JPH0253399B2 - - Google Patents

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JPH0253399B2
JPH0253399B2 JP56210440A JP21044081A JPH0253399B2 JP H0253399 B2 JPH0253399 B2 JP H0253399B2 JP 56210440 A JP56210440 A JP 56210440A JP 21044081 A JP21044081 A JP 21044081A JP H0253399 B2 JPH0253399 B2 JP H0253399B2
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JP
Japan
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crystal
oxide
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flux
lio
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JP56210440A
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Katsuhiro Teraishi
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B13/00Single-crystal growth by zone-melting; Refining by zone-melting
    • C30B13/02Zone-melting with a solvent, e.g. travelling solvent process
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C30CRYSTAL GROWTH
    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16Oxides
    • C30B29/22Complex oxides

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ベリル結晶は、組成が3BeO・Al2O3・6SiO2
あり、六方晶系で、分離溶融型の材質であり、融
解温度が、1410℃とされている。従来、人工的な
合成方法として、水熱合成法とフラツクス合成法
が主要な方式として、周知であり、特にフラツク
ス法は、実用に供せられており、クロム(Cr)
元素をドーピングして、エメラルド結晶として、
世に、販売されている。然しながら、フラツク法
は、以下の理由 白金ルツボを必要とする。
合成温度の制御が厳密である。
溶解塩(フラツクス)の使用量が多量であ
る。
結晶欠陥(フエザーインクルージヨン)の発
生防止が、困難である。
結晶成長速度が小さい。
により、極めて、製造コストの高いものである。
本願発明は、前記手法に代る安価な合成方式を
提供するものである。基本的発想は、周知のF・
Z方式を改良変形させた手法にある。即わち、周
和の、赤外線集中が熱単結晶製造装置(F・Z炉
と略称)を使用して、合成条件を新規に考案した
ものである。本手法は、 白金ルツボは不要 フラツクの使用量は、極小量である。
従前のフラツクス法には無い制御パラメータ
により、結晶欠陥が制御できる。
結晶成長速度が、フラツクス法に比較して、
大きくとれる。
結晶成長方向が、任意に制御できる。
の特徴があり、結果として、スループツトが上
り、従前のフラツクス法よりも安価なプロセスで
ある。
以下に、実施例も説明する。
実施例 1 まず、原料粉末の調合も行なう。試薬特級の酸
化ベリリウム(BeO)、酸化アルミニウム
(Al2O3)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化クロム
(Cr2O3)より、秤量して、3BeO・Al2O3
6SiO2・0.005Cr2O3の組成の混合粉末を作製する。
次に、該混合粉末を、ボールミルに依り、混合粉
末を50時間以上行なう。この際、ポツト及びボー
ルの材料は高純度アルミナの焼結材である。次
に、該混合粉末を、周知のF・Z法原料棒製造法
により、焼結体棒を作製する。これがF・Zの原
料棒となる。
次に、フラツクスとして、Li2O・V2O5の組成
となる如くに、試薬特級の水酸化リチウム
(LiOH)及び五酸化バナジウム(V2O5)を秤量
