宝玉石的力学性能—硬度

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硬度—指宝玉石抵抗其他物质刻磨的能力。

　　硬度分绝对硬度和相对硬度。

　　绝对硬度由显微硬度计来测定，限于条件、珠宝界一般不采用绝对硬度，而采用相对硬度。

　　所谓相对硬度，就是把10种矿物最硬的金刚石到最软的滑石相对地分为十个级别，也就是相互刻划比较出来的相对的硬度。这种方法是1824年由欧洲的矿物学家摩氐（MohS）提出，并为世界公认和采用，所以相对硬度也称为摩氐硬度。这10级硬度分别由10种常见矿物来标定，从最软的第一级到最硬的第十级的标准矿物（即矿物硬度计）是滑石、石骨、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石。为便于记忆，可编成一个口诀，即：滑石方萤磷、长石黄，刚金。只要记住这10个字及其顺序，就能将矿物硬度计的10种矿物及其相对硬度记住了。

　　以上10种标准硬度的矿物，它们之间的显微硬度（即绝对硬度）以第一级滑石为1，第二级至第十级分别比第一级的硬度所大的倍数是：24、48、200、393、684、1090、1689、2401、10000。

　　必须记住的常见宝石及一些常用硬度物的硬度是：除了以上10种标矿物外，还有碳化硅9.5金绿宝石8.5、尖晶石8、祖母绿、海蓝宝石7.5-8、石榴石、电气石7-7.5、水晶、玛瑙6.5-7、翡翠、橄榄石6.5-7、软玉6、钢锉6-7、青金石、绿柱石、玻璃、小刀5-6、珍珠、珊瑚3.5铜针3、指甲2.5、琥珀2-2.5。

　　建议常带上方解石（3）、萤石（4）、磷灰石（5）、长石（6）、石英（7）、黄玉（8）刚玉（9）、以及小刀（5-6）、铜针（3）并记住脂甲（2.5），则能较方便地雕虫小技出被测样品的相对硬度了。

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当宝玉石受过放射性处理或含有放射性元素时，都具有放射性。

　　绝大多数宝玉石都不含放射性元素或含量极少，同时宝玉石的体积一般都小，都在安全范围之内，对人体健康毫无影响。

　　对放射性的检验测仪器有盖克计数器，闪烁计数器，照片感光法等，计量单位是贝克（Bq），国家安全标准是低于70贝克。（贝克是放射性的标准单位，是放射性元素以一定速率衰变的放射性计量单位平均为每秒1次的自然跃迁。因此1Bq=IS-1）。

　　国家标准规定，凡经过放射性处理的宝石（如放射性改色蓝黄玉等）必须在库内放置较长一段时间（如半年至一年），待其剩余放射性衰减到70贝克以下才准许出厂上市。对含有放射性元素的天然宝石，也必须经严格检测，放射性低于70贝克的允许上市，以保证消费者安全。

　　天然具有强放射性的矿物有褐钇铌矿，磷钇矿、硅钙钍石（即埃卡石），独居石。这些矿物是绝对不能制作首饰的（它们是提取放射元素的矿石原料）。有些锆石也具有放射性。

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宝玉石发光性是指宝玉石在耒能量的激发下能发出可见光的性质。能激发宝玉石发光的因素很多，有摩控、加热、紫外光、阴极射线，X射线等。在宝玉石学中经常遇到的是在紫外线激发下产生的荧光和磷光。

　　宝玉石的发光性分三类：荧光性、磷光性。

　　1、荧光性：某些宝玉石在紫外线或其他射线照射下，能激发可见光，但一离开光源，发光现象随即消失，如红宝石在紫外光照射下会发出透亮的红色荧光。

　　2、磷光性：某些宝玉石在可见光或不可见的短波、超短波射线照射下，或在热源上加热后，即使光源（或热源）消失、也能保持一段时间的发光性、例是萤石。

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宝石的透明度是指宝石能够透过可见光的程度。
　　
　　宝石的透明度是检验宝石品质的重要指标。透明、色美、质细的宝玉石能充分发挥出宝玉石的各种内在美。
   
