【8A文】宝石改善与人工合成-助熔剂法.ppt

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1、助熔剂法生长宝石晶体与鉴别本章要点掌握助熔剂法生长宝石晶体的基本原理了解助熔剂法生长宝石晶体的各种方法及工艺过程熟悉助熔剂法生长宝石晶体的优缺点鉴别助熔剂法生长的祖母绿和红宝石晶体复习思考题1.助熔剂法生长宝石晶体的概念？2.助熔剂法生长宝石晶体的基本原理？3.合成祖母绿和合成红宝石晶体可用哪几种助熔剂法进行生长？4.助熔剂法生长宝石晶体有何优缺点。5.助熔剂法生长的宝石晶体有哪些特征？6.如何鉴别助熔剂法合成的祖母绿和红宝石？助熔剂法生长宝石的基本原理助熔剂法:将组成宝石的原料在高温下溶解于低熔点的助熔剂中，使之形成饱和熔融液，然后通过缓慢降温或在恒定温度下

2、蒸发熔剂等方法，使熔融液处于过饱和状态，从而使宝石晶体析出生长的方法。此法在一定程度上模拟了自然界的岩浆分异结晶成矿过程。“Kashan”合成红宝石、合成蓝宝石、“Chatham”合成祖母绿、YAG、GGG、合成金绿宝石、合成尖晶石等。基本原理助熔剂法的分类根据晶体成核及晶体生长的方式分为两大类：自发成核法和籽晶生长法。自发成核法：根据获得过饱和度的方法缓冷法—合成红宝石、无色蓝宝石、祖母绿、YAG蒸发法—合成尖晶石反应法—钡铁氧籽晶生长法：根据生长工艺籽晶旋转法—“卡善”合成红宝石顶部籽晶旋转提拉法—YIG（钇铁榴石）底部籽晶水冷法—YAG（钇铝榴

3、石）自发成核法和籽晶生长法籽晶旋转提拉法助熔剂法生长宝石的关键因素——助熔剂的选择助熔剂性质：1．溶解能力强；2．低熔点、高沸点；3．粘滞性小；4．挥发性、毒性和腐蚀性小；5．易与晶体分离；6．不易污染晶体。实际中因难于同时满足上述条件，多采用复合助熔剂。目前使用最广泛的助熔剂是铅、铋极性化合物类，如PbO、PbF2、PbCl2、PbO-PbF2、Bi2O3、BiF3、Bi2O3－B2O3等。硼化合物类如B2O3、NaBO2、Na2B4O7、KBO2、BaB2O4等。助熔剂法生长宝石的优缺点优点适用性强；生长温度低；可生长有挥发组份并在熔点附近会发生分解的晶体

4、；可在相变温度以下生长晶体；比焰熔法生长出的晶体质量好；热量输送对晶体生长的影响可以忽略；设备简单。缺点生长速度慢，生长周期长；晶体尺寸较小；容易夹杂助熔剂阳离子；许多助熔剂具有不同程度的毒性，其挥发物还常腐蚀或污染炉体。助熔剂法生长宝石的实例助熔剂法生长祖母绿晶体注意两种生长工艺的差异助熔剂法生长红宝石晶体助熔剂法生长YAG晶体埃斯皮克(Espig)缓冷法生长祖母绿晶体1888年和1900年，使用自发成核法中的缓冷法生长出祖母绿晶体的技术。1924-1942年，德国人埃斯皮克(H.Espig)等进行深入研究，并对助熔剂缓冷法做了改进，生长出长达2cm的

5、祖母绿晶体。主要设备高温马弗炉和铂坩埚。合成祖母绿晶体常采用1650℃的硅钼棒电炉。炉子一般呈长方体或圆柱体，要求炉的保温性能好，良好的控温系统。首先在铂坩埚中放入晶体原料和助熔剂，将坩埚放入高温电阻炉中加热，待原料和助熔剂开始熔化后，在略高于熔点的温度下恒温一段时间，使所有原料完全熔化。然后以0.2-0.5℃/h缓慢降温，形成过饱和溶液。电炉顶部温度稍高于底部，晶体便以约每秒6.0×10-6cm生长。生长结束，倒出熔融液，所得晶体与坩埚一起重新放回炉中，随炉温一起降至室温。出炉，将晶体与坩埚一起放在能溶解助熔剂的溶液中，溶去剩余的助熔剂，即得到生长晶体。生长过

6、程工艺条件原料：纯净的绿柱石粉纯氧化物：BeO、SiO2、Al2O3及微量Cr2O3。助熔剂：常用氧化钒、硼砂、钼酸盐、锂钼酸盐、钨酸盐及碳酸盐等。目前多采用锂钼酸盐和五氧化二钒混合助熔剂。工艺流程：a.用铂栅隔开坩埚，放置补充料的铂金属管。b.按比例投料（氧化物、助熔剂和着色剂）。c.原料入坩锅，加SiO2玻璃、浮于熔剂表面，其它反应物通过导管加到坩埚底部，将坩埚置于高温炉中。d.升温至I400℃，恒温数小时，再缓慢降温至1000℃保温。e.补充料，底部2天一次，顶部2-4周一次。f.温度至800℃时，坩埚上下组份扩散、反应形成祖母绿分子g.当溶液浓度达到过饱

7、和时，便在祖母绿晶种上生长。h.生长结束后，将助熔剂倒出，坩埚加热硝酸进行溶解处理50小时，待温度缓慢降至室温后，即得到干净的祖母绿单晶。生长速度约0.33mm/月。12个月内可长出2cm的晶体。b.在祖母绿晶体生长过程中必须按时供应生长所需的原料，使原料始终均匀地分布在熔体中。工艺要点:a.严格控制原料的熔化温度和降温速度，以便祖母绿单晶稳定生长，并抑制金绿宝石和硅铍石晶核的大量形成。c.坩埚顶部和底部要保持较高的温度，中部温度较低，存在一定的温差防止其它晶核的大量出现。吉尔森籽晶法生长祖母绿晶体法国陶瓷学家吉尔森（P·Gilson）采用籽晶法生长祖母绿晶体，

8、能生长出14×20mm的