宝玉石的力学性能—硬度

administrator · 发表于 2009-12-25 15:10

一、宝玉石的颜色

　　对可见光进行选择性的吸收和反射，吸收后的剩余的可见光在人眼中的反映，就是宝玉石的颜色。

　　宝玉石的颜色主要由宝玉石成分结构中的电子与可见光相互作用的结果。

　　宝玉石的颜色是评价宝玉石品质和价值极为重要的指标，如钻石、红宝石、蓝宝石翡翠祖母绿等，颜色相差细微、价值数倍、甚至数十倍增加。同时，宝玉石的颜色也反映了化学成分和内部结构。对自色宝玉石而言则具有鉴定意义。如橄榄石、孔雀石、绿松石、芙蓉石、蔷薇辉石等。

　　宝玉石的颜色按成因可分以下几类：

　　1、体色--指与宝石晶体自身的结构有关宝玉石内部所表现的颜色及透明矿物所呈现的体色，与发色体及呈色中心有关的颜色。

　　2、自色—指与宝玉石自身固有的化学成分直接有关的颜色。主要自色宝玉石有：

　　橄榄石：由铁离子引起绿色。
　　孔雀石和绿松石：由铜离子引起绿~蓝色。
　　贵榴石：由铬离子引起绿色。
　　蔷薇辉石和锰铝榴石：由锰离子引起红色。

　　3、他色—指由宝玉石非自身固有的某些因素直接有关的颜色。如：

　　（1）微量元素的介入，红宝石由Cr3+替代Al3+引起红色；

　　（2）少量矿物的混入，如黑色金刚石由于混入了少量碳质或磁铁矿引起；

　　（3）由于晶体结构中的某些缺陷引起电子跃迁而致色（也称色心致色）如紫水晶的紫色。

　　主要他色宝石有：

　　蓝宝石~Fe、Ti致蓝色、红宝石~Cr致红色、海蓝宝石~Fe致蓝~绿色、蓝色尖晶石~Co致蓝色、祖母绿~Cr致绿色、绿玉髓~Ni致绿色、红色绿柱石~Mn致玫瑰色。

　　4、条痕色

　　条痕色，简称条痕，是矿物粉末的颜色。矿物的颜色变化范围很大，而条痕色却相当固定。

　　测试条痕的方法：将矿物的尖细部位在釉的白瓷棋逢板上擦划后留下线条痕迹的颜色、或捣、锉宝玉石所产生粉末的颜色。

　　条痕色对不透明和半透明的深色矿物具有较大的鉴定意义，而透明和半透明或半透明的浅色矿物因其条痕大都无色或颜色很深，因此意义不大。

　　例：金的颜色和条痕（色）都有是黄色。
　　　　磁铁矿的颜色和条痕都是黑色。
　　　　黄铁矿的颜色铜黄色，条痕是绿黑色。
　　　　赤铁矿的颜色是钢灰色或黑我，条痕是樱红色。
　　　　磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿的外观颜色都有可是黑色，但它们的条痕色则不同：赤铁矿为樱红色，磁铁矿黑色，褐铁矿为褐红色。

　　同种矿物，随着矿物内某些成分的变化，条痕色也将有所变化，如不含铁的闪锌矿的条痕色从无色致淡色，而含铁的闪锌矿、其条痕色就会从黄褐色到深褐色。

　　煤玉和黑玻璃陨石的外观呈黑色，煤玉的条痕色是褐色，但黑色玻璃陨石的条痕色却是白色。

　　本质上，颜色一种具一定波段的人眼可以感受到的电磁波。对于光谱中各种颜色所表示的电磁波的波长，目前采用以钠米（nm）为单位。

　　1nm=10-6mm（1/百万mm）
　　　 =10-9m
　　　=10Å

　　可见光的电磁波谱（光波波段）：（单位：mm）

　　　　　　　紫色　　　　　　　　　390~446
　　　　　　　蓝色　　　　　　　　　446~464
　　　　　　　靛色　　　　　　　　　464~500
　　　　　　　绿色　　　　　　　　　550~578
　　　　　　　黄色　　　　　　　　　578~592
　　　　　　　橙色　　　　　　　　　592~620
　　　　　　　红色　　　　　　　　　620~770