する。該粉末に、前記、3BeO・Al2O3・6SiO2
0.005Cr2O3の組成の粉末を重量割合で、20%相当
分を加える。然る後の混合粉末を、成形、焼結を
行なつて、デイスク状の焼結したフラツクスペレ
ツトを作る。次に、種子結晶として、フラツクス
法により合成されたベリル結晶をC軸方用に長く
切断し、所定寸法に加工する。
次に、以上のプロセスにて予め、用意されたも
のを、FZ炉にセツトして、結晶合成を行なう。
F・Z炉は、大略、第1図に示される構造であ
り、例えば、、ニチデン機械株式会社製のSC−2
型でよい。即わち、1は、原料表材棒であり、2
は、種子結晶、3は、回転楕円面鏡用の2つの焦
点であり、一方は、ハロゲンランプ5で熱源であ
り、他の一方は、溶融したフラツクスである。6
は透明石英チユーブであり、7はレンズ、8はス
クリーンであり、合成状況のモニタリングを行な
う。9,10は、上、下の回転軸であり、1及び
2の回転及び、上下動を制御する。
最初に、セツトされた種子結晶2の上に、フラ
ツクペレツトを載置し、該ペレツト直上に原料素
材棒を接触させて、セツトする。この状態で、ハ
ロゲンランプの電力を上昇させて、フラツクスペ
レツトを溶融せしめ、フラツクスが、種子結晶2
と原料素材棒の0間に表面張力で保持されている
状態を維持する。その後、溶融フラツクス部を
1100℃に保持し、上下軸を逆方向に、50r.p.mで
回転させ10時間、保持する。然る後に、溶融ゾー
ンの上下距離を維持する状態で、9及び10を下
方に、移動させる。この場合、移動速度は即結晶
成長速度に対応する。結晶成長速度は、大きすぎ
るとインクルージヨンが発生するため、制御され
なければならず、最大1mm/DAYである。これ
以下の成長速度で、インクルージヨンの無い結晶
が作製でき、また、低速ほど、他の成長条件の制
御余裕幅が大きくとれ、容易に成長させることが
できる。結晶成長は、溶融体と結晶の昇面で進行
するため、下方の結晶体は、合成完了時には、そ
の上部のフラツクス固体を切断すれば、即エメラ
ルド結晶体のみとして利用でき、特に後処理を必
要としない。
以上の手法により、0.01〜0.5mm/DAYの速度
でインクルージヨンの無いエメラルドが合成でき
た。結晶の直径は、大略5〜10m/mである。
実施例 2 実施例1と同様の前提条件で、原料素材棒のと
種子結晶2の配置を上・下逆転して、合成を行な
つた。さらに、最初の段階で1100℃で保持する間
に、上部種子結晶と溶融体とを接触させずに、溶
融体を下部原料素材棒の上端に表面張力で保持さ
せた状態で維持し、10時間後に、種子結晶と接触
させ、以後結晶成長を行なわせた。この場合は溶
融体の飽和溶解度を制御することが容易で、種子
結晶接触後、直ちに、結晶成長に進めることがで
きる。結晶の品質は、実施例同様に、80倍の宝石
顕微鏡の観察で、インクルージヨンは認められな
かつた。
実施例 3 実施例1と同様の条件で、フラツクスペレツト
の組成として、V2O5/Li2Oのモル比を変化させ
て、実験の結果、1〜5の範囲で、インクルージ
ヨンの観察されないエメラルドが合成された。
実施例 4 実施例1と同様の条件で、結晶成長温度、即わ
ち溶融体温度を変化させて実験した。温度は、ハ
ロゲンランプの電力の変動を換算している。この
結果、0.5mm/DAYの成長速度では、950〜1200
℃の間で、インクルージヨンの無い成長が可能で
ある。
実施例 5 実施例1と同等の条件で、フラツクスペレツト
として、LiO−M0O3系を実験した。この結果 成長速度:0.01〜0.2mm/DAY 成長温度:750〜950℃ 組成モル比:2〜5(M0O3/Li2O) の範囲が適切である。
実施例 6 実施例1と同等の条件で、フラツクスペレツト
として、Li2O−WO3系を実験した。この結果 成長速度:0.01〜0.2mm/DAY 成長温度:800〜1000℃ 組成モル比:2〜6(WO3/Li2O) の範囲が適切である。
実施例 7 実施例1と同等の条件で、種子結晶の結晶方位
と結晶成長の信頼性、品質の相関を実験した。エ
メラルドは、六方晶系であり、実施例1はc軸方
向即わち、<0001>方向に結晶成長させている。
他の特徴的な方位は、a軸方向即ち2<110>
である。そして、a面及びc面は、典形的な自然
面である。
本実験では、<0001>方向と<2110>方向
の間を10゜きざみで、カツトした種子結晶により、
同一結晶成長条件即わち、 回転速度:50R.P.M(上/下逆回転) 成長速度:0.3mm/DAY の条件で成長させた結果、低面指数面〔例えば、
(0001)、(2110)面〕から、2〜10゜振られた
