随着科技的进步，越来越多的合成材料应用于工业中。天然宝石稀有且价格昂贵的特点也催使了合成技术用于宝石的合成。
蓝宝石常见的合成方法包括焰熔法、水热法、助熔剂法、晶体提拉法等等。今天小吉带大家瞅瞅蓝宝石的合成原理以及鉴别特征~
焰熔法合成刚玉原石 by GIA
1.1合成原理
纯净氧化铝（Al2O3）粉末可以产生无色合成刚玉，加入少量致色元素，以获得不同颜色。
1.2工艺流程
① Al2O3粉末筛选，粉末沿朝向下的吹风管内管下落。
② 氢氧焰温度达到刚玉熔点，刚玉熔化，熔融的粉末下落至平台上。
③ 平台逐渐降低，下落的融化粉末形成梨晶。
④ 形成直径20mm、长度100mm的合成刚玉大约需要耗时10小时。
⑤ 生长结束后，晶体冷却。在生长过程中，晶体内部会产生相当大的应力，因此，如果停止加热，晶体可能沿纵向而裂成两半（//C轴）。切磨前用锤子敲击晶体并且使其分裂，同样可以释放一部分的应力。
图1 合成蓝宝石中的弧形生长纹
1.3鉴定特征
① 外部特征：
颜色鲜艳不自然
台面易见二色性
刻面宝石上存在波状或裂纹状产的“火痕”或“颤痕”
② 内部特征：
弧形生长纹，且在亭部易见（图1）
球状或蝌蚪形气泡（图2）
未熔粉末（图3）
图2 球状、蝌蚪状气泡和未熔粉末
图3 焰熔法合成蓝宝石中的未熔粉末和气泡群
③ 光谱：
蓝色蓝宝石：蓝紫区的吸收线消失（450、460和470nm）
④ UV紫外光下：
蓝色蓝宝石：短波下呈弱至中等的蓝白或黄绿色，长波下为惰性
绿色蓝宝石：短波下呈褐红色，长波下为弱橙红色
粉色蓝宝石：短波下呈粉红色，长波下为中至强的红色
黄色蓝宝石：短波下呈弱红色，长波下为惰性
图4 焰熔法合成星光蓝宝石中
合成原理
在原料粉末中添加0.1-0.3%的二氧化钛，在约1300℃（金红石结晶温度）下进行退火24小时，使二氧化钛在刚玉单晶中形成定向排列的针状金红石晶体。
图5 焰熔法合成星光蓝宝石中的弧形生长纹
鉴定特征
① 外观特征：
色彩鲜艳不自然，星线锐利、细、直，星光极为明显，切磨款式常呈精确的几何形状且高度始终的匀称的弧面，背部常呈扁平
② 内部特征：
与合成蓝宝石相似，可见气泡和弧形生长纹（图5）
与天然星光蓝宝石的大量金红石针不同，合成的星光蓝宝石仅见纤维状白点（图6）
图6 焰熔法合成星光蓝宝石中的纤维状白点
2.1合成原理
水热法合成蓝宝石更加还原自然界的环境，在高压含水条件下，晶体在籽晶上逐渐结晶。
2.2工艺流程
① 将原料和籽晶同时放入含水的高压釜中。
② 将高压釜中的水加热至200℃，使水成为一种热且高压的稠密流体，从而溶解正常情况下无法溶解的材料。
③ 缓慢冷却，晶体在籽晶上生长。
2.3鉴定特征
① 外部特征：
颜色均匀，透明度高
② 内部特征：
内部包裹体较少，可见锯齿状、波纹状或树枝状生长纹、钉状包裹体、黄色金属片等
水热法合成蓝宝石晶体 by GIA
3.助熔剂法
图7 助熔剂法合成蓝宝石中的助熔剂包裹体(也称助熔剂残余)
3.1合成原理
将组成宝石的组分原料在高温下熔融于低熔点的助熔剂中，形成饱和熔融液，通过缓慢降温等方式，形成过饱和溶液，而使晶体结晶。其生长过程类似于岩浆中矿物的结晶过程。
3.2工艺流程
① 将适量Al2O3原料加入助熔剂中。
② 将原料及助熔剂混合后放入铂坩埚内。
③ 升温至1300℃以上，并按一定速率旋转坩埚，使助熔剂和原料完全熔融。
④ 停止加热，缓慢冷却，晶体析出生长。
⑤ 晶体生长结束，倒出助熔剂，并用硝酸液去除宝石晶体表面助熔剂。
3.3鉴定特征
① 外部特征：
原料具有较完好的几何形态，但单晶柱面不发育
② 内部特征：
晶体内常含有助熔剂包裹体，如枝蔓状、栅栏状、网状、熔滴状等（图7和8）
未融化熔质包裹体和坩埚金属材料，如铂金片呈三角形、六边形或不规则形状，金属光泽
图8 助熔剂法合成蓝宝石中的助熔剂包裹体
合成原理
利用籽晶与原料熔融液面接触，使熔体顶部处于过冷状态结晶于籽晶上，提拉并转动籽晶杆，生长出圆柱状宝石晶体。 刚玉的提拉速度为每小时6-25mm。
特征
晶体提拉法生产的晶体中可能见到拉长气泡或弯曲色带。
合成原理
把晶体材料先烧结或压制成棒状，使其旋转下降至加热器，棒料融化，熔融区处于漂浮状态，由此可获得纯化或重结晶的单晶。
特征
区域炼熔法生产的晶体净度很高，很难看到明显鉴定特征。这种方法成本很高，主要用来生产应用于科技用途的材料。
合成蓝宝石的研究由来已久，技术不断改进。与天然刚玉的区别可通过镜下特征、二色性和光谱等基本宝石学特征，还可以运用XRF等大型仪器进行测试。
蓝宝石硬度很高，摩氏硬度为9，仅次于钻石。合成蓝宝石晶体具有稳定的物理化学性质（热性能、电性能等）和良好的透光性。
蓝宝石除了用于宝石，更是大量用于军事和工业中，如滤光片、超导体基板、电绝缘体、蓝宝石透镜等，合成蓝宝石与我们的生活息息相关。
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