RU2613520C1 - Поликристаллический синтетический ювелирный материал (варианты) и способ его получения - Google Patents

Поликристаллический синтетический ювелирный материал (варианты) и способ его получения Download PDF

Info

Publication number
RU2613520C1
RU2613520C1 RU2015151531A RU2015151531A RU2613520C1 RU 2613520 C1 RU2613520 C1 RU 2613520C1 RU 2015151531 A RU2015151531 A RU 2015151531A RU 2015151531 A RU2015151531 A RU 2015151531A RU 2613520 C1 RU2613520 C1 RU 2613520C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mpa
aluminum
transparent ceramics
polycrystalline
powder mixture
Prior art date
Application number
RU2015151531A
Other languages
English (en)
Inventor
Михаил Дмитриевич Михайлов
Елена Владимировна Гольева
Дарья Владимировна Мамонова
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (АО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (АО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова") filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский и технологический институт оптического материаловедения Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова" (АО "НИТИОМ ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова")
Priority to RU2015151531A priority Critical patent/RU2613520C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2613520C1 publication Critical patent/RU2613520C1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/44—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminates
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A44—HABERDASHERY; JEWELLERY
    • A44C—PERSONAL ADORNMENTS, e.g. JEWELLERY; COINS
    • A44C17/00—Gems or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/44—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminates
    • C04B35/443—Magnesium aluminate spinel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B28/00—Production of homogeneous polycrystalline material with defined structure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/22—Complex oxides
    • C30B29/26—Complex oxides with formula BMe2O4, wherein B is Mg, Ni, Co, Al, Zn, or Cd and Me is Fe, Ga, Sc, Cr, Co, or Al
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • C30B29/22—Complex oxides
    • C30B29/28—Complex oxides with formula A3Me5O12 wherein A is a rare earth metal and Me is Fe, Ga, Sc, Cr, Co or Al, e.g. garnets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2203/00—Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
    • B01J2203/06—High pressure synthesis
    • B01J2203/0675—Structural or physico-chemical features of the materials processed
    • B01J2203/0695—Colour change
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00008—Obtaining or using nanotechnology related materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/54—Substitutes for natural stone, artistic materials or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/54—Substitutes for natural stone, artistic materials or the like
    • C04B2111/542—Artificial natural stone
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/80—Optical properties, e.g. transparency or reflexibility
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/80—Optical properties, e.g. transparency or reflexibility
    • C04B2111/805—Transparent material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9646—Optical properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9646—Optical properties
    • C04B2235/9653—Translucent or transparent ceramics other than alumina
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9646—Optical properties
    • C04B2235/9661—Colour

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Adornments (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

Изобретение относится к материалам для ювелирной промышленности, а именно к искусственным материалам для изготовления имитаций природных драгоценных и полудрагоценных камней и технологии их синтеза. Предлагается создание поликристаллического ювелирного материала из окрашенной прозрачной или полупрозрачной оксидной керамики с легирующими добавками. Материал состоит из оксидных соединений, которыми являются алюмоиттриевый гранат или алюмомагниевая шпинель, для окрашивания которых используются ионы переходных и редкоземельных металлов: цинк, железо, ванадий, хром, марганец, никель, кобальт, титан, неодим, европий, тербий, иттербий, гольмий, эрбий, тулий. Способ изготовления прозрачной или полупрозрачной керамики состоит из стадий получения порошковой смеси и отжига составляющих компонентов, горячего одноосного/холодного изостатического прессования, горячего изостатического прессования и термической обработки. Достигается более широкая цветовая гамма образцов, возможность получения цветовых эффектов, обусловленных переменной по образцу концентрацией активатора или кристаллических фаз. Себестоимость изделий значительно меньше в сравнении с использованием монокристаллического материала. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 табл., 2 пр.