　　设入射光的强度为Ⅰ。当光穿过一定厚度的宝石后，强度减弱到Ⅰ，则Q=Ⅰ/Ⅰ。Q为宝石的透明。从0到1可分为不透明、微透明、半透明、透明。

　　宝石的透明程度取决于宝石的化学成分与内部红楼梦结构。宝石矿物大多具有离子键或共价键，不存在自由电子，禁带值大于可见光的能量，因而能透过大量的光，透明度较高。自然金属元素具有金属键晶格，内含大量自由电子、禁带值小于可见光的能量，对光大量吸收，因而透过的光很少，透明度几乎为0。

　　相对金属矿物而言，透明程度较高的宝石，其透明度主要决定于宝石的内部结构，单晶体宝石的透明度一般高于集合体。同一种宝石的透明度常受宝石中杂质、包体、生长纹、双晶纹、裂隙、气液泡、放射性等因素有关，也与宝石的方向性、厚度、形状、颜色深浅有关。

　　对玉石而言，影响透明度的除上述因素有关，主要因素是玉石集合体的颗粒大小及其结合方式。玉石的微观颗粒越细，透明度就越高。特别是当玉石成为隐晶质或玻璃态时（例如斑晶结构的玉石、斑晶为肉眼可见的晶体，基质为玻璃质），无论为隐晶质或玻璃质，当所有物质的颗粒均小于50nm时，一般均表现为透明，50~700nm时，表现为半透明，700~1000nm时表现为透明，大于1000nm时，表现为不透明。
　　
　　可以把隐晶态或玻璃态的玉石看成一个凝固了的乳状液。在同一个“乳状液”中“微晶”的大小远不是均一的，各种大小都有，且有一定的分布方式（结构），成为多相分散体系。光通过分散质点，当质点大于1000nm时，光发生折射、反射、散射，此时光被大量吸收消耗，此时玉石表现为不透明。当质点小于50nm时，光更多的是发生衍射，即光波绕过质点而通过。此时玉石表现为透明。

　　值得一提的是纤维状透明微晶（幼细到一般显微镜下难以观察）往往能起到光导纤维的作用，它能将小块翡玉石（例如戒面）仅有的一小点绿色，通过密集的“光维群”向各个方向传导后，能将整个已琢磨成型的玉石“照映”得“通透通绿”。如果将这一小点绿色磨掉后，态个玉石便没有丝毫绿意了。

　　对宝玉石透明度的划分，以1cm的厚度为标准，按透光程度一般可分为四级：

　　1、 透明——底像清晰，能极明显的看清对面的物体，如钻石、水晶等。
　　2、 半透明——能看见底像轮廓、如优质翡翠田黄冻等。
　　3、 微透明——底像轮廓模糊，如一般的翡翠、软玉等。
　　4、 不透明——底像完全不见，如青金石、绿松石。
   
　　有的学者在透明与半透明之间还加上一个亚透明的等级。亚透明是指底像不够清晰，如含杂质等缺陷的宝石。

　　一般来说，晶体宝石多为透明至半透明，玉石有机宝石多为半透明至不透明。

　　电气石是比较特殊的。聊电气石猫眼和深色电气石外，其他电气石的透明度均较好。虽然电气石含有较多的分散状展布的气液印包体，但并不影响电气石的透明度。此外，电气石的亮度比其他宝石强，但其原因今尚耒查明。

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1． 力学性质：密度、硬度、韧性与脆性、托水性、亲水性与疏水性、解理、裂理、断口等。

　　2． 光学性质：颜色、多色性、透明度、光泽、折射率、双折率、色散性、光谱吸收性以及特殊的光学效应等。

　　3． 热学、最学性质：磨擦电性、热电性、压电性、导电性、导热性等。

　　4． 放射性、磁性、萤光性等。
　　
　　基中，对任何宝石都具有鉴别意义的是密度（比重）和折射率。正确测定比重和折射率一般就可以确定被测宝玉石的种类，有时还须测定其光性符号，但可以从折射率的测定结果推测出来。而颜色、透明度、包体、特殊光学效应等则决定了宝玉石的价值。对玉石来谱，结构、构造也十分重要，直接影响了玉石的力学性质。对少数宝玉石而言，颜色和特殊光学效应也具有鉴定意义。如自色的绿色橄榄石、玫瑰红色的蔷薇辉石、粉红色的芙蓉玉、欧泊的变彩、月光石的游彩、变石的变色效应等。

