冷坩埚法和助溶剂法PPT学习教案

1、会计学1冷坩埚法和助溶剂法冷坩埚法和助溶剂法第1页/共62页第2页/共62页1 熔壳盖；熔壳盖； 2 石英管；石英管； 3 通冷却水的通冷却水的铜管；铜管； 4 高频高频线圈（线圈（RF）；）； 5 熔体；熔体； 6 晶体；晶体； 7 未熔料；未熔料； 8 通冷却水底通冷却水底座座 第3页/共62页第4页/共62页第5页/共62页第6页/共62页 合成立方氧化锆晶合成立方氧化锆晶体易于着色，对于彩色体易于着色，对于彩色立方氧化锆晶体的生长立方氧化锆晶体的生长，需要在氧化锆和稳定，需要在氧化锆和稳定剂的混合料中加入着色剂的混合料中加入着色剂。剂。 将无色合成立方氧将无色合成立方氧化锆晶体放在真空

2、下加化锆晶体放在真空下加热到热到20002000进行还原处进行还原处理，还能得到深黑色的理，还能得到深黑色的合成立方氧化锆晶体。合成立方氧化锆晶体。合成立方氧化锆晶体颜合成立方氧化锆晶体颜色及着色剂见下表。色及着色剂见下表。第7页/共62页合成立方氧化锆晶体颜色及着色剂合成立方氧化锆晶体颜色及着色剂 掺掺 质质 成成 分分占总重量百分比占总重量百分比晶体颜色晶体颜色Ce2O30.15红红 色色Pr2O30.1黄黄 色色Nd2O32.0紫紫 色色Ho2O30.13淡黄色淡黄色Er2O30.1粉红色粉红色V2O50.1黄绿色黄绿色Cr2O30.3橄榄绿色橄榄绿色Co2O30.3深紫色深紫色CuO0

3、.15淡绿色淡绿色Nd2O3+Ce2O30.09+0.15攻瑰红色攻瑰红色Nd2O3+CuO1.1+1.1淡蓝色淡蓝色Co2O3+CuO0.15+1.0紫蓝色紫蓝色Co2O3+V2O50.08+0.08棕棕 色色第8页/共62页第9页/共62页第10页/共62页降速度越小晶体结晶质量越好，降速度越小晶体结晶质量越好，晶粒越大，下降速度越大结晶质晶粒越大，下降速度越大结晶质量越差，晶粒越小量越差，晶粒越小。第11页/共62页成本。因此要综合考虑成本和产成本。因此要综合考虑成本和产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页/共62页第13页/共62

4、页第14页/共62页合成立方氧化锆（合成立方氧化锆（CZ）第15页/共62页第16页/共62页（5）冷坩埚法合成宝石的鉴别特征）冷坩埚法合成宝石的鉴别特征 1.由于冷坩埚法生长合成立方氧化锆晶体时不由于冷坩埚法生长合成立方氧化锆晶体时不使用金属坩埚，而是用晶体原料本身作为坩埚，使用金属坩埚，而是用晶体原料本身作为坩埚，因此合成立方氧化锆晶体中不含金属固体包体，因此合成立方氧化锆晶体中不含金属固体包体，也没有矿物包体。生长过程中没有晶体的旋转，也没有矿物包体。生长过程中没有晶体的旋转，也没有弧形生长纹。也没有弧形生长纹。第17页/共62页2. 合成立方氧化锆的大多数晶体内部洁净。只有少数晶体可能

5、合成立方氧化锆的大多数晶体内部洁净。只有少数晶体可能会因冷却速度过快而产生气体包体或裂纹。还有些靠近熔壳的会因冷却速度过快而产生气体包体或裂纹。还有些靠近熔壳的合成立方氧化锆晶体内有未完全熔化的面包屑状的氧化锆粉末合成立方氧化锆晶体内有未完全熔化的面包屑状的氧化锆粉末。偶见旋涡状内部特征。偶见旋涡状内部特征。合成立方氧化锆中的气泡合成立方氧化锆中的气泡合成立方氧化锆中的未熔粉末合成立方氧化锆中的未熔粉末第18页/共62页（6）合成合成立方氧化锆的物理化学特征立方氧化锆的物理化学特征 晶体结构晶体结构：立方结构。立方结构。硬度：硬度：8-8.5。用维氏显微硬度计测量平均值为。用维氏显微硬度计测量

