Способ получения окрашенных кристаллов берилла

 

Изобретение относится к способу получения окрашенных кристаллов берилла для использования в ювелирной промышленности. Цель изобретения - повышение выхода кристаллов ювелирного качества. Поставленная цель достигается тем, что в способе получения окрашенных кристаллов берилла используют шихту состава, мас.%: фторид магния, кальция 52,5-65,0, фторид алюминия 3,0-10,0, оксиды металла - хромофора 0,5-2,0, берилл остальное, которую расплавляют, выдерживают при 1220-1250^oC в течение 12-24 ч, создают прямой температурный перепад между зоной растворения берилла при 1170-1250^oC и зоной роста кристаллов со скоростью 1,0-3,0^oC/сутки до температуры 950-1000^oC. 1 табл.

Изобретение относится к способам получения окрашенных кристаллов берилла, которые могут быть использованы в ювелирной промышленности.

Известен способ синтеза окрашенных кристаллов берилла (патент США N 3473935, C 04 B 35/44, 1969) путем воздействия давления 7,5 15,0 кбар и температуры выше плавления на шихту, содержащую порошок берилла с добавками воды, фторида для снижения температуры плавления и до 2 вес. оксида хрома в качестве хромофора.

Недостатком известного способа является невозможность получения кристаллов ювелирного качества.

Известно использование для получения зеленого берилла (изумруда) шихты, содержащей природный берилл и окрашивающие добавки оксида хрома, ванадия, железа [1] В качестве флюса использовались оксиды ванадия молибдена, вольфрама, фтор-оксида свинца. При синтезе способом температурного перепада осуществлялся перенос берилла из зоны растворения в зону кристаллизации. Выход кристаллов зависит от величины переноса, которая определяется растворимостью берилла во флюсе и температурным перепадом между зонами роста и растворения.

Недостатком выше описанного способа является низкий выход окрашенных кристаллов берилла ювелирного качества (первые проценты ), вследствие малой растворимости берилла.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение выхода кристаллов берилла ювелирного качества.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения окрашенных кристаллов берилла, включающем нагрев шихты, содержащей природный берилл, флюс из галогенидов металлов, окрашивающую добавку из оксида металла хромофора, плавление, выдержку и последующую кристаллизацию в системе с температурным перепадом, состоящей из зоны растворения берилла, зоны переноса и зоны роста кристаллов, используют шихту эвтектического состава (мас.); Фториды магния, кальция 52,5 65,0 Фторид алюминия 3,0 10,0 Оксид металла хромофора 0,5 2,0 Берилл остальное, которую помещают в зону переноса, выдерживают расплав при температуре 1220 1250^oC в течение 12 24 ч, создают прямой температурный перепад между зоной растворения при 1170 1250^oC и зоной роста при 1040 - 1100^oC и охлаждают зону роста со скоростью 1,0 3,0^oC/сутки до температуры 950 1000^oC.

В отличие от известного способа по прототипу в предложенном техническом решении используют шихту, содержащую фториды магния, кальция, алюминия, в концентрации, обеспечивающей низкую температуру плавления (эвтектику) смеси с бериллом. Использование указанных фторидов обеспечивает высокую растворимость берилла (30-40 мас.). Пределы содержания компонентов определены опытным путем. При содержании фторидов магния и кальция больше 65% происходит ликвидация расплава, при содержании менее 52,5 мас. температура плавления смеси превышает температуру разложения берилла (1250^oC). Фторид алюминия используется в концентрации, обеспечивающей поддержание в расплаве стехиометрического состава берилла (Be₃Al₂Si₆O₁₈) и препятствует образованию примеси фенакита (Be₂SiO₄ При содержании более 10 мас. AlF₃ появляется примесь хризоберилла (BeAl₂O₄). Оксид металла хромофора (Cr, V, Fe) добавляется в количестве, обеспечивающем появление необходимого цвета кристаллов. При содержании более 2,0 мас. хромофора происходит снижение скорости роста кристаллов и ухудшение их качества (включения, трещины).

Предлагаемый способ характеризуется новой совокупностью технологических параметров, установленных экспериментально. Расплав шихты эвтектического состава выдерживают при 1220 1250^oC в течение 12 24 ч. При температуре выше 1250^oC начинается необратимое разложение расплава, приводящее к кристаллизации высокотемпературных примесей. Ниже 1220^oC увеличивается время гомогенизации расплава. Время выдержки 12 24 ч при указанной температуре достаточно для полного расплавления шихты и гомогенизации расплава. После этого создают прямой температурный перепад с температурой в нижней зоне (зона растворения берилла) 1170 1250^oC и верхней зоной (зона роста кристаллов) 1040 1100^oC. Выбранные диапазоны температуры связаны с составами шихты и обеспечивают кристаллизацию берилла ювелирного качества. С целью обеспечения постоянной скорости роста производят охлаждение зоны роста со скоростью 1,0 -3,0 ^oC/сутки до температуры солидуса 950 1000^oC. При охлаждении со скоростью менее 1^oC/сутки из-за колебаний температуры рост кристаллов происходит метастабильно, т. е. чередуясь с периодами растворения. При скоростях выше 3,0^oC/сут. происходит массовая кристаллизация и поликристаллический рост множества мелких кристаллов. Температура затвердевания 950-1000^oC зависит от состава исходной шихты.

Примеры конкретного выполнения способа и характеристика полученных кристаллов представлены в таблице.

Пример. Шихту состава, мас. фторид магния 29, фторид кальция 29, фторид алюминия 5, оксид хрома 0,5, оксид железа 0,5, природный берилл - 36, загружают в тигель, на дно которого предварительно помещают кусковой берилл (1 3 см в поперечнике) в количестве 20% от массы шихты. Заполненный тигель герметизируют крышкой и нагревают в электропечи до 1235^oC, затем выдерживают в течение 18 ч, снижают температуру верха расплава со скоростью 3 5^oC/ч до 1070^oC, а низа до 1200^oC, после чего охлаждают верх расплава со скоростью 2,0^oC/сутки до 980^oC и печь отключают. Полученный слиток выгружают из тигля, кристаллы разбраковывают.

В таблице приведены составы шихты и условия получения кристаллов по предлагаемому способу, характеристика синтезируемого берилла, составы и условия, выходящие за граничные.

Использование заявленного способа обеспечивает по сравнению с известным техническим решением увеличения выхода кристаллов ювелирного качества на 50 100%

Формула изобретения

Способ получения окрашенных кристаллов берилла, включающий нагрев шихты, содержащей природный берилл, флюс из галогенидов металлов, окрашивающую добавку из оксида металла-хромофора, плавление, выдержку, последующую кристаллизацию в системе с температурным перепадом, состоящей из зоны растворения берилла, зоны переноса и зоны роста кристаллов, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода кристаллов ювелирного качества, в зону переноса помещают шихту эвтектического состава, мас.

Фториды магния, кальция 52,2 65,0 Фторид алюминия 3 10 Оксиды металлов-хромофоров 0,5 2,0
Берилл Остальное
выдерживают расплав при 1220 1250 ^oС в течение 12 24 ч, создают прямой температурный перепад между зоной растворения при 1170 1250^oС и зоной роста при 1040 1100^oС и охлаждают зону роста со скоростью 1,0 - 3,0^oC/сутки до 950 1000^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1