　　评价颜色的三要素

　　（1）色调（也称色种或色相）：指宝玉石颜色的种类，如红色、橙色、棕色等。精确的方法是用多少nm来表示，如580 (即黄稍偏绿)对单元色和由两种单元色合成的双复色只个别一个波段如紫色390~446、橙色592~620。对由三种单元合成的三复色，则可能会跨波段。如由橙色与少许蓝色合成的棕色其波段则是592~620+446-464。

　　（2）饱和度（也称纯度或彩度）：指宝玉石本身颜色的鲜艳程度用色光与白光之比（色光/白光）来表示。如某宝石的主色调是650nm、饱和度为60%、指该宝石为深红色，红色占60%，白光占40%。

　　（3）亮度（也称明度或明亮度）：指宝玉石彩色的明亮程度。亮度与宝玉石的光洁度，折射率、折射率、翻面设计及颜浅有关。一般色浅、硬度大、折射率高、宝石表面光洁，翻面设计合理的亮度高，反之亮度低。

　　综合以上三要素，宝玉石以色调纯正，饱和高度，亮度大的为佳，反之为劣。

　　颜色的目测表示方法，宝玉石的颜色介于两种颜色为主的颜色在写后面，次要的写在前面，如橄榄石以绿色为主，但带黄色，就描述为黄绿色，进一沙将饱和度与亮度也定性地描述进去，如较亮的浅黄绿色、中等黄绿色、暗黄绿色等。

　　宝玉石的颜色还与宝玉石的厚度、透明度及颗粒度有关。例如干青种的墨绿色翡翠当呈薄片时可呈现以绿色。相同色调、饱和度的颜色、当宝石玉透明时比不透明时更艳、亮度也更大。有些宝玉石呈集合块体时的颜色与粉末条痕时完全不一样，如前述乌刚石、煤玉、黑色玻陨石等。

　　二、折射率与偏光性

　　折射击率——指可见光在空气中的传播速度（V1）与在宝玉石（介质）中的传播速度（V2）之比。

　　宝石的折射第与宝玉石的密度有关，一般而言，宝玉的密度越大，其折射率越大。宝玉石的折射率决定着宝玉石的光泽与色散，对折射较高的宝玉石，也就增加了宝玉石的美观。

　　折射率是宝玉石的重要光学常数，是鉴定宝玉石种类的重要依据。

　　有些宝玉石在任何方向（或任何光学方位）都只有一个固定的折射率，这种宝石称单折射宝石，单折射宝石表现为光学上的均质性。在偏光境下转动宝石360度，没有四明四暗的亮度变化（在正交偏光下表现为全暗，而在平行偏光下表现为全亮）。但有些高折射率的宝石晶体有异常明变化暗。

　　有些宝石在不同的方向上表现出不同的折射率、其中最大的折射率与最小的折射率之差，称为双折射率。具有双折射率的宝石晶体表现为非质性，在正交偏光下，转动宝石360度呈现四次明暗变化。

　　具有高双折射率的刻面宝石在显微镜下观察部刻面棱线时（一般应用“风筝面”往下观察），可见到棱线出现双影线（重影现象）。利用双影现象在高倍放大镜下，（例如20倍），可见将（碳化硅为非均质体，双折射率很大，有双影，钻石为均质体，不会产生双影），典型的有重影的矿物晶体是冰洲石（即透明的方解石晶体）。

　　测定宝玉石折射率值和双折射率值的仪器是折射率仪、折射率仪上加上放大镜和偏光片近可测定宝石的正、负光性。

　　偏光性——指透明的宝石晶体在正交偏光下转动宝石360度能否表现四暗四明的性质。有四暗四明现象的宝石属非均质，（指光学性质）宝石，无四暗四明现象的宝石属均质体宝石，在偏光镜下，有四暗四明现象，称有消光性，无四暗四明现象称无消光性。

　　常见的宝石大多为非均质宝石，如红、蓝宝石、祖母绿、海蓝宝石、电气石、黄玉、水晶等。只有少部分为均质体宝石、如钻石、尖晶石、石榴子石等。玻璃并非属均质体。

　　不消光——对玉石而言，由于玉石是矿物的集合体，在偏光镜下无论处于何种位置，在概率上说在任一位置上这些微小的晶体所表现的明亮，黑暗或半暗所出现的几率总是一样，这种现象在视觉上表现为最亮与最暗的中间状态，无论怎样转动玉石，明暗度总是一样而不消光。

