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1、 第四章宝石的物理性质 相互作用 宝石 光 产生光学性质 评价宝石的重要依据 鉴定宝石的理论基础及方法 影响最佳加工琢型及比例 第一节 宝石的光学性质宝石的光学性质是指当光通过或反射时所发生的现象 1 光泽 宝石表面的辉光 在很大程度上取决于宝石的折射率大小 及宝石的抛光程度 是指矿物表面对光的反射能力 折射率 3金属光泽如 金 银折射率2 6 3半金属光泽 乌刚石 针铁矿 折射率1 9 2 6金刚光泽如 金刚石折射率1 3 1 9玻璃光泽绝大多数宝石宝石中特殊光泽油脂光泽 软玉 树脂光泽 琥珀 珍珠光泽 珍珠 蜡状光泽 绿松石 丝绢光泽 虎睛石 金刚光泽 玻璃光泽 树脂光泽 琥珀 珍珠光泽
2、珍珠 半金属光泽 闪锌矿 辰砂 丝绢光泽 2 透明度 指物质透过光的强弱的程度 同一种材料因产出状态不同透明度不同 透明 能完全清晰地透视其它物体 如水晶 亚透明 模糊地透视其它物体的轮廓 半透明 有些光通过 但看不到物体 如玛瑙 微透明 仅在宝石边缘棱角处有少量光透过 如 绿松石 软玉 独山玉等 不透明 基本上不透光 如青金岩 珊瑚等 透明亚透明半透明微透明不透明 透明度的影响因素 厚度 宝石颜色的深浅 杂质 裂隙 颗粒结合方式等玉的透明度 水头 透明度差 没水头 地子闷 闷坑 干 3 亮度 亮度指光从已切磨成刻面型宝石的亭部小面反射而导致的明亮程度 最大的亮度取决于宝石总的透明度 折射率值
3、越高 加工比例越正确 越透明 宝石的亮度越好 钻石 圆多面性 透过冠部刻面所见到的宝石反射而导致的明亮程度 是表面反射与后刻面反射的结果 主要来自全内反射与透明度 净度 抛光比例密切相关 4 色散 当白光通过一透明材料的倾斜小面时 分解成其组成波长的现象 火彩 肉眼可见的色散效应 可见光 400 700nmE 3 26 1 59ev波长不同的光波呈现不同的颜色400 440nm紫4440 490nm蓝5490 550nm绿6550 590nm黄4590 630nm橙4630 700nm红71nm 10 9m 700nm 400nm 色散值 太阳光谱中弗郎霍夫B线和G线测得的材料折射率的差值 B
4、线 红光 686 7nm 钻石RI 2 407G线 紫光 430 8nm2 451钻石的色散值 二者之差 0 044 色散等级色散值 0 02低如水晶 黄玉 无火彩0 02 0 03中如石榴石 橄榄石0 03 0 06高如锆石 高型锆 0 039 翠榴石0 057 钻石0 044 0 06极高CZ0 065 5 颜色 颜色 是眼底视神经对光波的感应而在大脑中产生的感觉 可见光经物体选择性吸收后 其残余光的混合色就是该物体的颜色 选择性吸收 所有的有色物体具有吸收可见光中某些波长的物理性能 颜色形成的三要素 光源 改变光的物体 接受光的人眼和解释它的大脑 颜色三要素 1 色调 颜色的种类孟塞尔表
5、色系统将色调分为10种2 明度 人眼对颜色明暗度的感觉 0 10级3 饱和度 颜色的纯净度和鲜艳度单色光的饱和度为1 白光的饱和度为0 致色元素 化学上属于过渡族的金属元素如钛 Ti 钒 V 铬 Cr 锰 Mn 铁 Fe 钴 Co 镍 Ni 铜 Cu 等8种金属元素 根据致色元素在宝石成分中存在的形式分为自色宝石和他色宝石 1 自色性宝石 化学成分中主要元素形成体色的机制 具有鉴定意义 橄榄石草绿色 Mg Fe 2Si04铁铝榴石红色Fe3Al2 SiO4 3 2 他色性宝石 由化学成分中微量元素形成体色的机制 如刚玉 Al2O3 6 多色性 自然光与平面偏振光 自然光 偏振光 自然光 在垂直
