CN1890408A - 人造刚玉晶体 - Google Patents

Abstract

本发明目的在于提供一种能以低成本实用化的人造刚玉晶体及其制造方法。本发明提供一种人造刚玉晶体，其特征在于其具有从{113}面、{012}面、{104}面、{110}面、{101}面、{116}面、{211}面、{122}面、{214}面、{100}面、{125}面、{223}面、{131}面和{312}面中选出的至少一个晶面。而且还提供一种人造刚玉晶体的制造方法，其特征在于采用将含有原料和助熔剂的样品加热，以助熔剂的蒸发作为驱动力，使晶体析出和生长的助熔剂蒸发法，制造所述的人造刚玉晶体。

Description

人造刚玉晶体

技术领域

本发明涉及可以在例如激光振动材料、高硬度轴承材料、物性测定用标准物质、宝石饰品和高附加值的日用品中使用的人造刚玉晶体(corundum crystal)。

背景技术

近年来，天然存在的那种具有晶体独有的立体形状的单晶，因其未知的特性而在各领域均有需求。

作为人造刚玉晶体的制造方法，可以举出(1)一边使刚玉晶体的原料粉末在氢氧焰中落下，一边使晶体颗粒生长的火焰熔融法(伯努利法)，(2)将刚玉晶体的原料粉末混合在适当的助熔剂(flux)中用坩埚熔融，一边使溶液缓缓冷却一边使晶体析出和生长，或者在坩埚中一边使溶液产生温度梯度一边使晶体析出和生长，或者一边使助熔剂蒸发一边使晶体析出和生长的助熔剂法，(3)用坩埚将刚玉晶体的原料粉末熔融，从熔液向上拉单晶的Czochralsk法，和(4)将刚玉晶体的原料粉末成形后，在氢气气氛中高温下长时间加热烧结的方法等。

在上述(1)的火焰熔融法中，因晶体的生长速度快而难于获得高品质的晶体。而且此方法中由于制造棒状晶体，所以实际上在激光振荡材料中使用时，必须将所制造的棒状晶体切削成所需的形状，而且由于人造刚玉晶体的硬度高而有成本高的问题。不仅如此，用这种方法制造的人造刚玉晶体不含杂质，而天然刚玉晶体却含有表杂质，所以容易识别，因而还有作为宝石饰品的价值非常低的问题。

而且，上述(3)的Czochralsk法，由于能够制造纯度高的晶体，所以适用于激光振荡材料等，但是由于这种方法制造的是棒状晶体，所以当像上述那样实用化时，必须将棒状晶体切削成所需的形状，又因人造刚玉晶体的硬度高，所以存在成本高的问题。而且用此方法制造的人造刚玉晶体因纯度高、不含杂质，与天然的刚玉晶体有很大的差异，所以缺点是作为宝石饰品的价值极低。关于Czochralsk法例如公开在专利文献1和专利文献2中。

此外，在上述(4)的成形后烧结的方法中，必须在高温下长时间加热，需要巨大的能量，所以存在成本高的问题。烧结方法例如被公开在专利文献3中。

另一方面，上述(2)的助熔剂法中，使用氧化锂-氧化(氟化)铅、氟化铝钠、氧化锂-氧化钨-氧化(氟化)铅、氧化铋-氧化镧-氧化(氟化)铅等作为助熔剂，一边使溶液缓缓冷却一边使晶体析出生长，可以得到板状晶体。然而，只能得到薄板状晶体，因而存在实用化时成本高的问题。助熔剂法例如公开在非专利文献1或非专利文献2中。

专利文献1：特开平7-277893号公报

专利文献2：特开平6-199597号公报

专利文献3：特开平7-187760号公报

非专利文献1：Elwell D.，Man-made gemstones，Ellis HorwoodLtd.Chichester(1979)

非专利文献2：Elwell D.，Scheel H.J.，Crystal growth fromhigh-temperature solutions，Academic Press，London(1975)

发明内容

本发明正是针对上述问题而提出的，其目的在于提供一种能以低成本实用化的人造刚玉晶体及其制造方法。

为达成上述目的，本发明提供一种人造刚玉晶体，其特征在于其具有从{113}面、{012}面、{104}面、{110}面、{101}面、{116}面、{211}面、{122}面、{214}面、{100}面、{125}面、{223}面、{131}面和{312}面中选出的至少一个晶面。

按照本发明，由于人造刚玉晶体具有上述的晶面，所以在激光振荡材料等中使用时无需实施切削等加工，而且即使实施切削等加工的情况下也能利用本发明的人造刚玉晶体具有的晶面加工，所以具有能在低成本下实用化的优点。而且本发明的人造刚玉晶体是多面体晶体，与天然刚玉晶体接近，所以还具有作为宝石饰品等的价值高的优点。

本发明提供一种人造刚玉晶体，其特征在于其具有{001}面以外的优势晶面(dominant crystal face)。

按照本发明，由于人造刚玉晶体具有{001}面以外的优势晶面，所以不是源于已有的以{001}面作为优势晶面的板状晶体的晶体，在激光振荡材料等中使用时无需实施切削等加工，而且即使实施切削等加工的情况下也能利用本发明的人造刚玉晶体的形状进行加工，所以具有能在低成本下实用化的优点。而且，由于本发明的人造刚玉晶体与天然刚玉晶体接近，所以还具有作为宝石饰品等的价值高的优点。

此外，本发明的人造刚玉晶体，优选源于六角双锥形晶体。这样一来，能够制成具有规定晶面的人造刚玉晶体，所以在激光振荡材料等中使用时能利用六角双锥形的形状进行加工，具有能在低成本下实用化的优点。而且由于是源于六角双锥形晶体，所以是多面体晶体，与天然刚玉晶体接近，所以还具有作为宝石饰品等的价值高的优点。

此外本发明中，上述人造刚玉晶体也可以是无色的。或者作为着色成分，既可以在上述人造刚玉晶体中添加铬、也可以添加铁和钛，还可以添加镍、钒或钴。

而且本发明还提供一种人造刚玉晶体的制造方法，其特征在于采用将含有原料和助熔剂的样品加热，以助熔剂的蒸发作为驱动力，使晶体析出和生长的助熔剂蒸发法，制造以六角双锥形作为基本形状的的人造刚玉晶体。

按照本发明，通过采用助熔剂蒸发法由于能够制造以六角双锥形为基本形状的刚玉晶体，在激光振荡材料等中使用时无需实施切削加工，而且即使实施切削加工的情况下，由于能够利用六角双锥的形状进行加工，所以具有能够制造可以在低成本下实用化的人造刚玉晶体的优点。而且在助熔剂蒸发法中由于可以得到与天然刚玉晶体接近的晶体，所以还具有作为宝石饰品等的价值高的优点。此外，在助熔剂蒸发法中使用的高温炉和坩埚等简单，因而能够容易制造六角双锥形的人造刚玉晶体。

此外本发明中，上述助熔剂优选含有钼化合物。而且上述钼化合物优选是氧化钼或者加热能形成氧化钼的化合物。通过使用这种钼化合物作为助熔剂，能够选择性制造不属于板状晶体或针状晶体，而属于六角双锥形的晶体。

而且在上述发明中，上述助熔剂也可以含有蒸发抑制剂。这样一来，由于可以抑制助熔剂的蒸发速度，能够抑制多核的产生和晶体生长速度，所以可以制造高品质的人造刚玉晶体。

此外在上述发明中，上述蒸发抑制剂优选碱金属化合物。而且上述碱金属化合物优选碱金属氧化物，或者加热能形成碱金属氧化物的化合物。其中更优选通过加热能够生成Li₂O、Na₂O和K₂O中选出的至少一种碱金属氧化物的碱金属化合物。通过使用这种物质，能够有效地抑制助熔剂的蒸发，能够制造高品质的大型人造刚玉晶体。

