本文選題：剛玉 + 金紅石��； 參考：《中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)》2015年碩士論文

【摘要】：金紅石是剛玉中一種常見(jiàn)的包裹體,常呈三組定向排列的針狀包體出溶于剛玉中。大量的金紅石針會(huì)使弧面寶石產(chǎn)生星光效應(yīng)。本文對(duì)金紅石在剛玉中的結(jié)晶學(xué)取向進(jìn)行了研究并對(duì)其成因進(jìn)行了探討。本次研究主要采用在寶石顯微鏡和偏光顯微鏡,沿剛玉不同的結(jié)晶學(xué)方向?qū)鸺t石的形態(tài)、大小、排列方向等進(jìn)行了觀察。利用電子探針、傅立葉變換紅外光譜以及顯微拉曼光譜對(duì)金紅石針進(jìn)行了物相分析。同時(shí)使用Crystalmaker軟件對(duì)剛玉和金紅石的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬,對(duì)比其內(nèi)部的原子排列和原子間距等要素。顯微鏡下觀察顯示,金紅石以多種形態(tài)分布于剛玉中,包括點(diǎn)狀、短柱狀、“箭狀”和絲狀等。點(diǎn)狀、隨形的金紅石出現(xiàn)的頻率最高,不具有明顯定向性,反映出鈦分布的無(wú)序性。短柱狀、“箭狀”的金紅石針顯示明顯內(nèi)凹角,該角度約為111°,與金紅石{101}雙晶夾角的理論值114°很接近。反射光下金紅石針中不同的消光位也揭示了雙晶的存在,金紅石針的沿長(zhǎng)方向與雙晶面平行。紅外光譜檢測(cè)出金紅石在490-500cm-1區(qū)間內(nèi)有一個(gè)特性峰。拉曼光譜檢測(cè)出金紅石特征的610cm-1和448cm-1特征峰。3D晶體結(jié)構(gòu)模擬顯示,鈦離子與鋁離子半徑的相似性使得鈦可以進(jìn)入剛玉晶格中,同時(shí)不引起明顯的晶格畸變。高溫下剛玉和金紅石的穩(wěn)定性使得Ti2O3-Al2O3固溶體能夠穩(wěn)定存在。金紅石{101}面與剛玉{112__0}面具有明顯相似性,原子間距的差異不超過(guò)7%。因此,在剛玉{112__0}面中鈦以Ti4+-V-Ti4+-VTi4+-V為基本單元對(duì)鋁(Al3+-Al3+-V-Al3+-Al3+-V)進(jìn)行取代。Ti還可以Ti O2的形式局部聚集于剛玉晶格中,當(dāng)溫度條件適宜時(shí),可轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石結(jié)構(gòu)析出。金紅石針與剛玉的結(jié)晶學(xué)位置關(guān)系為:{101}金紅石//{112__0}剛玉,{010}金紅石//{0001}剛玉受剛玉生長(zhǎng)環(huán)境和鈦元素來(lái)源等因素的影響,鈦可以沿剛玉六方雙錐面{112__2}晶面富集,出溶后的金紅石也會(huì)沿該面排列,這類(lèi)排列方式不受結(jié)構(gòu)的影響。另外,金紅石的存在破壞了剛玉晶格的連續(xù)性。金紅石針的排列方式削弱了剛玉{0001}面的層間力,但對(duì)菱面體{101—1}的層間力有一定的加強(qiáng)。這些影響的綜合效果是金紅石提高了剛玉的硬度。
[Abstract]:Rutile is a common inclusion in corundum. A large number of rutile needles produce starlight effects on curved gemstones. The crystallographic orientation of rutile in corundum was studied and the origin of rutile in corundum was discussed. In this study, rutile morphology, size and arrangement direction were observed by means of gemstone microscope and polarizing microscope along different directions of crystallization of corundum. The phase of rutile needle was analyzed by electron probe, Fourier transform infrared spectroscopy and micro-Raman spectroscopy. At the same time, the crystal structure of corundum and rutile was simulated by Crystalmaker software, and the internal atomic arrangement and atomic spacing were compared. Microscopic observation shows that rutile is distributed in corundum in many forms, including punctate, short columnar, "arrow" and filamentous. The spotted rutile with the shape of rutile has the highest frequency and has no obvious orientation, which reflects the disordered distribution of titanium. The short columnar, "arrow" rutile needle shows an obvious concave angle, which is about 111 擄, which is very close to the theoretical value of 114 擄of rutile {101} double crystal angle. The existence of double crystal is also revealed in different extinction positions of rutile needle under reflected light. The rutile needle is parallel to the double crystal plane along the long direction. A characteristic peak of rutile in 490-500cm-1 region was detected by infrared spectroscopy. 610cm-1 and 448cm-1 characteristic peaks. 3D crystal structure simulation shows that the similarity between titanium ion and aluminum ion radii makes titanium enter corundum lattice without obvious lattice distortion. The stability of corundum and rutile at high temperature enables the Ti2O3-Al2O3 solid solution to exist stably. The rutile {101} face is obviously similar to the corundum {112S _ 0} mask, and the difference in atomic spacing is not more than 7. Therefore, in corundum {1120} plane, Ti is replaced by Ti4 -V-Ti4 -VTi4-V in the form of Al _ 3-V-Al _ 3-V), and TIO _ 2 can also be locally aggregated in corundum lattice, which can be changed into rutile structure when the temperature is suitable. The crystallographic relationship between rutile needle and corundum is as follows: {101} rutile / {112S _ 0} corundum, {010} rutile / {0001} corundum is affected by corundum growth environment and titanium element source, and titanium can be enriched along the hexagonal double cone of corundum {112Snap2}. The dissolved rutile is also arranged along this surface, which is not affected by the structure. In addition, the existence of rutile destroys the continuity of corundum lattice. The arrangement of rutile needles weakens the interlaminar force of corundum {0001} plane, but strengthens the interlaminar force of rhombohedral {101-1}. The combined effect of these effects is that rutile improves the hardness of corundum.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：P619.242

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