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一、热电性

　　热电性也称焦电性。由于温度的升高或降低，在宝石的两端产生电压或形成表面带电荷。如电气石经阳光受热或以热源加热只要有温度差，便可使电气石的两端产生数量相等，符号相反的电荷，可以吸收灰尘、纸屑羽等物。

　　热电性主要存在于无对称中心或具极轴（极轴的两端无直接对称关系，此处的极轴就是倒转轴或映转轴）。

　　电气石和水晶体无对称中心，电气石的三次轴是极轴，水晶的两次轴是极轴。当对电气石加热或对水晶的两端加压时，晶体的两端会产生正、负电荷。

　　无论电气石或水晶类宝石，只要用布，呢或绸摩擦宝石，均级使宝石产生电荷，吸起纸屑。这是鉴别电气石和水晶类宝石的有效方法之一。

　　二、压电性

　　指某些宝石晶体（如纯度很高的石英单晶体），在机械作用产生的压力或张力下，因形变而产业电荷的性质。相反，该晶体的两端当受到电压作用时，又会产生调频振动。

　　压电性只存在于载对称中心而有极轴的矿物晶体中，如天然的或合成的水晶单晶体（压电石英被子广泛应用无线电和遥控谐振器上）。

　　三、静电性

　　某些有机宝石，如琥珀及塑料仿宝石、用布、呢、绸反复摩擦，宝石的表面能产生静电荷，可以吸起很轻的灰尖、纸屑羽、塑料薄膜等。

　　四、导电性

　　不同种类宝石、矿物的导电性能变有不同。例如赤铁矿、针铁矿矿和合成金红石是较好的导电体。Ⅱb型蓝色钻石具有微弱的导电性，是半导体。辐射改色的淡蓝色钻石其导电性不良，据此，可以用导电性来鉴别天然蓝钻与辐射改色蓝钻。

　　五、导热性

　　不同种类宝玉石传导热能的性差异很大，因此，导热性可作为宝玉石的鉴定特性之一。

　　导热性能用热导率（K）表示，单位为W/(m.k)。可用热导仪测定其相对导热性能。设尖晶石的热导率为1.00时，钻石为56.9~170.8碳化硅     金44、银33、刚玉2.96、黄玉1.59、赤铁矿0.96、石英0.5~0.94、金红石0.63、翡翠（A货）0.4~0.56，其玉石均小于0.5。

　　六、热软性

　　一些有机宝石加热后会变软（如琥珀）据此特征，可用热针来鉴别琥珀（再用热嗅法区别塑料）。

　　七、热嗅性

　　某些有机宝石燃烧时会发出特殊的气味，如琥珀的芳香气味、龟甲、象牙燃烧时会发出燃烧毛发、角质等有机质的气味。

　　八、可燃烧性
　　
　　大多数有机宝石加热到超过临界温度时便会燃烧。

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　亲水性是指宝玉石表面能沾附水的性质。与亲水性相反，疏水性指宝石英钟表面很难沾水的性质。亲水性越强的宝石，其疏水性越弱；反之，亲水性越弱则疏水性越强。

　　托水性----指宝玉石表面托起直径约2mm左右大小球形或近于球形水滴的性能。

　　托水性与宝石的密度有关。一般密度大于3.0的宝石具有托水性。另外，托水性与亲水性、疏水性也有关。亲水性小（即疏水性大）的宝石更容易将滴在宝石表面的水滴托起成球状。如水滴在宝石上形成长轴大于短轴30%以上的椭球形水滴，我们认为即没有托水性。