6、平均值为1384kg/mm。密度：密度：5.6-6.0g/cm3。断口：断口：贝壳状断口。贝壳状断口。折射率：折射率：2.15-2.18，略低于钻石，略低于钻石(2.417)。色散：色散：0.060-0.065，略高于钻石，略高于钻石(0.044)。光泽：光泽：亚金刚亚金刚-金刚光泽金刚光泽。第19页/共62页（6）合成的立方合成的立方氧化锆的物理化学特征氧化锆的物理化学特征 吸收光谱吸收光谱：无色透明者在可见光区有良好的透过率无色透明者在可见光区有良好的透过率；彩色者可有吸收峰，对紫外光均有强烈的吸收。；彩色者可有吸收峰，对紫外光均有强烈的吸收。可显稀土光谱。可显稀土光谱。 荧光：荧光：多数

7、晶体在长波紫外线照射下发出黄橙色荧多数晶体在长波紫外线照射下发出黄橙色荧光，在短波下发出黄色荧光。而有些光，在短波下发出黄色荧光。而有些晶体晶体只在短波只在短波下有荧光反应，有些甚至不发光。下有荧光反应，有些甚至不发光。化学性质：化学性质：非常稳定，耐酸、耐碱、抗化学腐蚀性非常稳定，耐酸、耐碱、抗化学腐蚀性良好。良好。第20页/共62页（1 1）助溶剂法基本原理：）助溶剂法基本原理： 助熔剂法是将组成宝石的原料在高温下溶解于低熔助熔剂法是将组成宝石的原料在高温下溶解于低熔点的助熔剂中，使之形成饱和溶液，然后通过缓慢降温点的助熔剂中，使之形成饱和溶液，然后通过缓慢降温或在恒定温度下蒸发熔剂等方法

8、，使熔融液处于过饱和或在恒定温度下蒸发熔剂等方法，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。助熔剂通常为状态，从而使宝石晶体析出生长的方法。助熔剂通常为无机盐类，故也被称为盐熔法或熔剂法。无机盐类，故也被称为盐熔法或熔剂法。 助熔剂法根据晶体成核及生长的方式不同分为两大助熔剂法根据晶体成核及生长的方式不同分为两大类：类：自发成核法自发成核法和和籽籽晶生长法。晶生长法。第21页/共62页自发成核法自发成核法 在晶体材料全部熔融于助熔剂中之后，在晶体材料全部熔融于助熔剂中之后，缓慢地降温冷却，使晶体从饱和熔体中自缓慢地降温冷却，使晶体从饱和熔体中自发成核并逐渐成长的方法。发成核并逐渐成

9、长的方法。第22页/共62页籽晶生长法籽晶生长法 籽晶生长法是在熔体中加入籽晶的晶体生长方籽晶生长法是在熔体中加入籽晶的晶体生长方法。籽晶生长法主要目的是克服自发成核时晶粒法。籽晶生长法主要目的是克服自发成核时晶粒过多的缺点，在原料全部熔融于助熔剂中并成为过多的缺点，在原料全部熔融于助熔剂中并成为过饱和溶液后，使得晶体在籽晶上结晶生长。过饱和溶液后，使得晶体在籽晶上结晶生长。第23页/共62页 根据根据晶体生长的工艺过程不同，籽晶生长晶体生长的工艺过程不同，籽晶生长法又可分为以下几种方法法又可分为以下几种方法: A. 籽晶籽晶旋转法旋转法： 由于由于助熔剂熔融后粘度较大，熔体向籽晶扩助熔剂熔融