6、光波传播方向的平面内 沿各个方向振动且振幅相等的光 平面偏光 在垂直光波传播方向的某一固定的平面内 沿一固定的方向振动的光波 自然光可以通过反射 折射 双折射及选择性吸收等作用转变成偏振光自然光 偏振片 偏振光 赛璐珞透明材料的薄片制成的 表面涂了硫酸奎宁细微的晶体 这种微晶按一定方向排列 晶体光率体及光性 1 各向同性 均质体 非晶质 等轴晶系的材料的光学性质没有方向性的差异 各向异性 非均质体 三方 四方 六方 斜方 单斜 三斜等六个晶系的宝石均表现出的随方向变化的光学性质 光波在均质体宝石中的传播特点 不改变入射光的性质光波在非均质体宝石中的传播特点 改变入射光的性质当一束光通过非均质宝
7、石时 除特殊方向之外 将被分解为2束传播方向不同 振动方向相互垂直的平面偏振光 即双折射 多色性 在某些双折射有色宝石中看到的不同方向颜色不同的现象 它包括二色性和三色性 不同方向对光选择性吸收不同而产生的 产生多色性的条件 1 非均质体2 单晶体3 宝石是有色的4 宝石是透明的5 不能沿OA方向 二色性 中级 一轴晶宝石所显示的多色性效应 当光线入射一轴晶宝石时 除沿OA方向 会分解为振动方向相互垂直的两束平面偏振光 一束为常光线 另一束为非常光线 这两束光线呈现两种不同的颜色 三色性 低级 二轴晶宝石所显示的多色性效应 二轴晶有三个主振动方向 故它可能出现三种不同的颜色或色调 总结 等轴晶
8、系 非晶质体不可能显示多色性 无色材料不可能显示多色性 沿光轴方向不可能显示多色性 有色各向异性透明单晶宝石才可能显示多色性 在宝石学中的意义 1 鉴定宝石光性体色多色性如红宝石 轴晶红色红 橙色蓝宝石 兰色蓝色 蓝绿色祖母绿 绿色蓝绿 黄绿堇青石二轴蓝紫兰 浅兰 黄褐色 2 显多色性的宝石 证明是非均质体宝石 3 是加工取向的依据对于正确加工宝石 寻找最佳颜色切磨方向 如 电气石 七 发光性 发光性指一些宝石矿物能在X射线或紫外线照射下发射出并呈现一定颜色的可见光现象 分为荧光和磷光荧光 宝石在外界能源的激发下发出可见光的现象 激发源 紫外线 X射线 阴极射线等宝石中紫外荧光最常见 磷光 发
9、荧光的宝石在外界激发能源关闭后仍然能继续发光萤石 夜明珠白欧泊 蓝白色荧光 荧光在宝石学中的意义1 鉴定宝石的辅助依据 2 帮助区分某些天然宝石与人造宝石 3 帮助区分群镶钻石及钻石仿制品4 X 射线下天然珍珠不发荧光 除淡水或某些澳大利亚海珍珠发出浅黄色光外 人工养殖珍珠X 射线下发出强的荧光和磷光 4区分优化处理品 蓝锥矿的荧光现象 八 特殊光学效应 1 猫眼效应 某些沿特定方向加工成弧面型或圆球状宝石在光照条件下 其表面出现的从一端到另一端的光带 犹如猫的眼睛 该光带会随着光源或宝石的摆动而在宝石表面摆动 它是定向的针管状包体对光的反射产生的 金绿宝石 方柱石 猫眼效应形成的条件 条件
10、1 一组针管状包体密集而平行的排列 2 宝石材料加工成弧面型或圆珠 且弧面型宝石的底面与包体所在的平面平行 3 弧面型宝石或圆珠的高度与反射光焦点平面的高度相一致 针状矿物 管状包体 细长片晶 包体方向垂直于亮带延伸方向 猫眼效应 有金绿宝石 碧玺 绿柱石 磷灰石 石英 方柱石等 金绿宝石猫眼 猫眼石 玻璃猫眼 蜂窝状结构 玻璃猫眼 蜂窝状构造 2 星光效应 某些沿特定方向加工成弧面型或圆球状的宝石在光照条件下 其表面出现的呈放射状闪动的光带 如同夜空闪烁的星星 一般有4射 6射 也有12射 星光是由几组定向排列的针管状包体对光的反射所造成 条件 1 至少两个方向定向排列的密集的针管状包体 2
11、 宝石材料加工成弧面型或圆珠 且弧面型宝石的底面与包体所在的平面平行 3 弧面型宝石或圆珠的高度与反射光焦点平面的高度相一致 显星光效应 红宝石 蓝宝石 铁铝榴石 尖晶石 透辉石 芙蓉石等 以刚玉为例解释星光的产生 某些刚玉中含有三组与六方柱柱面平行 与纵轴垂直的针状包体 相互间呈60 交角 当宝石磨成弧面型且底面与这些包体的平面平行时 光便从宝石中反射出而产生6道星光效应 具有定向排列的包体 数量不足则不能显示星光 偶尔可见从这些少量包体中反射出的光 称为丝光 星光 石榴石 辉石73 107 表星光 在反射光下 即从宝石顶部照射时因反射作用而呈现出的星光效应 透星光 用透射光照射宝石并从适当
