电磁波理论认为光能以波动的方式运动在真空中的传播速度大约为300000km/s。整个波长的范围可以很长也可以很短（宇宙射线），大家熟知的电磁波谱有：无线电波，红外线，可见光，紫外线，X射线，伽马射线和宇宙射线。
当光能的波长比紫光还短或比红外光的波长还长，这种光就是不可见的，光波波长在这两者之间的光就是可见光，可见光有红，橙，黄，绿，蓝和紫组成。当这些可见光混合就成为白光，或通常称为混合光。当产生的光具有单一的波长时则被称为单色光。每种可见光的波长是不同的，如下： 红光770-620nm，橙光620-592nm，黄光592-578nm，绿光578-500nm，蓝光500-446nm，紫光446-390nm 短波光的波长单位用nm表示，10的负9次方m，纳米用nm表示。
电磁波理论可以解释光的反射、折射、干涉和极化等光学现象。
光的量子理论是由普朗克和爱因斯坦提出来的，量子理论认为光能只能以很小的不连续的量发射或吸收，这一很小的不连续的能量被称为量子。这一理论用来解释宝石中颜色的产生和荧光现象。 构成宝石漂亮的一些特性直接受到施加到宝石上的折射和透射光的很大影响。这些特性包括：光泽，透明性，光彩，折射率，以及一些其他特殊效应，如拉长石晕彩，泛蓝光，猫眼效应，星光效应，和晕彩或变彩效应。
颜色
许多透明宝石的颜色都是一项重要的指标。但是颜色并不是宝石的性能，它只是光与眼睛的作用在大脑中的感觉。
宝石的颜色是混合光残余的颜色，是宝石选择性吸收后剩余的光。
宝石的颜色可能是由于宝石中含有着色剂，也叫做色素或发色团，当光通过时发生透射或折射而产生的。另外散射，干涉和荧光效应也可能会产生颜色。
很多宝石中都还有许多元素，有些是微量的有些是宝石的重要化学组成元素，他们能够导致宝石对光的选择性吸收，因此宝石可分为他色宝石和自色宝石。这些元素主要是过渡族元素，如钛，矾，铬，锰，铁，钴，镍，铜和其他稀土元素。 光泽
宝石的光泽是由于宝石表面对光的折射产生的效果。它主要是宝石折射率（RI），结构和透光率的函数。各种宝石材料有很多不同的光泽，如有金属光泽，金刚石光泽，玻璃光泽，树脂光泽，蜡光泽，油脂光泽，珍珠光泽和丝质光泽。 透光性
宝石的透光性是物质传输光的能力。他粗略的分为以下不同等级：透明的，半透明的，不透明。宝石的颜色和厚度及内变形及夹杂物都会对他的透光性有影响。 折射率和双折射率
当光从空气进入另一种介质中时，入射角的正弦与折射角的正弦比值为一常数，这一常数就是这种介质的折射率（通常用RI表示），折射率能够表示介质的折光能力。不同的宝石具有不同的折射率。 玻璃、树脂及所有的液体和所有的立方晶系的材料都是各向同性的。光穿过这些材料后仍然是一束光的我们称为单折射。但是在其他材料中，比如四方晶系、六方晶系、三方晶系、正交（斜方）晶系、单斜晶系和三斜晶系的材料，入射光会劈裂成两束光，这两束光的偏振方向互相垂直。这两束光的折射率不同，高光线的折射率与低光线的折射率差值就是宝石的双折射。 散射
散射或火彩可以被定义成是白光分裂成各种组成的光（或各种波长的光）。通常用夫琅和费光谱中B线和G线光的折射率差值来表示，其中B线和G线的波长分别为686.7nm和430.8nm。 多色性