　　异常消光——对具有高单折射率的均质体宝石

　　用肉眼估计透明的刻面宝石的的折射率的方法：

　　1、将宝石置于肉眼与点光源之间，台面朝向眼晴，台面与眼晴的间距为1毫米，宝石与点光源的距离应大于0.5米。

　　2、透过台面观察点光源在宝石各亭部主刻面的影像，根据观察到影像多少和影像构成的环影大小来估计折射率的大小。

　　小环形：  5~8个亭部主刻面影像，其折射率小于1.70；

　　中环形：  3~4个亭部主刻面影像，折射率为1.70~1.85；

　　大环形：  1~2个亭部主刻面影像，折射率为1.85~2.35；

　　没有环形：不见影像，其折射率大于2.35。

　　此方法尤其适用于折射率大于1.81的宝石。（一般折射仪的测定极限为1.81）。

　　三、宝石的多色性

　　多色性——指具有双折射率的有色宝石，从不同方向观察，会呈现不同颜色的现象。

　　观察有色宝石多色性的方法：

　　从上下、左右、前后三个方向观察宝石晶体，若宝石晶体会出现两种不同的颜色，或同一种颜色会呈现不同深浅变化的现象，这种现象称为二色性，这种宝石为具有二色性的宝石。如果会出现三种不同的颜色、或同一种颜色出现三种明显不同深浅的现象，这种现象称为三色性，这种宝石为具有三色性的宝石。

　　从主要宝石鉴定表上可以查找到“所属晶系”，“折射率”、双折射率的栏目。

　　只具单折射第的宝石及均质体宝石没有多色性。

　　只有具有双折射率的宝石才具有多色性。其中属于三晶系、四方（也称正方）晶系和六方晶系即一轴晶的宝石具有二色性，属于斜方晶系、单斜晶系和三斜晶系即二轴晶的宝石具有三色性。

　　具有双折射率的有色宝石虽然一般均具有多色性，但明显程度可以相差很大，凡多色性明显的宝石，多色性便成为宝石的重要识别依据。如电气石，只凭肉眼便级轻易地观察到多色性，多数宝石虽具多色性，但大多凭肉眼信以观察到，此时要借助于“二色镜”才能清楚地显现其多色性。

　　一切均质体宝石、具有单折射率的宝石，或具有双折射率的无色宝石都没有多色性。

　　具有二色性典型宝石有电气石、红宝石、蓝宝石。

　　具有三色性的典型宝石有红柱石、堇青石、坦桑石（即黝帘石）、榍石等。

　　如固体色为褐绿色的红柱石琢磨——粒小圆珠，由于其具有明显的三色性，从三个不同方向观察，将会呈现红色、绿色、黄色三种不同的颜色，非常美观。

　　宝石的多色不同于宝石的变色性（变色性是在不同波段的光源下宝石呈现不同的颜色）和宝石的多种颜色同时呈现在同一个晶体上（由于宝石结晶时，随着结晶温度、压力的变化和热液中化学成分的变化而呈现不同颜色，如双色、三的“西瓜碧玺”），这三点注意区别，特别是红柱石、变石和碧玺这三种宝石同时磨制成小球时要注意区分。

　　宝石多色性的明显程度与宝石晶体切面的方向性有关。在平行光轴面的面内，多色性最明显的程度介于上述二者之间。这就是宝石晶体对颜色的吸收性，即我们观察宝石晶体的颜色观察到颜色的深浅随着光波振动方向的改变而改变。

　　宝石肯有多色性的原因：非均质体宝石的光学性质随方向而异，对光波的选择性吸收及吸收总强度，随着光波在晶体中的振动方向不同而发生改变。因此在单偏光镜下转动宝石时，可以观察到宝石的颜色及颜色的深浅会发生变化，这种现象就是多色性现象。

