Реферат Курсовая Конспект
Основные методы выращивания синтетических ювелирных камней - раздел Химия, Синтетические ювелирные камни Основные Методы Выращивания Синтетических Ювелирных Камней. В Настоящее Время...
|
Основные методы выращивания синтетических ювелирных камней. В настоящее время существует ряд способов изготовления синтетических камней. Синтез драгоценных ювелирных и технических камней по способу М.А. Вернейля считается классическим и является первым промышлен¬ным методом выращивания кристаллов корунда, шпинели и других син¬тетических кристаллов.
В мире ежегодно выпускается около 200 т синте¬тического корунда и шпинели. Метод Вернейля заключается в следующем: к горелке с направленным вниз соплом через внешнюю трубу подводится водород, а через внутреннюю – кислород. В ток кислорода подается из¬мельченный порошок окиси алюминия зернистостью около 20 мкм, полу¬ченный прокаливанием алюмоаммиачных квасцов, который при этом на¬гревается до определенной температуры и затем попадает в водородно-кислородное пламя гремучего газа, где он расплавляется.
Внизу под соп¬лом располагается стержень из спеченного корунда, выполняющего роль кристаллоносителя. На него стекает расплавленная окись алюминия, образуя шарик расплава. Стержень кристаллоносителя постепенно опускается со ско¬ростью 5 – 10 мм/ч, при этом обеспечивается постоянное нахождение рас¬плавленной растущей части корунда в пламени.
На рисунке показана прин¬ципиальная схема установки для выращивания кристаллов этим методом. Диаметр образовавшихся кристаллов ("булек") обычно достигает 20 мм, длина 50 – 80 мм, иногда их размер гораздо больше. Бульки представляют собой поликристаллы. Для получения монолитного монокристалла буль¬ку оплавляют путем подачи кислорода. При этом на оплавленной поверх¬ности бульки часть кристаллов остается неразрушенной и они при после¬дующем охлаждении бульки начинают расти за счет оплавленных разру¬шенных кристаллов.
Для получения рубина к порошку окиси алюми¬ния добавляют окись хрома, для синтеза сапфира – окись железа и титана, для синтеза александритопо-добного корунда – соли ванадия. Этим же методом выращивают синтетический рутил и титанат стронция. Рис. 1. Схема аппа¬рата Вернейля: 1 – шихта; 2 – до¬затор; 3 – кристал¬лизационная каме¬ра; 4 – кристаллодержатель; 5 – кри¬сталл; 6,8 – подача кислорода; 7 – по¬дача водорода. Второй распространенный метод выращивания синтетических кристаллов драгоценных камней – способ Чохральского.
Он заключается в следующем: расплав вещества, из которого предполагается кри¬сталлизовать камни, помещают в огнеупорный ти¬гель из тугоплавкого металла (платины, родия, иридия, молибдена или вольфрама) и нагревают в высокочастотном индукторе. В расплав на вытяж¬ном валу опускают затравку из материала будущего кристалла, и на ней наращивается синтетический ма¬териал до нужной толщины. Вал с затравкой посте¬пенно вытягивают вверх со скоростью 1 – 50 мм/ч с одновременным выращиванием при частоте вращения 30 – 150 об/мин. Вращают вал, чтобы выровнять температуру расплава и обеспечить равномерное рас¬пределение примесей.
Диаметр кристаллов до 50 мм, длина до 1 м. Методом Чохральского выра¬щивают синтетический корунд, шпинель, гранаты, ниобат лития и другие искусственные камни. Часто применяется метод кристаллизации из раствора в расплаве с использованием флюсов. При этом камни кристаллизуются из смешанного распла¬ва, состоящего из раствора соединения и флюсов – молибдатов, боратов, фторидов, окиси свинца и др. Кристаллизуют вещества обычно в платино¬вом тигле при температуре от 600 до 1300 °С (в зависимости от вида кристаллов). В расплав опускают затравку, а затем его охлаждают со скоростью 0,1 – 1 °С/ч. На затравке постепенно наращивается кристалл.
Скорость роста невелика – за несколько недель кристалл вырастает на 3 – 4 см. Этот метод по эффективности не может конкурировать со способом Чохральского и применяется в тех случаях, если кристалл плавится инконгруэнтно или испытывает деструктивное фазовое превращение в твердом состоянии.
Очень эффективен гидротермальный способ выращивания кристаллов драгоценных камней. Процесс осуществляется в автоклавах при давлении 7 • 107 – 14 • 107 Па и температуре 300 – 900 °С. Автоклав заполняют раст¬вором соответствующего минерала. В нижней части автоклава температу¬ра более высокая; когда насыщенный раствор поднимается вверх и попа¬дает в условия с пониженной температурой, вещество осаждается на за¬травку природного кристалла.
Нижняя и верхняя части автоклава разделе¬ны диафрагмой. Последние два метода применяют для выращивания синтетических изумрудов, бериллов. Гидротермальным методом синтезируют разновидности кварца и корунда, а методом флюса – иттрий-алюминиевые грана¬ты, корунды, шпинель. Сверхтвердые синтетические минералы и материалы получают другими способами. Для выращивания алмаза необходимы давление 50 • 108 –100 • 108 Па и температура более 1600 °С. Процесс синтеза алмазов осуществляется из графита в присутствии катализаторов-металлов.