多色性是用来描述不同方向的颜色的统称，即包括双色性也包括三色性，这种不同方向的颜色可能会在具有双折射彩色宝石中观察到。这种宝石有，红宝石、堇青石、红柱石、绿电气石等。
发光性
发光性可以表示成以光能的形式发射能量，包括荧光发光和磷光发光。只有在外部提供能量的情况下才能观察到发光性（外部能量可以是可见光、紫外光和X光）。 特殊的光学效应
特殊光学效应通常是由于光线的反射、干涉或在宝石表面之下的衍射形成的。有很多描述宝石各种特殊光学效应的名称。这些名称有：猫眼效应、星光效应、晕彩效应、拉长石晕彩、泛蓝光效应、变色效应。
第29单元 金刚石
简介
金刚石就是碳，长期以来人们都认为金刚石就是纯碳，但是现代的分析技术表明其中还含有少量的其他元素，比如氮、铝、硼等，其中有些元素就是金刚石产生颜色的原因。金刚石和石墨是大家熟知的碳的同素异形体。
金刚石在晶体生长过程中可能会包裹一些单原子杂质或者现成的矿物杂质。用显微镜能够明显区分出的杂质叫夹杂，相应的夹杂超过20多种矿物，如橄榄石和石榴石。
在地球内金刚石形成于两种截然不同的环境，一种是在橄榄岩中，另外一种是在榴辉岩中。橄榄岩中的金刚石夹杂物表明金刚石形成于900到1300℃（平均1050℃）和45到60千巴的压力下。然而榴辉岩中金刚石的夹杂表明金刚石形成温度在1250℃左右，但是压力数据表明这些金刚石可能来自于超过180公里深的地下。
金刚石的形成时间可以通过其内部的夹杂物的形成时间来推算。推算的结果表明，金刚石的形成时间大不相同，但时间都很长。例如，南非的橄榄岩金刚石大约形成了33亿年，而阿盖尔和Orapa（博茨瓦纳）的榴辉岩金刚石分别形成了15亿8千万年和9亿9千万年。
全世界几乎有30个国家生产商业金刚石。按字母顺序排列有：安哥拉，澳大利亚，博茨瓦纳，巴西，中非共和国，中国，印度，利比里亚，纳米比亚，南非，坦桑尼亚，俄罗斯，扎伊尔以及其他一些国家。
金刚石的结构及其结晶学
纯净的金刚石是由C有规律的重复相连或按照结晶形式相连组成的。C原子之间相连互相之间的距离均为0.154nm。这种有规律的紧密结构是其具有许多特性的根本原因。包括极高的硬度，极高的热导率，极低的电导率，强抗酸腐蚀性能和高的透光率。
金刚石是立方体的或等积形的，它的晶体通常表现出很多形状，其中立方体或等积形的只是很少的一部分。金刚石晶体形状主要包括八面体、立方体、菱形十二面体，但金刚石也有可能是由两种或多种形式一起组合的复杂的形状。有时金刚石会形成孪晶（双晶），此外存在两种基本类型：接触双晶和穿插双晶。接触双晶是金刚石的一种重要的结晶形式，也就是熟知的三角形薄片双晶，它具有典型的平面和三角形状，在金刚石的周围还有明显的人字形图案，双晶的两个平面长在一起。三角薄片双晶或孪晶金刚石的一个显著特征就是人字形线，也就是金刚石市场中熟知的晶结。 金刚石的性质
金刚石的某些物理和光学性能使其具有非常高的亮度和火焰（火彩，火度）。 1.物理性质
金刚石的结构使其具有很高的密度，是一种相对较重的材料，它的密度为3.52g/cm3。金刚石是目前所知的最硬的物质，是莫氏硬度表中最大的（见第2单元）。金刚石可以很轻易的沿着八面体平面解理，也就是说金刚石具有八面体解理。如果将金刚石用虎钳夹住它就具有很好的韧性而且能够承受极窄的压力范围。换句话说，金刚石非常的脆，比软玉翡翠还脆，但是没有玻璃和珠宝粘结剂脆。 2．光学性质
