冷坩堝法和助溶劑法PPT學習教案

1、會計學1冷坩堝法和助溶劑法冷坩堝法和助溶劑法第1頁/共62頁第2頁/共62頁1 熔殼蓋；熔殼蓋； 2 石英管；石英管； 3 通冷卻水的通冷卻水的銅管；銅管； 4 高頻高頻線圈（線圈（RF）；）； 5 熔體；熔體； 6 晶體；晶體； 7 未熔料；未熔料； 8 通冷卻水底通冷卻水底座座 第3頁/共62頁第4頁/共62頁第5頁/共62頁第6頁/共62頁 合成立方氧化鋯晶合成立方氧化鋯晶體易于著色，對于彩色體易于著色，對于彩色立方氧化鋯晶體的生長立方氧化鋯晶體的生長，需要在氧化鋯和穩(wěn)定，需要在氧化鋯和穩(wěn)定劑的混合料中加入著色劑的混合料中加入著色劑。劑。 將無色合成立方氧將無色合成立方氧化鋯晶體放在真空

2、下加化鋯晶體放在真空下加熱到熱到20002000進行還原處進行還原處理，還能得到深黑色的理，還能得到深黑色的合成立方氧化鋯晶體。合成立方氧化鋯晶體。合成立方氧化鋯晶體顏合成立方氧化鋯晶體顏色及著色劑見下表。色及著色劑見下表。第7頁/共62頁合成立方氧化鋯晶體顏色及著色劑合成立方氧化鋯晶體顏色及著色劑 摻摻 質(zhì)質(zhì) 成成 分分占總重量百分比占總重量百分比晶體顏色晶體顏色Ce2O30.15紅紅 色色Pr2O30.1黃黃 色色Nd2O32.0紫紫 色色Ho2O30.13淡黃色淡黃色Er2O30.1粉紅色粉紅色V2O50.1黃綠色黃綠色Cr2O30.3橄欖綠色橄欖綠色Co2O30.3深紫色深紫色CuO0

3、.15淡綠色淡綠色Nd2O3+Ce2O30.09+0.15攻瑰紅色攻瑰紅色Nd2O3+CuO1.1+1.1淡藍色淡藍色Co2O3+CuO0.15+1.0紫藍色紫藍色Co2O3+V2O50.08+0.08棕棕 色色第8頁/共62頁第9頁/共62頁第10頁/共62頁降速度越小晶體結(jié)晶質(zhì)量越好，降速度越小晶體結(jié)晶質(zhì)量越好，晶粒越大，下降速度越大結(jié)晶質(zhì)晶粒越大，下降速度越大結(jié)晶質(zhì)量越差，晶粒越小量越差，晶粒越小。第11頁/共62頁成本。因此要綜合考慮成本和產(chǎn)成本。因此要綜合考慮成本和產(chǎn)品利用率等多方面因素，得到最品利用率等多方面因素，得到最佳的下降速度。佳的下降速度。第12頁/共62頁第13頁/共62

4、頁第14頁/共62頁合成立方氧化鋯（合成立方氧化鋯（CZ）第15頁/共62頁第16頁/共62頁（5）冷坩堝法合成寶石的鑒別特征）冷坩堝法合成寶石的鑒別特征 1.由于冷坩堝法生長合成立方氧化鋯晶體時不由于冷坩堝法生長合成立方氧化鋯晶體時不使用金屬坩堝，而是用晶體原料本身作為坩堝，使用金屬坩堝，而是用晶體原料本身作為坩堝，因此合成立方氧化鋯晶體中不含金屬固體包體，因此合成立方氧化鋯晶體中不含金屬固體包體，也沒有礦物包體。生長過程中沒有晶體的旋轉(zhuǎn)，也沒有礦物包體。生長過程中沒有晶體的旋轉(zhuǎn)，也沒有弧形生長紋。也沒有弧形生長紋。第17頁/共62頁2. 合成立方氧化鋯的大多數(shù)晶體內(nèi)部潔凈。只有少數(shù)晶體可能

