CN86101506A - 彩色水晶的生长方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述彩色水晶的生长方法，采用混合碱(NaOH—KOH)溶剂，根据晶体结晶习性选取了有利的籽晶切型(+Y、-Y、(30—80度)X切)，加适当掺杂离子(Al³⁺、CO²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Mn⁴⁺)。在高压釜中1200—1600大气压下，生长温度为335—360℃。温差为15—25℃，可生长出成色均匀，产率高，无棉，无双晶、裂纹及气泡等，适于实用的优质彩色水晶。

Description

本发明所涉及的是晶体生长方法，特别是利用在NaOH-KOH混合溶剂中，采用+Y、-Y、（30-80度切）和X切型的籽晶用“水热温梯法”生长茶色水晶（烟水晶）的方法。

茶色水晶是彩色水晶的一种，它是制造茶晶镜的一种理想材料;也可用于许多新技术领域，如火箭、导弹所发出的白炽光的防护、其它技术领域如钢铁冶炼中发出的白炽光的防护。我国东北和西北干旱及沙漠地带需要大量的茶色水晶眼镜，（估计每年约30-50吨。）

以往，茶色水晶是天然水晶经γ射线辐照后制得的。由于天然水晶十分缺乏，供不应求;另外，天然水晶缺陷多，有棉、包裹体、双晶、裂纹等，辐照后成色不均匀，所以需要进行人工合成。

现有的人工合成茶色水晶的方法，大体可分为两种：

第一种：生长晶体时，是采用在碳酸钠（或碳酸钾）溶剂中加入掺杂离子（FeCO₃、MnCO₃、CoCO₃）形成离子色。（《结晶工学》ハンドブックp。984，1971;彩色水晶的人工合成《压电晶体技术》1984。4;《人工晶体》1985。Vol14 № 2）。但在上述溶剂中，所生长的晶体，成色不均匀，而且颜色也难控制。其生长工艺也不够稳定，生长后期有裂隙，结晶状态不良，成长慢，重复性差。

第二种：是在单一的NaOH溶剂中加入Al³⁺，所生长的晶体经γ射线辐照后，显茶色。（Kristallografiya Vol.12 № 165-9（1967）Phys，stat.Sol.（a）29，659（1975）），该研究主要从Al³⁺在晶体中的色心效应出发，探讨茶色晶（烟水晶）的形成，详细地研究了晶体的吸收谱线及Al³⁺色心形成的机理。但对晶体生长中的速率、籽晶的切型和成色均匀性均未见报导。

市场上常见的一种茶色玻璃，其硬度低（莫氏硬度为5），不耐风沙磨蚀，做茶色眼镜，光洁度寿命不及水晶长。

本发明的目的，在于提供一种市场急需的用于制作茶色眼镜的茶色水晶（烟水晶）生长方法。该方法的特征是：①采用NaOH-KOH混合碱溶剂。②籽晶需沿+Y、-Y（30-80度）和X切型使晶体生长速率快，成色均匀，晶体生长尺寸易于控制，成本低。

本发明的技术内容如下：

一、原料的预处理：

采用3-4级熔炼石英及脉石英，用水洗净，並用盐酸浸泡24小时，再用蒸馏水洗净、烘干。待用。

二、生长溶液的配制：

采用NaOH（1-1.5N）、KOH（0.3-0.8N）配成混合溶剂，加入主要掺杂离子Al³⁺（重量%，以下同，）0.1-0.5%;也可根据颜色的需要，选择加入不同的离子：蓝色加Co²⁺0.1-0.5%;柠檬黄色Fe²⁺0.1-0.3%;紫色加Fe³⁺（溶剂NaCl）0.1-0.5%;墨绿色Mn⁴⁺0.1-0.6%。

三、籽晶切型和预处理：

切型    +Y    30-80度

-Y    30-80度

X切

籽晶厚度为2毫米。用超声波打孔（或钻头打孔）。

将籽晶用水洗净，再放入洗液中浸泡24小时，用水洗净，待用。

洗净后的籽晶，用铁丝穿结于籽晶架上。

四、晶体的生长：

将烘干待用的石英原料装入立式高压釜中系有籽晶的籽晶架装入釜内。倒入配制好的混合碱溶剂，並测量釜内液面的高度，填充度为80-83%（相对釜容积）。将高压釜装入加温、保温炉中进行加温。

生长温度控制在    335-365℃

温差    15-25℃

压力    1200-1600大气压

生长速率    0.6-1.3毫米/天

五、晶体的辐照：

生长结束后，取出晶体用Co⁶⁰辐照，剂量为：1×10⁵-10⁷rad。

本发明的效果是：由于采用了符合晶体生长习性的最佳取向和混合碱（NaOH-KOH）溶剂，使晶体生长速率提高了30-40%;由于控制了掺杂的分布，经Co⁶⁰辐照，所得晶体成色均匀，达到无棉，无双晶、裂纹及气泡等，完全符合制作茶晶镜的要求。

以下用列表形式说明本发明的效果：

表一、籽晶取向和生长速率、成色均匀性的关系

表二、Al³⁺掺杂是对晶体生长速率和质量的影响（切型Z、X）

表三、茶色水晶与茶色玻璃的比较

茶色水晶经久耐用及高雅华贵，更适用于做茶色眼镜。

本发明的实施情况，通过表四进行说明。

表四列出了茶色水晶的生长实施情况，以及各条件下所达到的效果。

表五列出了彩色水晶掺杂的离子种类及浓度范围实施情况。

表五、彩色水晶掺杂离子及其浓度范围

Claims (6)

1、一种采用NaOH作溶剂，以Al³⁺(Co²⁺、Fe³⁺)离子作为掺杂剂的人工合成彩色水晶的生长方法，其特征在于：

a.采用NaOH-KOH混合碱溶剂；

b.籽晶需沿+Y、-Y、X切型；

c.需要选择掺杂离子及其浓度范围；

d.晶体需进行Co⁶⁰辐照。

2、根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于：

混合碱溶剂的浓度为

NaOH  1-1.5N，  KOH  0.3-0.8N。

3、根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于：

籽晶切型为  +Y30-80度

-Y30-80度

X切。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

Co⁶⁰的辐照剂量为：1×10⁵～10⁷rad。

5、根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于：

可选择的掺杂离子，及其浓度范围是：

茶色 Al³⁺0.1-0.5 重量%（以下同）

紫色 Fe³⁺（溶剂Nacl）

兰色 Co²⁺

柠檬色 Fe²⁺（加K₂CO₃）

墨绿色 Mn⁴⁺（加K₂CO₃）。

6、根据权利要求1或5所述的生长方法，其特征在于：

生长温度控制在  335-365℃

温差  15-25℃

压力  1200-1600大气压。