[发明专利]一种人工合成蓝宝石的方法

说明书

技术领域

本发明属于人工晶体材料的制备方法技术领域，特别涉及一种人工合成蓝宝石的方法。

背景技术

传统的一股氧化铝粉在生产过程中，为解决氧化铝粉的性态问题，都会在硫酸铝铵原料焙烧制粉熔融体内加入一些化学杂质(比如：硫酸铁铵、氟钛酸铵、甲基红)。目前人造蓝宝石生产厂家，都是采用的上述加入化学杂质的氧化铝粉进行生产。传统生产工艺包括加原料、插晶种、烧结晶体步骤，烧结晶体分为化料结晶、对中心、生长晶根、晶体扩大和等径生长，具体的：采用δ-Al₂O₃或γ-Al₂O₃氧化铝粉作为原料，晶种为M轴90°晶向或A轴75°晶向，氢氧气比例2.9～3.6∶1，火焰温度2030～2080℃，敲击下料频率45～75次/min，单次下料量0.8～1.2g，下降生长速度8～20mm/h，生长总时间12h。所生产的人造蓝宝石在退火之后，都会出现偏蓝或偏红的现象，从而影响品质成色。限制了人造蓝宝石在微波介质材料、波导激光器、高精密度轴承元器件、透光率较高的光学镜片等工业领域的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纯白，产品质量稳定的人工合成蓝宝石的制备方法。

本发明人工合成蓝宝石的制备方法，包括加原料、插晶种、烧结晶体步骤，烧结晶体包括化料结晶、对中心、晶体扩大和等径生长，原料为氧化铝纯白粉料，纯度至少为99.996％、粒径2.1μm～5.7μm、密度1.14～1.86g/m³，晶体扩大步骤前先生长晶根，晶根ф3～5mm，L5～8mm。

氧化铝纯白粉料可以为α、γ、δ相Al₂O₃粉料；优选为α-Al₂O₃纯白粉料。

加原料所用装料筛网斗为80～120目。

插晶种可采用M轴90°晶向或A轴75°晶向的晶种；本发明优选为M轴90°晶向的晶种。

晶体对烧结炉内氢氧火焰的温场较为敏感，温场频繁出现波动，会造成晶体突然收缩、扩大或严重过熔，从而影响产品的质量和外形品质。故本发明方法烧结晶体步骤的火焰温场设定范围在2000～2030℃，优选为2020℃，火焰的氢氧比例为2.2～2.5∶1。

生产过程中，为了使结晶体的熔融层更好结晶，必须控制下落料的量(单次敲击落料量是：0.5～1.0g)，并且不能快速敲击下料。与传统敲击落料量相比，单次落料量减少。纯白料蓝宝石相对内应力会随着晶体直径大小的变化而增大，所以纯白料的蓝宝石晶体的直径不能太大，范围在20mm～32mm。

为了保证其结晶结构的良好性，生长下降速度不能太快速，否则会出现裂晶现象。

为了保证其产品的内部质量及结晶度，每批次烧结生产时间应高于12小时。

化料结晶：下落料敲击频率18～25次/分钟，单次敲击落料量0.5～0.6g；

对中心：在化料结晶的同时，晶种对准火焰与下料中心。

生长晶根：下降速度为25～35mm/h的条件下，用时4～6分钟长出ф3～5mm，L5～8mm的晶根。

晶体扩大：滴水维氧速度3秒～10秒/滴；下落料敲击频率：20～30次/分钟，单次敲击落料量0.5～0.8g；下降生长速度5～10mm/h；

等径生长：下降生长速度：15～18mm/h；下落料敲击频率：50～60次/分钟，单次落料量0.8～1.0g；滴水维氧速度：14～16秒/滴。

本发明的有益效果是：

高纯超细氧化铝纯白粉料在氢氧化铝原料焙烧制粉熔融体内不掺加任何化学杂质，本发明利用高纯超细氧化铝纯白粉料取代含有硫酸铁铵和氟钛酸铵有剂的氧化铝粉，生产制出纯白、无杂的人工合成蓝宝石，在根本性的技术工艺上，发生了质的改变。

高纯超细氧化铝纯白粉料颗粒平均粒径为3.4μm，颗粒的比重较大，颗粒分散性好，不聚团，呈“圆球形”单一颗粒，粉粒干燥分散滑动性很好，不容易出现空粉漏气的现象。

高纯超细氧化铝纯白粉料是用氢氧化铝提纯生产，基本上不存在对大自然环境的的破坏，其杂质的含量不会对人工合成蓝宝石的质量造成直接影响。

高纯超细氧化铝纯白粉料生产利用率理论上是95％，实际上是93％，大大的提高了劳动生产率、降低生产成本。

具体实施方式