Description

Группа изобретений относится к материалам для ювелирной промышленности и предполагает использование в качестве синтетического материала для имитации натуральных ювелирных камней.
Изготовление синтетических камней в наше время имеет широкое распространение. Открытие технологий синтеза ювелирных камней уже многие десятилетия делает драгоценные изделия более доступными, камни более совершенными (максимальной чистоты и насыщенности цвета), позволяет заменить исчезающие природные камни, заменяя их искусственными аналогами.
Условно синтетические ювелирные камни можно разделить на три вида. Первые относятся к тем синтетическим камням, которые имеют природный аналог, например рубин, корунды, сапфир, шпинель, рутил, алмаз, изумруд, кварц, александрит, опал и др. Второй тип объединяет искусственные камни, не имеющие природных аналогов (ниобат лития, иттрий-алюминиевый гранат, фианит и т.п.). Также отдельно выделяют вид имитации ювелирных камней: стекло, дублеты и триплеты.
Стекло является самым дешевым заменителем в ювелирной промышленности. Оно также прозрачно и используется для изготовления недорогих украшений. Стекла отличаются от кристаллов тем, что свойственная им аморфная структура лишает материал полного внутреннего отражения, предающего кристаллическим камням яркий блеск. Недостатком ювелирных изделий из стекла является низкая твердость и низкий коэффициент преломления.
Аналоги натуральных драгоценных и полудрагоценных камней имеют кристаллическую структуру, получение которой требует больших энергетических затрат. В настоящее время существует ряд традиционных способов получения синтетических материалов для создания таких камней. Эти способы берут начало с 1892 г., когда французским ученым Вернейлем был разработан метод для синтеза монокристаллического рубина, а затем и других драгоценных камней. Затем метод был использован для синтеза не только прототипов натуральных кристаллов (рутил, кварц, алмаз, изумруд), но и исключительно искусственных камней (фабулит, иттрий-алюминиемый гранат, фианит) [Татарченко В.А. Устойчивый рост кристаллов. - Наука. Гл. ред. физ. - мат. лит., 1988].
После метода Вернейля последовали и другие методы, также относящиеся к процессам синтеза из расплава: метод Чохральского, метод направленной кристаллизации и др. Разумеется, при использовании этих методов для различных составов подбираются индивидуальные условия, а сами методы претерпевают аппаратные и технологические изменения.
В патенте РФ №2134314, опубликованном 10.08.1999 по индексам МПК C01G 25/02, С30В 11/02, С30В 29/16, С30В 29/22, заявлен способ получения окрашенных монокристаллов выращиванием из расплава методом направленной кристаллизации. Материал состоит из основного оксида (18-57 мол. %), оксида кобальта (0,28-3 мол. %), оксида неодима (0,05-1,0 мол. %) и оксида циркония или гафния. Отжиг полученного монокристалла проводится в атмосфере инертного газа или в вакууме при температурах 500-1000°С в течение 0,5-5 часов. Таким образом, достигается близкое сходство с природными драгоценными камнями.
В патенте РФ №2178019, опубликованном 10.01.2002 по индексам МПК С30В 29/18, С30В 7/10, заявлен метод изготовления цветных кристаллов кварца. Синтез осуществляется в гидротермальных условиях методом перекристаллизации из водного раствора карбоната натрия в присутствии кобальта и алюминия. Метод позволяет получать кристаллы с цветом, близким к сапфиру.
Из патента РФ №2473720, опубликованного 27.01.2013 по индексам МПК С30В 25/02, С30В 29/04, С23С 16/27, С30В 28/14, известна возможность применения метода CVD в качестве способа получения бесцветного монокристалла алмаза для изготовления ювелирных камней. Для получения такого эффекта используется атмосфера азота с содержанием бора для снижения негативного воздействия азота на цвет алмаза.
В патенте РФ №2328561, опубликованном 10.07.2008 по индексам МПК С30В 15/04, С30В 29/28, С30В 33/02, А44С 17/00, заявлен способ получения монокристаллического тербий-галлиевого граната методом Чохральского. К исходной смеси добавляют кальций, содержащий добавки, и после расплавления вытягивают на затравку в атмосфере водорода при температурах 850-950°С в течение 5 часов. Подобные манипуляции позволяют получить оптически прозрачные и однородные кристаллы.
