焰熔法合成宝石

合成刚玉 合成红宝石 合成蓝宝石 合成黄色蓝宝石 合成紫色蓝宝石 合成变色蓝宝石 合成星光红宝石 合成星光蓝宝石
原料 Al2O3 ，另加致色元素如下 Cr2 O3， 1-3% Fe，Ti；0.3-0.5% Ni，Cr Cr Fe，Ti Cr2 O3，V2O5，3-4% TiO2 0.1-0.3%，Cr2 O3 1-3% FeO+TiO2：0.3-0.5%；TiO2 ： 0.1-0.3%
合成金红石加入着色剂所呈现的颜色
加入的着色剂 呈现的颜色 加入的着色剂 呈现的颜色
优点 ①氢氧焰产生的温度高，可以合成高熔点的晶体； ②生长速度快，短时间内可以得到较大尺寸的晶体； ③生产设备简单，生产量大，适合工厂规模化生产。 缺点 ①火焰温度变化梯度较大，容易影响晶体质量； ②原料纯度及粒度要求严格。
二、焰熔法生长刚玉类晶体
品种有无色、彩色、星光等品种，主要化学 成分为Al2O3，不同品种，配料添加剂不同， 工艺流程基本相同。
孔；料筒中部贯通有一根震动装置使粉末少量、等量、
周期性地自动释放。
筛孔挡板
震荡器：使料筒不断抖动，以便原料的粉末能从
筛孔中释 和 Cr2 O3，三氧 化二铝可由铝铵矾加热获得；致色剂为Cr2 O3 1-3%，
维尔那叶炉结构图
b、燃烧系统
氧气管：从料筒一侧释放，与原料粉末一同下氧降气进；口 氢气管：在火焰上方喷嘴处与氧气混合燃烧。 通过控制管内流量来控制氢氧比例，O2：H2＝1：3； 氢氧燃烧温度为2500oC，Al2O3粉末的熔点为氢2气05进0o口C； 冷却套：吹管至喷嘴处有一冷却水套，使氢气冷却和套氧及气 处于正常供气状态，保证火焰以上的氧管不被熔化循环水
内容
一、焰熔法生长宝石工艺 二、焰熔法生长刚玉类、金红石类、
尖晶石类和钛酸锶类宝石 三、焰熔法生长宝石的鉴别
焰熔法合成宝石简史
早在1902年，法国科学家Verneuil成功 地用焰熔技术合成了红宝石，并用此方法 在工业上进行规模生产，故也将此法称为 维尔纳叶法，是合成宝石中重要的一种方 法。
梨晶：长出的晶体形态类似梨形，故称为梨晶。梨晶 大小通常为长23cm，直径2.5-5cm。
生长速度：1厘米/小时，一般6小时完成即可完成生 长。
因为生长速度快，内应力很大，停止生长后，应该轻 轻敲击，让它沿纵向裂开成两半以释放内应力，避免以后 产生裂隙。
特点：方法特点：生长速度快、设备简单、产量大、 便于商业化。世界上每年用此法合成的宝石大于10亿克拉。 但用此方法合成的宝石晶体缺陷多、容易识别。
各种合成刚玉的致色元素
3、星光刚玉原料选择
如需要合成星光刚玉，则需要在上述原料中 再添加0.l一0.3%的TiO2，这样长成的梨晶 中，TiO2 呈固熔体分布于刚玉晶格中，并 没有以金红石的针状矿物相析出。必须在 1300度恒温24小时，让金红石针沿六方柱柱 面方向出溶，才能产生星光效应。
4、晶体生长
5、退火处理
无色和彩色刚玉退火温度：1800oC，时间2 小时。
星光：首先是使TiO2在高温下发生扩散作用， 均匀分布，然后降温使TiO2生产金红石矿物 在刚玉晶体的六方柱结构上以针状析出，从 而产生星光，其次是消除内应力。
退火温度：1420oC，时间5小时。
三、焰熔法生长金红石类晶体
天然的金红石常呈细小针状，以大晶体产出 的多为褐红色而且多裂，很少有宝石级的材 料。合成金红石的目的不是为了替代天然金 红石，而是为了模仿钻石。在合成立方氧化 锆出现后，合成金红石很少生产了。
1、合成刚玉原料的选择与提纯 原料：γ－ Al2O3粉末； 纯度：99.9％。
2、彩色刚玉致色元素的选择
合成红宝石：加入致色元素 Cr2 O3 1-3% 合成蓝宝石：加入致色元素TiO2和FeO，但 Ti和Fe的逸散作用，使合成蓝宝石常常有无色核 心和蓝色表皮, 颜色分布不均匀； 粉红色和紫红色：加入致色元素Cr、Ti、Fe； 黄色：加入致色元素Ni和Cr； 变色刚玉：加入V和Cr；显紫红色到蓝紫色 的变色效应。
保温套
维尔那叶炉结构图
c、生长系统
落下的粉末经过氢氧火焰熔融，并落在旋转平台上的 籽晶棒上，逐渐长成一个晶棒（梨晶）。水套下为一耐火 砖围砌的保温炉，保持燃烧温度及晶体生长温度，近上部 有一个观察孔，可了解晶体生长情况。耐火砖：保证熔滴 温度缓慢下降，以便结晶生长；
旋转平台：安置籽晶棒，边旋转、边下降；落下的熔 滴与籽晶棒接触称为接晶；接晶后通过控制旋转平台扩大 晶种的生长直径，称为扩肩；然后，旋转平台以均匀的速 度边旋转边下降，使晶体得以等径生长。
焰熔法合成优质晶体的关键因素
1、选用优质的籽晶，避免先天不足；籽晶棒 通常与c 轴夹角呈60度切成 3～4cm 长的 圆柱形或四方柱形短棒；
2、炉内温度要均匀，氢、氧比气例要适合， 气体流量要稳定；
3、粉料要纯，要均匀，达到工艺要求； 4、火焰的温度、晶体下降速度要协调。
焰熔法合成宝石的优缺点
因为TiO2在燃烧时易脱 氧，所以需要充足的氧， 在合成金红石的装置上 多的加熔了点一为个18氧4管0o。CT，i粉O2 末熔化，再在支座的种 晶上结晶。
合成金红石的装置（马福炉）局部图
获得的梨晶为蓝黑色，这是因为高温下 形成了Ti33+ 和相应的氧空位。通过在高温 氧化环境中退火处理，退火温度为8001000oC，即可去除蓝黑色，变为淡黄色到近 无色的透明晶体。如果在原料中掺入Sc2O3 ， 则可直接获得近无色的晶体。这是因为掺入 的Sc2O3在晶体中形成的氧空位会提高晶体中 的氧的扩散系数，使晶体在降温过程中就完 成氧的扩散和退色。
一、焰熔法生长宝石工艺
1、原理 焰熔法是从熔体中生长单晶体的
方法。其原料的粉末在通过高温的氢 氧火焰后熔化，熔滴在下落过程中冷 却并在籽晶上固结逐渐生长形成晶体。
2、合成装置与条件、过程
装置
焰熔法装置示意图
a、供料系统
原料：成分因合成品的不同而变化。原料的粉末
经过充分拌匀，放入料筒。 振动器 料筒（筛状底）：圆筒，用来装原料，底部有筛