　　吸收性：宝石晶体颜色的深浅随着光波振动方向而改变的现象，称为吸收性。

　　四、物理光学呈色

　　物理光学呈色是指宝玉石晶体结构及包裹体对光的色散、衍射、散射等作用产生的颜色。

　　1、色散——旨白色光通过诸如棱柱体或刻面宝石的倾斜表面时，宝石将白光分解成光谱色（彩光）的现象。

　　色散值大的透明无色的刻面宝石，在日光照射下会发出瑰丽多彩的闪光、俗称“炎彩”，如钻石、立方氧化锆、碳化硅等。刻面即翻面宝石出现火彩叫“出火”出火与宝石的颜色翻面设计是否合理。加工是是否精良均有直接关系。颜色深的宝石常会掩盖色散（但钻石若略带微灰、黄、褐色调时，在这种色调背景的衬托下，“炎彩”将更加明显）。

　　色散的最大值取决于宝石晶体对紫光和红光的折射率之差。

　　由于每种宝石色散度的不同，折散出的炎彩颜色少及其浓艳程度也不相同。

　　一般而言，色散度低于0.02的刻面宝石，如尖晶石、蓝宝石、橄榄石等，由于色散度低，很难看到炎彩，色散度0.022~0.028的石榴石系列加工得好时可以看到较弱的炎彩。天然锆石和钻石的色散度中等（分别为0.039和0.044），只能看到蓝、黄和橙红的2~3种色彩。立方氧化锆和锡石的色散较大，分别为0.065t 0.071，当转动宝石时，任亭部的小面上可连续出现红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种或多种色彩。闪锌矿、钛酸、锶、合成金红石的色散度分别高达0.156、0.190和0.330，宝石小面上的七种颜色的炎彩多而浓艳，非常耀眼。

　　色散在宝石来说，是一种十分可贵的光学性质、色散产生的光增强了宝石的内在美，尤其是透明无色宝石由于色散出炎而显得高雅华丽，例如贵重的钻石和极普遍的立方氧化锆。

　　在鉴定宝玉石时，当宝石的折射率大于1.81时，因一般的折射仪不能测出其折射率，此时，色散是一个重要的鉴定依据。

　　在鉴定宝时，当宝石的折射率大于1.81时，因一般的折射率不能测出其折射率，此时，色散是一个重要的鉴定依据。

　　宝石的出火一方面与宝石的折射率，色散度有关，另一方面也与棱面的顶角有关，例如宝石的棱顶角为40度时，若色散度为0.01，则红光与紫光分开的角度0.5度，若色散为0.04，则红光与紫光分开的角度为2度。钻石是天然无色透明宝石中具有强色散的珍贵宝石。

　　对色散的要求是：色散效应在明显，火彩要五彩缤纷，闪烁耀眼，而不刺眼。

　　能产生强色散效应的是具有中等色散度（0.038~0.049）宝石如锆石、钻石、钆镓榴石（0.051）（立方氧化锆的色散度为0.060，火彩已经刺眼，若稍改变其棱面顶角，使出火稍弱，也可达到理想）。

　　宝石色散的强弱正与宝石的颜色宝石表面的光洁度有关。宝石颜色的比浅的色散强，光洁度高的比低的色散强。

　　一般来说，宝石的色散度随宝石折射率的增加而增强。对宝石色散度的强弱可分四级：

　　(1) 极强色散色散度大于0.200

　　(2) 强色散　色散度0.050~0.190

　　(3) 中等色散色散度0.038~0.049

　　(4) 弱色散　色散度小于0.038

　　附：常见宝石的色散度

　　宝石名称　　　色散率

　　合成金红石　　0.330
　　镁铝榴石　　　0.022
　　钛酸锶　　　　 0.190
　　坦桑石　　　　0.021
　　闪锌矿　　　　 0.156
　　尖晶石　　　　0.020
　　锡石　　　　　0.071
　　橄榄石　　　　0.020
　　立方氧化锆　　0.060
　　红、蓝宝石　　0.018
　　钇榴石　　　　 0.057
　　电气石　　　　 0.017
　　榍石　　　　　 0.051
　　锂辉石　　　　 0.017
　　钆镓榴石　　　0.045
　　方柱石　　　　 0.017
　　钻石　　　　　 0.044
　　金绿宝石　　　0.015
　　蓝锥矿　　　　0.044
　　黄玉　　　　　 0.014
　　白钨矿　　　　0.038
　　绿柱石　　　　 0.014
　　锆石　　　　　 0.028
　　水晶　　　　　0.01
　　钇铝榴石　　　 0.028
　　月光石　　　　0.012
　　锰铝榴石　　　 0.027