10、后粘度较大，熔体向籽晶扩散比较困难，而采用籽晶旋转的方法可以起到搅散比较困难，而采用籽晶旋转的方法可以起到搅拌作用，使晶体生长较快，且能减少包裹体。此拌作用，使晶体生长较快，且能减少包裹体。此法曾用于生长法曾用于生长 卡善卡善 红宝石红宝石。第24页/共62页B. 顶部顶部籽晶旋转提拉法籽晶旋转提拉法: 这这是助熔剂籽晶旋转法与熔体提拉法相结合的是助熔剂籽晶旋转法与熔体提拉法相结合的方法。其原理是方法。其原理是: :原料在坩埚底部高温区熔融于助原料在坩埚底部高温区熔融于助熔剂中，形成饱和熔融液，在旋转搅拌作用下扩散熔剂中，形成饱和熔融液，在旋转搅拌作用下扩散和对流到顶部相对低温区，形成过饱和熔

11、液，在籽和对流到顶部相对低温区，形成过饱和熔液，在籽晶上结晶生长晶体。随着籽晶的不断旋转和提拉，晶上结晶生长晶体。随着籽晶的不断旋转和提拉，晶体在籽晶上逐渐长大。该方法除具有籽晶旋转法晶体在籽晶上逐渐长大。该方法除具有籽晶旋转法的优点外，还可避免热应力和助熔剂固化加给晶体的优点外，还可避免热应力和助熔剂固化加给晶体的应力。另外，晶体生长完毕后，剩余熔体可再加的应力。另外，晶体生长完毕后，剩余熔体可再加晶体材料和助熔剂继续使用。晶体材料和助熔剂继续使用。 第25页/共62页C.底部籽晶水冷法：底部籽晶水冷法：助熔剂挥发性高，顶部籽助熔剂挥发性高，顶部籽晶生长难以控制，晶体质量也不好。为了克服晶生

12、长难以控制，晶体质量也不好。为了克服这些缺点，采用底部籽晶水冷技术，则能获得这些缺点，采用底部籽晶水冷技术，则能获得良好的晶体。水冷保证了籽晶生长，抑制了熔良好的晶体。水冷保证了籽晶生长，抑制了熔体表面和坩埚其它部位的成核。这是因为水冷体表面和坩埚其它部位的成核。这是因为水冷部位才能形成过饱和熔体，从而保证了晶体在部位才能形成过饱和熔体，从而保证了晶体在籽晶上不断成长。用此法可生长出质量良好的籽晶上不断成长。用此法可生长出质量良好的钇铝榴石晶体钇铝榴石晶体。第26页/共62页D.坩埚倒转法及倾斜法：坩埚倒转法及倾斜法：这是两种基本原理相这是两种基本原理相同的助熔剂生长晶体的方法。当坩埚缓慢冷却

13、同的助熔剂生长晶体的方法。当坩埚缓慢冷却至溶液达过饱和状态时，将坩埚倒转或倾斜，至溶液达过饱和状态时，将坩埚倒转或倾斜，使籽晶浸在过饱和溶液中进行生长，待晶体生使籽晶浸在过饱和溶液中进行生长，待晶体生长结束后，再将坩埚回复到开始位置，使溶液长结束后，再将坩埚回复到开始位置，使溶液与晶体分离。与晶体分离。第27页/共62页E.移动熔剂区熔法：移动熔剂区熔法：这是一种采用局部区域这是一种采用局部区域熔融生长晶体的方法。籽晶和晶体原料互熔融生长晶体的方法。籽晶和晶体原料互相连接的熔融区内含有助熔剂，随着熔区相连接的熔融区内含有助熔剂，随着熔区的移动的移动( (移动样品或移动加热器移动样品或移动加热器

14、) )，晶体不，晶体不断生长，助熔剂被排挤到尚未熔融的晶体断生长，助熔剂被排挤到尚未熔融的晶体原料一边。只要适当地控制生长速度和必原料一边。只要适当地控制生长速度和必要的生长气氛，用这种方法可以得到均匀要的生长气氛，用这种方法可以得到均匀的晶体。的晶体。 第28页/共62页（2 2）助熔剂的选择和工艺特点）助熔剂的选择和工艺特点 助熔剂的选择是助熔剂法生长宝石晶体助熔剂的选择是助熔剂法生长宝石晶体的关键，它不仅能帮助降低原料的熔点的关键，它不仅能帮助降低原料的熔点, ,还直还直接影响到晶体的结晶习性、质量与生长工艺接影响到晶体的结晶习性、质量与生长工艺。 助熔剂有两类：助熔剂有两类： 一类为金

