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

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 。
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