5、合成立方氧化鋯的大多數(shù)晶體內(nèi)部潔凈。只有少數(shù)晶體可能會因冷卻速度過快而產(chǎn)生氣體包體或裂紋。還有些靠近熔殼的會因冷卻速度過快而產(chǎn)生氣體包體或裂紋。還有些靠近熔殼的合成立方氧化鋯晶體內(nèi)有未完全熔化的面包屑狀的氧化鋯粉末合成立方氧化鋯晶體內(nèi)有未完全熔化的面包屑狀的氧化鋯粉末。偶見旋渦狀內(nèi)部特征。偶見旋渦狀內(nèi)部特征。合成立方氧化鋯中的氣泡合成立方氧化鋯中的氣泡合成立方氧化鋯中的未熔粉末合成立方氧化鋯中的未熔粉末第18頁/共62頁（6）合成合成立方氧化鋯的物理化學特征立方氧化鋯的物理化學特征 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)：立方結(jié)構(gòu)。立方結(jié)構(gòu)。硬度：硬度：8-8.5。用維氏顯微硬度計測量平均值為。用維氏顯微硬度計測量

6、平均值為1384kg/mm。密度：密度：5.6-6.0g/cm3。斷口：斷口：貝殼狀斷口。貝殼狀斷口。折射率：折射率：2.15-2.18，略低于鉆石，略低于鉆石(2.417)。色散：色散：0.060-0.065，略高于鉆石，略高于鉆石(0.044)。光澤：光澤：亞金剛亞金剛-金剛光澤金剛光澤。第19頁/共62頁（6）合成的立方合成的立方氧化鋯的物理化學特征氧化鋯的物理化學特征 吸收光譜吸收光譜：無色透明者在可見光區(qū)有良好的透過率無色透明者在可見光區(qū)有良好的透過率；彩色者可有吸收峰，對紫外光均有強烈的吸收。；彩色者可有吸收峰，對紫外光均有強烈的吸收。可顯稀土光譜?？娠@稀土光譜。 熒光：熒光：多數(shù)

7、晶體在長波紫外線照射下發(fā)出黃橙色熒多數(shù)晶體在長波紫外線照射下發(fā)出黃橙色熒光，在短波下發(fā)出黃色熒光。而有些光，在短波下發(fā)出黃色熒光。而有些晶體晶體只在短波只在短波下有熒光反應，有些甚至不發(fā)光。下有熒光反應，有些甚至不發(fā)光?；瘜W性質(zhì)：化學性質(zhì)：非常穩(wěn)定，耐酸、耐堿、抗化學腐蝕性非常穩(wěn)定，耐酸、耐堿、抗化學腐蝕性良好。良好。第20頁/共62頁（1 1）助溶劑法基本原理：）助溶劑法基本原理： 助熔劑法是將組成寶石的原料在高溫下溶解于低熔助熔劑法是將組成寶石的原料在高溫下溶解于低熔點的助熔劑中，使之形成飽和溶液，然后通過緩慢降溫點的助熔劑中，使之形成飽和溶液，然后通過緩慢降溫或在恒定溫度下蒸發(fā)熔劑等方法

8、，使熔融液處于過飽和或在恒定溫度下蒸發(fā)熔劑等方法，使熔融液處于過飽和狀態(tài)，從而使寶石晶體析出生長的方法。助熔劑通常為狀態(tài)，從而使寶石晶體析出生長的方法。助熔劑通常為無機鹽類，故也被稱為鹽熔法或熔劑法。無機鹽類，故也被稱為鹽熔法或熔劑法。 助熔劑法根據(jù)晶體成核及生長的方式不同分為兩大助熔劑法根據(jù)晶體成核及生長的方式不同分為兩大類：類：自發(fā)成核法自發(fā)成核法和和籽籽晶生長法。晶生長法。第21頁/共62頁自發(fā)成核法自發(fā)成核法 在晶體材料全部熔融于助熔劑中之后，在晶體材料全部熔融于助熔劑中之后，緩慢地降溫冷卻，使晶體從飽和熔體中自緩慢地降溫冷卻，使晶體從飽和熔體中自發(fā)成核并逐漸成長的方法。發(fā)成核并逐漸成

