焰熔法合成宝石
【宝石学】宝石的合成方法
经过几十年的努力，目前已能获得十几克拉大的晶体，但宝石级钻石合 成的成本仍很高，不能进行大批量的生产。2000年可切磨的合成钻石只有 3500ct，仅占当年天然宝石级钻石产量的0.01%。
占总重量百分比 0.15 0.1 2.0 0.13 0.1 0.1 0.3 0.3 0.15
0.09+0.15 1.1+1.1 0.15+1.0
0.08+0.08
晶体颜色 红色 黄色 紫色 淡黄色 粉红色 黄绿色
橄榄绿色 深紫色 淡绿色 攻瑰红色 淡蓝色 紫蓝色 棕色
四、助熔剂法
原理和方法
助熔剂法又称高温熔体溶液法，它是将晶体的 原成分在高温下溶解于低熔点助熔剂熔体中，形成 饱和的溶液（熔融液），然后缓慢冷却或恒温下蒸 发熔剂等方式，使晶体从过饱和熔融液中不断结晶 出来。与矿物晶体从岩浆中结晶的过程相似。
氧化锆粉末和稳定剂装在由冷却铜管组成的金 属杯内，在粉末中心放入引燃用的锆金属粉末 或锆金属棒。然后由高频线圈加热。
高频使锆金属熔化，熔化部分向外蔓延，引燃 周围的粉末。紧靠着杯壁的粉末在循环冷剂的 作用下保持固态，构成一层薄薄的外壳。
待坩埚内的物质达到完全熔融后，将坩埚从加 热区缓缓移开，坩埚内的物质开始冷却，结晶 从壳底开始，向上长出圆柱状的晶体，直到全 部结晶固化。
合成水晶的掺杂与颜色对照表
掺杂种类 Fe3＋ Fe2＋ Co2＋ Mn4＋ Al3＋
质量分数％ 0.1～0.7 0.1～0.6 0.1～0.4 0.2～0.5 0.1～0.2
人工合成红宝石的配方
人工合成红宝石的配方一、原料选择。
1. 主要原料：氧化铝（Al₂O₃）- 氧化铝是红宝石的主要成分。
在自然界中，红宝石就是刚玉（主要为氧化铝）晶体中含有少量铬（Cr）元素而呈现红色。
对于人工合成，需要高纯度的氧化铝粉末。
一般纯度要求达到99.99%以上。
这是因为杂质过多会影响晶体的生长和颜色的纯正性。
2. 致色剂：铬（Cr）化合物。
- 通常选用铬酸铅（PbCrO₄）或氧化铬（Cr₂O₃）作为致色剂。
添加量一般在0.5% - 2%左右。
铬离子（Cr³⁺）取代晶体结构中的铝离子（Al³⁺），从而使合成的晶体呈现红色。
致色剂的用量需要精确控制，如果添加量过少，颜色会太淡，达不到红宝石应有的颜色深度；如果添加量过多，可能会导致晶体内部结构缺陷或颜色过深而不自然。
二、助熔剂法合成红宝石的配方及原理。
1. 配方。
- 助熔剂通常采用氧化铅（PbO） - 硼砂（Na₂B₄O₇）体系。
一般比例为PbO:Na₂B₄O₇ = 1:1到3:1之间。
再加入氧化铝和致色剂铬化合物。
例如，以100克原料总量计算，氧化铝粉末约80 - 90克，致色剂（如氧化铬）0.5 - 2克，助熔剂（氧化铅 - 硼砂混合）10 - 20克。
2. 原理。
- 助熔剂的作用是降低氧化铝的熔点。
氧化铝的熔点非常高（约2050°C），在加入助熔剂后，体系的熔点可以降低到1200 - 1300°C左右，这样就可以在相对较低的温度下进行晶体生长。
在这个过程中，原料在助熔剂的熔体中溶解，然后通过缓慢降温或其他方式，使溶质（氧化铝和铬离子等）以红宝石晶体的形式结晶出来。
三、焰熔法合成红宝石的配方及原理。
1. 配方。
- 原料主要是高纯度的氧化铝粉末和少量的铬酸铅（PbCrO₄）作为致色剂。
氧化铝粉末的纯度要求在99.9%以上。
致色剂的添加量约为1% - 1.5%。
2. 原理。
- 焰熔法是通过氢氧火焰来熔化原料。
氢氧火焰的温度可以达到2500 - 3000°C。
焰熔法合成红宝石的工艺流程