15、属，主要用于一类为金属，主要用于半导体单晶的生长；另一类为氧化物和卤化半导体单晶的生长；另一类为氧化物和卤化物（如物（如PbOPbO，PbFPbF2 2等），主要用于氧化物和离等），主要用于氧化物和离子材料的生长子材料的生长。 第29页/共62页 理想的助熔剂的条件：理想的助熔剂的条件： 1 1）对晶体材料应具有足够强的溶解能力；）对晶体材料应具有足够强的溶解能力； 2 2）具有尽可能低的熔点和尽可能高的沸点；）具有尽可能低的熔点和尽可能高的沸点； 3 3）应具有尽可能小的粘滞性；）应具有尽可能小的粘滞性； 4 4）在使用温度下挥发性要低）在使用温度下挥发性要低( (蒸发法除外蒸发法除外) )

16、； 5 5）毒性和腐蚀性要小，不易与坩埚材料发生反应）毒性和腐蚀性要小，不易与坩埚材料发生反应； 6 6）不易污染晶体，不与原料反应形成中间化合物）不易污染晶体，不与原料反应形成中间化合物； 7 7）易把晶体与助熔剂分离）易把晶体与助熔剂分离。第30页/共62页 常采用的助熔剂：常采用的助熔剂：硼、钡、铋、铅、钼、硼、钡、铋、铅、钼、钨、锂、钾、钠的氧化物或氟化物，如钨、锂、钾、钠的氧化物或氟化物，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。在实际使等。在实际使用中，人们多采用用中，人们多采用复合助熔剂复合助熔剂，也使用少量，也使用少量助熔剂添加物，通常可以显著地改善助熔剂助熔剂添加物，通常可以显著地改善助熔剂的性质。合成不同宝石品种采用的助熔剂类的性质。合成不同宝石品种采用的助熔剂类型不同。型不同。即使合成同一品种的宝石，不同厂即使合成同一品种的宝石，不同厂家采用的助熔剂种类也不一样家采用的助熔剂种类也不一样。第31页/共62页（3）助熔剂法生长宝石技术的优缺点）助熔剂法生长宝石技术的优缺点 助熔剂法与其它生长晶体的方法相比，有助熔剂法与其它生长晶体的方法相比，有

18、着许多突出的优点：着许多突出的优点： 1）适用性强适用性强，几乎对所有的材料，都能够找，几乎对所有的材料，都能够找到一些适当的助熔剂，从中将其单晶生长出来到一些适当的助熔剂，从中将其单晶生长出来。 2）生长温度低，许多难熔的化合物可长出完）生长温度低，许多难熔的化合物可长出完整的单晶，并且可以避免高熔点化合物所需的整的单晶，并且可以避免高熔点化合物所需的高温加热设备、耐高温的坩埚和高的能源消耗高温加热设备、耐高温的坩埚和高的能源消耗等问题等问题。 第32页/共62页 3）对于有挥发性组份并在熔点附近会发生分解的）对于有挥发性组份并在熔点附近会发生分解的晶体，无法直接从其熔融体中生长出完整的单晶

19、体。晶体，无法直接从其熔融体中生长出完整的单晶体。 4）在较低温度下，某些晶体会发生固态相变，产）在较低温度下，某些晶体会发生固态相变，产生严重应力，甚至可引起晶体碎裂。助熔剂法可以在生严重应力，甚至可引起晶体碎裂。助熔剂法可以在相变温度以下生长晶体，因此可避免破坏性相变。相变温度以下生长晶体，因此可避免破坏性相变。 5）助熔剂法生长晶体的质量比其它方法生长出的）助熔剂法生长晶体的质量比其它方法生长出的晶体质量好。晶体质量好。 6）助熔剂法生长晶体的设备简单，是一种很方便）助熔剂法生长晶体的设备简单，是一种很方便的晶体生长技术。的晶体生长技术。第33页/共62页 助熔剂法存在着一定的缺点，归纳

