宝石人工合成方法第二部分.docVIP

助熔剂法又称高温熔体法，将原料成分在高温下熔解于低熔点助熔剂熔体中，形成饱和溶液，然后通过缓慢地降温或在恒定温度下蒸发熔剂等方法，形成过饱和溶液而析出晶体。 似自然界矿物晶体从岩浆中结晶的过程。 一、助熔剂法的原理： 顾名思义，一定有助熔剂。 助熔剂条件：熔化后能溶解待生长的晶体材料且不易挥发。 常用助熔剂：PbF2、Pb02、Bi203、B203、BaO-Bi203等极性化合物。 另外还有一些复杂的化合物，如钨酸盐、钼酸盐等 。 助熔剂法生长晶体的原理： A熔点为TA，B熔点为TB， E为共结点。2)将A、B组分混合，混合比例X。当温度为TX时，混合组分X融成溶液。随着温度的下降，X组分至Q点，相当于TQ时，结晶析出A。 3)温度进一步降低，熔融的成份沿共结线TA-Q-E下滑。A在X混合溶液中的成分不断增加，溶液处于过饱和状态，不断析出A组分，并长大成晶体。 从图可知：由于A组分中加入低熔点的B组分后，A组分的熔点和结晶点由TA下降到TQ，这样就可以在较低的温度下生长出高熔点的宝石晶体。因为B组分起到了降低熔点的作用，故称为助熔剂。 二、助熔剂法的分类 1.自发成核法 （1）缓冷法：在高温使材料熔融于助溶剂中，缓慢降温冷却，使晶体从饱和熔体中自发成核并逐渐成长的方法。 （2）反应法：助熔剂和原料熔融后，助溶剂与原料反应，反应后的晶体成分在熔融体中维持一定的过饱和度，生长晶体的方法。 （3）蒸发法：是在恒温下，蒸发熔剂，使熔体过饱和，从而使晶体析出并长大的方法。 ①籽晶旋转法：由于助熔剂熔融后粘度较大，采用籽晶旋转，搅拌熔体，使晶体长大，且少含包裹体。（合成红宝石） ②顶部籽晶旋转提拉法：这是①法和晶体提拉法的结合。边旋转边提拉，晶体绕籽晶逐渐长大。 ③底部籽晶水冷法：水冷部位形成过饱和熔体抑制了熔体其它部位成核，保证籽晶的生长。 1.对待生长晶体有极好的溶解性，随温度的变化，溶解度变化也较大 。 2.在宽的温度范围内，所生长的晶体是唯一的稳定相，助熔剂与晶体成分不能形成中间产物。 3.助熔剂具有较低的粘度和较高沸点。 4.挥发性小，毒性小，容易清除。 1.适用性强，几乎所有材料都有合适的助熔剂。 2、温度要求低，许多难熔化合物或熔点处易挥发和变价的化合物等均能生长。 3.包裹体类似天然宝石。 4. 设备简单。（坩锅/加热炉） 5.生长周期长，速度慢，晶体小，容易夹杂助熔剂阳离子，且有些助熔剂有腐蚀性和毒性，容易污染环境。 一、Espig自发成核缓冷法生长祖母绿 1.主要设备： 高温马弗炉和铂坩埚.据炉体温度，可采用硅碳棒发热体炉(1350℃)或硅钼棒发热体炉(1650℃)。炉子呈长方体或圆柱状。保温性好，铂坩埚出入方便。 2.工艺流程 1)铂坩埚装料（按比例） 烧结块经导管至坩埚底部，2)悬挂籽晶: 籽晶在挡板下，防止浮到表面.3)高温炉加热熔化原料: 加热材料在熔剂中，底部烧结块向上扩散，上部石英向下，相遇后发生化学反应，形成祖母绿溶液；4)晶体生长:组分绕籽晶长 3）生长结束—倾倒残余溶液—晶体回炉—冷却室温 3.工艺条件 1)原料为纯净的绿柱石粉或纯氧化物。2)助熔剂：多采 用LiM0207，且熔点低于祖母绿(1750℃)。 3)合成祖母绿的稳定温度为900—11500C，时间320小时，严格控温，否则易形成金绿宝石1200—13000C)或硅铍石(1100—12000C)。4)严格供料:Si02 2—4周／次,其它2天一次。5)坩埚顶、底部温度要高，中温要低，存在温差。6）晶体大小2-10毫米，产量小。一年最大2厘米 二、吉尔森籽晶法祖母绿 1.主要设备 铂坩埚中间竖向加铂栅栏，分为二区(高、低温区，产生冷、热对流)。二区温差小，以保持低的过饱和度，防止硅铍石和祖母绿的自发成核。 2.生长过程 1)优化种晶：先选用无色绿柱石切片做籽晶，在二面上合成祖母绿再把合成 祖母绿做种晶。 2)放置原料：热区放入绿柱石块原料，冷区挂种晶。 3)加热坩埚，使热区原料熔融后，扩散到稍低温的冷区，形成过饱和的条件，在籽晶上生长晶体。 3.工艺条件 1）原料采用绿柱石块，助熔剂采用钼酸锂。 2）两区对流可用机械来驱动。 3）典型生长工艺：1mm／月，7个月厚7mm14mm*20mm大的晶体可得18ct的刻面宝石。 4) 由于使用籽晶，生长晶体体积大，质量好。 三、助熔剂法生长红宝石晶体 1.主要设备 1）铂坩锅、电炉（与Espig相似)。 2）坩埚变速旋转器：使熔体处于搅动中充分熔融。 3）籽晶杆转动，晶体遇冲刷，包裹体减少。 ①放置原料和助熔剂于坩埚内。②将坩埚放入装有旋转底座的电炉内加热。 ③在高于饱和温度20℃，旋转坩埚，使原料充分熔融，缓慢下降籽晶、降低温度，使溶液达到过饱和，晶体