第二 焰熔法
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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；
除祖母绿外，任何颜色的刚玉都可以合成。
焰熔法合 成的星光 石
星光刚玉：如需要合成星光刚玉，则需要在上述原料 中 再 添 加 0.l-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l300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。
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 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。因 此，这种方法又被称为 维尔纳叶法。
原料粉末一同下降；
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2500℃，Al2O3粉 末的熔点为2050℃；
冷却套：吹管至喷嘴处有一冷 却水套，使氢气和氧气处于正常 供气状态，保证火焰以上的氧管 不被熔化
• C． 生长系统 • 梨晶：长出的晶体形态类似梨形，故称为梨晶。
缺点:
– 温度梯度大，生长晶体质量欠佳 – 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，原料成本高 – 不能生长易于挥发和氧化的宝石材料
世界上每年运用焰熔法合成的宝石超 过10亿克拉，但是用该法合成的宝石晶体 缺陷较多，容易识别。
合成刚玉品种
合成红宝石：加入致色元素 Cr2O3 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；
特征 心无宝光
以不连续；中心有宝光
天然合成红、蓝宝石的加工质量通常较为精细， 尤其是高质量的宝石，其台面通常垂直光轴，以 显示最好的颜色。而合成红、蓝宝石加工质量通 常较差，常见火痕，更不会精确定向加工。加上， 合成梨晶通常因为应力作用会沿长轴方向裂开， 其长轴方向与光轴方向夹角为60度，为了充分 利用原料，其台面通常会平行长轴方向切 磨（图）。所以合成刚玉在台面通常都可 见多色性，而天然的则不然。
各种合成刚玉的致色元素
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 Cr2O3， 1-3% Fe，Ti；0.3-0.5% Ni，Cr Cr Fe，Ti Cr2O3，V2O5，3-4% TiO2 0.1-0.3%，Cr2O3 1-3% FeO+TiO2：0.3-0.5%；TiO2 ： 0.1-0.3%
④收肩阶段。就是等径阶段完成后，通过收 缩晶体顶部尺寸，获得最终产品的阶段。
⑤退火阶段。为消除晶体的热应力及空位缺 陷，必须在熔点附近退火。
焰熔法合成的梨晶
优点:
– 无需坩埚 – 可生长高熔点（>2800°C）的宝石晶体 – 晶体生长速度较快，生长大尺寸晶体 – 设备较简单，生产率高，适于工业化生产 – 生长过程可进行观察
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6-24小时即可完成生长。
• 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。
一般焰熔法生长晶体的工艺包括有以下几个 阶段:
①拉晶阶段。就是生长一根细的小单晶棒， 对于无籽晶的自然生长这一阶段尤其重要， 拉出的晶种的结晶好坏直接影响到晶体的质 量。
②放肩阶段。就是提高炉温使晶体尺寸长大 的过程。
③等径阶段。就是保持晶体尺寸的生长阶段， 该阶段对设备稳定性有较高要求。也是晶体生 长的主要阶段，晶体实际有用的部分就是等径 的部分。
• 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。
• 料筒（筛状底）：圆筒，用来装原料，底部有 筛孔；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。
• 震荡器：使料筒不断抖动，以便原料的粉末能 从筛孔中释放出来。
B． 燃烧系统： 氧气管：从料筒一侧释放，与
百度文库 焰熔法生长设备
生长出来的刚玉
多次重结 晶合成铵
明矾
合成刚玉的工艺流程图
配合料
矾低温脱水
矾高温焙烧 成 -Al2O3
阴阳离子 交换指出
离子水
配着色剂
切割成晶 种
NH4Al(SO4)2·12H2O
选种子宝石
宝石机 烧结生 长红宝
石
过筛
氢氧站制H2， O2
检验
成品进库
焰熔法合成蓝宝石 焰熔法合成红宝石
焰熔法合成刚玉的梨晶与切磨方向示意图
2． 合成尖晶石
市场上所见到的合成尖晶石几乎全是由焰熔法生 产。
焰熔法合成尖晶石MgO和Al2O3的配比变化很大， 可从1:1---1:2.5，最高可达1:5。
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
星带 星光浮于表面，星线直、星光发自内部深处；
外观 匀、细，连续性好；中 星线中间粗，两端细，可
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 晶体。
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
2. 合成装置与条件、过 程