20、起来助熔剂法存在着一定的缺点，归纳起来有以下四点：有以下四点： 1）生长速度慢，生长周期长。）生长速度慢，生长周期长。 2）晶体尺寸较小。）晶体尺寸较小。 3）坩埚和助熔剂对合成晶体有污染。）坩埚和助熔剂对合成晶体有污染。 4）许多助熔剂具有不同程度的毒性，）许多助熔剂具有不同程度的毒性，其挥发物常腐蚀或污染炉体和环境。其挥发物常腐蚀或污染炉体和环境。 第34页/共62页第35页/共62页 （1）埃斯皮克）埃斯皮克(Espig)缓冷法生长祖母绿晶缓冷法生长祖母绿晶体体 早早在在1888年和年和1900年，科学家们就使用年，科学家们就使用了自发成核法中的缓冷法生长出祖母绿晶体的了自发成核法中的缓

21、冷法生长出祖母绿晶体的技术。之后，德国的技术。之后，德国的 埃斯皮克埃斯皮克(H. Espig)等人等人进行了深入的研究进行了深入的研究(于于1924-1942年年)，并对助熔，并对助熔剂缓冷法做了许多改进，生长出了长达剂缓冷法做了许多改进，生长出了长达2cm的的祖母绿晶体。祖母绿晶体。第36页/共62页A.主要设备主要设备 缓缓冷法生长宝石晶体的设备为冷法生长宝石晶体的设备为高温马弗高温马弗炉炉和铂坩埚（图）。合成祖母绿晶体的生长和铂坩埚（图）。合成祖母绿晶体的生长常采用最高温度为常采用最高温度为1650的硅钼棒电炉。炉的硅钼棒电炉。炉子一般呈长方体或圆柱体，要求炉子的保温子一般呈长方体或圆

22、柱体，要求炉子的保温性能好，并配以良好的控温系统。性能好，并配以良好的控温系统。 第37页/共62页A.主要设备主要设备 坩埚坩埚材料常用铂，使用时要特别注意材料常用铂，使用时要特别注意避免痕量的金属铋、铅、铁等的出现，以免避免痕量的金属铋、铅、铁等的出现，以免形成铂合金，引起坩埚穿漏。坩埚可直接放形成铂合金，引起坩埚穿漏。坩埚可直接放在炉膛内，也可埋入耐火材料中，后者有助在炉膛内，也可埋入耐火材料中，后者有助于增加热容量、减少热波动，并且一旦坩埚于增加热容量、减少热波动，并且一旦坩埚穿漏，对炉子损害不大。穿漏，对炉子损害不大。 第38页/共62页助熔剂法采用的坩锅助熔剂法采用的坩锅和马弗炉和

23、马弗炉 第39页/共62页B.B.生长过程生长过程 首先首先在铂坩埚中放入晶体原料和助熔在铂坩埚中放入晶体原料和助熔剂，并将坩埚放入高温电阻炉中加热，待剂，并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，使所有原料完全的温度下恒温一段时间，使所有原料完全熔化。然后缓慢降温，熔化。然后缓慢降温，降温速度为每小时降温速度为每小时0.2-0.5，形成过饱和溶液，形成过饱和溶液。第40页/共62页B.B.生长过程生长过程 电炉电炉顶部温度稍高于底部温度，晶体便顶部温度稍高于底部温度，晶体便从坩埚底部结晶生长。晶体生长速度很慢

24、，从坩埚底部结晶生长。晶体生长速度很慢，约约每秒每秒6.0Lo-6cm。主要晶体生长结束后主要晶体生长结束后，倒出熔融液，所得晶体随后与坩埚一起重，倒出熔融液，所得晶体随后与坩埚一起重新放回炉中，随炉温一起降至室温。出炉后新放回炉中，随炉温一起降至室温。出炉后，将晶体与坩埚一起放在能溶解助，将晶体与坩埚一起放在能溶解助熔剂溶液熔剂溶液中，溶去剩余的助熔剂，即可得到生长的晶中，溶去剩余的助熔剂，即可得到生长的晶体。体。 第41页/共62页 C.C.工艺条件工艺条件 原料原料：合成祖母绿所使用的原料是纯净的绿合成祖母绿所使用的原料是纯净的绿柱石粉或形成祖母绿单晶所需的纯氧化物，柱石粉或形成祖母绿单