9、長的方法。第22頁/共62頁籽晶生長法籽晶生長法 籽晶生長法是在熔體中加入籽晶的晶體生長方籽晶生長法是在熔體中加入籽晶的晶體生長方法。籽晶生長法主要目的是克服自發(fā)成核時晶粒法。籽晶生長法主要目的是克服自發(fā)成核時晶粒過多的缺點，在原料全部熔融于助熔劑中并成為過多的缺點，在原料全部熔融于助熔劑中并成為過飽和溶液后，使得晶體在籽晶上結(jié)晶生長。過飽和溶液后，使得晶體在籽晶上結(jié)晶生長。第23頁/共62頁 根據(jù)根據(jù)晶體生長的工藝過程不同，籽晶生長晶體生長的工藝過程不同，籽晶生長法又可分為以下幾種方法法又可分為以下幾種方法: A. 籽晶籽晶旋轉(zhuǎn)法旋轉(zhuǎn)法： 由于由于助熔劑熔融后粘度較大，熔體向籽晶擴助熔劑熔融

10、后粘度較大，熔體向籽晶擴散比較困難，而采用籽晶旋轉(zhuǎn)的方法可以起到攪散比較困難，而采用籽晶旋轉(zhuǎn)的方法可以起到攪拌作用，使晶體生長較快，且能減少包裹體。此拌作用，使晶體生長較快，且能減少包裹體。此法曾用于生長法曾用于生長 卡善卡善 紅寶石紅寶石。第24頁/共62頁B. 頂部頂部籽晶旋轉(zhuǎn)提拉法籽晶旋轉(zhuǎn)提拉法: 這這是助熔劑籽晶旋轉(zhuǎn)法與熔體提拉法相結(jié)合的是助熔劑籽晶旋轉(zhuǎn)法與熔體提拉法相結(jié)合的方法。其原理是方法。其原理是: :原料在坩堝底部高溫區(qū)熔融于助原料在坩堝底部高溫區(qū)熔融于助熔劑中，形成飽和熔融液，在旋轉(zhuǎn)攪拌作用下擴散熔劑中，形成飽和熔融液，在旋轉(zhuǎn)攪拌作用下擴散和對流到頂部相對低溫區(qū)，形成過飽和熔

11、液，在籽和對流到頂部相對低溫區(qū)，形成過飽和熔液，在籽晶上結(jié)晶生長晶體。隨著籽晶的不斷旋轉(zhuǎn)和提拉，晶上結(jié)晶生長晶體。隨著籽晶的不斷旋轉(zhuǎn)和提拉，晶體在籽晶上逐漸長大。該方法除具有籽晶旋轉(zhuǎn)法晶體在籽晶上逐漸長大。該方法除具有籽晶旋轉(zhuǎn)法的優(yōu)點外，還可避免熱應力和助熔劑固化加給晶體的優(yōu)點外，還可避免熱應力和助熔劑固化加給晶體的應力。另外，晶體生長完畢后，剩余熔體可再加的應力。另外，晶體生長完畢后，剩余熔體可再加晶體材料和助熔劑繼續(xù)使用。晶體材料和助熔劑繼續(xù)使用。 第25頁/共62頁C.底部籽晶水冷法：底部籽晶水冷法：助熔劑揮發(fā)性高，頂部籽助熔劑揮發(fā)性高，頂部籽晶生長難以控制，晶體質(zhì)量也不好。為了克服晶生

12、長難以控制，晶體質(zhì)量也不好。為了克服這些缺點，采用底部籽晶水冷技術(shù)，則能獲得這些缺點，采用底部籽晶水冷技術(shù)，則能獲得良好的晶體。水冷保證了籽晶生長，抑制了熔良好的晶體。水冷保證了籽晶生長，抑制了熔體表面和坩堝其它部位的成核。這是因為水冷體表面和坩堝其它部位的成核。這是因為水冷部位才能形成過飽和熔體，從而保證了晶體在部位才能形成過飽和熔體，從而保證了晶體在籽晶上不斷成長。用此法可生長出質(zhì)量良好的籽晶上不斷成長。用此法可生長出質(zhì)量良好的釔鋁榴石晶體釔鋁榴石晶體。第26頁/共62頁D.坩堝倒轉(zhuǎn)法及傾斜法：坩堝倒轉(zhuǎn)法及傾斜法：這是兩種基本原理相這是兩種基本原理相同的助熔劑生長晶體的方法。當坩堝緩慢冷卻