而且在上述发明中，上述碱金属化合物中碱金属原子的摩尔数，优选相对于上述样品的全部摩尔数处于40摩尔％以下。本发明中，由于以助熔剂的蒸发作为驱动力来促进核形成和晶体生长，所以当碱金属化合物的含量超过上述范围的情况下，有可能妨碍晶体生长。

此外本发明中，上述原料的摩尔数优选相对于上述样品的全部摩尔数处于10摩尔％以下。原料的含量超过上述范围的情况下，原料在上述助熔剂中难于溶解，有可能妨碍晶体生长。

本发明还提供一种制造人造刚玉晶体用的原料，其特征在于被用于制造人造刚玉晶体，而且其中含有钼化合物和铝化合物。

使用本发明的人造刚玉晶体制造用原料制造人造刚玉晶体的情况下，由于能够选择性制造不属于板状或针状而属于六角双锥形的人造刚玉晶体，所以如上所述能够在低成本下实用化，而且能够得到作为宝石饰品的价值高的晶体。

而且在本发明中，上述人造刚玉晶体制造用原料也可以含有碱金属化合物。碱金属化合物由于能够抑制上述钼化合物等的蒸发，所以当采用本发明的人造刚玉晶体制造用原料制造人造刚玉晶体的情况下，能够抑制多核的产生和晶体生长的速度，可以获得高品质的人造刚玉晶体。

此外本发明中，上述钼化合物优选氧化钼、或者通过加热能够生成氧化钼的化合物。

而且本发明中，上述铝化合物优选氧化铝，或者通过加热能够生成氧化铝的化合物。

而且本发明中，上述碱金属化合物优选碱金属氧化物，或者通过加热能够生成碱金属氧化物的化合物。这些物质由于能够有效地抑制助熔剂的蒸发，所以采用本发明的人造刚玉晶体制造用原料制造人造刚玉晶体的情况下，能够得到高品质和大型的人造刚玉晶体。

此外本发明中，上述人造刚玉晶体制造用原料，既可以含有通过加热生成铬离子的铬化合物，也可以含有通过加热生成铁离子的铁化合物，以及通过加热生成钛离子的钛化合物、通过加热生成镍离子的镍化合物、通过加热生成钒离子的钒化合物、通过加热生成钴离子的钴化合物。

按照本发明，由于采用助熔剂蒸发法能够制造以六角双锥形为基本形状的人造刚玉晶体，所以在激光振荡材料等中使用时加工容易，能够在低成本下实现实用化。而且由于能够得到与天然刚玉晶体接近的晶体，所以还具有作为宝石饰品价值高的优点。

附图说明

图1是表示本发明的人造刚玉晶体的一个实例的形态图。

图2是表示本发明的人造刚玉晶体的X射线衍射图案实例的曲线图。

图3是表示本发明的人造刚玉晶体的X射线衍射图案另一实例的曲线图。

图4是表示本发明的人造刚玉晶体的一个实例的光学显微镜照片。

图5是表示本发明的人造刚玉晶体制造方法实例的工序图。

符号的说明

1…样品

1’…残存的样品

2…人造刚玉晶体

11…乳钵

12…坩埚

13…高温炉

具体实施方式

本发明涉及人造刚玉晶体、其制造方法和人造刚玉晶体制造用原料。分别对其详细说明如下。

A.人造刚玉晶体

首先说明本发明的人造刚玉晶体。

本发明的人造刚玉晶体可以分成两种形态。作为第一种形态，是具有从{113}面、{012}面、{104}面、{110}面、{101}面、{116}面、{211}面、{122}面、{214}面、{100}面、{125}面、{223}面、{131}面和{312}面中选出的至少一个晶面的形态。而且作为第二种形态，是具有{001}面以外的优势晶面的形态。

分别对各种形态说明如下。

1.第一种形态

本发明的人造刚玉晶体的第一种形状，其特征在于其中具有从{113}面、{012}面、{104}面、{110}面、{101}面、{116}面、{211}面、{122}面、{214}面、{100}面、{125}面、{223}面、{131}面和{312}面中选出的至少一个晶面。

这里将就刚玉晶体进行说明。刚玉晶体具有属于三方晶系的刚玉结构。在这种刚玉结构中，阳离子(Al)有规则地占有大体以六方最密集充填的晶格的六配位(八面体)位置的2/3，以阳离子(Al)作为中心的AlO₆八面体部分共有面，形成沿着Z轴连接的结构。而且刚玉(Al₂O₃)中的一部分Al一般被Cr置换，形成添加铬刚玉晶体。

刚玉(Al₂O₃)在氧化铝多种形态中是最稳定，具有这种刚玉结构的刚玉晶体，熔点大约2050℃，具有高硬度(莫氏硬度9)，耐药品性、耐磨损性和耐侯性优良。而且在高温环境下也能显示高的电绝缘性。由于具有上述性质，所以刚玉晶体被用作仪器的轴承、微型刀具、光开关元件、激光振荡元件材料等中。而且刚玉(Al₂O₃)中的一部分Al，通过被Cr或Ti和Fe等置换，将变成色调不同的晶体，这些晶体一般被称为红宝石或蓝宝石，可以用作宝石饰品。

而且作为人造刚玉晶体的制造方法，过去已知有Czochralsk法、火焰熔融法、助熔剂法、烧结法等。Czochralsk法或火焰熔融法制造的人造刚玉晶体可作为棒状晶体得到，因而没有复杂的晶体形状。而且烧结法制造的人造刚玉晶体由于成形后被烧结，所以这种情况下具有复杂的晶体形状。另一方面。助熔剂缓冷法可以得到板状晶体，所以得到的人造刚玉晶体虽然具有晶面，但是优势面是{001}面。

因此由于过去以棒状或板状得到人造刚玉晶体，所以在激光振荡材料等中使用时必须进行切削等加工以制成所需的形状，但是如上所述因为人造刚玉晶体具有高硬度，所以就产生了成本高的不利情况。而且Czochralsk法和火焰熔融法制造的人造刚玉晶体不含杂质，而天然刚玉晶体含杂质，因而容易辨别，是作为宝石饰品价值的的产品。

本实施方式中的人造刚玉晶体是具有规定晶面的晶体，这种晶面是源于六角双锥形晶体。所谓六角双锥形晶体，例如是指具有图1(a)所示形状的人造刚玉晶体。本实施方式中，人造刚玉晶体由于源于六角双锥形晶体，所以在激光振荡材料和宝石饰品材料使用时无需实施切削加工，而且即使进行切削加工的情况下也能利用本发明的人造刚玉晶体所具有的晶面加工，所以具有能以低成本实用化的优点。

这里采用X射线衍射装置分别对上述晶体和晶面进行鉴定和测定。此时，将三方晶系定为a＝4.759挨c＝12.991挨，鉴定时将与JCPDSNo.46-1212进行比较。本实施方式的人造刚玉晶体的晶面的X射线衍射图案的一实例示于图2(a)和图3(a)中。而且图2(b)和图3(b)是为鉴定本实施方式的人造刚玉晶体而粉碎和测定的X射线图案。本实施方式中，所谓人造刚玉晶体具有规定的晶面，例如图2(a)和图3(a)所示，是指可以检出属于规定晶面的任何峰。其中图2(c)和图3(c)是CPDSNo.46-1212的X射线衍射图案，图2(a)～(c)和图3(a)～(c)的X射线衍射图案，是用CuKα射线的。

而且本发明中，例如所述的{101}面，是指与{101}面等价的全部面，即{101}面和{011}面、或作为其倍数的{202}面、{022}面、{303}面、{033}面、{404}面、{044}面等，关于其他规定的晶面也同样。

本实施方式的人造刚玉晶体，通过具有规定的晶面，而能与采用过去的制造方法制造的人造刚玉晶体加以区别。例如，用Czochralsk法制造的人造刚玉晶体没有复杂的晶体形状，即使实施切削等加工也几乎不可能加工成具有特定晶面的晶体。而且用助熔剂缓冷法制造的人造刚玉晶体为板状晶体，虽然以{001}面作为优势晶面，但是通常不可能将其加工成具有上述的源于六角双锥形晶体的晶面。