12、角度观察时所看到的星光效应 芙蓉石 金红石针或矽线石 3 变彩 晕彩 变彩是一种干涉和衍射效应 指光线从薄膜或从欧泊所特有的结构中反射出 经过干涉或衍射作用而产生的颜色或一系列颜色 干涉 当2组或2组以上相同光源发出的光线 沿同一路径传播时 2条波的相位差为2n 2 同相位 时 2波被加强 相位差为 2n 1 2 异相位 时 2波被减弱 抵消 单色光发生干涉 形成亮暗相间的条纹 白光发生干涉 不同波长的光有不同的光程差 有的波长加强 有的波长抵消 形成颜色 相干涉的条件 相同频率的2束或多束光波 沿同一路径传播 相位差一定 现象 薄膜干涉劈尖干涉晕彩石英晕彩拉长石珍珠光泽 晕彩 珍珠的晕彩珍珠
13、光泽 干涉与衍射 当两条光线 A B 在相同方向上传播时 频率相同 位相相同并沿同一条光路传播 两光波波峰与波谷均重合时 它们相互增强 A B两光线相加 合成光波C 以至光强度增大 当两条光线在相同方向上以同等强度传播时 一条方向的波峰与另一条光线的波谷重合时 彼此抵消 合成C波消失 光便完全消失 白光是由无数不同波长的波所组成 当某些波长的波减弱或加强就会产生一系列颜色 出现变彩效应 拉长石变彩 月光石效应 半透明的乳浊状外观称乳光效应 月光石内部微细结构对光引起散射出现的光学现象 月光石内部超细互层对光的干涉形成淡蓝色变彩 当转动宝石可见光彩的游动 2 衍射 从点光源发出的光波 通过一大小
14、与光波长相近的狭缝时 其直线传播方向发生改变的现象 绕射 衍射的条件 点光源狭缝与波长相近绕射 折射 不同波长分开 形成光谱色现象 变彩 欧泊的等大的SiO2小球规则排列 形成立体光栅导致衍射 形成色斑 变彩 欧泊内部结构 胶状二氧化硅的圆球 在三维空间规则排列 构成立体光栅 当白光进入三维光栅时发生衍射 形成各色色斑 4 砂金效应 片状包裹体对光的反射而形成闪闪发亮的现象称为砂金效应 星彩或日光石效应 日光石为含大量的橙色赤铁矿小薄片的长石 东陵玉为含大量绿色铬云母片的石英岩 金星石是玻璃中含有铜片 也称 砂金石 颜色有黄褐色 暗蓝色 日光石 日光石 5 变色效应 变色效应 宝石的颜色随入射
15、光的改变而改变 宝石在日光和白炽灯光下观察 出现截然不同的两种颜色 日光下呈现绿色 白炽灯光下呈现红色 变色成因 一种对红 绿光吸收的平衡导致 变石含微量Cr 铬在红宝石中形成红色 在祖母绿中形成绿色 而在变石中铬吸收的能量正好处于红色和绿色之中 因此宝石的颜色取决于所观察的光源 变石在蓝绿光充足的日光下呈现绿色 在红光充足的烛光中呈现红色 400nm 具有变色效应的宝石 变石 变色金绿宝石 变色刚玉变色石榴石变色尖晶石 第二节力学性质 一 刻划硬度 材料抵抗刻划的能力 1 摩氏硬度计H1滑石2石膏3方解石4萤石5磷灰石6长石7石英8黄玉9刚玉10金刚石指甲2 5小刀5 5窗玻璃5 5材料的硬
16、度取决于原子间的键合力的性质和强度 A 只是相对大小 金刚石与刚玉间的差大于滑石与刚玉之间的差 B H大于7 耐磨C 差异硬度 方向性差异 翡翠的差异硬度导致橘皮效应 钻石的差异硬度使之得以切磨 钻石菱形十二面体面短对角线方向H 翡翠的橘皮效应 2硬度的测试 刻划硬度 注意事项A 破坏性 主要对原石 其它尽量避免使用 B H笔 从软到硬测试 以便只留下一条划痕 C 雕件及成品测试部位 不显眼处D 观察硬度特征 刻面棱锋利笔直者硬度高 刻面棱圆滑则硬度低 3 硬度的意义 A 鉴定宝石B 加工时 磨料的选择 琢形的选择 避免橘皮效应 切磨钻石C 首饰的维护 首饰类型的选择 镶嵌方式及佩带注意的问题等抗压硬度 维克Hkg mm2 二 解理 在外力作用下 材料倾向于沿某些特殊方向破裂形成平坦断面的性质 解理面平行于其结构弱面 方解石 钻石 黄玉 长石 辉石 翡翠 1 分类 一组 底面 解理 黄玉二组 柱面 解理 辉石三组 菱面体 解理 方解石四组 八面体 解理 钻石 萤石 解理分级 晶体受力后 极完全解理 极易沿解理面分成薄片 解理面平整光滑 例 云母完全解理 沿解理面裂成平整面 例 黄玉中等
