氧化鋯在1892年首次被發現，是天然存在的單斜晶體——斜鋯石，由于儲量極少，沒有廣泛的應用。1937 年德國科學家 M.V.Stackelbrg 首次在蛻晶質化斜鋯石中發現微細的單晶立方氧化鋯。1972 年法國科學家Y.Roulin 開始研究培養單晶立方氧化鋯，用冷坩堝法生產很小的單晶體。1973年蘇聯科學家 V.V.Osiko 改良了這一技術，生產出大的單晶體立方氧化鋯。但至今世界上還未見天然原礦大晶體立方氧化鋯的報道。2015年 10 月在我國海南省瓊海市的一個巖洞中發現了一種像寶石一樣的黃色大晶體，經鑒定為立方氧化鋯。這一發現為大晶體的立方氧化鋯的天然存在找到了依據，添補了世界上無單獨存在天然立方氧化鋯晶體的空白，為進一步研究天然立方氧化鋯的形成提供了寶貴資源，也是珠寶界的一大的興事。

圖一 天然立方氧化鋯晶體

以氧化鋯為原料生產合成氧化鋯寶石，是氧化鋯深加工應用的重要領域。人工合成的立方氧化鋯是一種堅硬、無色及光學上無瑕的結晶。因為其成本低廉，耐用而外觀與鉆石相似，故此在1976年起至今都是最主要的鉆石的代替品。近年開始亦有用性質更為接近鉆石的人工培養碳化硅與立方氧化鋯競爭代替鉆石。立方ZrO₂的色澤、硬度與鉆石相近，甚至優于鉆石。我國曾把合成立方 ZrO₂ 刻面寶石稱為“水鉆”，并于1982年開始進行合成立方ZrO₂生產技術的研究，于1983年投產。ZrO₂產品以其性能成為最佳仿鉆石材料而深受人們喜愛，迅速成為暢銷品。目前我國年生產ZrO₂ 晶體的能力在4500 t左右，已成為世界第一生產大國。生產的彩色合成立方ZrO₂ 主要以紫羅蘭色、玫瑰紅色、粉紅色、橘黃色、黑色和大紅色為主，并成功開發了寶石藍和祖母綠合成立方ZrO₂晶體。

圖二 人工合成立方氧化鋯晶體

立方ZrO₂ 晶體的制備過程分為4個步驟：1、混料裝料；2、高頻感應加熱熔化“引熔金屬”；3、熔化ZrO₂粉體形成凝殼；4、過冷結晶得到ZrO₂晶體。由于ZrO₂在120℃以上才有導電性。因此，采用冷坩堝感應加熱熔煉ZrO₂時，要加入少量的金屬鋯作為“引熔金屬”。感應加熱時首先金屬鋯被熔化，形成小的“引熔區”，使周圍的ZrO₂ 粉末升溫成為導體，在高頻感應磁場的作用下加熱熔化，靠近坩堝壁的熔體在水冷銅管循環冷卻的作用下，首先凝固形成圓桶似的ZrO₂凝殼，內部盛放熔融ZrO₂。坩堝底部的水冷座逐漸向下運動，使熔體溫度下降、過冷、結晶，可得到無色透明的立方二氧化鋯晶體。

圖三 彩色立方氧化鋯晶體

彩色立方ZrO₂ 晶體被廣泛用做飾品，深受人們喜愛。制備彩色立方ZrO₂，只須在混料時加入不同的著色劑即可。表1為制備彩色立方 ZrO₂ 常用的著色劑。合成超白色立方二氧化鋯晶體，可采用補色法原理消除原料和工藝過程中引入的雜質所產生的顏色，使帶有淡雜色的立方二氧化鋯晶體脫色成“超白”。有時為了穩定立方氧化鋯，要在二氧化鋯中加入Y₂O₃，若過量，產品則會呈現黃色。此時應加入適量可產生藍色的試劑，根據顏色互補原理，可以消除黃色。制備藍紫色立方二氧化鋯晶體時，為了得到鮮艷的藍紫色合成立方二氧化鋯晶體，可采用合成熱處理的方法獲得。其原理是通過熱處理使著色劑價態變化，影響晶體的透射光譜，使晶體在藍紫色波段的透過率提高。制備黑色立方二氧化鋯晶體時，可將無色合成立方氧化鋯晶體在真空中加熱到2000℃，進行還原處理，可得到深黑色的立方二氧化鋯。其原理是使ZrO₂中的氧丟失，造成大量晶體缺陷，將可見光全部吸收而呈黑色。

合成ZrO₂ 晶體，除可以用來加工飾品外，還可以用于超導材料、窗口材料和耐磨材料等許多領域，我國合成寶石坯料及成品生產發展迅速，已成為亞洲乃至世界人工合成 ZrO₂ 寶石的制造中心。生產工藝技術已十分成熟，爐產能已由原來的小爐型的一二百千克，逐漸向噸級的大爐型發展，因而有利于降低能耗， 節約成本，提高產品的均勻性和成品率。ZrO₂ 合成寶石產業的發展，帶動了高純ZrO₂粉的制備工藝、生產及其前端產品的發展。

     作者:谷雨