　　托水性与宝玉石的表面吸附力有关。任何宝玉石内部总有超微的孔隙度。因此，多少具有一些微小的表面吸附力。宝玉石的密度低于3.0时，其表面吸附力足于使水滴不能形成球形。
疏水性越强（即亲水性越弱）的宝玉石往往其密度大于3.0。因此，其托水性也越强。反之托水性也越强。

　　托水性具有实用意义。例如：在常没有仪器的情况下，对区分已镶嵌好的猫眼石（金绿宝石猫眼）与石英猫眼非常有效。猫眼石的密度为3.78，具有明显的托水性，即水珠在猫眼石上形成球形；石英猫眼的密度为2.66，水珠在石英猫眼上形成不了球形，而是呈扁平状。

　　钻石具有较强的亲油性，其密度为3.52。因此，直径2mm左右的水珠在钻石表面形成的球形水滴十分明显，即托水性很能强。由于钻石亲油而疏水，因此，钻石的表面很容易吸附油脂，既使用手摸钻石，钻石表面会留下油膜。因此，在厨房掌勺时不宜戴钻石饰品，以免沾染吸附油腻。

　　亲油性可用于选矿。选矿方法中就有一种油选法。对钻石的选很奇特，其程序之一就是用涂上某种油脂的宽皮带沾粘亲油性强的金刚石。其它不亲油的矿物则不会沾粘在皮带上。

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韧性——宝玉石在外力作用下，抵抗破坏（不易突然破裂）的性质。

　　脆性——宝玉石在外力作用下，易于破坏（主要是突然破裂）的性质。

　　硬度与韧度是两个完全不同的概念。硬度是指抵抗刻划和磨损的强度，韧度是指抵抗断裂的坚韧程度，因此，宝玉石的硬度与韧度无比关系。

　　宝玉石的韧性主要与结构有关，而脆性主要与解理、裂理有关。一般而言，韧性与脆性成反比关系。

　　常见宝玉石的硬度与韧度

　　

名    称	硬   度	韧   度
黑金刚石	10	10
水  晶	7	7.5
钻    石	10	7.5
橄榄石	6 .5	6
翡  翠	6.5-7	8
红蓝宝石	9	8
金绿宝石	8.5	3
软  玉	6-6.5	8
黄    玉	8	5
月光石	6-6.5	5
玛  瑙	6.5-7	3.5
海蓝宝石	8	7.5
祖 母 绿	7.5	5.5

　　
　　软玉的硬度6-6.5, 但在所有岩石中软玉的抗击打能力最强, 和田玉的抗压强度为6500 kg/cm3, 俄罗斯软玉达7700 kg/cm3, 新西兰软玉高达8000kg/cm3. 而花岗岩仅1500-2000 kg/cm3. 应指出的是抗压强度与抗冲击力也无正比关系,例如:抗压强度最大的金刚石, 其抗击击能力并不强,有时用铁锤一击即会碎裂, 这是金刚石具有脆性之故。

　　软玉的硬度为6-6.5，刚玉的硬度为9，但在加工时，软玉比刚玉所化的工时要多，究其原因是软玉具有较好的韧性。软玉的韧性与软玉的特殊结构，如显微毛毡状结构状、显微纤维变晶结构及显微放射状--帚状结构有关。

　　硬度、韧性、脆性影响了宝玉石的加工性能，而脆性还影响镶嵌宝玉石的佩戴与保养。例如祖母绿特别性脆，并且常有很多裂纹（商家常用无色油掩盖），因此特别容易碎裂。注意避免撞击。

