水热合法合成宝石

水热法
• 水热结晶主要是溶解———再结晶机理。首先营养料在水热介质里溶 解,以离子、分子团的形式进入溶液。利用强烈对流(釜内上下部分的 温度差而在釜内溶液产生) 将这些离子、分子或离子团被输运到放有 籽晶的的生长区(即低温区) 形成过饱和溶液,继而结晶。
• 二十世纪上叶，战争导致水热法合成水晶大批量的生产。 • 1943年，Laubengayer和Weitz首先水热法成功合成红宝石。 • 1960年，澳大利亚的Lechleitner用水热法成功合成祖母绿。 • 上世纪九十年代，原苏联新西伯利亚合成海蓝宝石。随后，红色绿柱 石等其它颜色绿柱石及合成刚玉也纷纷面市。 • 目前水热法合成的宝石有：水晶、红宝石、祖母绿、海蓝宝石、蓝宝 石
生长的关键
• 水热法生长的温度500～600℃，温度梯度10～130℃ • 压力70～600MPa,新工艺570℃左右，压力为170MPa左右。 • 籽晶片取向：最理想的取向是与结晶轴C轴的夹角为20°～25°产品 外观为短柱状；俄罗斯的Tairaus采用籽晶片与C轴夹角为43°～47° 是切角最大的，产品为长板状。大多国家采用20°～40°桂林早期采 用35°左右，新工艺则为23°左右。 • 着色剂方面，我国与大多数国家一样采用含铬试剂，少数国家采用(铬 +钒)试剂，或者(铬+钒+铁)。 • 我国与大多国家一样采用黄金管密封悬浮法(澳大利亚Biron和Pool无资 料可查)。俄罗斯Tairus公司不用黄金管，产品中含较高铁以及少量铜 和镍。
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设备
高压釜 自动控温电阻炉 测温设备 热电偶 黄金管
高压釜
一般用耐高温高压的钢材制成。关 键结构是可开启的密封系统，内含贵金 属衬里，防止钢质容器被高温高压矿化 剂腐蚀。 我国的桂林水热法合成祖母绿，高 压釜内部多用黄金、铂做内衬。防止矿 化剂腐蚀装置。
祖母绿生长过程
组装好的高压釜在电阻炉加热下升温， 内部的水溶液膨胀产生高压。在600℃ 左右，黄金管底部的原料被溶解进入矿 化剂水溶液，其中的祖母绿组分浓度不 断增大直至达到饱和。 由于温差作用，底部温度较高的溶液流 到上部温度较低的结晶区，由饱和溶液 变为过饱和溶液，祖母绿分子在悬挂的 籽晶片上结晶析出。不断重复这一过程 直到原料耗尽。
降低成本的关键点
• 1、降低压力，就可以增大釜体积，今儿增加单釜 产量。 • 2、降低温度 • 3、优良籽晶，人工合成的籽晶 • 4、原料配比，加快生长周期
• 生长区温度和温差： • Δt＝t溶解－t生长 快速生长优质单晶体的关键 • ——质量输送 Δt ——V生长 ——包裹体 ——净度及透明度 • 压力和充填度： • 充填度（86%）＝V液体/V自由 P V生长 • 籽晶取向： • 晶体的各向异性 各向生长速度不同 • 培养体： • 质地均匀、无杂质、表面清洁干净、一定的表面比
水热法合成祖母绿
水热法由意大利人spezia于十九世纪末发明，主要用于地球化学相平衡和 合成晶体的研究。 1930年，德国的I.G.Faben在此基础上合成出第一块祖母绿晶体。 60年代，奥地利的Lechleitne以浅色绿柱石为原料合成成功。 1965年，美国Linde公司实现了该法合成祖母绿商业化生产。 1993年底俄罗斯与泰国合资组建Tairus公司从事水热法生产。 1987年10月我国开始研究水热法合成祖母绿，不久后合成出我国第一块 祖母绿
概述
宝石以其炫目美丽、坚硬、稀少而备受世人瞩目。随着社会的发展人们对宝 石的喜爱和需求日益增大。宝石除了可以作为钻戒、耳坠、手链等饰品外，工业 上是金刚石的最优替代品运用于彩电、手表等电子产品中，然而自然界里的宝石 毕竟很有限，价格也昂贵，于是宝石的人工合成就开始兴起，人工合成宝石也开 始商业化。 晶体的生长有多种方式，主要有从气体中生长晶体、从液体中生长晶体和从 固体转变为晶体。宝石的晶体通常采用从液体中生长晶体的方式。其中主要有两 类方法是从熔体中生长宝石的方法、从溶液中生长宝石的方法。从熔体中生长宝 石的方法具体有：焰熔法、区熔法、冷坩埚法、提拉法 。从溶液中生长宝石的 方法具体有：水热法、助熔剂法。
热法
等温法：利用物质溶解度差异水热法 温差法：高压釜上下产生温差 摆动法：利用两个筒之间的温差 水热法所需设备： •高压釜、加热炉 •测温元件（热电偶）、控温元件 •温度记录器等。
等温法高压釜
温差法高压釜
水热法特点
• 1）合成的晶体具有晶面，热应力较小，内部缺陷少。其包裹体与天 然宝石的十分相近。 • 2）密闭的容器中进行，无法观察生长过程，不直观； • 3）设备要求高（耐高温高压的钢材，耐腐蚀的内衬）、技术难度大 （温压控制严格）、成本高； • 4）安全性能差; • 5）水热法生产的特点是粒子纯度高、分散性好、晶形好且可控制,生 产成本低。用水热法制备的粉体一般无需烧结,这就可以避免在烧结过 程中晶粒会长大而且杂质容易混入等缺点。影响水热合成的因素有:温 度的高低、升温速度、搅拌速度以及反应时间等。
到目前为止，全国已有300多家单位在进行人工合成宝石的研究和生 产，主要分布在北京、天津、上海、江福吉河南、江辽宁、广东、广西 、浙江、陕西、安徽、四川等地区，生产技术不断更新，产品种类繁多 ，极大地丰富了我国的宝石市场，且价廉物美，深受广大消费者的喜爱 。 2006年以来中国人工宝石发展论坛、梧州宝石节等各种人工宝石会 议论坛在广西梧州、南宁举行。
水热法合成宝石
覃燕兰 1100700203
水热法合成红宝石
水热法合成祖母绿
• 1930年，德国的I.G.Faben在此 基础上合成出第一块祖母绿晶体。 • 60年代，奥地利的Lechleitne以 浅色绿柱石为原料合成成功。 • 1965年，美国Linde公司实现了 该法合成祖母绿商业化生产。
水热法合成蓝宝石和水晶晶体