焰熔法合成红宝石的工艺流程**Flame Fusion Synthesis of Ruby: A Detailed Process****1. Introduction**The art of creating gemstones, especially rubies, has fascinated mankind for centuries. One of the modern techniques employed in synthesizing rubies is the flame fusion method, also known as the Verneuil process. This process allows for the creation of high-quality rubies that closely resemble their natural counterparts. The Verneuil process involves heating a mixture of alumina powder and a small amount of chromium oxide to extremely high temperatures within a controlled flame environment. This reaction results in the formation of a ruby crystal, which is then cooled and shaped into the desired gemstone.**1. 引言**几个世纪以来，创造宝石，尤其是红宝石的艺术一直令人类着迷。
现代合成红宝石采用的方法之一是火焰熔融法，也称为维尔纽伊法。
这种方法可以制造出高质量的红宝石，其外观与天然红宝石非常相似。
维尔纽伊法涉及在一个受控的火焰环境中将氧化铝粉末和少量的铬氧化物加热到极高温度。
焰熔法合成红宝石红外光谱特征研究
基于许多旅游景区普遍的不良商家欺诈无辜消费 者的消极现象袁 本文通过对焰熔法合成红宝石及天然 红宝石的红外光谱图的采集尧 观察和对比分析袁 做出 了创新性和综述性的总结袁 以帮助质检站对天然红宝 石及焰熔法合成红宝石进行一个快速简便的辅助鉴 定遥
1 测试仪器
本 文 样 品 测 试 使 用 仪 器 袁 为 德 国 进 口 的 Bruker 傅 里 叶 红 外 光 谱 仪 袁 型 号 院 Tensor 27 袁 是 特 别 为 实 验 室 研 究检测人员设计的中红外红外光谱仪袁 它是研究级的 傅里叶红外光谱仪袁 适用于常规应用分析和实验室研 究袁能扩展到远红外尧近红外区域[1]遥 测试条件:反射 法 袁 测 试 温 度 26 益 袁 湿 度 46 豫 袁 采 集 波 数 范 围 20 15500cm - 1 袁 扫 描 速 度 10KHz 袁 扫 描 次 数 64 次 袁 分 辨 率 为 0 . 005cm - 1 遥
人造宝石专业术语
6.籽晶（seed crystal） 又称“种晶”。是人工合成晶体时人为提供的晶核。从已有的大晶体上切取籽晶是最方便并广泛使用的方法。籽晶上的缺陷，如位错、开裂、晶格畸变等在一定的范围内会“遗传”给新生长的晶体。在选择籽晶时要注意避开缺陷。根据晶体生长习性和应用的要求，籽晶可采用粒状、棒状、片状等不同的形态。籽晶的光性方位对合成晶体的形态、生长速度等有很大的影响。
14.助熔剂（flux） 又称“熔剂”。能帮助降低原料熔点的化学物质。常用于助熔剂法合成中。助熔剂主要有两类：一类为金属，主要用于半导体单晶的生长；另一类为氧化物和卤化物（如PbO，PbF2等），主要用于氧化物和离子材料的生长。理想的助熔剂必须不与原料发生反应形成中间化合物，而且应有较低的熔点、较低的粘度、较差的挥发性、强的溶解能力和毒性小等特点。（助熔剂法通常采用的助熔剂为硼、钡、铋、铅、钼、钨、锂、钾、钠的氧化物或氟化物，如B2O3，BaO，Bi2O3，PbO，PbF2，MoO3，WO3，Li2O，K2O，KF，Na2O，NaF，Na3AlF6等）。合成不同宝石品种所采用的助熔剂类型不同。即使合成同一品种的宝石，不同厂家采用的助熔剂种类也不一样。助熔剂的选择对宝石结晶习性有很大的影响。助熔剂法合成的宝石通常含有大量的助熔剂残余。它们常常呈扭曲的面纱状、熔滴状等各种形态。大多在放大观察下呈橘红色或白色，显粒状结构。
