立方氧化锆材质的人工宝石，璀璨程度不亚于钻石，如此大颗粒的宝石，更是不可多得的家居摆件。感谢梧州欧伦锆业有限公司、梧州原石珠宝有限公司的董事长宋兴华女士对本次会议的大力赞助，氧化锆会议由氧化锆宝石来助兴，真是再合适不过了！

图1 7月6日氧化锆会议礼品：22mm超级大宝石

既然本次会议赠送如此精美的立方氧化锆超级大宝石，我们何不趁此来提前了解一下合成立方氧化锆宝石呢！

1. 立方氧化锆的基本性质

立方氧化锆（Cubic Zirconia，简称CZ），亦被称作“方晶锆石”、“苏联钻”或“苏联石”，是二氧化锆（Zirconia，ZrO₂）晶体的一种。氧化锆天然存在时大部份为单斜晶体（mono-clinic），主要以矿物“钭锆石”（Baddeleyite）存在。以立方单晶体存在的氧化锆在天然中极为罕有，但现时经常以人工方法合成，被广泛用作钻石的代替品。

图2 彩色合成立方氧化锆

立方氧化锆的折光率为2.17，色散0.06，与钻石很接近，又与钻石同属均质性。立方氧化锆的色散0.055，亚金刚光泽，其硬度高达8.5，这使它琢磨成宝石后，可以镶嵌在首饰上长期佩戴，不会被划伤磨毛而失去光泽。除粉红色立方氧化锆表现出非均质性外，其余的均为均质性。合成立方氧化锆具有非常高的化学稳定性，耐酸、耐碱、耐化学腐蚀性良好，一般内部比较干净，可能有未完全融化的面包屑状氧化锆粉末。合成立方氧化锆可以制出透明度极佳、完全无色的产品。这样，将它磨成宝石后，外观与钻石非常相似。

2. 立方氧化锆的合成方法

2.1 冷坩埚法

冷坩埚法是一种从熔体中生长法晶体的技术，仅用于生长合成立方氧化锆晶体。其特点是晶体生长不是在高熔点金属材料的坩埚中进行的，而是直接用原料本身作坩埚，使其内部熔化，外部则装有冷却装置，从而使表层未熔化，形成一层未熔壳，起到坩埚的作用。内部已熔化的晶体材料，依靠坩埚下降脱离加热区，熔体温度逐渐下降并结晶长大。

图3 冷坩埚法示意图

冷坩埚法制备立方氧化锆的过程主要包括：放料：粉料ZrO₂与稳定剂Y₂O₃按摩尔比9：1的比例混合均匀，加入相应的着色剂。引燃：金属锆片或石墨棒，高频线圈加热，1200℃熔融氧化锆导电。熔体稳定30-60min后进行降温结晶。

2.2 水热法

水热法合成立方氧化锆的基本原理：模仿自然界中许多矿物，是根据在矿化水溶液或蒸汽中结晶析出而设计的，包括在高温高压条件下，造晶成份置于封闭高压釜中较热部位，使其溶解于水中，随后将种晶放在较冷部位使其重结晶。

以Zr⁴⁺和Y³⁺的氢氧化物为水热前驱体，氢氧化钾和碳酸钾作矿化剂，采用水热法制备氧化钇稳定氧化锆纳米粉末。水热法合成的立方氧化锆晶体为纳米级，目前只能用于工业用途，但是为今后的宝石学发展提供了新的方向。

3. 各类彩色立方氧化锆

离子着色是主要的宝石着色手段，常用的着色离子是过渡金属离子（如Cr、Fe、Co、Cu等）和稀土金属离子（如Ce、Pr、Nd、Ho等）。它们内部不饱和电子层中的价电子，在不同能级间跃迁，由此引起对可见光的选择性吸收而导致着色。

图4 各类彩色合成立方氧化锆

（一）黑色立方氧化锆

采用还原气氛或真空对无色氧化锆进行高温退火，可制得深黑色的锆石。原理是ZrO2中的氧丢失，造成大量的晶体缺陷，对可见光全部吸收而呈黑色。

（二）祖母绿色立方氧化锆

主要的掺杂元素（Pr、Co、Cr等），另外附加了一些微量发光离子（如La、Ti、E r等）。考虑到不同离子高温挥发不同，实验中在配料时特别对不同离子配比进行了调整，以期达到最佳效果。主要着色剂含量1.22%Pr₂O₃，0.05%Co₂O₃，0.02%Cr₂O₃，合成时稳定剂Y₂O₃含量高，达到15mol%～20mol%。祖母绿色氧化锆用于模仿天然祖母绿。

（三）彩色乳锆

在900℃下，对含12mol％Y₂O₃的透明氧化锆长时间热处理，长时间退火后还可获得乳白色氧化锆或彩色乳锆。加入Y₂O₃不足也能产生浑浊。这是因为晶体内部出现四方相、单斜相和立方相共存，异相颗粒的存在使晶体失透或出现混浊现象。乳锆可以用于模仿天然玉石。

使晶体呈现各类颜色时，常用的着色剂及着色剂含量如下表1所示。

表1 常用着色剂及着色剂含量

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