大部分的金刚石矿都是有颜色的。其颜色从黄色、褐色、黑色到奇异红、粉色、淡紫色、蓝色和绿色都有。当金刚石的色调变得非常明亮迷人使得金刚石更加值钱，那么这种深颜色的金刚石就成为彩色金刚石。但是大体积的钻石（宝石级金刚石）属于开普系列，几乎是无色的有时会显现出一点黄色（或褐色）。
金刚石是各向同性体，具有单折射率为2.417，散射为0.044是所有无色宝石中最高的。金刚石的光泽是典型的金刚石光泽。
有些金刚石在长波紫外光下是惰性的，而有些除了会表现出不同的颜色外还会发出荧光，例如有些开普系列的金刚石（无色的或黄色的）具有蓝色荧光，褐色金刚石表现出黄绿色荧光。
开普系列金刚石对蓝光的吸收能够在光谱中看到，蓝光末尾处存在暗线。这些暗线存在于特定的波长处，能够测量得到。415.5nm波长处的吸收是最强的，而其他的则很难观察到。每种不同的金刚石颜色都有特定的光谱，例如所有天然粉色和淡紫色的金刚石的光谱都在563nm波长处存在一个宽的谱带。 3其他性质
金刚石的热膨胀系数很低，其导致的结果就是温度的突然变化产生的影响很小。但是金刚石是非常好的热的导体，尤其是IIa型金刚石。蓝色的IIb型金刚石非常稀少，由于存在B杂质因此它是半导体。
第七部分 无机材料工程
第30单元 炉子
玻璃融化这门技术存在两个主要问题。那就是高温的发展和合适的熔融玻璃容器的发展。玻璃容器这一问题已经部分解决了。将在第24章耐火材料中讨论。利用现代燃料和煅烧方法能够达到玻璃熔池或炉体耐火材料所能承受的极限温度。炉子设计者和燃烧工程师下一步努力方向是如何降低产生和应用热的成本。
玻璃的融化温度在1300到1600℃。所以必须有足够的热量不仅能够使配合料之间相互反应溶解硅石而且还要降低液态玻璃的粘度从而使气泡逸出。炉子的类型、制备纯净玻璃的时间和熔化玻璃的性质决所有这些因素定了熔融操作的温度。
通常会用到两种类型的炉子。一种是玻璃分开放在几个坩埚中，而每个炉子中可以放一个甚至20个坩埚。第二种类型叫做池窑，玻璃在炉膛内形成熔池，在炉子的另一边火焰直接加热原始配料和熔融料。 坩埚窑
有些简单且小的制备玻璃的坩埚窑是直接加热的，也就是说不用对空气或燃气进行提前预热。对于开口坩埚，它的形式与坩埚预热炉相似。一或两个坩埚放在矩形炉子内。燃气或燃油从后面底部进入并燃烧。坩埚放在挡火墙后面，挡火墙将火焰从下面引到炉顶，因此火焰传到坩埚的周围并从靠近前部侧面或底部的烟道排出。可以打开前面的炉门取出坩埚。
用于封闭坩埚的向上通风炉（直焰炉）通常设计成圆形，并且用工作台中心单独的火炉（燃烧器）加热。火焰直接上升到炉顶，并且向外扩展，在坩埚之间传递从设在坩埚边上外墙处的烟道排除。巨大的圆锥形烟囱一直延伸到炉顶上面，将燃烧产物带走而且还起到通风的作用。
在美国早期的工厂中，这种炉子用置于工作台下的煤炉加热。现在这种炉子已经不用了，被余热可再利用的再生炉或其他少数炉子替代了。 池窑
德国的西门子兄弟大约在1850年第一次提出了在内壁作为容器的炉子内熔化玻璃。玻璃和钢铁企业都应该感谢这些有魄力的工厂主和发展再生炉的这些工程师。后来在很多地方制造了很多种类的池窑。池窑的共有的结构和操作原理是：直接对盛着配合料和熔融的玻璃的容器加热，容器壁所用的耐火材料不用沙浆或粘结剂结合而是直接结合，外表面直接与空气接触。本书不打算介绍所有的池窑，但会详细的介绍一些常用的池窑。如果想知道更多关于池窑方面的信息可参考Devillers，Vaerewyck和