而且本实施方式中人造刚玉晶体，只要源于六角双锥形晶体即可，也可以具有上述晶面以外的晶面。

其中所谓源于六角双锥形晶体，是指本实施方式的人造刚玉晶体既可以是以六角双锥形作为基本形状的人造刚玉晶体，也可以是对六角双锥形人造刚玉晶体实施了切削加工的。

而且所谓以六角双锥形作为基本形状，是指既可以是例如如图1(a)和图4(a)所示六角双锥形人造刚玉晶体，也可以是例如如图1(b)和图4(b)所示缺少六角双锥形一部分，其他晶面出现的人造刚玉晶体。另外，图4(a)、(b)是用光学显微镜(キ-エンス株式会社制造，VH-Z450+VH-7000C)，对添加了Cr的人造刚玉晶体摄影的光学显微镜照片。

本实施方式的人造刚玉晶体，既可以是无色的，也可以是因人造刚玉晶体中添加铬、铁、钛、镍、钒、钴等添加物而着色的。

其中已知刚玉晶体因铬、铁、钛、镍、钒、钴等添加物的种类而色调变得不同。例如没有添加物的是无色的，而添加了铬的将呈现深红色、红色或粉红色，添加了铁和钛的呈现蓝色，添加了镍的呈现黄色，添加了钒的呈现金绿宝石色，添加了镍和铬、或者镍、铬和铁的呈现橙色，添加了镍、钛、铁的呈现黄绿色，添加了钛、铬和铁的呈现紫色。而且将除添加了铬的深红色人造刚玉晶体以外的一般叫作蓝宝石。

本实施方式的人造刚玉晶体，优选通过添加铬，铁和钛，镍，钒，或者钴作为晶体中的着色成分而分别着色成深红色、红色或粉红色，蓝色，黄色，金绿宝石色或者绿色的。也就是说，本实施方式的人造刚玉晶体，优选深红色、红色或粉红色人造刚玉晶体(添加铬的人造刚玉晶体)，蓝色人造刚玉晶体，黄色人造刚玉晶体，金绿宝石色人造刚玉晶体，或者绿色人造刚玉晶体。

其中所谓被着色成金绿宝石色，是指人造刚玉晶体具有变色性的人造刚玉晶体，而且所谓金绿宝石色人造刚玉晶体，是指具有变色性的人造刚玉晶体。对于显示这种变色性的区域并无特别限制，例如在兰绿色系光谱的强光(例如太阳光和荧光灯)下呈现暗兰绿色或暗黄绿色，在红色系光谱的强光(例如烛光和白炽灯光)下变成呈现出暗红紫色和红褐色。

而且本实施方式中，黄色人造刚玉晶体，作为着色成分除镍以外，还可以添加铁。这种情况下，作为着色成分组合的实例例如可以举出仅有镍，或者镍与铁的组合。

金绿宝石色人造刚玉晶体，作为添加成分除钒以外，也可以添加从钛和铬中选出的至少一种元素。这种情况下，作为着色成分的组合，例如可以举出仅有钒，钒和铁，钒和钛，钒和铬，钒，铁和钛，钒、铁和铬，钒、钛和铬，钒、铁、钛和铬等的组合。

绿色人造刚玉晶体，作为着色成分除钴以外，也可以添加从铁、钒和镍中选出的至少一种元素。这种情况下，作为着色成分的组合，例如可以举出仅有钴，钴和铁，钴和钒，钴和镍，钴、钒和镍等的组合。

而且本实施方式的人造刚玉晶体中也可以含有上述的铬、铁、钛、镍、钒、钴以外的金属或该金属的化合物。

其中添加铬、铁、钛、镍、钒、钴等，可以用EPMA(电子射线微区分析)、XPS(X射线光电子分光分析)或EDX(能量分散型X射线分析)法确认。

而且无色人造刚玉晶体的化学计量组成可以用Al₂O₃表示。深红色、红色或粉红色人造刚玉晶体(添加铬的人造刚玉晶体)的化学计量组成可以用Al₂O₃:Cr表示。蓝色人造刚玉晶体的化学计量组成可以用Al₂O₃:Fe，Ti表示。黄色人造刚玉晶体的化学计量组成虽然因上述着色成分的组合而异，但是例如可以用Al₂O₃:Ni或者Al₂O₃:Ni，Fe等表示。金绿宝石色人造刚玉晶体的化学计量组成虽然因上述着色成分的组合而异，但是例如可以用Al₂O₃:V，Al₂O₃:V、Fe，Al₂O₃:V、Ti，Al₂O₃:V、Cr，Al₂O₃:V、Fe、Ti，Al₂O₃:V、Fe、Cr，Al₂O₃:V、Ti、Cr，或Al₂O₃:V、Fe、Ti、Cr等表示。绿色人造刚玉晶体的化学计量组成虽然因上述着色成分的组合而异，但是例如可以用Al₂O₃:Co，Al₂O₃:Co、Fe，Al₂O₃:Co、V，Al₂O₃:Co、Ni，或Al₂O₃:Co、V、Ni等表示。

本实施方式中，任何人造刚玉晶体，组成均不限于化学计量上的，还包括与化学计量组成有偏差的。本实施方式的人造刚玉晶体，优选采用后述的助熔剂蒸发法制造，采用助熔剂蒸发法制造的情况下，有时能使人造刚玉晶体中含有在助熔剂中所含的作为杂质的元素。其中人造刚玉晶体中的杂质含量通常处于1摩尔％以下是极微量的。

而且作为人造刚玉晶体中着色成分的含量，若含有仅能使人造刚玉晶体着色的着色成分就无特别限制，也可以是极微量的。例如作为上述深红色、红色或粉红色人造刚玉晶体(添加铬的人造刚玉晶体)中的铬含量，若含有仅使深红色、红色或粉红色人造刚玉晶体着色的Cr就无特别限制，也可以是极微量的。而且作为上述蓝色人造刚玉晶体中的铁和钛的含量，若含有仅使人造刚玉晶体着色为蓝色的铁和钛就无特别限制，也可以是极微量的。作为上述黄色人造刚玉晶体中的镍等着色成分的含量，若含有仅使人造刚玉晶体着色成黄色的着色成分就无特别限制，也可以是极微量的。作为上述金绿宝石色人造刚玉晶体中的钒等着色成分的含量，若含有仅使人造刚玉晶体着色成金绿宝石色的着色成分就无特别限制，也可以是极微量的。作为上述绿色人造刚玉晶体中的钴等着色成分的含量，若含有仅使人造刚玉晶体着色成绿色的着色成分就无特别限制，也可以是极微量的。

本实施方式中，优选采用助熔剂蒸发法制造人造刚玉晶体。在助熔剂蒸发法中使用的装置是简单的高温炉和坩埚，能够容易提供六角双锥形人造刚玉晶体。而且依据使用的助熔剂种类的不同，能够选择性地制造不属于板状晶体或针状晶体，而属于六角双锥形的晶体。此外，像上述那样采用助熔剂蒸发法制造的人造刚玉晶体，由于作为杂质有时含有助熔剂中所含的元素，所以能够制成含有与天然刚玉晶体同样杂质的晶体，与天然品接近，所以具有作为宝石饰品等的价值高的优点。

其中，关于助熔剂蒸发法等人造刚玉晶体的制造方法，记载在后述的“B.人造刚玉晶体的制造方法一栏中”，所以这里省略对其的说明。

而且本实施方式的人造刚玉晶体，也可以是人为含有杂质的。如上所述，通过含有杂质能够制成与天然品接近的刚玉晶体，因而具有作为宝石饰品等的价值高的优点。

2.第二种实施方式

本发明的人造刚玉晶体的第二种形态，其特征在于其具有{001}面以外的优势晶面。

正如上面第一种实施方式中记载的那样，采用已有的Czochralsk法、火焰熔融法或烧结法制造的人造刚玉晶体，不具有复杂的晶体形状。而且采用助熔剂缓冷法可以得到的板状晶体，人造刚玉晶体虽然具有晶面，但是优势的晶面却是{001}面。

