编者注：许多宝石可以在实验室中制造，制造历史比钻石更长。这份合成宝石指南涵盖了红宝石、蓝宝石、祖母绿、蛋白石和更多种类，并解释了它们的制造过程。

        这五部分的系列文章中，“了解宝石合成材料，治疗和仿制品，”是从乔尔的ΔRem博士即将出版的书中，有一章珠宝首饰，3次版。© Joel E. Arem 2011-2013。该国际宝石协会（IGS）衷心感谢AREM博士对宝石学领域的贡献，并允许北京圣园淘矿工场科普重现这一章。

        红宝石和蓝宝石

        红宝石是被铬染成红色的氧化铝。合成红宝石通常是通过简单地熔化含有微量铬的氧化铝制成的。由此产生的晶体具有与天然红宝石相同的内部原子结构以及相同的光学特性、硬度和化学成分。事实上，这种材料与天然红宝石的唯一显着区别是原产地，即实验室，而不是地球深处。

        红宝石和蓝宝石是刚玉的品种。 我们的合成宝石指南解释了它们是如何在实验室中创建的。 Ra'ike 的“刚玉合成熔化灯泡——在德国波恩矿物博物馆展出”。

        红宝石和蓝宝石长期以来一直被认为是最受欢迎和最有价值的两种宝石。天然材料的供应量从未足以满足世界需求。因此，它们的合成被认为是有价值的目标也就不足为奇了。最早的实验是 19 世纪中叶法国的马克·高丹 (Marc Gaudin) 进行的实验，尽管他从未实现过宝石级刚玉的创造。然而，在 1880 年代中期，宝石市场上出现了最初被认为是天然的红宝石，但仔细研究表明它们是人造产品。

        这些红宝石中有许多被称为“日内瓦红宝石”，因为人们认为它们是在瑞士日内瓦附近制造的，以天然形式出售。就在世纪之交之后，市场上出现了另一种红宝石。被称为“重建红宝石，”这种材料应该是通过将一些天然红宝石熔化在一起制成的。近年来已经证明这样的过程行不通，所以这些红宝石也一定是由化学原料合成的。

        巴黎的埃德蒙·弗雷米 (Edmund Fremy) 开发了一种制造红宝石的商业工艺。然而，他的红宝石全都以薄板的形式出现。它们可以廉价大量生产，并被广泛销售用于手表和仪器轴承。但它们太薄了，无法提供颜色精美的大宝石。在 19 世纪的最后十年，Fremy 的一位助手 August Verneuil 开发了一种全新的合成红宝石技术。Fremy 的方法包括将氧化铝溶解在熔盐中，然后通过缓慢冷却使红宝石从熔体中结晶出来。已经描述了 Verneuil 的方法。

        可以通过在氧化铝中添加少量铬来制造红宝石。各种颜色的蓝宝石需要不同的金属氧化物组合。有趣的是，Verneuil 炉的基本设计自 1904 年首次推出以来并没有太大变化。炉子可以实现自动化，因此最少的员工可以运行多台机器。

        德国、法国和瑞士的工厂可能拥有近 1,000 台昼夜同时运行的熔炉。中国、泰国和其他地方也有大规模生产。此类工厂的产量以吨而非克拉为单位，合成刚玉原石的成本可低至每克拉几美分。如此生产的晶体称为圆珠，在大规模生产的商店中切割，有时在劳动力成本低廉的情况下通过机器或手工切割。

        还有其他制造刚玉的技术。用于激光器的红宝石可以通过从熔体中“拉出”晶体（直拉法）来生长，这可以产生直径几英寸、几英尺长的单个透明晶体。Fremy 方法的更精细版本也在有限范围内使用。今天，这种方法被称为熔剂熔合，该方法生产出颜色和净度都很好的红宝石，尽管它比 Verneuil 工艺贵得多。朱迪思·奥斯默 (Judith Osmer) 几十年前完善了红宝石的助焊剂工艺，但遗憾的是，她的商标“Ramaura”红宝石在市场上不再销售。