Lamort等人的文章。 连续式池窑
在连续式池窑中，玻璃的量是不变的，原料的进料速率与熔融玻璃的设计消耗或抽出速率相等。因此他非常适合机械化（自动化）生产，或者是在连续的且需要保持一定速率大批量的玻璃生产中。为了保证生产出来的玻璃非常纯净，必须提供一种工具使得在熔炼结束期部分熔融的配合料（准备料）和未精炼的玻璃料在加工结束期与纯净的玻璃分离。可以通过桥墙类型结构的池窑或更长一点的窗户玻璃式池窑来实现这种分离。 日池窑
日池窑是一种小型的熔炼设备，这种设备一天只能熔化和精炼几吨的料，第二天通过手工车间加工成型。它是由侧墙不超过两英尺高的单个矩形舱组成的。其深度大小应该能够使玻璃加工者在设计成型时用收集工具触到玻璃。其长度和宽度根据需要的容量而变化：通常4×8（英尺）是比较常见的也是比较合适的。截面积为32平方英尺深度为2英尺的池窑容量为64立方英尺。普通钙（石灰）玻璃的密度为150磅每立方英尺，因此这么大的日池窑其容量已经接近几顿。其底部和侧墙厚度通常为12英寸厚。
12英寸厚的硅砖侧墙可能直接建在熔块墙上，高度大概在18英寸。实际应用中更好的办法是用角钢来支撑这种上部结构，这样在更换与玻璃接触的耐火材料熔块时就不用将整个炉子拆卸开。侧墙在池窑很窄的尺度范围内提供了一个半径等于其跨距的簧载。在池窑的一侧或两侧穿过侧墙有8×10的开口，用来填料或取出要加工的玻璃。这些孔洞在玻璃融化过程中用耐火粘土塞子塞住。通常在空洞前的熔融玻璃表面漂浮着一个耐火粘土环，用来将要加工的玻璃与剩余的玻璃分离，并将浮渣或其他漂浮的杂质从熔融玻璃的表面撇去。
在熔炼少量的玻璃时日池窑具有很好的适应性和建造上的经济性，尤其是经常变换颜色或成分的情况下更能体现这些特点。有很多原因使得这种日池窑生产出来的玻璃质量不如坩埚窑或连续式池窑。日池窑通常只限于手工操作，但有时也可能用来分批为再热器溶化玻璃从而为连续生产的机械填料。 成产平板玻璃用熔池
与玻璃瓶用玻璃相比，窗户玻璃和厚玻璃板需要有较高的质量-不能有气泡和其他缺陷。因此生产平板玻璃用的池窑要做的更长更深。通常深度为5英尺，但有些制造商用4英尺深的池窑也很成功。这种池窑没有桥墙。平拱阻断了燃烧室向流动室或抽取室的热辐射。横跨狭窄池窑的平拱是一种拱形结构的固体墙，他从一边墙跨到另一边墙。吊在炉顶且高度可调的吊墙作用与此相同。
平板玻璃池窑长度在100到200英尺之间。平板玻璃是高质量玻璃，生产高质量的玻璃要求抽取每吨玻璃要比抽取玻璃瓶用玻璃需要更大的面积。其宽度从30到35英尺。
第31单元 料仓
料仓的大体特征
用于储存粉末或粒状材料的料仓基本特征如下：
1、 通常散装材料可以在料仓内高效的地收集、分类和储存。
2、 3、 4、 5、 6、 7、
能够节省占原料和成品价格很大一部分的运输价格
占同样面积的情况下料仓的存储能力是平面储货场的好几倍 单位存储容量的设备成本低
能够自动装卸货而且能够控制存储量
能容易实现加压、绝缘、防潮和消毒操作
可以避免存储料的变质、分解、破损及被鼠虫破坏
8、 料仓作为工业生产体系的一部分很容易合并，具有节省劳动力的优点。 料仓的分类
