[發明專利]一種大尺寸人造氧化鋁摻雜彩色寶石及其生產方法

在審

• 申請號: 201810673822.4
• 申請日: 2018-06-27
• 公開（公告）號: CN110644043A
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 楊明遠
• 申請（專利權）人: 重慶四聯光電科技有限公司
• 主分類號: C30B15/00
• 分類號: C30B15/00;C30B29/20
• 代理公司: 31219 上海光華專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 周建軍

本發明提供一種大尺寸人造氧化鋁摻雜彩色寶石及其生產方法，其原料包括Al₂O₃及致色元素。本發明通過合理設計彩色寶石原料配方，通過提拉法得到不同顏色的大尺寸各色藍寶石，寶石顏色艷麗，通過切割加工，可將不同部位的材料制成各種工業用品、配件、飾品等。

技術領域

本發明涉及寶石生產技術領域，特別是涉及一種大尺寸人造氧化鋁摻雜彩色寶石及其生產方法。

背景技術

提拉法是從熔體中提拉生長晶體的方法，它是Czochralski于1918年首創，簡稱CZ法。1964年Poladino和Rotter將CZ法首先應用到藍寶石單晶的生長中，成功生長出質量較高的藍寶石晶體，CZ法晶體生長示意圖如圖1所示。先將原料加熱至熔點后熔化形成熔湯，再利用一單晶晶種接觸到熔湯表面，在晶種與熔湯的固液界面上因溫度差而形成過冷。于是熔湯開始在晶種表面凝固并生長和晶種相同晶體結構的單晶。晶種同時以極緩慢的速度往上拉升，并伴隨以一定的轉速旋轉，隨著晶種的向上拉升，熔湯逐漸凝固于晶種的液固界面上，進而形成一軸對稱的單晶晶棒。在拉升的過程中，透過控制拉升速度的快慢的調配，分別生長晶頸(Neck)，晶肩(Shoulder)，晶身(Body)以及晶尾。每個部份都有其用意，生長晶頸主要是用來消除差排。因為長晶過程復雜，差排產生量不易支配，所以大部分的晶體生長過程，都以消除差排為主要選擇。長完晶頸后，需放慢拉升速度，使晶體直徑增大到所需的尺寸，此步驟為晶肩生長。當晶體直徑增大到所需尺寸時，就以等速的速度來拉升，此部分的晶體直徑是固定的，也就是晶身部分。此部分就是要作為工業用基板材料的部份，所以生長時，需格外小心。當晶身長完時，就要使晶棒離開熔湯，此時拉升的速度會變快，使晶棒的直徑縮小，直到變成點狀時，再從熔湯中分開。此步驟為晶尾生長，其目的是要避免晶棒與熔湯快速分離時，所產生的熱應力，若在分離時產生熱應力，此熱應力將使晶棒產生差排及滑移線等缺陷。提拉法晶體生長原理示意圖如圖1所示。

目前彩色寶石合成技術主要為焰熔法，又稱維爾納葉法(Verneuil process)。將調配好的原料細粉從管口漏下，均勻噴灑在氫氧焰中被熔化后，再冷凝結晶于種晶或“梨形單晶”頂層；梨晶長大是從頂部熔化的圓錐開始，生長過程中其底座下降并旋轉，以確保其熔融表面有合宜的溫度逐層生長，邊轉動邊晶出的人工寶石具有如同唱片紋的弧線生長紋或色帶，以及珠形、蝌蚪狀氣泡等特征；該方法不需坩堝，可以低成本制取合成紅寶石、藍寶石、尖晶石、金紅石及人造鈦酸鍶等多種人工寶石。

這種工藝產量較大，制備相對簡單，但由于氫氧火焰的溫度梯度較大，造成晶體結晶層的縱向溫度梯度和橫向溫度梯度均較大，故生長出來的藍色寶石晶體質量欠佳，氣泡分布過多和混亂；火焰氣體的溫度不可能控制得很穩定，由此造成的溫度變化使晶體產生較大的內應力，導致晶體的位錯密度較高；原材料在火焰中熔化時不可能完全被熔化結晶成晶體，大約有30％的粉料損失；焰熔法的寶石一方面體積較小，一方面也存在顏色不均勻不艷麗的現象，不具備加工大尺寸窗口、飾品、工藝品產品的條件。

目前市場中尚沒有大尺寸藍寶石晶體及相關產品出現。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種大尺寸人造氧化鋁摻雜藍寶石及其生產方法，用于解決現有技術中彩色寶石體積過小、顏色欠佳、氣泡多、易產生裂紋等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明第一方面提供一種大尺寸人造氧化鋁摻雜彩色寶石，其原料包括Al₂O₃及致色元素，所述彩色寶石包括藍色寶石、紅色寶石、黃色寶石、綠色寶石、黑色寶石，所述藍色寶石的致色元素選自Fe、Ti中的至少一種，所述紅色寶石的致色元素選自Cr、Ti中的至少一種，所述黃色寶石的致色元素選自Ni、Ti中的至少一種，所述綠色寶石的致色元素選自Co、Ti中的至少一種，所述黑色寶石的致色元素選自V、Ti、Ni、Co中的至少一種。

在本發明的一些實施例中，含有所述致色元素的原料為氧化物。