13、同的助熔劑生長晶體的方法。當坩堝緩慢冷卻至溶液達過飽和狀態(tài)時，將坩堝倒轉(zhuǎn)或傾斜，至溶液達過飽和狀態(tài)時，將坩堝倒轉(zhuǎn)或傾斜，使籽晶浸在過飽和溶液中進行生長，待晶體生使籽晶浸在過飽和溶液中進行生長，待晶體生長結(jié)束后，再將坩堝回復到開始位置，使溶液長結(jié)束后，再將坩堝回復到開始位置，使溶液與晶體分離。與晶體分離。第27頁/共62頁E.移動熔劑區(qū)熔法：移動熔劑區(qū)熔法：這是一種采用局部區(qū)域這是一種采用局部區(qū)域熔融生長晶體的方法。籽晶和晶體原料互熔融生長晶體的方法。籽晶和晶體原料互相連接的熔融區(qū)內(nèi)含有助熔劑，隨著熔區(qū)相連接的熔融區(qū)內(nèi)含有助熔劑，隨著熔區(qū)的移動的移動( (移動樣品或移動加熱器移動樣品或移動加熱器

14、) )，晶體不，晶體不斷生長，助熔劑被排擠到尚未熔融的晶體斷生長，助熔劑被排擠到尚未熔融的晶體原料一邊。只要適當?shù)乜刂粕L速度和必原料一邊。只要適當?shù)乜刂粕L速度和必要的生長氣氛，用這種方法可以得到均勻要的生長氣氛，用這種方法可以得到均勻的晶體。的晶體。 第28頁/共62頁（2 2）助熔劑的選擇和工藝特點）助熔劑的選擇和工藝特點 助熔劑的選擇是助熔劑法生長寶石晶體助熔劑的選擇是助熔劑法生長寶石晶體的關(guān)鍵，它不僅能幫助降低原料的熔點的關(guān)鍵，它不僅能幫助降低原料的熔點, ,還直還直接影響到晶體的結(jié)晶習性、質(zhì)量與生長工藝接影響到晶體的結(jié)晶習性、質(zhì)量與生長工藝。 助熔劑有兩類：助熔劑有兩類： 一類為金

15、屬，主要用于一類為金屬，主要用于半導體單晶的生長；另一類為氧化物和鹵化半導體單晶的生長；另一類為氧化物和鹵化物（如物（如PbOPbO，PbFPbF2 2等），主要用于氧化物和離等），主要用于氧化物和離子材料的生長子材料的生長。 第29頁/共62頁 理想的助熔劑的條件：理想的助熔劑的條件： 1 1）對晶體材料應具有足夠強的溶解能力；）對晶體材料應具有足夠強的溶解能力； 2 2）具有盡可能低的熔點和盡可能高的沸點；）具有盡可能低的熔點和盡可能高的沸點； 3 3）應具有盡可能小的粘滯性；）應具有盡可能小的粘滯性； 4 4）在使用溫度下?lián)]發(fā)性要低）在使用溫度下?lián)]發(fā)性要低( (蒸發(fā)法除外蒸發(fā)法除外) )

16、； 5 5）毒性和腐蝕性要小，不易與坩堝材料發(fā)生反應）毒性和腐蝕性要小，不易與坩堝材料發(fā)生反應； 6 6）不易污染晶體，不與原料反應形成中間化合物）不易污染晶體，不與原料反應形成中間化合物； 7 7）易把晶體與助熔劑分離）易把晶體與助熔劑分離。第30頁/共62頁 常采用的助熔劑：常采用的助熔劑：硼、鋇、鉍、鉛、鉬、硼、鋇、鉍、鉛、鉬、鎢、鋰、鉀、鈉的氧化物或氟化物，如鎢、鋰、鉀、鈉的氧化物或氟化物，如B B2 2O O3 3，BaOBaO，BiBi2 2O O3 3，PbOPbO，PbFPbF2 2，MoOMoO3 3，WOWO3 3，LiLi2 2O O，K K2 2O O，KFKF，NaN

