立方氧化锆

二氧化锆晶体

立方氧化锆（Cubic Zirconia）又名苏联石、苏联钻（最早由苏联人研制成功，故名）或方晶锆石，是二氧化锆的一种晶体。

理化性质

立方氧化锆与钻石一样，都为立方晶体。在正常压力之下，二氧化锆的稳定晶体为单斜晶体（mono-clinic），因此在合成立方氧化锆的过程中，需要加入份子量为10至15%的金属氧化物（通常氧化钇或氧化钙）作为安定剂。不同的生产方法会加入不同份量的安定剂，故此立方氧化锆的物理及光学特质会稍为有所不同。

立方氧化锆的密度颇高，比重为5.6至6.0。其硬度达8.5，虽低于钻石，但已超过大部份天然宝石。其折射指数为2.15至2.18，表面有金刚光泽。色散指数达0.058至0.066，超过钻石。立方氧化锆无解理（Cleavage），断口为贝壳状（Conchoidal fracture），属于易碎。在短波紫外线下呈黄、黄绿萤光，于长波紫外线下萤光不明显。

历史沿革

氧化锆在1892年首次被发现以后，一直以为只有天然存在的单斜晶体“斜锆石”一种。由于斜锆石藏量不多，因此并未有广泛的应用。而且氧化锆的溶点高达2,750℃，难以透过溶解结成单晶体。

1930年发明加入安定剂造成的“安定氧化锆”，是立方多晶体或正方多晶体，都是属于多晶体陶瓷。安定氧化锆主要被用作耐火材料，能抵受高达2,540℃的高温及化学品。之后1937年德国矿物学家M. V. Stackelberg及K. Chudoba首次在蜕晶质化（metamictization）斜锆石中发现微细的单晶立方氧化锆。

1960年代，法国科学家Y. Roulin及R. Collongues开始研究培养单晶立方氧化锆。他们使用的方法是将溶解的氧化锆放在有固体氧化锆表面的坩埚之内，令其结晶。这种方法称之为“冷坩埚”法。不过这种方法只能生产很小的单晶体。

苏联科学家V. V. Osiko之后在莫斯科列别捷夫物理研究所（Lebedev Physical Institute）改良了这一种技术。他的发明被称为“冷坩埚”法，其出产的人工宝石在苏联内被称为“Fianit”。这种发明在1973年首次披露，并在1976年开始商业生产。至1980年，以这一方法生产的立方氧化锆年产量已超过5千万卡拉（10,000公斤）。

2012年9月，有俄罗斯专家对外表示，一座由前苏联政府发现的超大型工业钻石矿正在由政府计划开发，据悉这座巨型钻石矿储量超过了全球现有储量，可供全球持续开发3000年。俄罗斯科学院西伯利亚分院表示，西伯利亚东部的珀匹盖陨石坑内有“数万亿克拉”的“冲击钻”，是良好的工业钻石，而不是用来打造珠宝。虽然同为钻石，但此次披露的超级钻石矿却不是珠宝钻石，而是工业钻石，也许普通人并不知道两者的区别，但可以确认是珠宝市场并不会因为这个发现而出现重大波动。虽然科学家宣称此座钻石矿的探明与开发，可能会引起工业变革，但仍旧处于规划阶段，后续将产生何种影响还需要时间来证明。

2015年11月25日晚，香港弥敦道天降“钻石”，导致行人疯抢。但经鉴证后，行内人表示该批“钻石”实为“苏联石”，100港元便买到10多粒，价值便宜，多用以制作首饰。

合成方法

苏联发明的“冷坩埚”法仍是主要的合成方法。首先以铜管绕成杯状，铜管内注入冷却水。在杯内加入少量锆金属片，中间加入氧化锆及安定剂粉末，并加以压紧。整个设备以无线电频感应线圈包围。当感应线圈通电时，锆金属因感应产生电流，被加热至高温熔化，并传热至内部的氧化锆将其熔化。冷却水使杯中接近表面1-2mm的氧化锆维持固态。经过数小时加热后，逐渐减少热力，无瑕的柱状晶体开始形成。之后在1,400℃用长时间退火，消除晶体中的应力。经退火后的晶体通常为5cm长，2.5cm阔，便可以被切割成宝石。

如果在原料内加入不同的金属氧化物，可以获得不同颜色的晶体。例如：

铈：黄、橙、红

铬：绿

钕：紫

铒：粉红

钛：金棕

部分生产商亦有以不同方法改良产品，最常见的是在立方氧化锆表面以蒸气凝结加上一层类金刚石碳（diamond-like carbon，DLC）。得出的产品比普通氧化锆更硬，看起来亦更为似钻石。另一种方法是在表面上以真空喷上一层金属氧化物，使其出现晕彩。但是与镀上类钻石碳不同，这种加工是可以被磨损的。

鉴定要点

自20世纪70年代中期立方氧化锆制成后，其他磨制仿钻宝石的原料随之被取代，因为它有着与钻石非常相近的性质。首先，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。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。

立方氧化锆与金刚石（钻石）非常接近，一般人未必能分别两者，但二者仍有一定区别：首先，立方氧化锆的硬度低于钻石。此外，立方氧化锆的比重高达5.6—6，是钻石的1.6—1.7倍。有条件用仪器测一下比重，立即可以区别。

其他信息

立方氧化锆的商品代号为CZ，因此用它磨成的宝石也常称为“CZ钻”。CZ钻由于价格非常低廉，外观又极像钻石，因此获得了广大顾客的欢迎，就是拥有钻石首饰的人，平时为了安全也佩戴CZ钻首饰。立方氧化锆的产量也与日俱增，仅美国的年产量已超过10亿克拉（200吨）立方氧化锆造成的宝石。

立方氧化锆有时被称作“方晶锆石”，但这名称并不完全正确，因为锆石（Zircon）是天然存在宝石的一种，其化学成分为硅酸锆（Zirconium Silicate，ZrSiO4），与合成的立方氧化锆为两种不相同的物质，而且氧化锆的方晶相其实还分为立方晶（Cubic）及正方晶（Tetragonal）两种。

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