[发明专利]彩色石英水晶的电熔法制备

说明书

 

技术领域

本发明属于建筑装饰材料领域，特别涉及一种彩色石英水晶的电熔法制备。

背景技术

水晶是一种大型石英结晶体矿物，它的主要化学成份是二氧化硅，国际上通常以（Rockcrystal）来特指天然水晶，别名晶石、水晶石、水玉。由于天然水晶资源越来越少，价格越来越贵，因此人们一直在努力寻求人工合成的方法。

  合成水晶是人工模仿天然水晶的化学成分，以及形成时的温压条件，在实验室中合成的。合成水晶与天然水晶的基本性质相同，所不同的只是结晶的时间和地点。由于合成水晶在其他工业领域中的广泛应用，现在世界上许多国家都可以进行大规模生产，至今已有近百年的历史。

  人工水晶玉石的生产通常用从溶体中结晶的方法；这种方法是将适当的组分溶解在低粘度的液体中，通过控制条件使之化合结晶，产生所需要的晶体。从溶液结晶的技术有熔剂法和水热法两种，其中最常用的为水热法。

水热法合成水晶玉石的基本原理为：将适当的原料置于封闭的高压釜中，使它们在高温高压下溶解于水中，然后所需要的晶体在籽晶上增生长大。水热法合成石英玉石实际上是一个迁移过程，即将破碎的天然石英置于高压釜的底部，釜内充满有矿化剂的水，籽晶石英由置于高压釜的上部，然后加热到300℃左右，压力为1650atm左右，此时石英熔解并由于对流上升，沉淀到籽晶上。

熔剂法是将组成宝石的原料在高温下溶解于低熔点的助熔剂中，使之形成饱和溶液，然后通过缓慢降温或在恒定温度下蒸发熔剂等方法，使熔融液过饱和，从而使宝石晶体析出生长的方法。助熔剂通常为无机盐类，故也被称为盐熔法或助熔剂法。

然而，不论是溶剂法还是水热法，都存在着工艺条件复杂、结晶过程缓慢的严重不足；同时，这种方法生产的水晶在高温条件下存在着易变形、变色等缺陷，给宝石加工过程的后续焊接工艺带来了很大影响。

因此，通过新工艺生产耐高温水晶玉石具有较高的市场价值。

发明内容

本发明的目的在于解决上述工艺所存在的问题，提供生产工艺简单和成本较低的一种彩色石英水晶的电熔法制备。

本发明是这样实现的：

1、选取三氧化二钴、二氧化钛及氧化亚铜其中1种或2种化学试剂作为彩色石英水晶的着色剂；

2、将60-120目的石英粉与着色剂按质量比100：0.5-2的比例取料并混合均匀，加入适量去离子水浸泡，去离子水加入量以刚没过粉料顶部为宜，浸泡时间3-8小时；

3、将浸透的混合料用搅拌器进行搅拌混匀，确保染色剂与石英原料均匀接触；搅拌后的混合料放入干燥箱中进行烘干，烘干温度为120℃，烘干时间3-8小时；

4、将烘干后的混合料在研钵中进行研磨，使混合色彩均匀一致；然后将混合料放入石墨坩埚；

5、将装有混合料的石墨坩埚放入真空电炉；加热前必须保证炉体冷却系统工作正常，真空系统工作正常；

6、升温阶段：自室温至1400℃可以在设备允许的条件下以50℃/min以下的速率进行快速加热；1400℃-1650℃范围内需要控制升温速度小于5℃/min，并保持真空度 0.01Pa以下，以利于粉体间气体的顺利排出，然后快速升温至1750℃-1850℃并保持3-8h；

7、冷却阶段：保温结束后，切断加热电源，保持炉内真空条件下进行随炉冷却；当冷却温度降低至1100℃恒温保持30min以消除由于快速冷却而产生的内应力，保温结束后随炉冷却至室温，得到彩色水晶坯料；

8、彩色水晶坯料经过切片、打磨及抛光后进行包装储存。

本发明的优点是，采用本发明工艺生产彩色水晶具有生产速度快、产品质量稳定及色泽均匀的特点，能够承受火焰高温烧灼而不褪色。 

本发明工艺制备的水晶玉石，其摩氏硬度为3.5～5.5；密度为3～5g/cm³；具有优异的耐高温性能，热加工过程不变形不褪色，可在高档饰品和工艺品等行业得到广泛应用。

附图说明

图1为彩色石英水晶的电熔法制备的生产工艺流程图。

具体实施方式：

下面结合实例具体说明：

1、如红色采用纯氧化亚铜粉，蓝色采用纯三氧化二钴粉，黑色采用纯二氧化钛粉；取10g三氧化二钴粉作为天蓝色水晶的染色剂；

2、取约120目的石英粉100g与10g三氧化二钴粉放入混料器中混合均匀，加入去离子水浸泡，加入量以刚没过粉料顶部为宜，浸泡时间约3小时；