Еще одна модификация метода, основанного на процессе перекристаллизации, описана в патенте CN №101407402, опубликованном 15.04.2009, МПК С04В 32/00. В процессе синтеза в зону роста кристалла при наложении градиента температур подаются различные составы, включающие красящие ионы хрома, железа, титана или никеля. Таким образом, удается достичь цветного спектра в камне. Для формирования подобного цветового эффекта можно модифицировать и метод вытягивания из расплава путем подачи в зону плавления ряда различных составов попеременно, как это предлагается в патенте GB №608453, опубликованном 15.09.1948 по индексам МПК С30 В11/10, С30 В29/26.
В патенте GB №762142, опубликованном 21.11.1956 по индексам МПК С30В 11/10, С30В 29/26, G02B 1/02, защищен метод получения монокристаллического титаната стронция в виде були от белого до синего цвета методом газопламенной кристаллизации. В пламя кислородной/водородной горелки вводится порошковая смесь, содержащая основной компонент (титанат стронция) и до 3 мол. % иона-красителя (молибден, вольфрам, уран, ниобий, тантал, железо, ванадий, хром, марганец, никель, кобальт).
Технологии получения монокристаллических материалов для ювелирной промышленности отличаются высокими температурами, длительными периодами циклов синтеза и сложными конструкциями оборудования. Упростить этот процесс возможно, переходя от монокристаллов к поликристаллическим материалам.
Патент РФ №2426488, опубликованный 20.08.2011 по индексам МПК А44С 17/00, А44С 27/00, защищает метод получения синтетического материала для ювелирной промышленности на основе нанопорошков оксидов и силикатов. Состав должен включать по меньшей мере одну из представленных фаз: шпинель, кварц и подобные ему фазы, сапфир, энстатит, петалит, кордиерит, циркон, рутил, титанат и диоксид циркония. Цвет создается путем легирования ионами редкоземельных металлов. Способ включает стадии плавления исходной смеси, охлаждения до 1300-1450°С, отлив в форму и отжиг при 640-500°С. Полученный материал является поликристаллическим и обладает твердостью и химической стойкостью. Однако качество оптических свойств заметно снижается.
Применение керамических композитов для ювелирных изделий достаточно распространено. Предлагается использовать керамику на основе оксида циркония для изготовления браслетов часов. Метод синтеза такого материала защищает патент ЕР №2740717, опубликованный 11.06.2014 по индексам МПК С04В 35/117, С04В 35/119, С04В 35/488, С04В 35/626, С09С 1/00, C09D 1/00, выбранный в качестве прототипа для группы изобретений. Из смеси порошков формируют заготовку, после чего спекают при температурах 1200-1500°С.
Из уровня техники не известен поликристаллический материал, имитирующий драгоценные и полудрагоценные натуральные камни с высокими оптическими характеристиками (шпинель, иттрий-гадолиниевый или алюмоиттриевый гранаты и др.).
Задачей изобретения является создание поликристаллического синтетического ювелирного материала из окрашенной прозрачной оксидной керамики, легированной ионами переходных и/или редкоземельных металлов.
Группа изобретений объединена изобретательским замыслом и включает синтетические ювелирные материалы и способы их получения.
Технический результат достигается при получении поликристаллического синтетического ювелирного материала из окрашенной прозрачной керамики на основе оксидов в виде алюмоиттриевого граната и в виде алюмомагниевой шпинели, легированных ионами переходных и/или редкоземельных металлов, обладающего следующими общими свойствами:
- микротвердость по Виккерсу от 1,29 до 1,35 МПа для прозрачной керамики на основе алюмоиттриевого граната и от 1275 до 1675 МПа для прозрачной керамики на основе алюмомагниевой шпинели;
- пропускание в видимой области спектра не менее 50% для прозрачной керамики на основе алюмоиттриевого граната и не менее 50% для прозрачной керамики на основе алюмомагниевой шпинели.
Первый вариант относится к поликристаллическому синтетическому ювелирному материалу из окрашенной прозрачной керамики на основе алюмоиттриевого граната, легированному ионами переходных и/или редкоземельных металлов.
Состав шихты: Y3-xMexAl5O12, где Me - металл-краситель, х=0,00016-1,6, где x - стехиометрический коэффициент.
