[发明专利]一种高钒、高钛和高含水的锰橄榄石单晶的制备方法

权利要求书

1.一种高钒、高钛和高含水的锰橄榄石单晶的制备方法，其特征在于：以固态的四水合硝酸锰（II）粉末、固态的偏钒酸铵粉末、液态的正硅酸乙酯、液态的钛酸四丁酯、固态的天然蛇纹石粉末、固态的天然片水锰矿粉末和无水乙醇作为起始原料，先制备出高钒和高钛的锰橄榄石圆柱体样品；采用重量比8:1的蛇纹石和片水锰矿放在压片机上压成两圆片，依次安放在锰橄榄石圆柱体样品的两端，将锰橄榄石圆柱体样品和两水源片一起密封到金钯合金样品管内进行高温高压反应得到高钒的、高钛的和高含水的锰橄榄石单晶；

所述锰橄榄石圆柱体样品的制备方法为：

步骤1、使用固态的纯度99.99%的四水合硝酸锰（II）粉末、固态的纯度99.99%的偏钒酸铵粉末、液态的纯度99.99%的正硅酸乙酯、液态的纯度99.99%的钛酸四丁酯、纯度99.99%的无水乙醇作为起始原料；

步骤2、在500毫升广口玻璃瓶中，先放入90毫升的无水乙醇；

步骤3、按照锰橄榄石Mn₂(Si,V,Ti)O₄化学计量比，称量出10克固体四水合硝酸锰（II）粉末和6毫克固体偏钒酸铵粉末，加入90毫升的无水乙醇溶液中；

步骤4、按照锰橄榄石化学计量比，用移液枪，分别将高纯度的4.665毫升的液体正硅酸乙酯和高纯度的30微升的液态的钛酸四丁酯，小心加入90毫升的无水乙醇中；

步骤5、加入磁力搅拌转子到广口瓶中，用厚度0.5毫米的塑料薄膜，对广口瓶瓶口进行封口密封；

步骤6、将广口瓶放在高温磁力搅拌热盘上在室温和950转/分钟转速下搅拌20小时；

步骤7、打开广口瓶的塑料薄膜封口，在混合液中加入35毫升浓度69‒70%的硝酸溶液，再对广口瓶瓶口进行封口密封；

步骤8、在塑料薄膜表面扎无数0.1毫米直径的孔洞；

步骤9、将广口瓶放在高温磁力搅拌热盘上调高热盘的温度至85 ℃ ，使混合液在85℃ 和1050转/分钟的转速条件下搅拌23小时；

步骤10、移除广口瓶瓶口的塑料薄膜，将高温磁力搅拌热盘温度调高至135 ℃ ，直至整个广口瓶内混合溶液全部蒸干；

步骤11、取出磁力搅拌转子，用药勺将广口瓶内全部混合粉末取出放在白金坩埚中；

步骤12、将装有混合物粉末的白金坩埚放在高温马弗炉里，以750 ℃ /小时的升温速率，升高温度至1050 ℃ ，焙烧1.25小时，自然冷却至室温，取出混合物样品粉末；

步骤13、将煅烧后的混合物样品粉末，在玛瑙研钵里研磨混合均匀，在压片机上将混合物压成Φ 14.2 mm× 7.4 mm圆片，三片叠加在一起，放在白金坩埚中；

步骤14、将装有圆片状的混合物样品的白金坩埚，用白金丝连接白金坩埚壁，悬挂在高温氧气氛炉的正中间，顶端充氢气、氩气和二氧化碳的混合气体；

步骤15、在氧气氛炉的炉体的正下方放置一杯二次去离子水，将装有圆片状的混合物样品的白金坩埚，以720 ℃ /小时的升温速率，升高温度至1400 ℃ ，恒温焙烧30分钟；

步骤16、在温度1400 ℃ 下焙烧30分钟后，将连接白金坩埚壁上的白金丝剪断，使装有样品的白金坩埚从氧气氛炉膛坠落到二次去离子水中进行淬火，得到玻璃态的锰橄榄石样品；

步骤17、将锰橄榄石玻璃从白金坩埚中取出，在玛瑙研钵中研磨成均匀的样品粉末，将样品粉末压成Φ 3.8 mm× 3.4 mm的圆柱体；

将锰橄榄石圆柱体样品和两水源片一起密封到金钯合金样品管内进行高温高压反应得到高钒的、高钛的和高含水的锰橄榄石单晶的方法包括：

步骤18、将提供水源的重量比8:1的蛇纹石和片水锰矿，放在压片机上，将其压成Φ3.8 mm× 0.2 mm的两圆片；

步骤19、将两水源片分别放置在样品两端，然后将样品和两水源片密封在Φ 3.8 mm×4.0 mm和壁厚为0.1 mm的金钯合金样品管内；

步骤20、将金钯合金管放在Kawai‒1000t多面顶大腔体压机上，设定升压速率和升温速率分别为1.8 GPa/小时和50 ℃ /分钟，将压力和温度分别升至6.0 GPa和1200 ℃ 条件下，进行热压烧结，反应时间为恒温恒压22小时；

步骤21、恒温恒压22小时后，以8 ℃ /分钟的降温速率，将样品腔体内的温度从1200℃ 降低至室温；

步骤22、待样品腔体内的温度降低至室温后，以0.60 GPa/小时降压速率，将样品腔体内的压力从6.0 GPa降低至常压；

步骤23、高温高压反应完成后，将得到的样品从样品腔中取出，打开金钯合金样品管，在奥林巴斯显微镜下挑选出锰橄榄石单晶。