浅仓和深仓
在研究静态粉末对料仓壁的压力时，料仓可以分为浅仓和深仓。是按如下规则分类的【日本建筑研究所1990和苏联（union of soviet socialist republics ）料仓设计标准】： 深仓：h大于1.5d（h大于1.5a） 浅仓：h小于1.5d（h小于1.5a）
h是料仓的高（单位是m），d是圆形料仓的内径（单位米），a是方形料仓的长度（单位是米）。 单仓和群仓
由于在设计和建造时圆形具有很大的优点所以单仓的截面通常都是圆形的。近几年建造了很多直径在40到50m高度大约40米的煤仓，其中很多都是独立的浅仓。另外，还建造了很多大型的单仓像水泥仓和熟料仓。很多钢铁仓也是单仓类型的。
储存粮食的料仓是典型的群仓。几个到几十个料仓相连形成各种形状（如截面是圆形、方形、六角形）用于存储各种散装的粉末或粒状材料。 料仓的设计 料仓容量的设计
在设计料仓时，储存材料的总重量、存储材料的类型及使用材料的重量决定了料仓的容量。料仓的容量含两部分：总容量（几何容量）和装料容量（有效容量）。 几何容量又称为水容量，他是计算用于存储谷物消毒气用量的标准值。有效容量是计算存储重量和位置的基础，必须考虑到存储材料的休止角。 散装材料产生的压力
在设计散装料仓时很有必要对料仓内散装材料的行为和压力有一些适当的了解。然而仍然会存在一些不可预料的因素。散装料的压力变化很复杂，他取决于存储材料的各种性能和料仓的操作条件，所以必须由专家来设计。
根据国际标准ISO11697（1995）（散装材料结构压力设计的基础），认为深仓中散装材料的压力主要存在两种特定的情况。散装材料的装料压力主要由材料的性质和料仓的几何形状决定。卸货压力还受到流动模式的影响，在卸空货物的过程中卸货压力逐渐增大。因此，在每个料仓设计的时候需要对材料的流动行为进行评估。
在评估散装材料流动情况时，有必要区分三种主要的流动模式：
（a） 质量流（如图7.1a）：流动图显示在卸货过程中所有储存的颗粒都是运动的 （b） 漏斗流（如图7.1b~7.1f）：流动图显示材料在出口上方狭窄的区域内流动，而接近出
口紧挨料仓壁的材料则是静止的。流动通道可以是与平行部分的料仓壁相交，也可以延伸到上表面。后者的流动模式被称为内部流（如图7.1c到7.1e）。
（c） 扩展流（如图7.1f）：流动图显示质量流在一个上部有固定器，底部非常陡的储料器里流动，在平行界面的底部坡比较缓。随后质量流区域向上扩展到平行料仓壁。上面不同的流动模式对应着不同的压力分布。质量流的必要条件取决于储料器内壁的倾斜角度和摩尔擦系数。在某些条件下流动模式能够在质量流和漏斗流之间突然转变，从而产生压力振动和不稳定的流动。如果这种情况避免不了，料仓就应该设计成既有质量流又有漏斗流。
第32单元 原料和混合
沙子、碱灰和石灰石是玻璃制造中消耗最多的原材料。这三种材料是钠钙玻璃中的主要成分，在熔点温度下无论是高粘度（如熔融的硅石或石英）还是高流动性（如硅酸钠）玻璃，这三种材料的最大用量都是以吨位计的。在表7.1中列出了一些玻璃的原材料及其玻璃制造方面的一些要素，原料的特定成分决定了最终的耐化学性和/或耐热性、电阻率、光泽、或不透明性等。在选择原材料时，粒度和纯度是玻璃制造关键要素中实用性和成本的技术补充。