蓝宝石晶体的化学成分为氧化铝(α-Al2O3),是由三个氧原子和两个铝原子以共价键型式结合而成,其晶体结构为六方晶格结构,如图2、3、4所示。就颜色而言,单纯的氧化铝结晶是呈现透明无色的,因不同显色元素离子渗透于生长中的蓝宝石,因而使蓝宝石显出不同的颜色。在自然界中当蓝宝石在生长时,晶体内含有钛离子(Ti3+)与铁离子(Fe3+)时,会使晶体呈现蓝色,而成为蓝色蓝宝石(Sapphire)。当晶体内含有铬离子(Cr3+)时,会使晶体呈现红色,而成为红宝石(Ruby)。又当晶体内含有镍离子(Ni3+)时,会使晶体呈现黄色,而成为黄色蓝宝石。表1所列为蓝宝石之特性表。用于生长蓝宝石的长晶炉便是影响蓝宝石质量的关键。
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