焰熔法合成蓝宝石过程
焰熔法合成蓝宝石过程
《焰熔法合成蓝宝石过程》
一、焰熔法
蓝宝石是一种由氧化铝构成的单斜晶系矿物，它含有紫罗兰,蓝色,绿色,浅黄色等多种色泽，对人的视觉有着很强的吸引力，所以受到越来越多消费者的青睐,变得极具市场价值。
因为自然界的蓝宝石矿石价格太高,无法满足市场需求，而且大量挖掘蓝宝石矿又损坏环境,所
以科学家发明了人造蓝宝石的制作技术，其中一种就是焰熔法。
焰熔法是最常见的合成蓝宝石技术，它是空气中由氧、氩和氢三元气体混合而成的热带火，通过原料熔融把要合成的目标物质、熔化剂以及助剂一起加热，使其在高温的情况下
迅速熔融，最后形成固体，即人造蓝宝石。
二、材料选择与熔炼
合成蓝宝石的原料有很多种，最常见的就是碲酸钾、硅酸钙和铝矾,其中碲酸钾和硅酸钙
作为蓝宝石的原料，铝矾作为熔化剂，扮演着调节熔融温度的作用。
通常情况下，根据蓝
宝石的颜色和发色的不同，我们可以选择不同比例的原料，来调整其颜色。
然后，将碲酸钾、硅酸钙和铝矾等材料放入金属容器中，加入空气和氩气的混合气体，在1700~1800℃的温度下放入热带火中加热熔炼，使所有原料完全分解混合，完成材料合成。
三、合成蓝宝石
在完成上述熔炼步骤之后，就可以进行熔体催化过程。
穿过固液界面之后，熔体将受到
催化剂的作用而发生化学变化，最终就会形成蓝宝石的晶体结构，同时受到固液表面的辐
射效果催化，蓝宝石的晶体结构就形成了。
最后，当晶体晶体结构完全形成后，再将其加热，使晶体晶体结构完全稳固，而且内部组织会经过重新组织，形成紧凑的晶界，使人造蓝宝石完成结晶，这样合成蓝宝石就完成了。
合成宝石特征
合成宝石特征当代由于合成技术的发展，几乎所有天然宝石都可在实验室里合成，而且彼此的特征愈来愈接近，甚至达到难以分辨的程度。
一、合成金刚石（钻石）宝石级合成金刚石主要采用高温高压法（HTHP）的BARS压力机生产，目前首饰用合成钻石的主要生产国有俄罗斯、乌克兰、美国等。
HTHP合成钻石其主要物理、化学性质与天然钻石类似。
（一）晶种触媒法合成金刚石特征1．晶形一般为立方体{100}与八面体{111}的聚形。
“BARS”法合成的钻石晶形上可有轻微的歪曲树枝状花纹，波状附生像及残晶薄片，温度过低时晶面的边缘常有突出而中心凹陷，温度过高时，整个晶体变圆。
显微镜下可见生长纹理及不同生长区的颜色差异。
2．合成钻石晶体一般呈浅黄色、橘黄色、褐色。
低温生长者色较浅，高温生长者色较深。
颜色明显依赖于所采用的触媒合金。
若触媒为Fe－Al合金时，所生晶体为无色，含B（硼）元素其色为蓝，含Ni（镍）元素其色褐黄。
颜色分布不均匀，可见沿八面体晶棱平行排列的色带。
3．内含物主要是触媒金属，孤立或成群的出现于晶体表面或沿内部生长区间边界定向分布，呈浑圆状、拉长状、点状或似针状。
净度以P、SI为主。
HTHP 合成钻石生长纹发育，其特征因生长区而异。
八面体生长区的生长纹平直，并可有褐红色针状包体（仅在阴极发光下可见）；立方体生长区无生长纹，但可有黑十字包体；四角三八面生长区边缘发育有平直生长纹。
4．光性特征：常有很弱的异常双折射。
干涉色颜色变化不明显，不如天然钻石明显。
5．发光性：在紫外灯下、X射线和阴极射线下均呈规则的分区分带发光，不同生长区发出不同颜色的光，且具有规则的几何图形。
6．吸收光谱：Ⅰb型者一般明显吸收，有时因生长过程中的冷却作用会造成658nm处的吸收；Ⅰb＋Ⅰa型者在600－700nm处可见数条清晰的吸收线，而无天然钻石的415nm吸收线。