Создание синтетического ювелирного материала из прозрачной керамики (поликристаллических заготовок) на основе алюмоиттриевого граната широкой цветовой гаммы обеспечено легированием ионами переходных и/или редкоземельных металлов (марганец, хром, ванадий, тулий, никель, кобальт, неодим, эрбий, тербий, европий, гольмий, иттербий) в виде оксидов в количестве от 0,001 до 10 мол. %.
Состав шихты: Mg1-xMexAl2O4, где Me - металл-краситель, х=0,00035-0,35, где x - стехиометрический коэффициент.
Создание синтетического ювелирного материала из прозрачной керамики (поликристаллических заготовок) на основе алюмомагниевой шпинели широкой цветовой гаммы обеспечено легированием ионами переходных и/или редкоземельных металлов (хром, железо, марганец, кобальт, никель, цинк, титан) в виде оксидов в количестве от 0,005 до 5 мол. %.
Способ получения поликристаллического синтетического ювелирного материала из прозрачной керамики на основе алюмоиттриевого граната и прозрачной керамики на основе алюмомагниевой шпинели включает в себя следующие этапы:
1) Термическая обработка порошкообразной смеси исходных компонентов, состоящей из Y3-xMexAl5O12 или Mg1-xMexAl2O4, при температуре 200-400°С в течение 2-6 часов.
2) Дополнительное измельчение термобработанной порошкообразной смеси в планетарной шаровой мельнице в течение 1-6 часов до получения частиц размером от 30 нм до 100 нм.
3) Горячее одноосное прессование измельченной порошкообразной смеси до получения спрессованной заготовки в виде диска плотностью не менее 99% от теоретической плотности, при этом:
- для материала на основе алюмоиттриевого граната производят горячее одноосное прессование измельченной порошкообразной смеси на основе Y3-xMexAl5O12 при температуре 1450-1750°С и давлении 35-200 МПа;
- для материала на основе алюмомагниевой шпинели производят горячее одноосное прессование измельченной порошкообразной смеси на основе Mg1-xMexAl2O4 при температуре 1400-1600°С и давлении 35-200 МПа.
Отличие режимов прессования на данной стадии обусловлено различными физико-химическими свойствами соединений, на основе которых будет получен поликристаллический синтетический ювелирный материал.
4) Последующее горячее изостатическое прессование заготовок при температуре 1500-1800°С и давлении 100-200 МПа. В таблице 1 представлены возможные цветовые характеристики поликристаллического синтетического ювелирного материала из прозрачной керамики на основе алюмоиттриевого граната, легированной ионами переходных и/или редкоземельных металлов.
Figure 00000001
В таблице 2 представлены примеры составов ювелирного материала из прозрачной керамики на основе алюмоиттриевого граната, легированной ионами переходных и/или редкоземельных металлов. Различную окраску материала обеспечивают примесные ионы, при этом разные ионы могут давать одинаковый цвет. Так, для получения ювелирного материала зеленого цвета можно вводить в матрицу алюмоиттриевого граната ионы Cr, либо V, либо Tm.
Figure 00000002
Конкретный пример реализации №1
Для получения поликристаллического синтетического ювелирного материала из прозрачной керамики на основе алюмоиттриевого граната, легированного ионами неодима, в качестве исходного сырья используется нанокристаллический порошок алюмоиттриевого граната, легированный ионами неодима, приготовленный методом соосаждения гидроксокарбонатов, с размером частиц менее 200 нм и удельной поверхностью порядка 120 м2/г.
Затем проводят термическую обработку исходной порошкообразной смеси, состоящей из нанопорошка алюмоиитриевого граната, легированного ионами неодима, при температуре 300°С в течение 4 часов. После термообработки проводят измельчение порошкообразной смеси в планетарной шаровой мельнице в течение 120 минут до получения порошка с размером частиц 30-100 нм. Затем измельченную порошкообразную смесь подвергают горячему одноосному прессованию при температуре 1450°С и давлении 200 МПа с последующим горячим изостатическим прессованием при температуре 1700°С и давлении 200 МПа.
В результате может быть получена прозрачная розовая керамика на основе алюмоиттриевого граната, легированного ионами неодима, обладающая микротвердостью по Виккерсу 1,29-1,35 МПа, плотностью, равной плотности монокристалла, и коэффициентом пропускания в видимой области 50-80%.