本实施方式中的人造刚玉晶体，是具有{001}面以外的优势晶面的人造刚玉晶体，这种晶面并不源于板状晶体，而与上述第一种实施方式同样是源于六角双锥形晶体。本实施方式中，人造刚玉晶体具有{001}面以外的优势晶面，源于六角双锥形晶体，所以在激光振荡材料、宝石饰品等中使用时无需实施切削加工，或者即使在实施切削加工的情况下也能利用本发明的人造刚玉晶体具有的晶面进行加工，因而具有能以低成本实用化的优点。

这里所谓具有{001}面以外的优势晶面，是指不具有{001}面，或者在具有{001}面的情况下，在X射线衍射图案中存在比属于{001}面的峰强度更大的峰。此外，作为{001}面以外的优势晶面，优选为在上述第一种实施方式中记载的任何规定晶面。

其中，关于人造刚玉晶体及其他各点，由于与第一种实施方式相同而在这里省略说明。

B.人造刚玉晶体的制造方法

以下说明本发明的人造刚玉晶体的制造方法。

本发明的人造刚玉晶体的制造方法，其特征在于采用将含有原料和助熔剂的样品加热，以助熔剂的蒸发作为驱动力，使晶体析出和生长的助熔剂蒸发法，制造以六角双锥形作为基本形状的人造刚玉晶体。

助熔剂法是溶液法中的一种，也可以叫作熔剂法。采用助熔剂法使晶体生长之际，将形成助熔剂的盐或氧化物与作为溶质的原料混合，加热熔融后，使溶液缓冷或者一边使助熔剂蒸发一边形成过饱和状态，使晶体生长。基于这种过饱和状态的形成方法不同，可以大体分为助熔剂蒸发法、助熔剂缓冷法和助熔剂温度梯度法。

上述方法中本发明采用助熔剂蒸发法。助熔剂蒸发法，是一种促进以助熔剂的蒸发为驱动力的晶核形成和晶体生长的方法，例如如图5(b)所示，将充填了含有助熔剂和原料的样品1的坩埚12置于高温炉13中，通过加热使样品1中的助熔剂蒸发，使人造刚玉晶体2析出和生长，如图5(c)所示，就能得到含有人造刚玉晶体2的样品1’。将这种残存的样品1’溶解在适当介质中，就可以将人造刚玉晶体2分离。

作为采用助熔剂法的人造刚玉晶体的制造方法，已知如下的方法，即，采用一边将溶液缓冷形成过饱和状态而使晶体生长的助熔剂缓冷法，使用氧化锂-氧化(氟化)铅、氧化锂-氧化钨-氧化(氟化)铅、或者氧化铋-氧化镧-氧化(氟化)铅等铅系助熔剂，得到板状晶体。然而，用这种方法得到的仅仅是薄板状晶体，很难制造大型和高品质的晶体。因此，在激光振荡材料等中使用时需要将板状晶体切削成所需的形状，此外由于人造刚玉晶体具有较高的硬度，所以产生了成本增大的不利情况。

除此问题以外，助熔剂法中有时会使晶体中含有助熔剂中所含的杂质元素，所以与Czochralsk法不同，得到的人造刚玉晶体含有杂质，由于能够制成与天然刚玉晶体接近的，所以具有可以得到作为宝石饰品的价值高的人造刚玉晶体的优点。

本发明中，通过采用助熔剂蒸发法，可以制造以如图1(a)和4(a)所示的六角双锥形作为基本形状的人造刚玉晶体，所以实用化时加工容易，能够以低廉价格提供高附加值的人造刚玉晶体。而且助熔剂蒸发法采用的装置，如图5(b)所示仅仅是高温炉13和坩埚12那样简单，在助熔剂蒸发法中，通过使助熔剂蒸发来使晶体析出和生长，将残存的样品溶解在适当溶剂中就可以得到人造刚玉晶体，所以制造工序简单。此外综上所述，在助熔剂蒸发法中，人造刚玉晶体有时含有助熔剂中所含元素作为杂质，可以得到与天然刚玉晶体接近的人造刚玉晶体，所以可以制造作为宝石饰品等价值高的人造刚玉晶体。

另外在本发明中，所谓以六角双锥形作为基本形状的人造刚玉晶体，不仅包括图1(a)和图4(a)所示六角双锥形的晶体，而且也包括图1(b)和图4(b)所示缺少六角双锥形一部分但是具有其他晶面的晶体。

图5是表示本发明的人造刚玉晶体制造方法一例的工序图。如图5所示，本发明的人造刚玉晶体的制造方法，包括以下工序：在乳钵11中将助熔剂和原料搅拌制备样品1的样品制备工序(图5(a))，将充填了上述样品1的坩埚12置于高温炉13中加热，进而在高温下保温，使助熔剂蒸发的加热蒸发工序(图5(b))，在上述加热蒸发工序中将熔融的样品冷却的冷却工序(图5(c))，和将上述加热蒸发工序和上述冷却工序后残存的样品1’溶解在适当溶剂中，将人造刚玉晶体2分离的分离工序(晶体回收工序)(图5(d))。

以下说明这种人造刚玉晶体的制造方法的各工序。

1.样品制备工序

本发明的人造刚玉晶体的制造方法中，首先进行将助熔剂和原料搅拌制备样品的样品制备工序。

本工序中，作为将助熔剂和原料搅拌的方法，虽然只要能够均匀搅拌的方法就无特别限制，但是例如可以采用在乳钵中将助熔剂和原料充分搅拌的方法。

本发明用的样品，是含有助熔剂和原料的样品。以下分别说明助熔剂和原料。

(1)助熔剂

本发明使用的助熔剂，虽然只要是能在后述的加热蒸发工序中蒸发，而且在后述的分离工序中溶解在适当溶剂中的就无特别限制，但是优选钼化合物。因为通过使上述助熔剂含有氧化钼，可以选择性制造不是板状或针状的人造刚玉晶体，而是以六角双锥形作为基本形状的人造刚玉晶体。

作为这种钼化合物，可以使用氧化钼，或者在后述的加热蒸发工序中通过加热能够生成氧化钼的化合物。而且作为通过加热能够生成氧化钼的化合物，例如可以举出碳酸钼、硫酸钼、硝酸钼、氢氧化钼及其水合物等。本发明中在上述物质中优选使用氧化钼。

而且本发明中，上述助熔剂也可以含有蒸发抑制剂。这样一来由于可以抑制助熔剂的蒸发速度，抑制多核产生和晶体生长的速度，所以能够制造高品质的人造刚玉晶体。

另一方面，当助熔剂不含有上述蒸发抑制剂的情况下，由于核形成速度快，可以形成更多核，所以能够制造很多人造刚玉晶体。

作为上述蒸发抑制剂，只要是能够抑制助熔剂蒸发，而且在后述的分离工序中能够溶解在适当溶剂中的就无特别限制，但是在本发明中却优选碱金属化合物。通过使用碱金属化合物，能够有效地抑制助熔剂的蒸发，制造高品质的大型人造刚玉晶体。

作为这种碱金属化合物，可以使用碱金属氧化物，或者在后述的加热蒸发工序中通过加热生成碱金属氧化物的化合物。作为上述的通过加热生成碱金属氧化物的化合物，可以举出碱金属碳酸盐、碱金属硫酸盐、碱金属硝酸盐、碱金属氢氧化物及其水合物等。本发明中，在上述物质中优选能生成从Li₂O、Na₂O和K₂O中选出的至少一种碱金属氧化物的化合物。