25、晶所需的纯氧化物，成份为成份为BeOBeO、SiOSiO2 2、ALAL2 2O O3 3及微量的及微量的CrCr2 2O O3 3。助熔剂：助熔剂：常用的有氧化钒、硼砂、钼酸盐、常用的有氧化钒、硼砂、钼酸盐、锂钼酸盐和钨酸盐及碳酸盐等。目前多采用锂钼酸盐和钨酸盐及碳酸盐等。目前多采用锂钼酸盐和五氧化二钒混合助熔剂。锂钼酸盐和五氧化二钒混合助熔剂。第42页/共62页工艺流程：工艺流程：a a. .将铂坩埚用铂栅隔开，另有一根铂金属将铂坩埚用铂栅隔开，另有一根铂金属管通到坩埚底部，以便不断向坩埚中加料管通到坩埚底部，以便不断向坩埚中加料。b.b.按比例称取天然绿柱石粉或二氧化硅（按比例称取天然绿

26、柱石粉或二氧化硅（SiOSiO2 2）、氧化铝（）、氧化铝（ALAL2 2O O3 3）、和氧化铍（）、和氧化铍（BeOBeO）、助熔剂和少量着色剂氧化铬（）、助熔剂和少量着色剂氧化铬（CrCr2 2O O3 3）。第43页/共62页工艺流程：工艺流程：c c. .原料放入铂柑锅内，原料原料放入铂柑锅内，原料SiOSiO2 2以玻璃以玻璃形式加形式加入熔剂中，浮于熔剂表面，其它反应物入熔剂中，浮于熔剂表面，其它反应物ALAL2 2O O3 3 、BeOBeO、CrCr2 2O O3 3通过导管加入到坩埚的底部，然通过导管加入到坩埚的底部，然后将坩埚置于高温炉中。后将坩埚置于高温炉中。d.d.升

27、温至升温至I400I400，恒温数小时，然后缓慢降温，恒温数小时，然后缓慢降温至至10001000保温。保温。e.e.通常底部料通常底部料2 2天补充一次，顶部料天补充一次，顶部料2-42-4周补充周补充一次一次。第44页/共62页有祖母绿形成于铂栅下面悬浮有祖母绿形成于铂栅下面悬浮祖母绿晶种上。祖母绿晶种上。第45页/共62页第46页/共62页助熔剂法合成祖母绿的装置助熔剂法合成祖母绿的装置图图第47页/共62页D.D.工艺要点工艺要点: :a a. . 必须严格控制原料的熔化温度和降温必须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，并抑制速度，以便祖母绿单晶稳定生长，并抑制金

28、绿宝石和硅铍石晶核的大量形成。金绿宝石和硅铍石晶核的大量形成。b.b.在祖母绿晶体生长过程中必须按时供应在祖母绿晶体生长过程中必须按时供应生长所需的原料，使形成祖母绿的原料自生长所需的原料，使形成祖母绿的原料自始至终都均匀地分布在熔体中。始至终都均匀地分布在熔体中。 第48页/共62页（2）吉尔森）吉尔森籽晶法生长祖母绿晶体籽晶法生长祖母绿晶体 法国陶瓷学家吉尔森法国陶瓷学家吉尔森(P(PGilson)Gilson)采用采用籽 晶 法 生 长 祖 母 绿 晶 体 ， 能 生 长 出籽 晶 法 生 长 祖 母 绿 晶 体 ， 能 生 长 出14142Omm2Omm的单晶体，曾琢磨出的单晶体，曾琢

