水热法合成宝石

水热法合成宝石

模拟自然界热液成矿作用过程，水热法生长晶体宝石是在含水体系中由液相（溶液）转变为晶相的方式进行的。自然界热液成矿是在一定的温度和压力下进行的，而且成矿溶液具有一定的浓度和PH值（矿化剂溶液的性质因生长宝石晶体的不同而不同）。实验证明，只有在高压釜中才能满足宝石晶体模拟自然界生长的条件。所以，水热法有别于其它宝石晶体生长的体系。该法适用于常温常压下溶解度低而在高温高压下溶解度高的材料。

1．生产工艺

根据晶体生长的运输方式，可分为三种生产工艺：

（1）等温法

等温法主要是利用溶解度差异来生长晶体，所用原料为亚稳相的物质，籽晶为稳定相的物质。在高压釜内上下无温差，是该法特色。

该法的缺点是，无法生长出晶形完整的大晶体。

（2）摆动法

摆动法的装置由两个不同温度的圆筒组成。一筒盛培养液，另一筒放置籽晶。定时摆动两个圆筒，以加速二筒之间的对流。利用两筒间的温度差在高压环境下生长出晶体。

（3）温差法

温差法是在立式高压釜内生长晶体的一种方法，多用于生长合成水晶、合成红宝石、合成祖母绿、合成海蓝宝石等。晶体生长条件如下：

a．矿质在矿化剂溶液中应具有一定的溶解度，并能形成所需的单一稳定晶相；

b．矿质在适当的温差下能形成过饱和度而又不自发成核；

c．晶体生长需要一定切型和规格的籽晶，并使原料的总表面积与籽晶总表面积之比值达到足够大；

d．溶液密度的温度系数要足够大，以利晶体生长的溶液对流和溶质传输；

e．高压釜容器要有抗高温腐蚀性能。

2．基本装置

水热法的基本装置主要有高压釜、加热器、温度控制器和温度记录器等（图2-2）。

3．具体实例：水热法合成水晶

（1）水热法合成水晶的原理

一般情况下石英是不溶于水的化合物，但由于水在过热状态下所具有的特性，使得石英在一些特殊条件下可以被溶解。在合成水晶时，必须加入一定量的

的溶解度。

矿化剂，以改变溶剂的原始成分与性质，才能增加SiO

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（2）水热法合成水晶的工艺

水热法合成水晶的工艺流程可以分为以下四个阶段。

a．准备阶段

包括溶液的配制，籽晶的切割与清洗，培养料（熔炼石英）、籽晶、籽晶架挡板、系籽晶金属丝和高压釜自由空间的体积计算，充填度计算以及密封环压圈尺寸、加温、测温系统的检查等。

b．装釜阶段

将熔炼石英放入高压釜内，放置籽晶架，倒入碱液（矿化剂溶液），测定液面高度，安装密封环，密封高压釜，然后将高压釜装入炉膛中，插入热电偶，盖上保温罩等。

c．生长阶段

加热炉通电加热，将高压釜升温并进行温度调节，调节到所需的温度并控制温差。在生产过程中要保持温度稳定（一般要求温度波动在5℃以内）。生长完毕后停炉，打开保温罩，使上部热量的散失快于下部。降温后可将高压釜提出炉膛。

d．开釜阶段

当釜内温度降到室温后，便可开釜，取出晶体。然后，倒出残余溶液和剩余的熔炼石英，对生长出的晶体及高压釜进行清洗和检查。

4．水热法优缺点

水热法生长晶体的典型条件是温度300-700℃，压力5.0×107－3.0×108Pa。

（1）能够生长存在相变（如a-石英等）和在接近熔点时蒸汽压高的材料（如

）。

ZnO）或要分解的材料（VO

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（2）能够生长出大而美的优质晶体。

（3）生长出的晶体与天然宝石晶体最接近。

（4）设备贵，安全性差。

（5）需要大小适当、切面合适的优质籽晶。

（6）因高压釜密封，整个生长过程不能直接观察。

（7）晶体大小受高压釜容器大小的控制。