17、a2 2O O，NaFNaF，NaNa3 3AlFAlF6 6等。在實際使等。在實際使用中，人們多采用用中，人們多采用復合助熔劑復合助熔劑，也使用少量，也使用少量助熔劑添加物，通?？梢燥@著地改善助熔劑助熔劑添加物，通常可以顯著地改善助熔劑的性質(zhì)。合成不同寶石品種采用的助熔劑類的性質(zhì)。合成不同寶石品種采用的助熔劑類型不同。型不同。即使合成同一品種的寶石，不同廠即使合成同一品種的寶石，不同廠家采用的助熔劑種類也不一樣家采用的助熔劑種類也不一樣。第31頁/共62頁（3）助熔劑法生長寶石技術(shù)的優(yōu)缺點）助熔劑法生長寶石技術(shù)的優(yōu)缺點 助熔劑法與其它生長晶體的方法相比，有助熔劑法與其它生長晶體的方法相比，有

18、著許多突出的優(yōu)點：著許多突出的優(yōu)點： 1）適用性強適用性強，幾乎對所有的材料，都能夠找，幾乎對所有的材料，都能夠找到一些適當?shù)闹蹌?，從中將其單晶生長出來到一些適當?shù)闹蹌?，從中將其單晶生長出來。 2）生長溫度低，許多難熔的化合物可長出完）生長溫度低，許多難熔的化合物可長出完整的單晶，并且可以避免高熔點化合物所需的整的單晶，并且可以避免高熔點化合物所需的高溫加熱設備、耐高溫的坩堝和高的能源消耗高溫加熱設備、耐高溫的坩堝和高的能源消耗等問題等問題。 第32頁/共62頁 3）對于有揮發(fā)性組份并在熔點附近會發(fā)生分解的）對于有揮發(fā)性組份并在熔點附近會發(fā)生分解的晶體，無法直接從其熔融體中生長出完整的單晶

19、體。晶體，無法直接從其熔融體中生長出完整的單晶體。 4）在較低溫度下，某些晶體會發(fā)生固態(tài)相變，產(chǎn)）在較低溫度下，某些晶體會發(fā)生固態(tài)相變，產(chǎn)生嚴重應力，甚至可引起晶體碎裂。助熔劑法可以在生嚴重應力，甚至可引起晶體碎裂。助熔劑法可以在相變溫度以下生長晶體，因此可避免破壞性相變。相變溫度以下生長晶體，因此可避免破壞性相變。 5）助熔劑法生長晶體的質(zhì)量比其它方法生長出的）助熔劑法生長晶體的質(zhì)量比其它方法生長出的晶體質(zhì)量好。晶體質(zhì)量好。 6）助熔劑法生長晶體的設備簡單，是一種很方便）助熔劑法生長晶體的設備簡單，是一種很方便的晶體生長技術(shù)。的晶體生長技術(shù)。第33頁/共62頁 助熔劑法存在著一定的缺點，歸納

20、起來助熔劑法存在著一定的缺點，歸納起來有以下四點：有以下四點： 1）生長速度慢，生長周期長。）生長速度慢，生長周期長。 2）晶體尺寸較小。）晶體尺寸較小。 3）坩堝和助熔劑對合成晶體有污染。）坩堝和助熔劑對合成晶體有污染。 4）許多助熔劑具有不同程度的毒性，）許多助熔劑具有不同程度的毒性，其揮發(fā)物常腐蝕或污染爐體和環(huán)境。其揮發(fā)物常腐蝕或污染爐體和環(huán)境。 第34頁/共62頁第35頁/共62頁 （1）埃斯皮克）埃斯皮克(Espig)緩冷法生長祖母綠晶緩冷法生長祖母綠晶體體 早早在在1888年和年和1900年，科學家們就使用年，科學家們就使用了自發(fā)成核法中的緩冷法生長出祖母綠晶體的了自發(fā)成核法中的緩

21、冷法生長出祖母綠晶體的技術(shù)。之后，德國的技術(shù)。之后，德國的 埃斯皮克埃斯皮克(H. Espig)等人等人進行了深入的研究進行了深入的研究(于于1924-1942年年)，并對助熔，并對助熔劑緩冷法做了許多改進，生長出了長達劑緩冷法做了許多改進，生長出了長達2cm的的祖母綠晶體。祖母綠晶體。第36頁/共62頁A.主要設備主要設備 緩緩冷法生長寶石晶體的設備為冷法生長寶石晶體的設備為高溫馬弗高溫馬弗爐爐和鉑坩堝（圖）。合成祖母綠晶體的生長和鉑坩堝（圖）。合成祖母綠晶體的生長常采用最高溫度為常采用最高溫度為1650的硅鉬棒電爐。爐的硅鉬棒電爐。爐子一般呈長方體或圓柱體，要求爐子的保溫子一般呈長方體或圓