        合成蓝宝石和红宝石出现在各种商业首饰中，例如等级戒指和生日石首饰。通常作为“亚历山大变石”或“紫水晶”出售的戒指（标签上有引号）是合成宝石。所谓的“亚历山大变石”以每块几美元的价格出售给世界各地的游客，实际上是合成刚玉，其颜色变化让人联想到真正的亚历山大变石。无色刚玉或“白色蓝宝石”被大量生产，用作无色宝石和电表轴承，以及用于专门的电子和军事应用。

        火焰熔融法合成刚玉宝石

        星形红宝石和蓝宝石可以通过在 Verneuil 炉中将氧化钛添加到进料粉末中来制造。随着刚玉冷却，氧化钛在主体刚玉内形成矿物金红石晶体。金红石晶体呈针状，根据刚玉的对称性进行定向，刚玉呈六边形（六边形），在凸圆形切割时产生六射线星。合成星形刚玉的颜色范围与刻面宝石的颜色范围相同。

        合成刚玉具有显着特征。Verneuil 过程总是产生弯曲的生长线，在放大和正确的照明下可见。没有任何天然矿物会显示出这样的曲线，称为条纹，它们的存在是合成来源的保证。合成材料和玻璃的另一个特征是存在完美的圆形气泡，有时带有像蝌蚪一样的小尾巴。助焊剂生长的红宝石可能会显示助焊剂的特征内含物。

        合成尖晶石

        第一颗合成尖晶石是在制造合成 Verneuil 刚玉的过程中，在原料粉中添加了一些氧化镁时偶然产生的。然而，尖晶石并不被认为是一种特别有价值的宝石，因此合成尖晶石在商业上大量使用之前已经过去了 20 多年。天然尖晶石在宝石贸易中并不常见，但合成尖晶石几乎随处可见。这些宝石被广泛用于模仿其他被认为更受欢迎的宝石，例如祖母绿、海蓝宝石和电气石。

        合成尖晶石通常由 Verneuil 工艺制成，并且可以种植各种颜色丰富的晶锭。这些颜色是由于添加了化学杂质，因为纯尖晶石与纯蓝宝石一样是无色的。此外，尖晶石粉与氧化钴混合并在电炉中熔化会产生一种致密的深蓝色材料，非常类似于青金石。1957 年推出了一种类似于月光石的尖晶石。一些尖晶石也是通过熔剂熔合制成的，这种材料很难区分为合成材料。

合成尖晶石可能不会出现在合成 Verneuil 刚玉中看到的弯曲生长线。但它们通常可以被识别为尖晶石（通过折射率），并且合成宝石的颜色通常与天然宝石的颜色有很大不同，需要进一步测试。

        合成石英

        天然石英很常见，价格也不贵。然而，合成石英可以以足够的数量和足够低的成本制造，从而使宝石石英的制造变得有价值。茶晶，或黄色石英，被铁染色。紫水晶是通过添加产生褐色的特定杂质制成的。

        当这种石英被放射源照射时，会产生紫色色调。无色石英大量生产用于电子应用，但很少切割成宝石。绿色石英的生产数量也有限。石英是通过水热法合成的。这是大多数天然矿物晶体在地球内的静脉和空腔中形成的方式。虽然天然溶液非常稀，而且矿物晶体可能需要很多年才能形成，但在实验室中，这一过程会显着加快。

        合成绿柱石

        在各种绿柱石颜色中，据北京圣园淘矿工场科普了解，迄今为止最有价值的是祖母绿的深绿色。祖母绿合成实验早在 1848 年就已为人所知，但直到 1912 年才能合成重量超过 1 克拉的晶体。

        理查德·纳肯 (Richard Nacken) 也开发了石英合成的基本工艺，他使用类似于所用的水热工艺生产了小的祖母绿晶体对于石英。后来的德国实验者成功地种植了颜色精美的小祖母绿，早在 1934 年，IG Farbenindustrie 集团就将这些祖母绿称为“Igmerald”。