而且作为上述碱金属化合物的含量，按照碱金属化合物中碱金属原子的摩尔数计，相对于上述样品的全部摩尔数处于40摩尔％以下，优选处于30摩尔％以下，更优选20摩尔％以下的范围内。本发明中，由于以助熔剂的蒸发作为驱动力促进核的形成和晶体生长，所以碱金属化合物的含量大于上述范围的情况下，有可能妨碍晶化过程。

(2)原料

以下说明本发明使用的原料。本发明中，原料是人造刚玉晶体的形成材料，人造刚玉晶体，正如上述的“A.人造刚玉晶体”一栏记载的那样，有无色的人造刚玉晶体、深红色、红色或粉红色的人造刚玉晶体(添加铬的人造刚玉晶体)、蓝色人造刚玉晶体、黄色人造刚玉晶体、金绿宝石色人造刚玉晶体和绿色人造刚玉晶体之分并且其基本组成不同。以下分别说明无色的人造刚玉晶体、深红色、红色或粉红色的人造刚玉晶体(添加铬的人造刚玉晶体)、蓝色人造刚玉晶体、黄色人造刚玉晶体、金绿宝石色人造刚玉晶体和绿色人造刚玉晶体。

(i)无色的人造刚玉晶体

本发明中无色的人造刚玉晶体，具有用Al₂O₃表示的基本组成，所以采用铝化合物(Al₂O₃源)作为原料即可。

作为铝化合物(Al₂O₃源)可以使用氧化铝，或者在后述的加热蒸发工序中通过加热能生成氧化铝的化合物。作为上述的通过加热能生成氧化铝的化合物，例如可以举出氢氧化铝、硫酸铝、碳酸铝、硝酸铝及其水合物等。本发明中，这些物质中优选使用氧化铝。

其中关于无色的人造刚玉晶体的组成，因与上述的“A.人造刚玉晶体”一栏记载的相同而在这里省略说明。

本发明中，作为上述原料的含量，原料的摩尔数优选相对于上述样品的总摩尔数处于10摩尔％以下。原料含量大于上述范围的情况下，原料在上述助熔剂中不容易溶解，有可能妨碍结晶化。而且由于原料含量少也能形成晶体，所以对原料含量的下限值没有特别限制。

(ii)深红色、红色或粉红色的人造刚玉晶体(添加铬的人造刚玉晶体)

本发明中，深红色、红色或粉红色的人造刚玉晶体(添加铬的人造刚玉晶体)由于是具有用Al₂O₃:Cr表示的基本组成，所以上述原料可以分成铝化合物(Al₂O₃源)和铬化合物(Cr源)。

作为铬化合物(Cr源)，虽然只要是在后述的加热蒸发工序中熔融的就无特别限制，但是优选通过加热能够生成铬离子的化合物。作为通过加热能够生成铬离子的化合物，例如可以举出氧化铬、氢氧化铬、硫酸铬、碳酸铬、硝酸铬及其水合物。本发明中在这些物质中优选氧化铬。

其中关于铝化合物(Al₂O₃源)，由于与上述无色人造刚玉晶体一栏记载的相同而在这里省略说明。

作为铝化合物(Al₂O₃源)与铬化合物(Cr源)的混合比，按照形成规定组成所需的化学计量比混合即可。例如当使用氧化铝和氧化铬作原料的情况下，关于氧化铬的添加量，按照相对于氧化铝的重量处于5重量％以下的方式混合即可，优选按照处于2重量％以下，更优选处于1重量％以下的方式混合。

另外，关于原料的含量等由于与上述无色人造刚玉晶体一栏记载的相同，而关于深红色、红色或粉红色的人造刚玉晶体(添加铬的人造刚玉晶体)的组成，与上述的“A.人造刚玉晶体”一栏记载的相同，而在这里省略说明。

(iii)蓝色人造刚玉晶体

本发明中，蓝色人造刚玉晶体由于是具有用Al₂O₃:Fe、Ti表示的基本组成，所以上述原料是铝化合物、铁化合物和钛化合物即可。

作为铁化合物，虽然只要是在后述的加热蒸发工序中熔融的化合物就无特别限制，但是优选通过加热能够生成铁离子的化合物。作为通过加热能够生成铁离子的化合物，例如可以举出氧化铁、氢氧化铁、硫酸铁、碳酸铁、硝酸铁、氯化铁、柠檬酸铁、磷酸铁、氟化铁、碘化铁、草酸铁、及其水合物等。在这些物质中本发明优选使用氧化铁。这种情况下，上述氧化铁中的铁的价数既可以是二价或三价，也可以是二价和三价的铁混合存在。

作为钛化合物，虽然只要是在后述的加热蒸发工序中熔融的化合物就无特别限制，但是优选通过加热能够生成钛离子的化合物。作为通过加热能够生成钛离子的化合物，例如可以举出氧化钛、氮化钛、四异丙氧基钛、草酸钛、硫化钛、溴化钛、氯化钛及其水合物等。在这些物质中本发明优选使用氧化钛。这种情况下，上述氧化钛中的钛的价数可以举出二价、三价和四价。钛的价数，既可以是单一的，也可以是混合存在的。

另外关于铝化合物，由于与上述无色人造刚玉晶体一栏记载的相同而在这里省略对其的说明。

而且关于铝化合物与铁化合物和钛化合物之间的混合比，若添加的铁化合物和钛化合物能使蓝色人造刚玉晶体着色的就无特别限制。例如当使用氧化铝、氧化铁和氧化钛作为原料的情况下，作为氧化铁和氧化钛的合计添加量，按照其相对于氧化铝的重量达到5重量％以下的方式混合即可，优选按照处于2重量％以下、更优选处于1重量％以下的方式混合。通过使上述混合比处于上述范围内，可以将蓝色人造刚玉晶体着色成鲜艳的蓝色。

此外，铁化合物与钛化合物间的混合比虽然因铁和钛的价数而异，但是通常按照元素铁与元素钛间重量比(Fe∶Ti)达到1∶0.05～20的方式混合。其中优选按照达到1∶0.07～15，更优选达到1∶0.1～10的方式混合。通过使上述混合比处于上述范围内，能够得到一种显色为鲜艳的蓝色的蓝色人造刚玉晶体。

其中关于原料的含量，与上述无色人造刚玉晶体一栏记载的相同，而关于蓝色人造刚玉晶体的组成，与上述的“A.人造刚玉晶体”一栏记载的相同，因而这里省略对其的说明。

(iv)黄色人造刚玉晶体

本发明中，黄色人造刚玉晶体由于具有用Al₂O₃:Ni表示的基本组成，所以可以使用铝化合物和镍化合物作为原料。另外在本发明中，正如上述“A.人造刚玉晶体”一栏记载的那样，黄色人造刚玉晶体由于作为着色成分除镍以外还添加了铁，所以作为上述原料还可以在铝化合物和镍化合物中添加铁化合物。这种情况下，作为原料的组合例如可以举出铝化合物和镍化合物的组合，或者铝化合物、镍化合物和铁化合物的组合。

作为镍化合物虽然只要是在后述的加热蒸发工序中熔融的化合物就无特别限制，但是优选通过加热能够生成镍离子的化合物。作为上述通过加热能够生成镍离子的化合物，例如可以举出乙酸镍、碳酸镍、氯化镍、氢氧化镍、碘化镍、硝酸镍、氧化镍、氨基磺酸镍、硫酸镍及其水合物。本发明中，这些化合物中优选使用氧化镍。这种情况下，上述氧化镍中镍的价数，既可以是二价或三价，也可以是二价和三价混合存在。

另外关于铝化合物，由于与上述无色人造刚玉晶体一栏记载的相同，关于铁化合物，由于与上述蓝色人造刚玉晶体一栏记载的相同，而在这里省略对其的说明。

而且关于铝化合物与镍化合物间的混合比，若添加的镍化合物能使黄色人造刚玉晶体着色就无特别限制。此外，当除铝化合物和镍化合物以外还使用铁化合物的情况下，作为着色成分的镍化合物和铁化合物，若添加后黄色人造刚玉晶体被着色就无特别限制。

