在我的《笑话连篇——真假自动化》（2012-09-15 10:25:34）的评论中有这么一段留言“............HEM的创始人Fred Schmid差不多80岁了，天才的人物还奋战在第一线搞技术，国人惭愧啊！”。

   

                               宝石材料的显色机理

    众所周知，白光是一种混合光，由各种波长（各种颜色）混合显色的结果。当白光入射的时候，如所有的光都通过的时候，则蓝宝石为无色；全部反射，则呈现白色；部分吸收，则呈现剩余光的颜色。例如：吸收红光蓝宝石呈现青色；吸收黄光蓝宝石呈现紫色色；吸收绿光呈现蓝色；反之则反。

   

   蓝宝石的颜色形成机理是这样的，都是由于过渡族离子、稀土元素离子或其他离子以及色心引起的光吸收而形成的。杂质离子的吸收受晶体结构、价态、配位结构、晶体缺陷所影响；同种离子在不同晶体中的颜色往往会不一样；同种元素在同一晶体中，不同的条件下颜色也是不一样的。

蓝宝石单晶中所含杂质和颜色问题                                               

所含杂质（%）	颜色
Cr2O3     0.05~0.1	浅红
0.1~0.2	桃红
2~3	深红
Cr2O3  0.2~0.5 + NiO  0.5	橙红
TiO2  0.5  +  Fe2O3  1.5 +  Cr2O3   0.1	紫
TiO2  0.5  +  Fe2O3	蓝
Cr2O3  0.01~0.05 + NiO  0.5	金黄
NiO  0.5~1.0	黄
Co3O4  1.0  +  V2O5   0.12 +  Ni   0.3	绿
V2O5  日光下	蓝紫
V2O5  钨丝白炽灯光下	红紫
MoO2 + MoO3 混合价态	蓝紫
WuO3	黄色、绿色
C	红色

         

http://s11/mw690/81b62f7agd73dbf26d0ca&690

                              杂质离子的引入方式

    蓝宝石材料呈现颜色的时候，一定是引入了杂质离子。杂质离子的引入途径只有两个：途径1是氧化铝原料中的杂质；途径2是热场包括保温、发热体和坩埚引入的杂质。

                             不同生长方法的颜色分析

    同样呈现红色，不同方法生长的蓝宝石晶体是不一样的。使用石墨材料作为保温材料和发热体的方法呈现红色，基本上是由于碳吸收引起的（和硅单晶是一样的）；Ky 和 Cz的红色往往是过渡离子引起的。还有一类使用钼坩埚的方法，往往晶体在氧气氛中高温退火的时候会变成蓝色，这个是坩埚引入的钼离子引起的，需要还原成金属单质。同种晶体生长方法，温场材料在不同的阶段和不同的使用条件会有不同的主要污染源。

   （具体的污染几率，和离子的分凝系数问题在《VHGF原理和优劣浅析》中探讨这类问题）

http://s3/mw690/81b62f7agd73f3f9aca42&690 方法：HEM 杂质：C	http://s6/mw690/81b62f7agd73f40610955&690方法：TGT 杂质：C
http://s3/mw690/81b62f7agd73f4109d852&690方法：KY 杂质：Cr2O3, TiO2, Fe2O3	http://s5/mw690/81b62f7agd73f4301c984&690 方法：Cz 杂质：Cr2O3, TiO2, Fe2O3

                             同样红色不同方法不同杂质

                   

http://s14/mw690/81b62f7agd73f8cbd2b1d&690
                      方法：Ky；  杂质：WO3  or  NiO or  色心

 

    蓝宝石晶体有时候会呈现黄色，黄色分晶体本身黄色和紫外照射下变黄色（晶体原来无色），这几类情况就要具体情况具体分析。

晶体本身呈黄色：

         原因1：炉腔泄漏，杂质 WO3 （坩埚） or  NiO（原料）；

                      原因2：炉腔无泄漏，色心（原料杂质和位错） or  NiO（原料）；

 

晶体在紫外光照射下呈黄色：

         原因是色心（原料杂质和位错） or  NiO（原料）；

     色心形成的可能机理是位错在高能量的波动干扰（紫外能级高）下形成的。

 

   NiO黄色的机理如下：和大多数二元金属氧化物类似，氧化镍是一种非化学计量比化合物。由于晶体缺陷或其他原因（如氧空位），氧化镍中的镍和氧原子比例不是严格的1:1，而是在1:1附近波动。因此，受紫外光辐射下镍和氧原子比例发生变化，而材料颜色发生变化。