22、柱體，要求爐子的保溫性能好，并配以良好的控溫系統(tǒng)。性能好，并配以良好的控溫系統(tǒng)。 第37頁/共62頁A.主要設備主要設備 坩堝坩堝材料常用鉑，使用時要特別注意材料常用鉑，使用時要特別注意避免痕量的金屬鉍、鉛、鐵等的出現(xiàn)，以免避免痕量的金屬鉍、鉛、鐵等的出現(xiàn)，以免形成鉑合金，引起坩堝穿漏。坩堝可直接放形成鉑合金，引起坩堝穿漏。坩堝可直接放在爐膛內(nèi)，也可埋入耐火材料中，后者有助在爐膛內(nèi)，也可埋入耐火材料中，后者有助于增加熱容量、減少熱波動，并且一旦坩堝于增加熱容量、減少熱波動，并且一旦坩堝穿漏，對爐子損害不大。穿漏，對爐子損害不大。 第38頁/共62頁助熔劑法采用的坩鍋助熔劑法采用的坩鍋和馬弗爐和

23、馬弗爐 第39頁/共62頁B.B.生長過程生長過程 首先首先在鉑坩堝中放入晶體原料和助熔在鉑坩堝中放入晶體原料和助熔劑，并將坩堝放入高溫電阻爐中加熱，待劑，并將坩堝放入高溫電阻爐中加熱，待原料和助熔劑開始熔化后，在略高于熔點原料和助熔劑開始熔化后，在略高于熔點的溫度下恒溫一段時間，使所有原料完全的溫度下恒溫一段時間，使所有原料完全熔化。然后緩慢降溫，熔化。然后緩慢降溫，降溫速度為每小時降溫速度為每小時0.2-0.5，形成過飽和溶液，形成過飽和溶液。第40頁/共62頁B.B.生長過程生長過程 電爐電爐頂部溫度稍高于底部溫度，晶體便頂部溫度稍高于底部溫度，晶體便從坩堝底部結(jié)晶生長。晶體生長速度很慢

24、，從坩堝底部結(jié)晶生長。晶體生長速度很慢，約約每秒每秒6.0Lo-6cm。主要晶體生長結(jié)束后主要晶體生長結(jié)束后，倒出熔融液，所得晶體隨后與坩堝一起重，倒出熔融液，所得晶體隨后與坩堝一起重新放回爐中，隨爐溫一起降至室溫。出爐后新放回爐中，隨爐溫一起降至室溫。出爐后，將晶體與坩堝一起放在能溶解助，將晶體與坩堝一起放在能溶解助熔劑溶液熔劑溶液中，溶去剩余的助熔劑，即可得到生長的晶中，溶去剩余的助熔劑，即可得到生長的晶體。體。 第41頁/共62頁 C.C.工藝條件工藝條件 原料原料：合成祖母綠所使用的原料是純凈的綠合成祖母綠所使用的原料是純凈的綠柱石粉或形成祖母綠單晶所需的純氧化物，柱石粉或形成祖母綠單

25、晶所需的純氧化物，成份為成份為BeOBeO、SiOSiO2 2、ALAL2 2O O3 3及微量的及微量的CrCr2 2O O3 3。助熔劑：助熔劑：常用的有氧化釩、硼砂、鉬酸鹽、常用的有氧化釩、硼砂、鉬酸鹽、鋰鉬酸鹽和鎢酸鹽及碳酸鹽等。目前多采用鋰鉬酸鹽和鎢酸鹽及碳酸鹽等。目前多采用鋰鉬酸鹽和五氧化二釩混合助熔劑。鋰鉬酸鹽和五氧化二釩混合助熔劑。第42頁/共62頁工藝流程：工藝流程：a a. .將鉑坩堝用鉑柵隔開，另有一根鉑金屬將鉑坩堝用鉑柵隔開，另有一根鉑金屬管通到坩堝底部，以便不斷向坩堝中加料管通到坩堝底部，以便不斷向坩堝中加料。b.b.按比例稱取天然綠柱石粉或二氧化硅（按比例稱取天然綠