例如当使用氧化铝和氧化镍作为原料的情况下，关于氧化镍的添加量，按照其相对于氧化铝的重量达到5重量％以下的方式混合即可，优选按照处于2重量％以下，更优选处于1重量％以下的方式混合。通过使上述混合比处于上述范围内，可以将黄色人造刚玉晶体着色成鲜艳的黄色。

而且当使用氧化铝、氧化镍和氧化铁作为原料的情况下，关于氧化镍与氧化铁的合计添加量，按照其相对于氧化铝的重量达到5重量％以下的方式混合即可，优选按照处于2重量％以下，更优选处于1重量％以下的方式混合。是因为通过使上述混合比处于上述范围内，如上所述，可以将黄色人造刚玉晶体着色成鲜艳的黄色。而且在这种情况下，氧化镍与氧化铁间的混合比因镍和铁的价数而异，可以根据本发明制造的黄色人造刚玉晶体的用途适当选择。

另外关于原料的含量，与上述无色人造刚玉晶体一栏记载的相同，而关于黄色人造刚玉晶体的组成，与上述的“A.人造刚玉晶体”一栏记载的相同，因而这里省略对其的说明。

(v)金绿宝石色人造刚玉晶体

本发明中，金绿宝石色人造刚玉晶体由于具有用Al₂O₃:V等表示的基本组成，所以可以使用铝化合物和钒化合物作为原料。而且在本发明中，正如上述“A.人造刚玉晶体”一栏记载的那样，金绿宝石色人造刚玉晶体由于作为着色成分除钒以外还可以添加铁、钛或铬等，所以作为上述原料除铝化合物和钒化合物以外，还可以使用从铁化合物、钛化合物和铬化合物中选出的至少一种化合物。

这种情况下，作为原料的组合例如可以举出铝化合物和钒化合物的组合，铝化合物、钒化合物和铁化合物的组合，铝化合物、钒化合物和钛化合物的组合，铝化合物、钒化合物和铬化合物的组合，铝化合物、钒化合物、铁化合物和钛化合物的组合，铝化合物、钒化合物、铁化合物和铬化合物的组合，铝化合物、钒化合物、钛化合物和铬化合物的组合，或者铝化合物、钒化合物、铁化合物、钛化合物和铬化合物的组合等。

作为钒化合物虽然只要是在后述的加热蒸发工序中熔融的就无特别限制，但是优选通过加热能够生成钒离子的化合物。作为上述通过加热能够生成钒离子的化合物，例如可以举出碳化钒、氯化钒、氧化钒、酸式硫酸钒、酸式草酸钒及其水合物等。本发明中，这些化合物中优选使用氧化钒。这种情况下，上述氧化钒中钒的价数，可以举出三价、四价和五价。钒的价数既可以是单一的，也可以是混合存在的。

另外关于铝化合物，由于与上述无色人造刚玉晶体一栏记载的相同，关于铬化合物与上述深红色、红色或粉红色人造刚玉晶体一栏记载的相同，而关于铁化合物和钛化合物与上述蓝色人造刚玉晶体一栏记载的相同，因而这里省略对其的说明。

而且关于铝化合物与钒化合物间的混合比，若添加的钒化合物使金绿宝石色人造刚玉晶体着色就无特别限制。此外，在除铝化合物和钒化合物以外还使用从铁化合物、钛化合物和铬化合物中选出的至少一种化合物的情况下也同样，作为着色成分的钒化合物和其他化合物添加后使金绿宝石色人造刚玉晶体被着色就无特别限制。

例如当使用氧化铝和氧化钒作为原料的情况下，关于氧化钒的添加量，按照其相对于氧化铝的重量达到5重量％以下的方式混合即可，优选按照处于2重量％以下、更优选处于1重量％以下的方式混合。通过使上述混合比处于上述范围内，可以将金绿宝石色人造刚玉晶体着色成变色性良好的金绿宝石色。

而且当使用氧化铝、氧化钒和氧化铁作为原料的情况下，关于氧化钒与氧化铁的合计添加量，按照其相对于氧化铝的重量达到5重量％以下的方式混合即可，优选按照处于2重量％以下，更优选处于1重量％以下方式混合。是因为通过使上述混合比处于上述范围内，可以将金绿宝石色人造刚玉晶体着色成变色性良好的金绿宝石色。另外，在这种情况下，作为氧化钒和氧化铁的混合比，因钒和铁的价数而不同，根据本发明制造的金绿宝石色人造刚玉晶体的用途适当选择即可。

另外，关于原料的含量，与上述无色人造刚玉晶体一栏记载的相同，而关于金绿宝石色人造刚玉晶体的组成，与上述的“A.人造刚玉晶体”一栏记载的相同，因而这里省略对其的说明。

(vi)绿色人造刚玉晶体

本发明中，绿色人造刚玉晶体例如具有用Al₂O₃:Co等表示的基本组成，所以可以使用铝化合物和钴化合物作为原料。而且正如上述“A.人造刚玉晶体”一栏记载的那样，绿色人造刚玉晶体由于除钴以外还可以添加钒或镍等作为着色成分，所以作为上述原料除铝化合物和钴化合物以外，还可以使用从铁化合物、钒化合物和镍化合物中选出的至少一种化合物。

这种情况下，作为原料的组合例如可以举出铝化合物和钴化合物的组合，铝化合物、钴化合物和铁化合物的组合，铝化合物、钴化合物和钒化合物的组合，铝化合物、钴化合物和镍化合物的组合，铝化合物、钴化合物、钒化合物和镍化合物等的组合等。

作为钴化合物虽然只要是在后述的加热蒸发工序中熔融的就无特别限制，但是优选通过加热能够生成钴离子的化合物。作为上述通过加热能够生成钴离子的化合物，例如可以举出溴化钴、氯化钴、柠檬酸钴、氟化钴、葡糖酸钴、氢氧化钴、碘化钴、硝酸钴、草酸钴、氧化钴、磷酸钴、硬脂酸钴、硫酸钴、硫化钴及其水合物。本发明中，这些化合物中优选使用柠檬酸钴、氟化钴、葡糖酸钴、氢氧化钴、碘化钴、草酸钴、氧化钴、硬脂酸钴、磷酸钴，更优选使用氧化钴、氢氧化钴、硬脂酸钴、磷酸钴。这种情况下，上述钴化合物中钴的价数，可以是二价或三价，也可以二价和三价的钴混合存在。

另外，关于铝化合物，由于与上述无色人造刚玉晶体一栏记载的相同，关于铁化合物与上述蓝色人造刚玉晶体一栏记载的相同，而关于镍化合物与上述黄色人造刚玉晶体一栏记载的相同，关于钒化合物与上述金绿宝石色人造刚玉晶体一栏记载的相同，所以这里省略其说明。

而且关于铝化合物与钴化合物间混合比，若添加的钴化合物使绿色人造刚玉晶体着色就无特别限制。此外，在除铝化合物和钴化合物以外还使用从铁化合物、钒化合物和镍化合物中选出的至少一种化合物的情况下，作为着色成分的钴化合物和其他化合物也同样，若添加后使绿色人造刚玉晶体着色就无特别限制。

例如当使用氧化铝和氧化钴作为原料的情况下，关于氧化钴的添加量，按照其相对于氧化铝的重量达到5重量％以下的方式混合即可，优选按照处于2重量％以下、更优选处于1重量％以下的方式混合。是由于通过使上述混合比处于上述范围内，可以将绿色人造刚玉晶体着色成鲜艳的绿色。