В зависимости от времени синтеза получают кристаллы алмазов различных разме¬ров. Такими же методами синтезируют другие сверхтвердые материалы: гексанит, эльбор, СВ и др которые широко применяются в технике. В ювелирном деле синтетические алмазы и сверхтвердые материалы до сих пор не применяются. Глава 2. Синтетические корунды Год рождения синтетического рубина – 1910. В лаборатории французского химика А. Е. Александра были получены искусственные рубины ювелирного качества по методу, предложенному Вернейлем в 1891 г. С этого времени этот метод стал промышленным.
Сырьем для синтеза корунда служит тонкоизмельченный порошок окиси алюминия, получаемый при кальцинации аммоний-алюминиевых квасцов. Для окрашивания кристаллов добавляют окислы переходных металлов в концентрациях 0,1 – 2,0 %: окись хрома для рубина, окиси железа и титаната для сапфира, оки¬си никеля для желтого корунда, окиси кобальта для зеленого корунда и окиси ванадия для псевдоалександрита. Некоторые зарубежные фирмы ("Линде" в США, "Видерс Карбидвекр" в ФРГ) с 1947 г. начали промыш¬ленное изготовление "звездчатых" сапфиров и рубинов.
Эффект астериз¬ма получается при добавке в исходное сырье небольшого количества (около 0,3 %) окиси титана. После синтеза полученные кристаллы отжига¬ют длительное время в окислительной среде при температуре от 1100 до 1500 °С; при этом происходит пересыщение окисла титана и выделение тонких ориентированных игл рутила, которые обеспечивают известный эффект шестилучевой звезды.
Способ выращивания синтетических корундов по методу М. А. Вернейля до 1940 г. был распространен только в Европе. Им занимались такие фирмы, как "Sodem Dj evahirdjian" ("Содем Дьевайрдиан") в Швеции, "Baikowski" и "Rubis Synthdes" ("Банковский" и "Рубис синтез") во Франции, "Wieders Carbidwerk" ("Видерс Карбидверк") в ФРГ. С 1940 г. этот метод распространился в США, когда фирма "Линде" начала промыш¬ленный выпуск синтетических корундов. Методом Чохральского можно получить синтетические корунды любой формы – трубчатые, стержневые, ленточные и др. Такие профилирован¬ные изделия из корундов широко применяются в технике.
Синтезируя рубины по методу флюса или гидротермальным способом, возможно получить ювелирные камни весьма высокого качества. Этими методами фирма "Чатэм" (США) изготавливает ювелирные рубины раз¬мером до 60 мм. В СССР методы выращивания синтетических корундов были освоены еще в 20-х годах. В настоящее время в Институте кристаллографии АН СССР разработаны и применяются новые методы синтеза корундов, при помощи которых получают изделия из корундов самой различной формы.
В институте были созданы установки "Сапфир-ІІІ" и "Сапфир-2М", в которых синтезируются корунды методом направленной кристаллизации, предложенной Х.С. Багдасаровым. Этот способ позволяет выращивать кристаллы лейкосапфира в виде пластин больших геометри¬ческих размеров с определенной заданной кристаллографической ориен¬тацией.
Суть нового метода заключается в том, что молибденовый контейнер, заполненный исходным материалом, помещается в вакуумную печь, где его нагревают до температуры более 2000 °С. При этом расплавляется окись алюминия. Контейнер с расплавом медленно перемещается в зоны с более низкой температурой и при снижении температуры до определенно¬го значения расплав кристаллизуется. В настоящее время этим способом получают кристаллы массой более 4 кг. Весь процесс автоматизирован, за соблюдением режимов наблюдают датчики, дающие информацию на ЭВМ, которая управляет синтезом кристаллов.
В настоящее время в СССР освоено промышленное производство юве¬лирных и технических корундов. Прозрачные, тонкие, легкие трубки различного сечения и длины, полые трех четырех- и шестигранные призмы, нитеводители, швеллеры и уголки разных размеров из корунда – эти из¬делия применяются в лазерной технике, радиоэлектронике, светотехнике, химической промышленности, приборостроении.
Там, где другие материа¬лы не выдерживают высоких температур и действий агрессивных сред, используются изделия из корундов. Резцы из корунда позволяют без дополнительной заточки обработать в несколько раз большее число деталей, чем твердосплавные резцы. Сапфиры применяются даже в пищевой промышленности в виде датчиков для контроля состава сиропов, соков, жидких веществ. При этом срок работы датчика из сапфира увеличился до 2 – 3 лет против 3 – 4 месяцев работы датчика из стекла.
Глава 3.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Имитации драгоценных камней из стекла были широко распространены в Древнем Риме. В "Естественной истории" Плиний Старший писал, что карбункулы… Этот материал подгонялся и склеивался из трех слоев – черного, белого и… Позже стали применять дублеты, состоящие из двух различных камней – сверху драгоценный, а снизу менее дорогой: горный…
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Основные методы выращивания синтетических ювелирных камней
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов