水热法合成宝石.pptxVIP

早在1882年人们就开始了水热法合成晶体的研究。最早获得成功的是合成水晶。 二十世纪上叶由于军工产品的需要水热法合成水晶投入了大批量的生产。;随后水热法合成红宝石于1943年由Laubengayer和Weitz首先获得成功； Ervin和Osborn进一步完善了这一技术。 ;祖母绿的水热法合成是由澳大利亚的Johann Lechleitner在1960年研究成功的。;到九十年代原苏联新西伯利亚合成出了海蓝宝石。随后红色绿柱石等其它颜色绿柱石及合成刚玉也纷纷面市。;1. 基本原理;2.合成装置;高压釜为可承高温高压的钢制釜体。 水热法采用的高压釜一般可承受1100℃的温度和109Pa的压力，具有可靠的密封系统和防爆装置。高压釜的直径与高度比有一定的要求，对内径为100-120mm的高压釜来说，内径与高度比以1：16为宜。 高度太小或太大都不便控制温度的分布。;由于内部要装酸、碱性的强腐蚀性溶液，当温度和压力较高时，在高压釜内要装有耐腐蚀的贵金属内衬，如铂金或黄金内衬，以防矿化剂与釜体材料发生反应。 利用在晶体生长过程中釜壁上自然形成的保护层来防止进一步的腐蚀和污染。如合成水晶时，由于溶液中的SiO2与Na2O和釜体中的铁能反应生成一种在该体系内稳定的化合物，即硅酸铁钠（锥辉石NaFeSi2O6 acmite）附着于容器内壁，从而起到保护层的作用。;矿化剂指的是水热法生长晶体时采用的溶剂， 通常可分为以下五类： 1) 碱金属及铵的卤化物 2) 碱金属的氢氧化物 3) 弱酸与碱金属形成的盐类 4) 强酸 5) 酸类（一般为无机酸）;3.水热法宝石晶体生长的分类;等温法高压釜;3.2 摆动法;3.3 温差法;3.3 温差法;温差法高压釜;4. 水热法生长宝石晶体的优缺点;缺点: a、需要材料比较特殊的高压釜和相应安全防护措施。 b、需要大小适当、切向合适的优质籽晶。 c、整个生长过程无法观察。 d、投料是一次性的，因此生长晶体的大小受高压釜容 器大小的 限制。 ;5. 影响宝石晶体生长的因素;6. 水热法合成宝石晶体;6.1 水热法合成水晶晶体;工作条件和工艺参数;工作条件和工艺参数;水热法合成水晶生长的工艺流程图;彩色水晶的合成方式： 1、生产含有致色剂离子的无色水晶 2、对无色水晶???行辐照或热处理 ;彩色水晶的合成方式： 颜色 添加剂及随后的处理方式 蓝色 加钴，然后在还原环境加热 深褐色 加铝，然后辐照 绿色 加铁，然后在还原环境中加热 紫色 加铁，然后辐照 黄-绿色 g射线辐照，然后加热 黄色 加铁 褐色 加铁 ;主要晶体缺陷;主要晶体缺陷;水热法合成水晶的鉴别特征;天然紫晶与合成紫晶的红外吸收光谱;;6.2 水热法合成刚玉类晶体;工作条件和工艺参数;工作条件和工艺参数;水热法合成刚玉宝石致色离子与颜色关系图;晶体的外部特征;晶体内部特征;e、生长纹理和色带 锯齿状微波纹，分布在籽晶片与生长层之间。色带不规则，多呈楔状或者条带状。 f、云烟状裂纹 一般内部较为干净，但由于存在开裂现象，早期合成的红宝石晶体可见云烟状裂隙，并较为发育。 ;光谱及紫外荧光特征;光谱及紫外荧光特征;光谱及紫外荧光特征;6.3 水热法合成祖母绿晶体;水热法合成的祖母绿;水热法合成祖母绿晶体装置图：;工艺参数;工艺参数; （6）矿化剂及充填度：最早使用中性到碱性矿化剂，目前最多的是12 mol/L盐酸，pH0.1，酸性环境可以防止铬沉淀，有利于铬进入生长晶体中，使晶体致色。 （7） 充填度：高压釜内加入溶液的量要用高压釜反应腔体积减去悬浮管体积。 （8）生长速率： 0.1～0.8 mm/d。 ; （1）结构水：天然祖母绿的结构中不仅含有Ⅰ型水（不含碱或含碱少的条件下生长），而且存在Ⅱ型水（含碱高的条件下生长）。而水热法合成祖母绿只有Ⅰ型水。结构上的差异使得二者在红外光谱下的特征吸收峰不同。;祖母绿结构中的水分子示意图;（2）籽晶片 籽晶片残留的微小不透明籽晶片。 （3）包裹体 钉状包裹体平行排列在一个平面上，此外还有双折射晶体、多相填充的腔体和晶种形状的平面及扭曲的白羽痕状、纱状和棉絮状包裹体。;（4）生长纹 特征的锯齿状水波纹生长纹。 （5）特殊光学效应 在黑色底衬条件下，用强光源照射，某些角度会出现红色。合成的颜色浓艳，有较强的红色荧光，在滤色镜下呈鲜亮红色。;6.4 水热法合成海蓝宝石晶体;工艺