而且例如当使用氧化铝、氧化钴和氧化铁作为原料的情况下，关于氧化钴与氧化铁的合计添加量，按照其相对于氧化铝的重量达到5重量％以下的方式混合即可，优选按照处于2重量％以下，更优选处于1重量％以下的方式混合。是由于通过使上述混合比处于上述范围内，如上所述，可以将绿色人造刚玉晶体着色成鲜艳的绿色。而且在这种情况下，氧化钴与氧化铁间的混合比因钴和铁的价数而异，可以根据本发明制造的绿色人造刚玉晶体的用途适当选择。

因此，本发明中对于上述的铝化合物和钴化合物而言，可以以各种组合使用铁化合物、钒化合物和镍化合物，这些化合物的混合比因各元素的价数而异，可以根据本发明制造的绿色人造刚玉晶体的用途适当选择。

另外关于原料的含量，与上述无色人造刚玉晶体一栏记载的相同，而关于绿色人造刚玉晶体的组成，与上述的“A.人造刚玉晶体”一栏记载的相同，故这里省略其说明。

(3)其他

本发明中，上述样品中可以含有杂质。这样一来，能够制造出与天然品接近的晶体，因而可以得到一种作为宝石饰品的价值高的人造刚玉晶体。

2.加热和蒸发工序

以下就本发明的人造刚玉晶体的制造方法中的加热和蒸发工序加以说明。本发明中的加热和蒸发工序，是将含有助熔剂和原料的样品加热，进而在高温下保持使助熔剂蒸发的工序。

本工序中，将上述样品制备工序中制备的样品放入坩埚中加盖，例如如图5(b)所示将充填了样品1的坩埚12置于高温炉13中。然后升温至最高保持温度，在该温度下保持规定时间，使样品1中的助熔剂蒸发，以此助熔剂的蒸发作为驱动力，促进核形成和晶体生长。这样可以在样品1中形成人造刚玉晶体2。

作为本工序中的最高保持温度，只要是能使上述样品熔融，将助熔剂蒸发的温度就无特别限制，具体讲为950～1300℃，其中优选975℃～1250℃，更优选1000℃～1200℃。

而且作为设定上述最高保持温度时的升温速度，只要是能将上述样品均匀加热的速度就无特别限制。此外作为在上述最高保持温度下的保持时间，只要是能使晶体充分生长的时间就无特别限制。

作为本工序中使用的坩埚，只要是能够耐受上述最高保持温度的坩埚而且与上述样品的反应性低的坩埚就无特别限制，通常使用白金坩埚。

3.冷却工序

以下说明本发明的人造刚玉晶体的制造方法中的冷却工序。本发明中冷却工序，是将上述加热蒸发工序中熔融的样品冷却的工序。

本工序中，例如如图5(b)所示将充填了样品1的的坩埚12从高温炉13中取出，如图5(c)所示将充填了样品1的的坩埚12冷却到室温。

作为冷却方法只要是能够冷却至室温的方法即可，例如可以举出将坩埚自然冷却的方法。

4.分离工序(晶体回收工序)

以下就本发明的人造刚玉晶体的制造方法中的分离工序进行说明。本发明中，分离工序是将上述加热蒸发工序和冷却工序后残存的样品溶解在适当溶剂中，由此将晶体分离的工序。

在上述冷却工序后的坩埚中，如图5(c)所示，样品1’包围晶体2而残存。本工序中，通过将这种残存的样品溶解在适当的溶剂中，能够容易地仅将人造刚玉晶体分离。

作为溶解上述残存的样品用的溶剂，只要是不影响人造刚玉晶体，并将人造刚玉晶体以外的残存样品溶解的就无特别限制，例如可以举出冷水、温水、热水等。

此外，关于采用本发明制造的人造刚玉晶体的其他诸点，与上述的“A.人造刚玉晶体”一栏记载的相同，而省略其说明。

C.人造刚玉晶体制造用原料

以下说明人造刚玉晶体制造用原料。

本发明的人造刚玉晶体制造用原料，其特征在于用于制造人造刚玉晶体，其中含有钼化合物和铝化合物。

本发明的人造刚玉晶体制造用原料，适合用于利用上述的助熔剂蒸发法制造人造刚玉晶体的情况，使用这种本发明的人造刚玉晶体制造用原料制造人造刚玉晶体的情况下，由于能够选择性制造不属于板状晶体或针状晶体的六角双锥形晶体，所以如上所述能以低成本实用化。而且可以得到作为宝石饰品等价值高的晶体。

而且本发明的人造刚玉晶体制造用原料，除上述钼化合物和铝化合物以外，还可以含有铬化合物，铁化合物和钛化合物，镍化合物，钒化合物，或者含有钴化合物。通过使人造刚玉晶体制造用原料含有这种化合物，能够适合用于制造各种着色的人造刚玉晶体。

例如，制造黄色人造刚玉晶体用的人造刚玉晶体制造用原料，除上述钼化合物、铝化合物和镍化合物以外，还可以含有铁化合物。

制造金绿宝石色人造刚玉晶体用的人造刚玉晶体制造用原料，除上述钼化合物和铝化合物和钒化合物以外，还可以含有选自铁化合物、钛化合物和铬化合物中的至少一种化合物。其中作为这些化合物的组合，例如可以举出在上述“B.人造刚玉晶体的制造方法1.样品制备工序”一栏中记载的组合。

制造绿色人造刚玉晶体用的人造刚玉晶体制造用原料，除上述钼化合物、铝化合物和钴化合物以外，还可以含有从铁化合物、钒化合物和镍化合物中选出的至少一种化合物。其中作为这些化合物的组合，例如可以举出在上述“B.人造刚玉晶体的制造方法1.样品制备工序”一栏中记载的组合。

此外，本发明的人造刚玉晶体制造用原料，还可以含有碱金属化合物。碱金属化合物由于能抑制上述钼化合物等的蒸发，所以采用本发明的人造刚玉晶体制造用原料制造人造刚玉晶体的情况下，能够抑制多核产生和晶体生长速度，可以得到高品质的人造刚玉晶体。

另外，关于钼化合物、铝化合物、铬化合物、铁化合物、钛化合物、镍化合物、钒化合物、钴化合物和碱金属化合物，以及这些化合物的含量等，由于与上述的“B.人造刚玉晶体的制造方法1.样品制备工序”一栏中记载的相同，所以说明省略。

此外，本发明并不限于上述实施方式。上述实施方式仅仅是举例，与本发明的权利要求中记载的技术思想具有实质上相同的结构，并产生同样效果的技术方案，无论其如何变化，均被包括在本发明的技术范围内。

实施例

以下列举实施例和对照例具体说明本发明

[实施例1]

首先称量氧化铝(1.5克)、氧化铬(0.008克)、氧化钼(28.5克)和碳酸锂(1.5克)，放入乳钵中。在乳钵中将此混合样品干式混合大约20分钟。然后将混合样品充填在白金坩埚中，盖上盖子，放置在电炉内。以每小时45℃的速度将电炉加热至1100℃，在该温度下保温5小时。保温后，从电炉中取出坩埚，自然冷却至室温。将冷却至室温的坩埚放入温水中，将添加了铬的人造刚玉晶体分离回收。得到的晶体具有以六角双锥形为基本形状的立体形状，呈深红色且透明。而且其平均尺寸，在a轴和c轴方向分别约为1毫米。

[对照例1]

首先称量氧化铝(5.2克)、氧化铬(0.05克)和氟化铅(49.8克)，放入乳钵中。在乳钵中将此混合样品干式混合约20分钟。然后将混合样品充填在白金坩埚中，盖上盖子，放置在电炉内。以每小时45℃的速度将电炉加热至1100℃，在该温度下保温10小时。保温后，以每小时5℃的速度缓缓冷却到600℃，从电炉中取出坩埚，自然冷却至室温。将冷却至室温的坩埚放入温水中，将添加了铬的人造刚玉晶体分离回收。得到的晶体是以板状为基本形状的红色透明晶体。

[实施例2]