Для измерения микротвердости керамических образцов используется прибор - микротвердомер ПМТ-3. Спектры пропускания прописываются на спектрофотометрах СФ-20 в диапазоне от 300 до 2500 нм и ИКС-29 - от 2500 до 6000 нм (с погрешностью 1%). Плотность определяется методом гидростатического взвешивания.
Аналогично описанному примеру получены другие образцы поликристаллического синтетического ювелирного материала на основе алюмоиттриевого граната с различной цветовой гаммой (см. таблицы 1 и 2).
В таблице 3 представлены возможные цветовые характеристики поликристаллического синтетического ювелирного материала из прозрачной керамики на основе алюмомагниевой шпинели, легированной ионами переходных и/или редкоземельных металлов.
Figure 00000003
В таблице 4 представлены примеры составов ювелирного материала из прозрачной керамики на основе алюмомагниевой шпинели, легированной ионами переходных и/или редкоземельных металлов. Различную окраску материала обеспечивают примесные ионы, при этом разные ионы могут давать одинаковый цвет. Так, для получения ювелирного материала синего цвета можно вводить в матрицу алюмомагниевой шпинели ионы Со, либо Ni, либо Zn, либо Ti. Для получения некоторых цветов, в частности оранжевого, голубого, необходимо одновременно вводить два примесных иона.
Figure 00000004
Конкретный пример реализации №2
Для получения поликристаллического синтетического ювелирного материала из прозрачной керамики на основе алюмомагниевой шпинели, легированной ионами кобальта, в качестве исходного сырья используется нанокристаллический порошок алюмомагниевой шпинели, легированный ионами кобальта, приготовленный методом соосаждения гидроксокарбонатов, с размером частиц менее 200 нм и удельной поверхностью порядка 120 м2/г.
Затем проводят термическую обработку исходной порошкообразной смеси, состоящей из нанопорошка алюмомагниевой шпинели, легированного ионами кобальта, при температуре 300°С в течение 4 часов. После термообработки проводят измельчение порошкообразной смеси в планетарной шаровой мельнице в течение 120 минут до получения порошка с размером частиц 30-100 нм. Затем измельченную порошкообразную смесь подвергают горячему одноосному прессованию при температуре 1550°С и давлении 35 МПа с последующим горячим изостатическим прессованием при температуре 1800°С и давлении 200 МПа.
В результате может быть получена прозрачная синяя керамика на основе алюмомагниевой шпинели, легированной ионами кобальта, обладающая микротвердостью по Виккерсу 1275-1675 МПа, плотностью, равной плотности монокристалла и коэффициентом пропускания в видимой области 50-80%.
Для измерения микротвердости керамических образцов используется прибор - микротвердомер ПМТ-3. Спектры пропускания прописываются на спектрофотометрах СФ-20 в диапазоне от 300 до 2500 нм и ИКС-29 - от 2500 до 6000 нм (с погрешностью 1%). Плотность определяется методом гидростатического взвешивания.
Аналогично описанному примеру получены другие образцы поликристаллического синтетического ювелирного материала на основе алюмомагниевой шпинели с различной цветовой гаммой (см. таблицы 3 и 4).
Заявляемая группа изобретений образует единый изобретательский замысел: поликристаллический синтетический ювелирный материал из прозрачной керамики на основе алюмоиттриевого граната, легированного ионами переходных и/или редкоземельных металлов, и поликристаллический синтетический ювелирный материал из прозрачной керамики на основе алюмомагниевой шпинели, легированной ионами переходных и/или редкоземельных металлов, и способы их получения.
Полученные материалы обладают всеми основными характеристиками, предъявляемыми синтетическим камням для ювелирной промышленности, а также окраской и оптическими свойствами, близкими природным аналогам камней.
Основными преимуществами заявляемой технологии получения искусственных драгоценных камней из оптической керамики по сравнению с технологией выращивания монокристаллов являются более широкая цветовая гамма образцов, возможность получения цветовых эффектов, обусловленных переменной по образцу концентрацией активатора или кристаллических фаз. Кроме этого, себестоимость изделий, полученных по заявляемой технологии получения ювелирных материалов на основе керамики, существенно ниже, чем себестоимость изделий, полученных при выращивании кристаллов из синтетических монокристаллических материалов.

