CN1009285B - 黑色立方氧化锆宝石及其制造方法 - Google Patents
黑色立方氧化锆宝石及其制造方法Info
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Abstract
本发明是关于黑色立方氧化锆宝石及其制法的技术，它公开了采用真空条件或还原性气氛或惰性气氛下热处理立方氧化锆晶体的工艺条件，制备出靠掺杂方法不能获得的黑色立方氧化锆宝石。
Description
本发明是关于黑色立方氧化锆晶体的制造方法和黑色立方氧化锆宝石产品的技术。
关于立方氧化锆晶体的制造技术早已有不少的文献资料报导，如U.S.P.No4153469，GBP No1491362等，采用“冷坩埚”方法，按照下列配方：ZrO270～95重量百分数、Y2O330～5重量百分数，其余着色元素的氧化物0～5%，在高频加热的条件下熔炼、冷却获得立方氧化锆晶体。然而黑色立方氧化锆晶体，至今尚未见有产品及制法的资料报道。
黑色也是生活中的必要色彩，为了装饰人们的生活，增添生活色彩，研制黑色的立方氧化锆宝石成为必要。然而通过在熔炼中添加有关的过渡金属氧化物或稀土金属氧化物的着色手段，始终未获得呈全黑的立方氧化锆晶体，因此，采取了晶体的后处理技术实现这一目的。
“宝石材料的热处理”（高海清译，“宝石”，1987年第一期P73～79，北京宝石研究所）介绍了一些宝石热处理色泽变化的原理和方法，并指出晶体结构中氧空位的形成将导致色泽的变化，虽然没有涉及立方氧化锆的问题，却给了我们有益的启示。我们分析了立方氧化锆的组成和结构状态，认为有条件造成立方氧化锆的氧空位，并使氧空位增加，从而形成色心的点缺陷，产生了对光的吸收效应。稳定的立方氧化锆晶体，Y2O3是稳定剂，在立方体系结构中Y2O3的引入，产生了一定的氧空位，在结构中Y3+占据了Zr4+的某些位置，每引入二个Y3+离子，就产生一个O2-空位，这种空位捕获电子后形成下色心。由于产生氧空位后，O2-离子的活性增加了，可在有限范围内移动，如果创造适合条件，增加O2-的能量，使晶体中O2-还原成O2氧放出，增加结构中氧空位，产生更多的F色心点缺陷，使吸收光的效应显著增加，达到对可见光的全吸收，这时的立方氧化锆就成为黑色。
在晶体内部点缺陷的增加是通过热处理来实现的。对立方氧化锆晶体的后处理是在真空条件下或在还原性气氛中或在N2气、惰性气氛中进行加热处理，经过这种条件下的加热处理使立方氧化锆中的O2减少，产生比较多的F色心点缺陷，使之变成黑色氧化锆，不论原先是无色透明的立方氧化锆，还是由于添加了着色离子形成了其它颜色的立方氧化锆都可以处理成黑色的立方氧化锆。本发明特别对色泽不能令人满意的立方氧化锆晶体有特殊的意义。经过本发明的方法处理后，统统都可转变成有使用价值的黑色立方氧化锆。
真空条件，或还原性气氛，或惰性气氛，目的都在于减少热处理体系的氧分压，处理体系氧分压越小就越有利于立方氧化锆晶体结构中的氧气的逸出，形成氧空位，产生F色心点缺陷，有利于黑色立方氧化锆晶体的形成。比较上述条件，真空状态是比较理想的，真空状态具体讲是指一定的真空度，原则上讲，真空度越高越好，但真空度越高，处理成本就越高，经过实践，真空度在0.67Pa的条件就够了。还原性气氛或惰性气氛也可造成晶体中O2减少的条件，但体系的压力不如真空状态，对O2逸出不很有利，只有提高热处理温度或加长热处理时间才能实现。
热处理的目的是在于给立方氧化锆结晶中的氧离子提供能量，提供足够的能量，使O2-有足够的活性，才可能放出两个电子，穿过晶体壁垒，形成氧气逸出，在加热过程中，不论是升温还是降温都得控制一定的速度，以避免增加晶体的内应力，造成晶体的破裂，影响加工特性和晶体强度。
具体的处理程序是：将欲处理的立方氧化锆晶体放入热处理体系并抽真空至0.67Pa以上的真空度，通电加热，以100℃～400℃/hr的速率升温，加热的最高温度在1600℃，在最高温度处至少保温二小时，然后降温，降温速度为100℃～400℃/hr，在整个热处理过程中都应保持真空条件，至少在降温至600℃以前保持真空条件。下面是热处理的两个实例：
例1：
将5kg的无色透明的立方氧化锆晶体放入热
处理的真空体系中，抽空至0.67Pa的真空度，然后开始加热，以每小时100℃的速度升温至200℃，再以200℃/hr速率升温至1000℃，再以400/hr速度升温至1700℃，在该温度下保持二小时，然后以200℃/hr速率降温至800℃并断加热之电，在保持真空条件下，以炉子本身的冷却速率降温至室温，获得黑色立方氧化锆晶体。
例2：将5kg杂色的立方氧化锆晶体，置于真空热处理体系中，抽真空至0.67Pa的真空度，通电加热，以100℃/hr速率升温至300℃，再以200℃/hr速率升温至1000℃，然后以300%/hr升温至1800℃，在该温度下保持2.5小时，按例1的程序降温，获得黑色晶体。
所获得的黑色立方氧化锆晶体，它的各种物理参数和其它的立方氧化锆基本一致，如密度、硬度、耐磨性等，其唯一的特点是晶体呈黑色。利用这种黑色立方氧化锆宝石可进行加工和琢磨成各种形状，型面的生活装饰用宝石珠粒。
Claims (1)
1、一种黑色立方氧化锆晶体的制造方法，将采用“冷坩埚”方法制取的各种组成的立方氧化锆晶体进行后处理，其特征在于处理条件是在真空条件下或在还原气氛中或惰性气氛中进行加热，所说的真空条件至少是0.67Pa，并在整个热处理过程中保持该真空条件，至少应保持到降温至600℃以下，所说的加热，最高温度在1600℃以上，升温和降温速度在100℃～400℃/hr，在最高温度处保持两个小时以上。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN 89102170 CN1009285B (zh) | 1989-04-15 | 1989-04-15 | 黑色立方氧化锆宝石及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN 89102170 CN1009285B (zh) | 1989-04-15 | 1989-04-15 | 黑色立方氧化锆宝石及其制造方法 |
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| CN1036234A CN1036234A (zh) | 1989-10-11 |
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