[發明專利]一種仿碧璽的合成碳硅石寶石及其制備方法

有效

• 申請號: 201410206288.8
• 申請日: 2014-05-15
• 公開（公告）號: CN104018213B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發明（設計）人: 付芬;徐現剛;胡小波;陳秀芳;彭燕
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B29/36
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊磊

技術領域

本發明涉及一種仿碧璽的合成碳硅石寶石及其制備方法，屬于人工寶石技術領域。

背景技術

碧璽是我國寶石行業習用的名稱，在礦物學中歸屬電氣石族。碧璽是僅次于鉆石、祖母綠的珍貴礦石，在清代官員的頂戴上都會有一顆碧璽，以象征其官階、身份。碧璽顏色多彩絢麗、透明，其獨特的美獲得了世人的厚愛。如CN301308365S掛件(09碧璽-01)即為綠色碧璽飾品。但是天然碧璽數量少，加工成飾品價格昂貴。

合成碳硅石是鉆石的高端仿制材料，碳硅石具有200多種不同的晶型，每一種晶型都有不同的物理和光學性質，顏色也略有差別。常見的晶型，如六方晶系的4H、6H-SiC呈現無色，立方晶系的3C-SiC呈現黃色。在摻入不同雜質的情況下，碳硅石的顏色更是豐富多彩。中國專利文件CN101037806A通過一種彩色碳硅石單晶及其制備方法與人造寶石的制備，該彩色碳硅石單晶是在無色的碳硅石單晶或通色摻雜的彩色碳硅石單晶中含有間隔的摻雜元素的彩色條紋。利用升華法生長碳硅石單晶的過程中,通過摻雜V、N等元素制得。所得彩色碳硅石單晶經過切割、研磨和拋光加工成具有彩色條紋的碳硅石人造寶石。獲得的彩色碳化硅單晶顏色包括綠色、黃色和近無色，而且在該技術的基礎上獲得的碳化硅單晶顏色均一，透明性好可用于加工成刻面的綠色碳硅石人工寶石。隨著市場上碧璽價格的逐年上升，仿碧璽材料的研發也逐漸成為熱點，但合成碳硅石尚未被用來制作仿碧璽飾品。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種仿碧璽的合成碳硅石寶石。本發明還提供上述仿碧璽的碳硅石的制備方法，得到的碳硅石可切磨加工成與綠色碧璽及多色碧璽相仿的刻面寶石。

術語解釋

綠色碧璽：黃綠至深綠以及藍綠、棕綠色碧璽的總稱。

多色碧璽：由于碧璽色帶十分發育，有在一個單晶體上出現不同顏色的色帶；色帶也可以沿Z軸為中心由里向外形成色環，內紅外綠者稱為“西瓜碧璽”。

晶型共生的碳硅石襯底：是指在整片碳硅石襯底上存在兩種及兩種以上的不同碳硅石晶型，整片襯底表現為具有不同的顏色區域，色域之間界線明顯。

本發明的技術方案如下：

一、碳硅石單晶仿綠色碧璽

一種仿綠色碧璽的合成碳硅石寶石，該寶石是在4H-SiC或6H-SiC碳硅石單晶中含有N摻雜元素的色彩，其中的N摻雜元素的濃度足以產生肉眼可辨的顏色；所述N摻雜元素的原子濃度為5×10¹⁶～2×10²⁰/cm³。

根據本發明優選的，N摻雜元素的原子濃度為1×10¹⁸～2×10¹⁹/cm³。

優選的，在4H-SiC碳硅石單晶中含有N摻雜元素的濃度為5×10¹⁸/cm³～2×10¹⁹/cm³，該寶石顏色為黃綠色或草綠色寶石；

優選的，在6H-SiC碳硅石單晶中含有N摻雜元素的色彩，該寶石顏色為淺綠色、深綠色或湖藍色。

優選的，將上述仿綠色碧璽的合成碳硅石切磨成長方型或祖母綠型，加工成刻面寶石，以生長面作為臺面。進一步優選祖母綠型切工將上述單晶進行切磨加工，得到仿綠色碧璽的祖母綠型碳硅石寶石。

根據本發明，所述仿綠色碧璽的合成碳硅石寶石的制備方法，包括采用升化法進行晶體生長，步驟如下：

將4H-SiC籽晶或6H-SiC籽晶置于坩堝的上蓋底部，SiC粉料置于坩堝底部，生長室壓力在20～150mbar，升溫到2000～2500℃，底部的SiC粉料分解為Si、SiC₂和Si₂C三種主要氣相成分，輸運到溫度較低的籽晶表面，通過沉積，使得晶體不斷生長；在生長過程中通過通入適量N₂，使4H-SiC或6H-SiC中摻入的N濃度足以產生肉眼可辨的顏色，得到仿綠色碧璽的碳硅石單晶。

二、碳硅石單晶仿多色碧璽

仿多色碧璽的合成碳硅石寶石，該寶石是在4H-SiC或6H-SiC碳硅石單晶中含有N摻雜元素的色彩，其中N摻雜元素的濃度在晶體生長方向上有2-3個不同濃度的區間，足以產生肉眼可辨的顏色深淺不同的顏色區域。

優選的，上述仿多色碧璽的合成碳硅石中N摻雜元素的原子濃度為1×10¹⁶～2×10²⁰/cm³。