合成宝石方法之焰熔法课件.pptx

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1、焰熔法又称维尔纳叶法（Verneuilprocess）。从熔体中人工制取单晶的方法之一。将调配好的原料细粉从管口漏下，均匀喷洒在氢氧焰中被熔化后，再冷凝结晶于种晶或“梨形单晶”顶层；梨晶长大是从顶部熔化的圆锥开始，生长过程中其底座下降并旋转，以确保其熔融表面有合宜的温度逐层生长。第二章焰熔法（Flamefusiontechnique）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。最早是1885年由弗雷米（E.Fremy）、弗尔（E.Feil）和乌泽（Wyse）一起，

2、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。焰熔法的发展史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

3、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。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

4、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。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

5、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。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缺点:温度梯度大

6、，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Cr2O31-3%；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；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

7、，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。合成刚玉原料Al2O3，另加致色元素如下合成红宝石Cr2O3，1-3%合成蓝宝石Fe，Ti；0.3-0.5%合成黄色蓝宝石Ni，Cr合成紫色蓝宝石Cr Fe，Ti合成变色蓝宝石Cr2O3，V2O5，3-4%合成星光红宝石TiO20.1-0

8、.3%，Cr2O31-3%合成星光蓝宝石FeO+TiO2：0.3-0.5%；TiO2：0.1-0.3%各种合成刚玉的致色元素焰熔法生长设备生长出来的刚玉多次重结晶合成铵明矾配合料矾低温脱水矾高温焙烧成-Al2O3过筛氢氧站制H2，O2宝石机烧结生长红宝石检验成品进库切割成晶种选种子宝石阴