Claims (5)

1. Поликристаллический синтетический ювелирный материал, полученный на основе прозрачной керамики из алюмоиттриевого граната, легированного ионами переходных и/или редкоземельных металлов (марганец, хром, ванадий, тулий, никель, кобальт, неодим, эрбий, тербий, европий, гольмий, иттербий) в количестве 0,001-10 мол. %, обладающий микротвердостью от 1,29 до 1,35 МПа и прозрачностью в видимой области спектра в диапазоне от 50 до 80%.
2. Поликристаллический синтетический ювелирный материал, полученный на основе прозрачной керамики из алюмомагниевой шпинели, легированной ионами переходных и/или редкоземельных металлов (хром, железо, марганец, кобальт, никель, цинк, титан) в количестве 0,005-5 мол. %, обладающий микротвердостью от 1275 до 1675 МПа и прозрачностью в видимой области спектра в диапазоне от 50 до 80%.
3. Способ получения поликристаллического синтетического ювелирного материала на основе прозрачной керамики, включающий термическую обработку порошкообразной смеси исходных компонентов, состоящей из Y3-xMexAl5O12, где Me - металл-краситель, x=0,00016-1,6, или Mg1-xMexAl2O4, где х=0,00035-0,35, при температуре 200-400°С в течение 2-6 часов, дополнительное измельчение термобработанной порошкообразной смеси в планетарной шаровой мельнице в течение 1-6 часов до получения частиц размером от 30 нм до 100 нм, горячее одноосное прессование измельченной порошкообразной смеси до получения спрессованной заготовки в виде диска плотностью не менее 99% от теоретической плотности, последующее горячее изостатическое прессование заготовок при температуре 1500-1800°С и давлении 100-200 МПа.
4. Способ по п. 3, в котором при получении материала на основе прозрачной керамики алюмоиттриевого граната по п. 1 стадию горячего одноосного прессования измельченной порошкообразной смеси Y3-xMexAl5O12 до получения спрессованной заготовки в виде диска плотностью >99% от теоретического значения производят при температуре 1450-1750°С и давлении 35-200 МПа.
5. Способ по п. 3, в котором при получении материала на основе прозрачной керамики алюмомагниевой шпинели по п. 2 стадию горячего одноосного прессования измельченной порошкообразной смеси Mg1-xMexAl2O4 до получения спрессованной заготовки в виде диска плотностью >99% от теоретического значения производят при температуре 1400-1600°С и давлении 35-200 МПа.
RU2015151531A 2015-12-01 2015-12-01 Поликристаллический синтетический ювелирный материал (варианты) и способ его получения RU2613520C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015151531A RU2613520C1 (ru) 2015-12-01 2015-12-01 Поликристаллический синтетический ювелирный материал (варианты) и способ его получения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015151531A RU2613520C1 (ru) 2015-12-01 2015-12-01 Поликристаллический синтетический ювелирный материал (варианты) и способ его получения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2613520C1 true RU2613520C1 (ru) 2017-03-16

Family

ID=58458396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015151531A RU2613520C1 (ru) 2015-12-01 2015-12-01 Поликристаллический синтетический ювелирный материал (варианты) и способ его получения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2613520C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020169130A1 (en) 2019-02-18 2020-08-27 Preciosa, A.S. Glass ceramic material of a spinel type for the production of fashion jewellery and jewellery stones

