宝石的物理性质1力学教程.pptx

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第四章宝石的物理性质,第一节宝石的力学性质,宝石的力学性质是指宝石在外力（包括地球引力）作用下所表现出来的各种物理性质，包括比重、硬度、韧度、解理、裂开和断口等，在这些性质中，某些对宝石的耐久性影响极大，是评价、鉴定宝石的重要依据。

耐久性,宝石的耐久性是硬度、韧性和稳定性的组合。

在自然界，宝石矿物因耐久性高而能出现在砂砾堆积物中。

矿物会被河流作用力向下游搬运，并在此过程中遭受磨蚀。

对连续的撞击、磨蚀以及天然化学侵蚀没有足够抵抗力的矿物将会完全破裂或磨蚀殆尽。

耐久性较好的矿物则逐渐磨圆。

以水蚀卵石产出的宝石矿物有：

石英、托帕石、刚玉、尖晶石和金绿宝石等。

钻石在这类恶劣条件下保存情况最好。

耐久性在宝石材料的加工和首饰的设计、生产、清洗、修复、保养以及佩带诸方面都是重要因素。

将较软的宝石用于较裸露的镶嵌式样是不明智的。

绿松石、琥珀、珊瑚、萤石等较软的宝石通常不加工为刻面型，而是加工成弧面宝石或珠子。

一、硬度,如果把不同品种的成品宝石或原石放在一起，有些将被刻划。

硬度：

是当材料被另一种物质的尖块刻划时所具有的抗磨蚀的能力。

前提是：

刻划时的压力应不足以产生解理。

所以，硬度直接影响宝石的耐久性，同时也是鉴定宝石的重要依据之一，还是宝石琢磨工艺中必须注意的重大技术问题。

对宝石加工而言，硬度对选择不同的研磨和抛光材料致关重要。

对宝石学家而言，硬度是观测和测试的一个重要因素。

宝石硬度的表示常有以下方法：

1、比较硬度法或称相对硬度法：

2、绝对硬度法,1、比较硬度法或称相对硬度法,相对硬度法是德国矿物学家摩斯（F.Mohs）于1822年提出来的，故又称为摩氏硬度。

摩斯经过多次的选择性实验后，收集了10种能获得高纯度的常见矿物，并按彼此间抵抗刻划的能力大小顺序排列，其结果就是人们目前广泛使用的摩氏硬度计。

按其抗磨能力逐渐增大的顺序，其等级为：

摩氏硬度计中矿物标本的选定：

因为它们容易得到，且纯度高，硬度稳定，不因产地而异。

摩氏硬度计的设计：

每一种矿物均可被硬度计中等级（数字）较高得矿物所刻划，它本身又能刻划等级（数字）较低的矿物。

摩氏硬度计可对宝石的相对硬度进行测定，例如某种宝石可划动石英，但又能被黄玉划动，那么这种宝石的硬度就在78之间。

许多粉尘颗粒是由摩氏硬度为7的石英颗粒组成。

落到衣服和其他表面的颗粒会不断地磨蚀镶嵌在首饰上佩带的软于石英的宝石。

抛光宝石表面光泽的明亮度也部分取决于宝石材料的硬度。

属于一种压入法测试的显微硬度。

压入头是一个用金刚石制成的菱面锥体，压痕的长对角线为短对角线的7倍，为深度的30倍。

以一定荷重（1kg）将压头压入试样，根据压痕对角线长度和荷重计算努普硬度（Hkn）值。

计算公式：

Hkn=P/Cp*L（kg/mm2）P压入头荷重（kg/mm2）Cp努普压痕常数=0.07028L压痕的长对角线长度（mm2）,2、绝对硬度（努普硬度）,刚玉和钻石的硬度差异远远大于刚玉和滑石之间的硬度差异。

宝石的差异硬度,宝石的差异硬度：

是指同一宝石矿物晶体的不同方向上，因晶体结构的不同而硬度有所差异的现象。

如蓝晶石在平行晶体延长方向一硬度为4.5，而在垂直晶体延长方向上的硬度为6.5。

又如钻石的琢磨就是利用差异硬度，采用金刚石粉末相互研磨。

实用硬度测试,在鉴定宝石中最有意义的是相对硬度，即摩氏硬度。

对宝石材料所进行的任何硬度测试都具有潜在的破坏性，所以，使用硬度测试要特别小心。

然而，有些情况下还是有用的。

一套镶有摩氏硬度计矿物小尖块的硬度笔，可用于测试：

未抛光材料或原石、抛光的雕件、不透明弧面宝石的背面,使用硬度笔的时候，一定要从软笔到硬笔依次进行，以便获得唯一的由能刻划该材料的最低硬度笔留下的划痕，且只能在不起眼的部位进行。