　　2、干涉色

　　有些宝石由于具有聚双晶或同心圆的极薄层结构，（如拉长石和珍珠）从其内部反射出来的光相互干涉，使拉长出现黄、绿、蓝等色变彩，使珍珠产生多色的晕彩。

　　3、衍射色

　　光的衍射是光的干涉中的一种特殊形式，是指自然光照射击到一个规则的平面上后，向一个方向振动的传播现象。

　　变彩——是指宝石呈不规则排列的各种“彩片”，同一彩片的颜色同，且随着宝石的转动而呈现出不同颜色的交替变更。一般认为宝石的变彩效应是由宝石对光的衍射作用产生的。

　　欧泊是具有典型变形彩效应的贵蛋白石。在2万倍的电子显微境下，观察到直径为150~400nm的等粒非晶质二氧化硅球粒作均匀排列，构成三维衍射光栅，对光进行干涉和衍射晶格时，就会产生不同颜色的五彩斑烂的变彩。彩片的颜与球粒大小有关，也与球粒之间的间距有关，当光线从不同角度投射到球粒的间阳光时，也就是投射到不同间隙的光栅时，便会产生不同的颜色，因此，转动欧泊就等干变化光栅的间距，使欧泊上中一彩片发生颜色变化，不同颜色的彩片发生各自的颜色变化，这就是欧泊的变彩效应。

　　欧泊的品质判别：

　　（1）色彩完全。同时出现红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色彩的欧泊最佳。色彩越多越名贵。

　　七彩（最好）→五彩（好）→三彩（较好）→单彩→（一般）→无彩（最差）。

　　（2）彩斑（艰险彩片）要大。越大越好，面状最好，线状其次，点状较差。

　　（3）反差要强。基色和色斑的颜色差在大，颜色鲜明越好。

　　4、散射色

　　不同矿物微细晶体交替平行排列构成的双晶面对光线进行散射（漫反射），使反光无规律地聚集在一起，形成朦朦胧胧的柔和乳光，这种乳光便是散射光中的一种特殊现象。

　　月光石是由钾长石和钠长石微细晶体交替平行排列成格子状双晶的条纹长石，具有朦胧的月光效应，一般呈乳白色的晕色，也有淡蓝色的晕色。

　　乳白色石英因含有很多弥温状气液印包体，对光线进行散射（漫反射），使本来的无色透明成为乳白色。

　　5、包裹体色

　　指宝玉石的颜色取决于包裹体的例如日光石中因含大量的赤铁矿及金属小片，使日长石成为赤红色，在日光下由于包裹体对日光的散射而显得金光闪烁，这就是日光效应，如石英中含大量的微粒黄铁矿印包体，则成为具有砂金效应的砂金石。

　　6、变色

　　变色是指某些含铬或含钒的宝石，在不同光源（日光或白炽灯光）照射下，宝石会呈现不同的颜色。也艰险是宝石颜色随入射光波长的改变或光谱能量的改变而改变。

　　发生变色的必要条件是，宝石因含某些化学元素，使其对透过的可见光存在两个明显的色光透过带，而其余色光均被较强吸收掉。此时，当入射光的能量分布及波长分布发生变化时，宝石的颜色也发生相应的变化。这种现象称为变色效应。

　　变石是典型的变色宝石，它在晶光或荧光灯下呈现蓝绿色，在烛光或钨灯（白炽灯）光下，呈现深红色。原因是晶光（或荧光灯光）与钨丝灯光（白炽灯光）的光谱量分布（或波长分布）明显不同，而含铬、钒等微量元素的宝石对不同波长分布的可见光进行了选择性吸收。
具有变色效应的宝石除了变石外，还有变色蓝宝石，变色尖晶石和变色石榴石。不少合成宝石和人造宝石同于人为地添加了铬、钒待微量元素，也具有变色效应。

　　较为有名的天然变色宝石有：乌拉尔变石、斯里兰卡变石、哥伦比亚含钒蓝宝石、泰国绿色蓝宝石、东非含铭钒锰铝榴石。

宝石的磁性是指宝玉石能被永久磁铁或电磁铁吸引排斥的性能。宝玉石的磁性是由组成元素的电子构型和磁性结构所决定的。

　　具有磁性的宝石矿物主要磁铁矿、赤铁矿及某些辉石类。