（见表2-5）（二）化学气相法合成金刚石薄膜（CVD合成钻石）1．物理性质：硬度、导热性、密度、弹性、透光性等物理性质接近或达到天然金刚石。
合成宝石学总结
合成宝石学复习提纲一、填空第二章熔体法—焰熔法（维尔纳叶法）1. 焰熔法基本原理：利用氢氧的高温，使疏松的粉料通过氢氧焰撒下、熔融，落在冷却的结晶杆上，结晶成单晶。
最早是1885年由弗雷米（E. Fremy）、弗尔（E. Feil）和乌泽（Wyse）一起，利用氢氧火焰熔化天然的红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时轰动一时的“日内瓦红宝石”。
后来于1902年弗雷米的助手法国的化学家维尔纳叶（Verneuil）改进并发展这一技术使之能进行商业化生产。
2. 焰熔法生长宝石工艺：1)原料的制备与提纯2)粉料制备：高纯度，高分散性，均一性3)晶体生长：引晶，放肩，等径生长4)退火处理3. 维尔纳叶法生长刚玉晶体（1）原料的制备与提纯：●AI2(SO4)3 :(NH4)2SO4 = 2.5 : 1；●加1.5倍水，加热溶解，缓慢冷却结晶，得到铝铵矾晶体。
AI2(SO4)3 + (NH4)2SO4 + H2O —— (NH4)2AI2(SO4)4-24 H2O●PH>3.5，重结晶，可去除钾离子； PH<3.5，重结晶，可去除铁、钛、铜、锰、镁等离子。
●去离子水重结晶3~5次，铝铵矾纯度达99.9%以上。
（2）粉料制备：●铝铵矾脱水：(NH4)2AI2(SO4)4-24 H2O——— (NH4)2AI2(SO4)4 - H2O + 23 H2O ↑ (200 ℃) (NH4)2AI2(SO4)4 - H2O——— (NH4)2AI2(SO4)4 +H2O ↑(250~350 ℃) 脱水炉温 < 300℃，脱水率 < 60%，可以保证粉料较好的分散性和流动性。
●无水硫酸铝铵分解：(NH4)2AI2(SO4)4 ——AI2(SO4)3 + NH3 ↑ + SO3 ↑ + H2O ↑ (450~550℃)●硫酸铝分解：AI2(SO4)3 ——γ-Al2O3 + SO3 ↑ (650~850℃)（3）晶体生长：包括引晶、放肩、等径生长三个步骤。
合成宝石方法之焰熔法
雷米的助手法国的化学家维尔纳叶（Verneuil）
改进并发展这一技术使之能进行商业化生产。因
此，这种方法又被称为 维尔纳叶法。
1． 基本原理
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
面有合宜的温度逐层生长。
焰熔法的特点
边转动边晶出的人工宝石具有如同唱片纹
的弧线生长纹或色带，以及珠形、蝌蚪状 气泡等特征；
不用坩埚。
焰熔法的发展史
最早是1885年由弗雷米（E. Fremy）、弗尔
（E. Feil）和乌泽（Wyse）一起，利用氢氧火焰
熔化天然的红宝石粉末与重铬酸钾而制成了当时
选种子宝石
检验
成品进库
焰熔法合成蓝宝石
焰熔法合成红宝石
焰熔法合 成的星光 石
合成星光刚玉与天然星光刚玉的区别
合成星光刚玉 天然星光刚玉 内含 大量气泡和未熔粉末； 各种晶体包体、气液包体、 物 金红石针极其微小，难 指纹状包体；金红石针较 以辨认；弯曲色带明显 粗，易识别；直角状或六 方色带 星光发自内部深处； 星带 星光浮于表面，星线直、 外观 匀、细，连续性好；中 星线中间粗，两端细，可 特征 心无宝光 以不连续；中心有宝光
定)，氧气流量100 l/hr。
其工艺参数主要包括:
①氢氧比例，也就是气氛。
②生长速率就是设定好的下降速率。
③敲击速率就是下粉的速率，速率越高，下 粉越快。
④籽晶生长中籽晶的取向。
4．人造钛酸锶
系统宝石学(第二版)_刚玉