摩氏硬度与绝对硬度的比较,二、相对密度,1、定义：

比重相对密度，指矿物在空气中的重量与同体积水在4时的重量之比。

在4时，1cm3水的质量为1g。

在国际单位制和我国的法定计量单位中，比重已经废除，改用相对密度。

但由于行业习惯，在宝石界仍普遍使用“比重”一词。

目前，宝石界也常用“密度”一词，其定义是：

宝石单位体积的质量（g/cm3）。

它在数值上与比重相同。

2、比重的意义,比重是宝石的重要物理性质，也是一项稳定的物理常数，对于鉴定宝石十分重要。

钻石,3.52,祖母绿,2.71,红宝石,4.00,3.75,1.00,金绿宝石,水,测定相对密度有两种途径：

测定法和比较法。

材料相对密度的可用静水称重法测定。

静水称重法使用水浸技术和天平。

相对密度也可用高密度液（重液、比重液）进行比较，这种方法用于区分外观相似的不同宝石材料，而无需测定其相对密度。

3、静水称重法,用比重天平分称出宝石在空气中重量W1和宝石在水中重量W2，然后按下式计算比重SG值：

SG=W1/（W1-W2）,手惦重量重中等轻,第一,打开电子天平将其归为零位,第二,将玉器称重后记录,第三,将玻璃容器加入蒸馏水（如没有可用清水代替）放在电子天平上,将电子天平数字归零,第四,用最细的线将玉件串好后将其放入容器内,注意:

要求玉件全部入水悬浮于水中,所称重量记录,第五,用第二记录44.1克除以第四记录14.8克所得参数2.9797297即为玉件密度,三、解理、断口和裂开,宝石的解理、断口和裂开（也称为裂理）都是宝石材料在外力作用下所表现出的破裂面性质。

但解理仅出现于宝石晶体中，而断口不论在晶体、非晶体以及矿物集合体上都可以发生。

1、解理,定义：

解理指宝石晶体在外力作用下（如敲打、挤压）下严格沿着一定结晶方向破裂成光滑平面的性质。

所破裂的平面称为解理面。

解理是一种方向性特性，它只沿晶质材料内特定的原子键合面发生破裂。

解理在宝石中的作用由于同种宝石晶体的解理特征（解理组数、方向、完善程度、解理角）总是相同，所以，解理是鉴定宝石的重要特征。

解理对宝石的加工有很大影响，具极完全和完全解理的宝石材料难于加工，因容易碎裂、沿解理面方向难抛光。

不过，有时可以利用解理方向来分割宝石。

解理发育的宝石对宝石的耐用性有一定影响，受力后容易破碎。

当观察或论及有明显解理的宝石时，重要的不仅是注意解理的取向（方向），还要注意解理的品质。

解理分级,根椐晶体在外力作用下裂成光滑平面的难易程度，矿物学上将解理分为五级：

极完全完全中等不完全极不完全常见宝石及解理类型,2、断口,断口定义：

应力作用下宝石中出现的随机的、无方向性的破裂。

常见断口类型：

贝壳状断口水晶、锆石、橄榄石、芙蓉石、欧泊、玛瑙、绿松石等。

参差状断口磷灰石、翡翠、软玉、青金石、石英岩玉、木变石等。

3、断口在宝石中的应用断口的形态特征可以作为鉴定宝石的辅助依据。

通过对断口的观察，可以了解玉石质地的细腻程度。

例如绿松石：

质地细腻者，断口平坦或近似贝壳状；质地粗糙者，断口参差粒状。

3、裂理,裂理定义：

裂理晶体受外力作用后，沿双晶结合面或包裹体分布面等方向裂开成光滑平面的性质。

和解理的区别解理面出现在原子排列的平面处，裂理出现在特定的宝石标本上，它不是平面，是不规则的，在常见宝石矿物中，裂理仅发生在刚玉上。

四、韧性和脆性,1、定义：

韧性指宝石受外力作用（打击、碾压）时不易发生破碎的性质。

脆性指宝石受外力作用（打击、碾压）时易于发生破碎的性质。

2、韧、脆性与硬度的关系：

没有必然关系。

硬度大的宝石不一定韧性大或脆性小。

如金刚石，虽然是硬度大的物质，但硬而不韧，它可以刻划钢锤，却经不起钢锤一击，甚至掉到地上也可能碰碎。

3、宝石的韧、脆性特点：

单晶质宝石大多有一定脆性。

尤其是离子键性程度较高的宝石晶体，脆性较大。

晶体的脆性还与解理发育程度有关。

例如：

钻石，有较发育的八面体完全解理，因而脆性较大；黄玉，有垂直C轴发育的完全解理，故脆性大。

玉石的韧、脆性与其组成矿物之间的接合方式有关。

例如：

软玉、翡翠都具有很大的韧性，因具显微纤维状紧密交织结构，颗粒间的接合力强；石英岩玉、青金石等的韧性较低，是因具粒状结构，颗粒间的结合力弱。

常见宝石材料的韧性值,常见宝石韧性由强弱：

黑金刚石软玉硬玉刚玉金刚石水晶海蓝宝石橄榄石祖母绿黄玉月光石金绿宝石萤石,4、韧、脆性对宝石加工及使用的影响：

韧性大的宝石一般加工难度较大，主要是不易抛光；脆性大的宝石一般也不好加工，因容易破碎；对于韧性低或脆性大的宝石在加工和使用过程中要注意维护，以免受外力影响而破碎。

稳定性,作用于宝石材料的物理和化学过程可导致颜色的消退或变化以及表面糙化、收缩或碎化等结构的或表面的变化。

稳定性：

是材料抵抗由光、热或化学反应造成的物理或化学变化的能力。

作业,1、简述宝石的主要力学性质。

2、简述静水称重法的原理。

3、解释解理和断口之间的差别。

4、说明解理对于下列人员为何会是重要的，或为何会是个麻烦。

a.宝石工匠c.宝石佩带者,b.宝石学家d.钻石切磨工,5、硬度和韧性如何区分。

6、给出缺乏稳定性的一种宝石材料。

为何这种材料不是很耐久但还是被用作宝石？