称量氧化铝(1.5克)、氧化钛(0.002克)、氧化铁(0.002克)、氧化钼(28.5克)和碳酸锂(1.5克)，放入乳钵中。在乳钵中将此混合样品干式混合大约20分钟。然后将混合样品充填在白金坩埚中，盖上盖子，放置在电炉内。以每小时45℃的速度将电炉加热至1100℃，在该温度下保温5小时。保温后，从电炉中取出坩埚，自然冷却至室温。将冷却至室温的坩埚放入温水中，分离回收蓝色人造刚玉晶体。得到的晶体具有以六角双锥形为基本形状的立体形状，呈蓝色透明状。

[对照例2]

称量氧化铝(5.2克)、氧化钛(0.0125克)、氧化铁(0.0125克)和氟化铅(49.8克)，放入乳钵中。在乳钵中将此混合样品干式混合约20分钟。然后将混合样品充填在白金坩埚中，盖上盖子，放置在电炉内。以每小时45℃的速度将电炉加热至1100℃，在该温度下保温10小时。保温后，以每小时5℃的速度缓缓冷却到600℃，从电炉中取出坩埚，自然冷却至室温。将冷却至室温的坩埚放入温水中，分离回收人造刚玉晶体。得到的晶体是以板状为基本形状的蓝色透明晶体。

[实施例3]

称量氧化铝(1.5克)、氧化镍(0.008克)、氧化钼(28.5克)和碳酸锂(1.5克)，放入乳钵中。在乳钵中将此混合样品干式混合大约20分钟。然后将混合样品充填在白金坩埚中，盖上盖子，放置在电炉内。以每小时45℃的速度将电炉加热至1100℃，在该温度下保温5小时。保温后，从电炉中取出坩埚，自然冷却至室温。将冷却至室温的坩埚放入温水中，分离回收黄色人造刚玉晶体。得到的晶体具有以六角双锥形为基本形状的立体形状，呈黄色透明状。

[实施例4]

称量氧化铝(1.5克)、氧化钒(0.008克)、氧化钼(28.5克)和碳酸锂(1.5克)，放入乳钵中。在乳钵中将此混合样品干式混合大约20分钟。然后将混合样品充填在白金坩埚中，盖上盖子，放置在电炉内。以每小时45℃的速度将电炉加热至1100℃，在该温度下保温5小时。保温后，从电炉中取出坩埚，自然冷却至室温。将冷却至室温的坩埚放入温水中，分离回收金绿宝石色人造刚玉晶体。得到的晶体具有以六角双锥形为基本形状的立体形状，呈金绿宝石色透明状。

[实施例5]

称量氧化铝(1.5克)、氧化钴(0.008克)、氧化钼(28.5克)和碳酸锂(1.5克)，放入乳钵中。在乳钵中将此混合样品干式混合大约20分钟。然后将混合样品充填在白金坩埚中，盖上盖子，放置在电炉内。以每小时45℃的速度将电炉加热至1100℃，在该温度下保温5小时。保温后，从电炉中取出坩埚，自然冷却至室温。将冷却至室温的坩埚放入温水中，分离回收绿色人造刚玉晶体。得到的晶体具有以六角双锥形为基本形状的立体形状，呈绿色透明状。

产业上利用的可能性

本发明的人造刚玉晶体，能以低成本实用化，而且作为宝石饰品的价值高。

Claims (28)

1.一种人造刚玉晶体，其特征在于具有从{113}面、{012}面、{104}面、{110}面、{101}面、{116}面、{211}面、{122}面、{214}面、{100}面、{125}面、{223}面、{131}面和{312}面中选出的至少一个晶面。

2.一种人造刚玉晶体，其特征在于具有{001}面以外的优势晶面。

3.按照权利要求1或2所述的人造刚玉晶体，其特征在于源于六角双锥形晶体。

4.按照权利要求1～3中任何一项所述的人造刚玉晶体，其特征在于人造刚玉晶体是无色的。

5.按照权利要求1～3中任何一项所述的人造刚玉晶体，其特征在于在所述的人造刚玉晶体中作为着色成分添加有铬。

6.按照权利要求1～3中任何一项所述的人造刚玉晶体，其特征在于在所述的人造刚玉晶体中作为着色成分添加有铁和钛。

7.按照权利要求1～3中任何一项所述的人造刚玉晶体，其特征在于在所述的人造刚玉晶体中作为着色成分添加有镍。

8.按照权利要求1～3中任何一项所述的人造刚玉晶体，其特征在于在所述的人造刚玉晶体中作为着色成分添加有钒。

9.按照权利要求1～3中任何一项所述的人造刚玉晶体，其特征在于在所述的人造刚玉晶体中作为着色成分添加有钴。

10.一种人造刚玉晶体的制造方法，其特征在于采用将含有原料和助熔剂的样品加热，以助熔剂的蒸发作为驱动力，使晶体析出和生长的助熔剂蒸发法，制造以六角双锥形作为基本形状的人造刚玉晶体。

11.按照权利要求10所述的人造刚玉晶体的制造方法，其特征在于所述的助熔剂含有钼化合物。

12.按照权利要求11所述的人造刚玉晶体的制造方法，其特征在于所述的钼化合物是氧化钼或者通过加热生成氧化钼的化合物。

13.按照权利要求12所述的人造刚玉晶体的制造方法，其特征在于所述的助熔剂含有蒸发抑制剂。

14.按照权利要求13所述的人造刚玉晶体的制造方法，其特征在于所述的蒸发抑制剂是碱金属化合物。

15.按照权利要求14所述的人造刚玉晶体的制造方法，其特征在于所述的碱金属化合物是碱金属氧化物，或者通过加热生成碱金属氧化物的化合物。

16.按照权利要求14所述的人造刚玉晶体的制造方法，其特征在于所述的碱金属化合物是通过加热生成从Li₂O、Na₂O和K₂O中选出的至少一种碱金属氧化物的化合物。

17.按照权利要求14～16中任何一项所述的人造刚玉晶体的制造方法，其特征在于所述的碱金属化合物中碱金属原子的摩尔数，相对于所述样品的总摩尔数处于40摩尔％以下。

18.按照权利要求10～17中任何一项所述的人造刚玉晶体的制造方法，其特征在于所述原料的摩尔数，相对于所述的样品的总摩尔数处于10摩尔％以下。

19.一种人造刚玉晶体制造用原料，其特征在于用于制造人造刚玉晶体，且含有钼化合物和铝化合物。

20.按照权利要求19所述的人造刚玉晶体制造用原料，其特征在于其中含有碱金属化合物。

21..按照权利要求19或20所述的人造刚玉晶体制造用原料，其特征在于所述的钼化合物是氧化钼、或者通过加热生成氧化钼的化合物。

22.按照权利要求19～21中任何一项所述的人造刚玉晶体制造用原料，其特征在于所述的铝化合物是氧化铝，或者通过加热生成氧化铝的化合物。

23.按照权利要求20～22中任何一项所述的人造刚玉晶体制造用原料，其特征在于所述的碱金属化合物，是碱金属氧化物或者通过加热生成碱金属氧化物的化合物。

24.按照权利要求19～23中任何一项所述的人造刚玉晶体制造用原料，其特征在于其中含有通过加热生成铬离子的铬化合物。

25.按照权利要求19～23中任何一项所述的人造刚玉晶体制造用原料，其特征在于其中含有通过加热生成铁离子的铁化合物和通过加热生成钛离子的钛化合物。

26.按照权利要求19～23中任何一项所述的人造刚玉晶体制造用原料，其特征在于其中含有通过加热生成镍离子的镍化合物。

27.按照权利要求19～23中任何一项所述的人造刚玉晶体制造用原料，其特征在于其中含有通过加热生成钒离子的钒化合物。

28.按照权利要求19～23中任何一项所述的人造刚玉晶体制造用原料，其特征在于其中含有通过加热生成钴离子的钴化合物。

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