第二节刚玉(红宝石、蓝宝石)刚玉矿物的宝石品种有红宝石、蓝宝石，它们是世界上公认的两大珍贵彩色宝石品种。
红宝石的英文为“Ruby”，在圣经中红宝石是所有宝石中最珍贵的。
红宝石炽热的红色使人们总把它和热情、爱情联系在一起，被誉为“爱情之石”，象征着热情似火，爱情的美好、永恒和坚贞。
红宝石是七月的生辰石。
蓝宝石的英文名称是“Sapphire'’，古波斯人相信是蓝宝石反射的光彩使天空呈现蔚蓝色，它被看作是忠诚和德高望重的象征。
蓝宝石是九月的生辰石。
一、刚玉宝石的基本性质(一) 矿物名称刚玉(Corundum)，在矿物学上属刚玉族。
(二) 化学成分刚玉的化学成分为铝的氧化物(Al2O3)，可含有微量的杂质元素Fe、Ti、Cr、Mn、V等。
杂质元素可以等价离子或异价离子形式代替晶格中的Al3+，也可以机械混入物形式存在于晶体中。
(三) 晶系及结晶习性刚玉属三方晶系，晶格中O2-作六方最紧密堆积，堆积层垂直于3次轴，Al3+广充填了由O2-形成的八面体空隙数的2／3，[Alo6]八面体以棱连接成层，并沿z轴方向呈三次螺旋对称(见图3-1-114)。
刚玉属复三方偏三角面体晶类，晶体常呈桶状、柱状，少数呈板状或叶片状(见图3—1—115)。
重要单形有六方柱a{1120}，六方双锥z{2241}、n{2243}、w{14·14·28·3}，菱面体r{1011}，平行双面c{0001}。
在{1011}晶面上，具有平行{1011}和{2243}交棱的花纹。
刚玉中的双晶有两种：一是在晶体生长过程中形成的生长双晶；二是在机械作用下面网滑动形成的机械双晶。
刚玉的生长双晶只在特定的产地可见，例如斯里兰卡和克什米尔，而绝大多数刚玉宝石的双晶是由于面网滑动、晶格变形造成的简单接触双晶或聚片双晶。
刚玉宝石的聚片双晶通常平行{1011}，少数情况下平行{0001}(见图3-1-116)。
刚玉的单晶形态与形成条件有关。
焰熔法合成宝石技术（二）
中国宝玉石177期页2023年4月Apr. 2023CHINA GEMS & JADES焰熔法合成宝石技术（二）摘要：本文通过沈才卿组织的三次参观焰熔法合成宝石工厂的实际设备，以及与厂长孙广年先生座谈及参观答疑等，拍摄了大量焰熔法合成宝石车间的实物：包括氢气和氧气管道通入车间的方法，控制氢气和氧气量的方法，料斗的样机及敲击料斗下料的方法，籽晶插入的方法，晶体的退火方法，轴向劈开的晶体，非正常生长的晶体等等。
还有合成四方形的尖晶石晶体，红宝石和蓝宝石晶体，星光红宝石和星光蓝宝石晶体，金红石晶体，钛酸锶晶体等等。
介绍了这些晶体的合成方法，工艺要求及优缺点等，还介绍了50年前我国用焰熔法合成一米长激光红宝石长杆晶的生长工艺等。
68-76沈才卿1，陆太进2，沈湄3，刘结文41. 核工业北京地质研究院2. 国家珠宝玉石首饰检验集团有限公司①3. 台湾宝石学协会荣誉理事长②4. 原中恒誉资产评估公司第一作者介绍: 沈才卿，1942年出生于江苏无锡，1965年毕业于中国科学技术大学，核工业北京地质研究院高级工程师，中宝协人工宝石专业委员会常务副主任委员兼秘书长。
从事成矿模拟实验基础理论研究，宝玉石的人工合成与优化处理教育与研究。
①注: 陆太进原单位中宝协珠宝研究所于2022年3月23日改制挂牌，原来是自然资源部所属事业单位改制为自然资源部所属全资国企单位，单位名称改为“国家珠宝玉石首饰检验集团有限公司”。
②注: 沈湄在2022年6月台湾宝石学协会的改选中被推选为荣誉理事长。
台湾宝石学协会成立于2015年，沈湄于2016年至2022年连续当了二届理事长，不能再连任了。
由于贡献良好经大会同意，推选为终身的荣誉理事长。
目前在2011年沈湄自己创办的台湾宝石学院暨鉴定所工作。
焰熔法合成刚玉类宝石包括合成无色蓝宝石、各种彩色蓝宝石、不同红色的红宝石及合成星光红宝石和星光蓝宝石等宝石晶体，其工作原理及工艺过程同前所述。