29、磨出l8Ctl8Ct大刻面大刻面的祖母绿宝石，于的祖母绿宝石，于19641964年开始商业性生产年开始商业性生产。第49页/共62页A.装置装置 如如图所示，在铂坩埚的中央加竖铂栅栏网，将图所示，在铂坩埚的中央加竖铂栅栏网，将坩埚分隔为两个区，一个区的温度稍高为熔化区，坩埚分隔为两个区，一个区的温度稍高为熔化区，另一个区的温度稍低为生长区。另一个区的温度稍低为生长区。第50页/共62页B.生长工艺生长工艺 助助熔剂：熔剂：酸性钼酸锂；酸性钼酸锂；热区：热区：添加原料、助熔剂和致色剂；添加原料、助熔剂和致色剂；冷区：冷区：吊挂籽晶，视坩埚大小可以排布多个祖母吊挂籽晶，视坩埚大小可以排布多个祖母绿

30、籽晶片。绿籽晶片。 升温至原料熔融，热区熔融后祖母绿分子扩散升温至原料熔融，热区熔融后祖母绿分子扩散到温度稍低的冷区。当祖母绿熔融液浓度过饱和到温度稍低的冷区。当祖母绿熔融液浓度过饱和时，祖母绿便在籽晶上结晶生长。热区和冷区的时，祖母绿便在籽晶上结晶生长。热区和冷区的温差很小，保持低的过饱和度以阻止硅铍石和祖温差很小，保持低的过饱和度以阻止硅铍石和祖母绿的自发成核作用。母绿的自发成核作用。 不断添加原料，一次可以生长出多粒祖母绿晶不断添加原料，一次可以生长出多粒祖母绿晶体。其生长速度大约为体。其生长速度大约为每月每月lmm。第51页/共62页助熔剂法助熔剂法合成红宝石是自合成红宝石是自发成核缓

31、冷法生长的，在发成核缓冷法生长的，在生长过程中采用了坩埚变生长过程中采用了坩埚变速旋转技术。使熔体不断速旋转技术。使熔体不断处于搅拌之中，对晶面可处于搅拌之中，对晶面可产生冲刷效果，从而使包产生冲刷效果，从而使包体大大减少。搅拌熔体还体大大减少。搅拌熔体还可使溶质浓度分布均匀、可使溶质浓度分布均匀、减少局部过冷，从而减少减少局部过冷，从而减少小晶核的数目，抑制局部小晶核的数目，抑制局部地段有其它相的析出地段有其它相的析出。助熔剂法合成红宝石晶体助熔剂法合成红宝石晶体（3）自发成核缓冷法生长红宝石）自发成核缓冷法生长红宝石 第52页/共62页完全熔融。完全熔融。第53页/共62页用此法长成的红宝

32、石晶体用此法长成的红宝石晶体成本高，难以大量生产。成本高，难以大量生产。第54页/共62页(4)助熔剂法助熔剂法生长钇铝榴石晶体生长钇铝榴石晶体(YAG) 钇铝榴石可采用底部籽晶水冷法或自发钇铝榴石可采用底部籽晶水冷法或自发成核缓冷法生长晶体。这里主要介绍底部成核缓冷法生长晶体。这里主要介绍底部籽晶水冷法。籽晶水冷法。 采用底部籽晶水冷法生长的晶体几乎没采用底部籽晶水冷法生长的晶体几乎没有热应力，质量较高。具体工艺条件如下有热应力，质量较高。具体工艺条件如下： 原料：原料：Y2O3和和AL2O3，加入少量，加入少量Nd2O3作稳定剂；作稳定剂； 助熔剂：助熔剂：采用采用PbO-PbF2-B20

33、3，另将原，另将原料及助熔剂混合后放入铂坩埚内，置于炉料及助熔剂混合后放入铂坩埚内，置于炉中加热中加热。 第55页/共62页 加热：加热：升温至升温至1300时恒温时恒温25小时，将原料小时，将原料熔化；熔化； 生长：生长：以每小时以每小时3的速度降至的速度降至N-US1260，此时，在底部加水冷却，将籽晶，此时，在底部加水冷却，将籽晶浸入坩埚底部中心水冷区。再按浸入坩埚底部中心水冷区。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，至生长结束。，至生长结束。 俄罗斯还用溶剂法生产出了透明的硅铍石，俄罗斯还用溶剂法生产出了透明的硅铍石，晶体到晶体到12.5克拉，可切磨成克拉，可切磨成6克拉的刻面宝石。克拉的刻面宝石