焰熔法合成装置由 供料系统、燃烧系统 和生长系统组成，合 成过程是在维尔纳叶 炉中进行的 。
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；
除祖母绿外，任何颜色的刚玉都可以合成。
焰熔法合 成的星光 石
星光刚玉：如需要合成星光刚玉，则需要在上述原料 中 再 添 加 0.l-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l300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。
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 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。因 此，这种方法又被称为 维尔纳叶法。
原料粉末一同下降；
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2500℃，Al2O3粉 末的熔点为2050℃；
冷却套：吹管至喷嘴处有一冷 却水套，使氢气和氧气处于正常 供气状态，保证火焰以上的氧管 不被熔化
• C． 生长系统 • 梨晶：长出的晶体形态类似梨形，故称为梨晶。
缺点:
– 温度梯度大，生长晶体质量欠佳 – 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，原料成本高 – 不能生长易于挥发和氧化的宝石材料
世界上每年运用焰熔法合成的宝石超 过10亿克拉，但是用该法合成的宝石晶体 缺陷较多，容易识别。
合成刚玉品种
合成红宝石：加入致色元素 Cr2O3 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；
特征 心无宝光
以不连续；中心有宝光
天然合成红、蓝宝石的加工质量通常较为精细， 尤其是高质量的宝石，其台面通常垂直光轴，以 显示最好的颜色。而合成红、蓝宝石加工质量通 常较差，常见火痕，更不会精确定向加工。加上， 合成梨晶通常因为应力作用会沿长轴方向裂开， 其长轴方向与光轴方向夹角为60度，为了充分 利用原料，其台面通常会平行长轴方向切 磨（图）。所以合成刚玉在台面通常都可 见多色性，而天然的则不然。
各种合成刚玉的致色元素
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 Cr2O3， 1-3% Fe，Ti；0.3-0.5% Ni，Cr Cr Fe，Ti Cr2O3，V2O5，3-4% TiO2 0.1-0.3%，Cr2O3 1-3% FeO+TiO2：0.3-0.5%；TiO2 ： 0.1-0.3%
④收肩阶段。就是等径阶段完成后，通过收 缩晶体顶部尺寸，获得最终产品的阶段。
⑤退火阶段。为消除晶体的热应力及空位缺 陷，必须在熔点附近退火。
焰熔法合成的梨晶
优点:
– 无需坩埚 – 可生长高熔点（>2800°C）的宝石晶体 – 晶体生长速度较快，生长大尺寸晶体 – 设备较简单，生产率高，适于工业化生产 – 生长过程可进行观察
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6-24小时即可完成生长。
• 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。
一般焰熔法生长晶体的工艺包括有以下几个 阶段:
①拉晶阶段。就是生长一根细的小单晶棒， 对于无籽晶的自然生长这一阶段尤其重要， 拉出的晶种的结晶好坏直接影响到晶体的质 量。
②放肩阶段。就是提高炉温使晶体尺寸长大 的过程。
③等径阶段。就是保持晶体尺寸的生长阶段， 该阶段对设备稳定性有较高要求。也是晶体生 长的主要阶段，晶体实际有用的部分就是等径 的部分。
• 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。
• 料筒（筛状底）：圆筒，用来装原料，底部有 筛孔；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。
• 震荡器：使料筒不断抖动，以便原料的粉末能 从筛孔中释放出来。
B． 燃烧系统： 氧气管：从料筒一侧释放，与
百度文库 焰熔法生长设备
生长出来的刚玉
多次重结 晶合成铵
明矾
合成刚玉的工艺流程图
配合料
矾低温脱水
矾高温焙烧 成 -Al2O3
阴阳离子 交换指出
离子水
配着色剂
切割成晶 种
NH4Al(SO4)2·12H2O
选种子宝石
宝石机 烧结生 长红宝
石
过筛
氢氧站制H2， O2
检验
成品进库
焰熔法合成蓝宝石 焰熔法合成红宝石
焰熔法合成刚玉的梨晶与切磨方向示意图
2． 合成尖晶石
市场上所见到的合成尖晶石几乎全是由焰熔法生 产。
焰熔法合成尖晶石MgO和Al2O3的配比变化很大， 可从1:1---1:2.5，最高可达1:5。
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
星带 星光浮于表面，星线直、星光发自内部深处；
外观 匀、细，连续性好；中 星线中间粗，两端细，可
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 晶体。
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
2. 合成装置与条件、过 程
焰熔法合成装置由 供料系统、燃烧系统 和生长系统组成，合 成过程是在维尔纳叶 炉中进行的 。