课件：焰熔法
然后降低pH值再溶解后重结晶，去杂质Fe、Ti和其它Cu2＋ 、Mn4＋、Ga3＋、Cr3＋、Mg2＋、Na＋、SiO2等，经三次重结 晶后残余量约为10－7～10－6g/L，不影响刚玉宝石的晶体生长。
2. 原料的制备与提纯
（1）铝铵矾的制备：以硫酸铝：硫酸铵=2.5：1的比例均匀 混合，然后按料水比为l：1.5配比，加热至沸，完全溶解后， 缓缓冷却析晶即成铝铵矾，其反应为：
A12（SO4）3 ＋（NH4）2SO4 ＋ H2O → （NH4）2A12（SO4）3·24H2O
（2）铝铵矾的提纯：将合成的铝铵矾在蒸馏水中溶解-重结 晶3～5次，可得99.9%以上纯度的原料。
• 缺点
– 温度梯度大，生长晶体质量欠佳（光电材料不能用） – 不易控温，内应力大，位错密度高，须退火处理 – 对粉料纯度和粒度要求高，原料成本提高 – 不能生长易于挥发和氧化的宝石材料
焰熔法生长宝石的品种
• 焰熔法合成宝石的品种主要有：刚玉、尖晶石、金红 石、钛酸锶等多种品种。合成的刚玉族宝石有多种的 颜色，致色剂和天然的可以不同：
焰熔法生长宝石的工作原理
焰熔法（又称“维尔纳叶法”）是使原料
粉末在氢氧焰中，边投入边熔融进而结晶生
成宝石晶体的方法。
目前合成宝石的主要方法之一，可生产： 合成红、蓝宝石、合成星光红蓝宝石、合成 尖晶石、合成金红石、人造钛酸锶等。世界 上每年用此法合成的宝石大于10亿克拉。
氢氧火焰燃烧快，温度高。
粉料熔融时间短，晶体生长界面 附近的热辐射很强。造成结晶界面 的纵向温度梯度变化非常大，产生 大的热应力，使宝石梨晶沿劈裂面 开裂，产生晶体缺陷。为消除热应 力带来的晶体缺陷，要对梨晶进行 高温退火处理。
【宝石学】宝石的合成方法
提拉、转动机：一组精密机械装置。
提拉法生产晶体设备
钇铝榴石YAG
3、优缺点
优点： ⑴在生长过程中可以方便地观察晶体的生长状况； (2)晶体生长的完整性好，生长时间短，尺寸大，
应力小； (3)定向杆晶和“缩颈”工艺，保证了晶体位错密
度明显降低，提高了晶体的光学均匀性。
缺点：对于那些化学活性较强或熔点极高的材料， 很难找到不污染熔体的坩埚，这就限制了提拉法使 用的范围。
三、冷坩埚法生长CZ
CZ以其高硬度、高折射率、高色散、“火彩”好、耐酸碱的 特点，备受人们喜爱，畅销世界，成为目前产量最大的人工宝 石。冷坩埚法也因此而名声大噪。
冷坩埚法的晶体生长装置采用“引燃”技 术，将金属的锆片放在“坩埚”内的氧化锆材 料中，高频电磁场加热时，金属锆片升温熔融 为一个高温小熔池，形成大于1200℃的高温区， 氧化锆在1200℃以上时便有良好的导电性能， 在高频电磁场下导电和熔融，并不断扩大熔融 区，直至氧化锆粉料除熔壳外全部熔融。
3.生产过程
焰熔法合成晶体生产过程中
燃烧温度 2050-2150℃
生产过程结束
3、焰熔法生长晶体的优缺点 优点：
(1)采用无坩埚生长晶体，既节省坩埚材料又避免 了坩埚对晶体的污染。
(2)燃烧温度可达2500℃以上，对难熔氧化物晶体 生长十分有利。
(3)成本低、生长速度快，利于大规模生产。 (4)生产设备装置较简单，可生长出大尺寸的晶体。 例如，刚玉梨晶可达直径10～30mm，长500～1000mm 。 缺点：
二、晶体提拉法
提拉法又称丘克拉斯基法，是J.Czochralski在 1917年发明的。
大多数氧化物类晶体如蓝宝石、红宝石、钇铝榴 石（YAG，Y3Al5O12）、钆镓榴石（GGG， Gd3Ga5O12）、变石、尖晶石等都能用提拉法生长晶 体。
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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