面上に成長させる場合の方が、インクルージヨン
が入りにくいことが判明した。この結果、結晶成
長速度として、最大2mm/DAYまで、インクル
ージヨンのない状態で、速くすることができ、顕
著な効果である。
実施例 8 実施例1と同等の条件において、原料素材棒に
他の添加元素をドーピングした場合を実験した。
ドーピング効果をあげるため、結晶成長速度を、
インクルージヨンの発生を防止できる範囲で、大
きくすることが肝要である。このため、実施例7
の条件を選び、種子結晶は、(1121)面から、
5角度を回転した面をカツトし、該面の上方に結
晶成長させた。成長速度は、0.5mm/DAYであ
る。添加元素は、鉄(FeO3)、ジルコニウム
(ZrO2)、チタニウム(TiO2)カルシウム
(CaO)、セリウム(CeO2)であり、各々その酸
化物で、原料混合時点で、所定量、添加する。所
定量は、重量パーセントである。3%以下であ
り、これ以上添加すると、結晶内に、異物の析出
がみられ、不適当である。
次に、該合成結晶を、通常の電気炉により、空
気中で、加熱保持を行なう。保持温度は、1400℃
以下である。これは、エメラルドの分解温度が
1410℃であることにより制約されている。
保持時間は、低温ほど、長くなる傾向である。
例えば、1350℃にて、50時間以上である。
一方、1000℃では、500時間以上である。
この熱処理により、添加元素の再反応が起ると
みられ、結晶が、半透明化する。しかし、この場
合の析出発生が、結晶異方性を持つており、きわ
めて、有用な結果をもたらす。即わち、一般的に
宝石の分野で呼称される、アステリズム効果及び
猫目効果が認められる。これは、きわめて装飾価
値の高いものである。
以上のごとく、本発明のベリル結晶合成法は、
溶融帯中にはベリル結晶を構成する成分の他に酸
化リチウム系のフラツクスが含まれてなる、FZ
法とフラツクス法とを併用するものであり、従来
にない全く新規な合成法であり、その特徴とする
効果は、 ●結晶欠陥のない純粋である良質の単結晶ができ
る、 ●しかも、安定して得ることができる、 ●更に、結晶の成長速度が大きくとれる、 という従来法では得ることができない格別なもの
である。
更に、上記ベリル単結晶を熱処理することによ
り、光を反射させる異種析出体を析出させる。こ
の光を反射させる異種析出体は一般的に宝石の分
野で価値の高いアステリズム効果及び猫目効果を
もたらす。
上記効果は、溶融帯の温度及び移動速度、種子
結晶の結晶方位面、及びその方位面の角度等の制
御パラメータにより、結晶欠陥が確実に制御でき
ることにより可能になつたものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本願発明に係るF・Z炉の概要を示
す図である。1は、原料素材棒、2は種子結晶、
3は回転楕円面鏡の2つの焦点、4は回転楕円面
鏡、5はハロゲンランプ、6は透明石英管、7は
レンズ、8はスクリーンで、7,8により、合成
状況の像観察が為される。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 酸化ベリリウム(BeO)、酸化アルミニウム
    (Al2O3)、酸化珪素(SiO2)、酸化クロム
    (Cr2O3)を主成分とする混合粉末を成形・焼結
    して原料棒とし、酸化リチウム(LiO2)/五酸
    化バナジウム(V2O5)、酸化リチウム(LiO2)/
    酸化モリブデン(MoO3)、または酸化リチウム
    (LiO2)/酸化タングステン(WO3)のいずれか
    から選ばれたフラツクス組成物を主成分とする混
    合粉末を成形してフラツクスペレツトとし、該原
    料棒をF・Z炉中の上回転軸の下方に配置し、該
    原料棒と相対向した下回転軸上に配置された種子
    結晶との間に該フラツクスペレツトを狭持させ
    て、該F・Z炉中の光源からのフラツクスペレツ
    トに焦光させるとともに該焦光させる位置を徐々
    に原料棒側に移動させて結晶合成し、該合成され
    た結晶を熱処理して光を反射させる異種析出体を
    析出させることを特徴とするF・Z法によるベリ
    ル結晶合成法。
JP56210440A 1981-12-25 1981-12-25 F・z法によるベリル結晶合成法 Granted JPS58115092A (ja)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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