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密度指单位体积的质量，常用单位是“克/厘米³”。

　　直接测定宝玉石的密度较为复杂，而测定以水为标准的比重，即宝玉石与水落石出的密度相比较。设定水的比重为1，则可以简单地测得宝玉石的密度。

　　测已琢磨好的、重量在不大于100克、又不小于0.005克的宝玉石密度时，可选用感量不低于0.001克（即1毫克）、最大称重为100克的电子天平。

　　测重量在100克-250克的宝玉石密度时，可选用厘戥来估测密度。

　　测重量在250克-1000克的宝玉石时，时可选用弹簧称来估测密度。
　　为便于辨识宝玉石，必须牢记下列一些常见的宝玉石密度。
　　　

祖母绿、海蓝宝石、绿柱石（绿松石、青金石、珍珠）	2.7-2.8
琥珀	1.08
欧泊	2.00
玛瑙	2.60
水晶、石英	2.66
钻石（黄玉、榍石）	3.52
红宝石、蓝宝石	4.00
金绿宝石、猫眼石、变石	3.78
尖晶石	3.61
翡翠（橄榄石、坦桑石）	3.3-3.4
电气石	3.18
软玉	3.00

　　　　　　注：括号内的宝玉石与无括号的宝玉石的密度相接近。

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宝玉石的光泽是指宝玉石表面的总光量，是宝玉石各种表面反射光，内部透明射光和内反射光相互作用的量总和。

　　光泽的强弱与宝玉石的表面性质、光照强度、折射率、反射率有关，与宝玉石的解理缝、裂隙、双晶、包体、结晶形状、粒度大小等内部结构有关，还与宝玉石的颜色，集合体的结合方式、琢型及加工切面方向及抛光精度有关。

　　一般而言、宝玉石的折射率与反射主越大，抛光越好，光泽就越强。

　　非均质宝石矿物晶体的光泽肯有各向异性，相同单形的晶体表面具有相同的光泽，不同单形的晶面光泽也略有差。

　　宝玉石按折射率可划分以下几种光泽：
　

光泽	折射率	反射率	例 子
金属光泽	N>3.00	R=95~20%	赤铁矿、黄铁矿
半金属光泽	N=2.60~3.00	R=20~8%	乌钢石、磁铁矿
金刚光泽	N=2.00~2.60	R=29~10%	金刚石、锆石、榍石
玻璃光泽	N=1.30~1.90	R=10~2%	水晶、托帕石、祖母绿、刚玉

　　有些学者，将金刚光泽与玻璃光泽之间又分出亚金刚光泽（N=1.90~2.00如锆石）及强玻璃光泽（N=1.70~1.90如金绿宝石）；将玻璃光泽定为(N=1.54~1.70如水晶与电气石)；之下又分出亚玻璃光泽（N=1.21~1.54如欧泊）。

　　除上述较强的几种光泽外，还可划分以下各种光泽：

　　

光  泽	折射率	结构等性质	例 子
蜡状光泽	折射率较低	不透明	绿松石、玉髓、田黄
树脂光泽	折射率低	硬度低	琥珀、塑料
珍珠光泽	／	放射同心圆状结构	珍珠、贝壳、透石膏
丝绢光泽	／	纤维状结构	虎晴石、猫眼石
油脂光泽	／	贝壳状断口	高档软玉、磷灰石
沥青光泽	／	半透明或不透明	黑色 煤晶
土状光泽	／	疏松土状	劣质绿松石
瓷状光泽	／	结构较微密	高档绿松石
玉光泽	／	介于油脂光泽与玻璃光泽之间	翡翠、普通软玉、独山玉、岫玉

　　光泽在宝玉石的鉴别及评级中肯有生要意义。如珍珠与仿珍珠的判别，可根据珍珠具有因入射光与内反射光互相干涉而呈现柔和而多彩的珍珠光泽（即珠光）；而仿珠只有亮光，不显具有晕彩的珠光，从而进行区别；又如拼合石，可根据顶、底宝石的不同光泽而提醒判别。

　　在评价珍珠品质时，除了大小、形状、瑕疵外，珍珠光泽的强弱及光彩的明显程度，有时可能更为重要。

　　在区别翡翠的A货与B货，可根据光泽的强弱引起注意。

　　当尖晶石、锆石、石榴石混装在一起时，可从亚金刚光泽区别出锆石。

　　宝石矿物集合不同的结合方式也可产生不同的光泽，如化学成分同为SiO2，石英岩颗粒由粗变细，其光泽由玻璃光泽变为油泽，而由石英交代的钠闪石石棉（假晶）则具丝绢光泽。