一种合成多晶翡翠的方法与流程

一种合成多晶翡翠的方法与流程

本发明涉及材料合成领域，尤其是一种合成多晶翡翠的方法。

背景技术

翡翠其矿物学名称为硬玉，其主要化学成分为硅酸铝钠，矿物的化学式为：naalsi2o6，是一种稀有而贵重的宝石，它的物理和化学性质与地质的演变有着密切的关系。天然翡翠是形成于高温、高压地质环境中的多晶硬玉集合体，目前天然翡翠多出产于缅甸、危地马拉、俄罗斯等国家，在当今强大的大型机械化挖掘时代下，含有大量翡翠的土地上在长时间的开采后就会被挖完或资源枯节，会破坏国家土地的有效利用和环境的保护。

目前有通过人工合成翡翠来对土地的保护和环境的保护起很大的作用。现有用人工合成翡翠的方法中都需要将硬玉组分的玻璃体粉碎成玻璃粉料，由于硬玉组分的玻璃体硬度较高，在粉碎过称中，不管是手磨还是机械粉碎都容易将杂质掺入其中，造成污染，且将研磨后的粉体再度压模成型也会导致粉末内部出现气孔，使得最终合成翡翠的质量不会很好，难以得到高品质的合成翡翠。

技术实现思路

针对现有的不足，本发明提供一种合成多晶翡翠的方法及工程芯片。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种合成多晶翡翠的方法，包括如下粉末状的原料：硅酸铝、硅酸钠和二氧化硅；步骤如下：

1. 将硅酸铝、硅酸钠和二氧化硅按摩尔比为硅酸铝：硅酸钠：二氧化硅＝1:1:1.5分别称取，同时加入原料总质量0.01-3wt％的致色剂混合10-120分钟；
2. 将s1步骤中得到的混合料在0.1-5gpa的压强下，并以3-50℃/min升温速度升温，升温至150℃后保温0.5-1小时，之后继续升温至1200-1800℃后烧结熔融0.5-24小时，将熔融后的样品以3-50℃/min的速率降温至室温得到微透明或半透明的非晶硬玉块体；
3. 将s2步骤中得到的微透明或半透明的非晶硬玉块体在0.1-5gpa的压强下，并以3-50℃/min升温速度升温至1200-1800℃后烧结熔融0.5-24小时，将熔融后的样品以3-50℃/min的速率降温至室温，反复此步骤多次得到致密的透明非晶硬玉块体；
4. 将步骤s3中得到的透明非晶硬玉块体在0.1-5gpa的压强、1200-2000℃的温度下保温0.1-48小时，然后降温降压至常温常压得到半透明硬玉晶体。

作为优选，所述致色剂是如下元素cr、fe、mn、v、ti、ni、mg、co、cu、nd、lu、ce、sn氧化物中的任意一种或多种。

作为优选，所述步骤s3中是先将s2步骤中得到的微透明或半透明的非晶硬玉块体放置在模具中后再进行烧结熔融成型。

作为优选，所述步骤s2和步骤s3中都是以5℃/min的升温速度进行升温，所述步骤s2中是以5℃/min的降温速度进行降温，所述步骤s3中是以10℃/min的降温速度进行降温，所述步骤s2和步骤s3中的压强都是1gpa的压强。

作为优选，所述步骤s4的具体步骤是：

• 先升压到最高压强的1/2并在该压强下升温至最高温度的1/2，在该温度下将压强升高到最高压强；
• 在最高压强下将温度升高到最高温度，在最高温度和最高压强下保温保压0.1-48小时；
• 保温保压完毕后降温至1000-1100℃后卸压至最高压强的1/4，随后在该压强下降温至室温，最后卸压至常压。

作为优选，所述最高压强是4gpa的压强，所述最高温度是1600℃。

作为优选，所述步骤s4a和s4b中是以3-50℃/min的升温速度进行升温，所述步骤s4c中是先是以50-100℃/min的降温速度降温至1000-1100℃，然后以3-50℃/min的降温速度降温至常温。

作为优选，所述步骤s3反复的次数是1-5次。

本发明的有益效果在于：该发明采用粉末状的原料，在整个合成过程中均不需要进行粉碎，避免了污染，而且从初始阶段就采用高压，方便各个原料的熔融，使得各个成分能融合的更均匀，合成出的产品硬度更大，结构更致密，而且在低温时还进行了保温，就将水分予以更好的蒸发，避免水分蒸发来不及逃逸而形成气泡留存在最后的产物中，在升温过程中采用慢速的升温，就进一步避免了烧结中焦炭的形成，也不会导致颗粒的过度烧结而影响质量，降温也是采用不同的降温速度，确保最后得到致密的半透明硬玉晶体，其具有宝石级翡翠的各种参数标准，可以被加工打磨成各种宝石工艺配饰品，具有巨大的经济价值。

技术特征

1. 一种合成多晶翡翠的方法，其特征在于:包括如下粉末状的原料：硅酸铝、硅酸钠和二氧化硅；步骤如下：
2. 根据权利要求1所述合成多晶翡翠的方法，其特征在于:所述致色剂是如下元素cr、fe、mn、v、ti、ni、mg、co、cu、nd、lu、ce、sn氧化物中的任意一种或多种。
3. 根据权利要求1所述合成多晶翡翠的方法，其特征在于:所述步骤s3中是先将s2步骤中得到的微透明或半透明的非晶硬玉块体放置在模具中后再进行烧结熔融成型。
4. 根据权利要求1所述合成多晶翡翠的方法，其特征在于:所述步骤s2和步骤s3中都是以5℃/min的升温速度进行升温，所述步骤s2中是以5℃/min的降温速度进行降温，所述步骤s3中是以10℃/min的降温速度进行降温，所述步骤s2和步骤s3中的压强都是1gpa的压强。
5. 根据权利要求1所述合成多晶翡翠的方法，其特征在于:所述步骤s4的具体步骤是：
6. 根据权利要求5所述合成多晶翡翠的方法，其特征在于:所述最高压强是4gpa的压强，所述最高温度是1600℃。
7. 根据权利要求5所述合成多晶翡翠的方法，其特征在于:所述步骤s4a和s4b中是以3-50℃/min的升温速度进行升温，所述步骤s4c中是先是以50-100℃/min的降温速度降温至1000-1100℃，然后以3-50℃/min的降温速度降温至常温。
8. 根据权利要求1所述合成多晶翡翠的方法，其特征在于:所述步骤s3反复的次数是1-5次。

技术总结

本发明涉及一种合成多晶翡翠的方法，包括如下粉末状的原料：硅酸铝、硅酸钠和二氧化硅；首先将原料按比例分别称取，并同时加入致色剂混合均匀；接着将混合料在一定压强和升温速度下升温，升温至150℃后保温0.5-1小时，之后继续升温至1200-1800℃温度后烧结熔融，随后以一定速率降温至室温；接着将前一步的产物在一定压强和升温速度下升温至1200-1800℃后烧结熔融，随后以一定的降温速率降温至室温，反复此步骤多次；最后将前一步中得到的产品在一定的压强和温度下保温，然后降温降压至常温常压。该发明工序简单，通过反复高温高压烧结得到符合宝石级翡翠参数标准的透明硬玉晶体，具有巨大的经济价值。