26、柱石粉或二氧化硅（SiOSiO2 2）、氧化鋁（）、氧化鋁（ALAL2 2O O3 3）、和氧化鈹（）、和氧化鈹（BeOBeO）、助熔劑和少量著色劑氧化鉻（）、助熔劑和少量著色劑氧化鉻（CrCr2 2O O3 3）。第43頁/共62頁工藝流程：工藝流程：c c. .原料放入鉑柑鍋內(nèi)，原料原料放入鉑柑鍋內(nèi)，原料SiOSiO2 2以玻璃以玻璃形式加形式加入熔劑中，浮于熔劑表面，其它反應物入熔劑中，浮于熔劑表面，其它反應物ALAL2 2O O3 3 、BeOBeO、CrCr2 2O O3 3通過導管加入到坩堝的底部，然通過導管加入到坩堝的底部，然后將坩堝置于高溫爐中。后將坩堝置于高溫爐中。d.d.升

27、溫至升溫至I400I400，恒溫數(shù)小時，然后緩慢降溫，恒溫數(shù)小時，然后緩慢降溫至至10001000保溫。保溫。e.e.通常底部料通常底部料2 2天補充一次，頂部料天補充一次，頂部料2-42-4周補充周補充一次一次。第44頁/共62頁有祖母綠形成于鉑柵下面懸浮有祖母綠形成于鉑柵下面懸浮祖母綠晶種上。祖母綠晶種上。第45頁/共62頁第46頁/共62頁助熔劑法合成祖母綠的裝置助熔劑法合成祖母綠的裝置圖圖第47頁/共62頁D.D.工藝要點工藝要點: :a a. . 必須嚴格控制原料的熔化溫度和降溫必須嚴格控制原料的熔化溫度和降溫速度，以便祖母綠單晶穩(wěn)定生長，并抑制速度，以便祖母綠單晶穩(wěn)定生長，并抑制金

28、綠寶石和硅鈹石晶核的大量形成。金綠寶石和硅鈹石晶核的大量形成。b.b.在祖母綠晶體生長過程中必須按時供應在祖母綠晶體生長過程中必須按時供應生長所需的原料，使形成祖母綠的原料自生長所需的原料，使形成祖母綠的原料自始至終都均勻地分布在熔體中。始至終都均勻地分布在熔體中。 第48頁/共62頁（2）吉爾森）吉爾森籽晶法生長祖母綠晶體籽晶法生長祖母綠晶體 法國陶瓷學家吉爾森法國陶瓷學家吉爾森(P(PGilson)Gilson)采用采用籽 晶 法 生 長 祖 母 綠 晶 體 ， 能 生 長 出籽 晶 法 生 長 祖 母 綠 晶 體 ， 能 生 長 出14142Omm2Omm的單晶體，曾琢磨出的單晶體，曾琢

29、磨出l8Ctl8Ct大刻面大刻面的祖母綠寶石，于的祖母綠寶石，于19641964年開始商業(yè)性生產(chǎn)年開始商業(yè)性生產(chǎn)。第49頁/共62頁A.裝置裝置 如如圖所示，在鉑坩堝的中央加豎鉑柵欄網(wǎng)，將圖所示，在鉑坩堝的中央加豎鉑柵欄網(wǎng)，將坩堝分隔為兩個區(qū)，一個區(qū)的溫度稍高為熔化區(qū)，坩堝分隔為兩個區(qū)，一個區(qū)的溫度稍高為熔化區(qū)，另一個區(qū)的溫度稍低為生長區(qū)。另一個區(qū)的溫度稍低為生長區(qū)。第50頁/共62頁B.生長工藝生長工藝 助助熔劑：熔劑：酸性鉬酸鋰；酸性鉬酸鋰；熱區(qū)：熱區(qū)：添加原料、助熔劑和致色劑；添加原料、助熔劑和致色劑；冷區(qū)：冷區(qū)：吊掛籽晶，視坩堝大小可以排布多個祖母吊掛籽晶，視坩堝大小可以排布多個祖母綠

