出叶蜡石块；冷却后将叶蜡石块打碎，取出合成样品，不同条件下合成分层的部分样品如上图1~4所示。

2  测试结果与讨论
2.1  常规宝石学特徵
合成样品的外观特徵，大致可以分為以下三种情况：
(1) 顏色淡绿，略有黄色调，光泽较弱，结晶不均匀、不透明，易碎裂(图1)。
(2) 顏色浅绿～豆绿，玻璃光泽，有黑色斑点，不透明，聚结成块，外观均匀，有一定的强度。但少量样品经放置后常出现内部的微裂，并有白色的粉末状物质析出，表现出较差的稳定性(图3)。
(3) 顏色深绿～墨绿，微透明～不透明，具有较好的强度和韧性，抛光后的样品色泽温润，质地细腻，具有良好的稳定性，但少量黑色包裹体的存在影响了观赏性(图2,4)。

测试合成样品的常规宝石学参数，结果见表1


2.2  物相鉴定
2.2.1  X射线衍射
本实验採用X Pert-PRO型X射线衍射仪对合成样品进行了测试。测试条件為：Cu-Ka射线，Ni滤波，λ=0.15406 nm，管压為40 kV，管流為40 mA。
通过对合成样品进行扫描，得到其X射线衍射图谱(图5)，根据其衍射峰位元及峰强可以确定合成样品中的结晶矿物均為硬玉(PDF卡片72-0174)，没有显示其它相的衍射峰，纯度很高，且衍射峰高而窄，峰形尖锐。


                                                           (图5) 合成样品的XRD图谱
2.2.2  红外吸收光谱
红外吸收光谱分析是利用红外线照射样品，使被分析矿物中的原子、离子或原子基团共振，產生共振吸收光谱。通过与标準矿物的红外吸收光谱进行比较，其主要特徵峰出现，则可证明被分析矿物与标準矿物一致。
採用美国Nicolet公司產Magna-IR-550型傅立叶变换红外光谱仪测试了样品。测试条件：反射法，扫描32次，解析度為8 cm-1，扫描范围為2000～400 cm-1，室温。
将抛光好的合成样品与天然绿色卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址一同进行红外吸收光谱测试。图6為测得的天然卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址和合成样品的红外吸收光谱。


                                                 (图6) 天然卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址和合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址的红外吸收光谱

天然卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址的红外吸收光谱的特徵峰分佈於400～1300 cm-1，即為指纹峰特徵[8]。
(1)在900～1200 cm-1：Si-O四面体的振动频率较高，在此波数范围主要有3个频带：1165，1070，936 cm-1，其中位於1070 cm-1的频带最强；
(2)在400～600 cm-1：在600 cm-1以下的吸收峰由Si-O弯曲振动和M-O伸缩振动引起，其中M代表不同的阳离子，在此波数范围主要有4个频带：585，531，469，431cm-1。
合成样品的红外吸收光谱中均出现了天然卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址的7个主要特徵峰，在 1167 cm-1处仅显示弱肩峰，最强谱带主要出现在 1084 cm-1处。吸收峰峰位的略微变化是因為天然卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址中由於Ca与Mg等杂质元素不等量地替代Al，易导致其红外吸收谱带的漂移。
经过以上对照分析，合成样品的红外吸收光谱与天然卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址的基本一致，这表明两者有著相同的振动模式，说明本实验条件下合成的样品与天然卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址矿物相一致。
上述测试结果表明，本实验所得合成样品為以硬玉矿物為主的合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址，初步达到了实验目的。

2.3  结构特徵
将样品磨成薄片，在偏光显微镜下观察发现，合成样品是由结晶质和玻璃质物质组成，结晶矿物為自形至半自形的柱状硬玉；玻璃质区域在偏光镜下表现為全消光，為均质体。
因模拟的实验条件不同，少量样品结晶程度较低，虽已经出现少量细小的短柱状晶粒，但晶粒周围存在著大量的无规则形状的非晶玻璃物质，為鬆散的不等粒粒状结构(图7)，结晶转化率大约30%。
大多样品的结晶程度高，无规则的非晶玻璃已经基本不见，针柱状的晶体清晰可辨，晶粒呈放射状整齐排列，不均匀分佈，形成特徵的束状结构(图8)，结晶转化率高达90%以上，物相转化和结晶过程基本完成。


             (图7) 不等粒粒状结构


                             (图8) 束状结构
3  结论
笔者针对合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址成分配方的选择、合成工艺的条件以及品质研究进行了系列探索实验，进一步论证了利用化学试剂高温高压合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址的可行性，為今后高温高压合成优质卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址奠定了良好的基础。经过系列实验和测试分析，获得的阶段性成果有：
(1)高温固相法和溶胶-凝胶法均可以配製合成原料。两种方法各有长处，高温固相法操作简单，便於批量生產；而溶胶-凝胶法在实现微量致色剂的均匀添加上，具有其它方法无法比拟的优点。
(2)本实验获得了少量合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址，色泽鲜艳，光泽温润，观赏性较好。顏色多呈浅绿色～墨绿色，不透明～微透明，玻璃光泽，质地细腻，可见黑色包裹体。合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址在主要矿物组成、结构、硬度、相对密度、折射率等各方面与天然卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址基本一致。
(3)在4.0～6.0GPa，1300～1600℃，25～60min条件范围内，可以实现由具有硬玉组分的非晶体向晶体的转化。合成样品由结晶质和玻璃质物质组成，其中结晶质矿物為硬玉晶体，实现了由具有卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址成分的非晶体向晶体的转化。大部分样品的结晶程度高，结晶转化率高达80～90%以上，针柱状、纤维状晶体清晰可辨，晶粒呈放射状整齐排列。
虽然合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址在主要矿物组成、结构、硬度、相对密度、折射率等各方面与天然卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址一致，但是其顏色变化比较宽，透明度较低，品质还未达到较好的宝石级。目前，合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址的实验仍在进行中，研究重点在於改善合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址的顏色与透明度，使其品质特徵更接近天然中高档卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址。

参考文献
[1] 郭颖，熊寧，宋功保，等.卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址成因与人工合成的研究[J].西南工学院学报，2000，15(2)：46—48.
[2] 赵延河，崔硕景，阎学伟.钠铝辉石由非晶态到晶态的转化研究[J].物理化学学报，1994，10(7)：604—609.
[3] 马贤峰，阎学伟.人造卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址晶化区的研究[J].无机材料学报，1996，11(4)：591—596.
[4] 朱成明，金志升，蔡恩照，等.人工合成宝石级卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址的研究[J].矿物学报，1997，17(3)：245—249.
[5] 曹殊旻，亓利剑，郭清宏，等.GE合成卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址的宝石学特徵[J].宝石和宝石学杂誌，2006，8(1)：1—4.
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[7] 沉才卿.卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址的高温超高压法人工合成实验[J].中国宝玉石，2006，(1)：46—51.
[8] 李勤美.卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址红外光谱谱学研究[D].昆明：昆明理工大学，2004.

补充说明:有关卡塔尔世界杯raybet雷竞技网址的高温高压合成实验在CS-IV-D型
        铰链式6×14000 KN六面顶超高压设备的介绍
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