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010150250A1 (en) * 2009-06-24 2010-12-29 Ben-Gurion University Of The Negev Research And Development Authority Manufacturing transparent yttrium aluminum garnet by spark plasma sintering
WO2011080682A1 (en) * 2009-12-29 2011-07-07 Nokia Corporation Coloured metal composite and method for its manufacture
RU2426488C1 (ru) * 2010-05-20 2011-08-20 Авакян Карен Хоренович Синтетический материал для ювелирной промышленности и способ его получения

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010150250A1 (en) * 2009-06-24 2010-12-29 Ben-Gurion University Of The Negev Research And Development Authority Manufacturing transparent yttrium aluminum garnet by spark plasma sintering
WO2011080682A1 (en) * 2009-12-29 2011-07-07 Nokia Corporation Coloured metal composite and method for its manufacture
RU2426488C1 (ru) * 2010-05-20 2011-08-20 Авакян Карен Хоренович Синтетический материал для ювелирной промышленности и способ его получения

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MARTA SUAREZ et al, Sintering to Transparency of Polycrystalline Ceramic Materials, "Sintering of Ceramics - New Emerging Techniques", 2012, p.p.530-534. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020169130A1 (en) 2019-02-18 2020-08-27 Preciosa, A.S. Glass ceramic material of a spinel type for the production of fashion jewellery and jewellery stones
US11987519B2 (en) 2019-02-18 2024-05-21 Preciosa, A.S. Glass ceramic material of a spinel type for the production of fashion jewellery and jewellery stones

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102094575B1 (ko) 내열 합성 장신구 재료
JP5708050B2 (ja) 赤色透光性ジルコニア焼結体及びその製造方法
EP2112127A1 (en) Transparent spinal ceramics, method for production thereof, and optical material using the transparent spinal ceramics
CN104968633B (zh) 透光性金属氧化物烧结体的制造方法及透光性金属氧化物烧结体
JP2011063510A (ja) 人工コランダム結晶の製造方法
EP1706365B1 (de) FARBIGES TRANSPARENTES KORUNDMATERIAL MIT POLYKRISTALLINEM SUB-µM GEFÜGE UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON FORMKÖRPERN AUS DIESEM MATERIAL
RU2426488C1 (ru) Синтетический материал для ювелирной промышленности и способ его получения
CN102817072A (zh) 一种用于导模法生长宝石单晶生长的掺杂原料的制备方法
JPH03218963A (ja) 透明イットリウム―アルミニウム―ガーネット―セラミックスの製造方法
KR20190132422A (ko) 착색된 복합 재료
US4204874A (en) Light-transmitting, polycrystalline alumina body and method for producing the same
RU2613520C1 (ru) Поликристаллический синтетический ювелирный материал (варианты) и способ его получения
CN107473730A (zh) 一种制备细晶、高强镁铝尖晶石透明陶瓷的方法
Phatak et al. Luminescence properties of Ti-doped gem-grade zirconia powders
JPH02283663A (ja) 透明多結晶イットリウムアルミニウムガーネット及びその製造方法
KR100768688B1 (ko) 적포도주색 큐빅상 지르코니아 단결정의 제조방법
Jayaraman A brief overview of gem materials: Natural and synthetic
Kazakova et al. Growth of Y 3 Al 5 O 12 crystals for jewelry
JPH0692638A (ja) 橙色系着色ジルコニア粉末及び焼結体並びにその製造方法
Nassau et al. The growth of synthetic and imitation gems
Wang et al. Broadband tunable infrared emission of Ni2+-doped ZnGa/AlO4 integrated transparent glass ceramics
JPH02212357A (ja) 装飾用透明スピネル焼結体及びその製造方法
KR100509346B1 (ko) 녹색 큐빅 지르코니아 단결정의 제조방법
JP2002293613A (ja) グリーン色透光性アルミナ多結晶体およびその製造方法
Schmetzer et al. Flux-grown synthetic alexandrites from Creative Crystals Inc