30、籽晶片。綠籽晶片。 升溫至原料熔融，熱區(qū)熔融后祖母綠分子擴散升溫至原料熔融，熱區(qū)熔融后祖母綠分子擴散到溫度稍低的冷區(qū)。當祖母綠熔融液濃度過飽和到溫度稍低的冷區(qū)。當祖母綠熔融液濃度過飽和時，祖母綠便在籽晶上結(jié)晶生長。熱區(qū)和冷區(qū)的時，祖母綠便在籽晶上結(jié)晶生長。熱區(qū)和冷區(qū)的溫差很小，保持低的過飽和度以阻止硅鈹石和祖溫差很小，保持低的過飽和度以阻止硅鈹石和祖母綠的自發(fā)成核作用。母綠的自發(fā)成核作用。 不斷添加原料，一次可以生長出多粒祖母綠晶不斷添加原料，一次可以生長出多粒祖母綠晶體。其生長速度大約為體。其生長速度大約為每月每月lmm。第51頁/共62頁助熔劑法助熔劑法合成紅寶石是自合成紅寶石是自發(fā)成核緩

31、冷法生長的，在發(fā)成核緩冷法生長的，在生長過程中采用了坩堝變生長過程中采用了坩堝變速旋轉(zhuǎn)技術(shù)。使熔體不斷速旋轉(zhuǎn)技術(shù)。使熔體不斷處于攪拌之中，對晶面可處于攪拌之中，對晶面可產(chǎn)生沖刷效果，從而使包產(chǎn)生沖刷效果，從而使包體大大減少。攪拌熔體還體大大減少。攪拌熔體還可使溶質(zhì)濃度分布均勻、可使溶質(zhì)濃度分布均勻、減少局部過冷，從而減少減少局部過冷，從而減少小晶核的數(shù)目，抑制局部小晶核的數(shù)目，抑制局部地段有其它相的析出地段有其它相的析出。助熔劑法合成紅寶石晶體助熔劑法合成紅寶石晶體（3）自發(fā)成核緩冷法生長紅寶石）自發(fā)成核緩冷法生長紅寶石 第52頁/共62頁完全熔融。完全熔融。第53頁/共62頁用此法長成的紅寶

32、石晶體用此法長成的紅寶石晶體成本高，難以大量生產(chǎn)。成本高，難以大量生產(chǎn)。第54頁/共62頁(4)助熔劑法助熔劑法生長釔鋁榴石晶體生長釔鋁榴石晶體(YAG) 釔鋁榴石可采用底部籽晶水冷法或自發(fā)釔鋁榴石可采用底部籽晶水冷法或自發(fā)成核緩冷法生長晶體。這里主要介紹底部成核緩冷法生長晶體。這里主要介紹底部籽晶水冷法。籽晶水冷法。 采用底部籽晶水冷法生長的晶體幾乎沒采用底部籽晶水冷法生長的晶體幾乎沒有熱應力，質(zhì)量較高。具體工藝條件如下有熱應力，質(zhì)量較高。具體工藝條件如下： 原料：原料：Y2O3和和AL2O3，加入少量，加入少量Nd2O3作穩(wěn)定劑；作穩(wěn)定劑； 助熔劑：助熔劑：采用采用PbO-PbF2-B20

33、3，另將原，另將原料及助熔劑混合后放入鉑坩堝內(nèi)，置于爐料及助熔劑混合后放入鉑坩堝內(nèi)，置于爐中加熱中加熱。 第55頁/共62頁 加熱：加熱：升溫至升溫至1300時恒溫時恒溫25小時，將原料小時，將原料熔化；熔化； 生長：生長：以每小時以每小時3的速度降至的速度降至N-US1260，此時，在底部加水冷卻，將籽晶，此時，在底部加水冷卻，將籽晶浸入坩堝底部中心水冷區(qū)。再按浸入坩堝底部中心水冷區(qū)。再按2/h的速度降的速度降至至1240，然后以，然后以0.3-2/h的速度降至的速度降至950，至生長結(jié)束。，至生長結(jié)束。 俄羅斯還用溶劑法生產(chǎn)出了透明的硅鈹石，俄羅斯還用溶劑法生產(chǎn)出了透明的硅鈹石，晶體到晶體到12.5克拉，可切磨成克拉，可切磨成6克拉的刻面寶石。克拉的刻面寶石