JPH0336800B2 - - Google Patents

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JPH0336800B2
JPH0336800B2 JP1139486A JP1139486A JPH0336800B2 JP H0336800 B2 JPH0336800 B2 JP H0336800B2 JP 1139486 A JP1139486 A JP 1139486A JP 1139486 A JP1139486 A JP 1139486A JP H0336800 B2 JPH0336800 B2 JP H0336800B2
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JP
Japan
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beryl
single crystal
raw material
crystals
flux
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Application number
JP1139486A
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Japanese (ja)
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JPS62171998A (en
Inventor
Shinichi Hirano
Akira Toyokuni
Hiroshi Kuroda
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Publication of JPS62171998A publication Critical patent/JPS62171998A/en
Publication of JPH0336800B2 publication Critical patent/JPH0336800B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

≪産業上の利用分野≫ 本発明は、現在は装飾用の合成宝石として広く
用いられ、また将来レーザー光学分野の重要な結
晶として期待されるベリル単結晶(Crイオンを
ドープしたものはエメラルド)の品質の改良方法
に関わるものである。 ≪発明の概要≫ 本発明は、欠陥あるいは不純物が多く光学グレ
ードとしては使用できないベリル単結晶を原料と
して用い、オートクレーブ中において、NaNO3
KNO3またはLiNO3といつたアルカリ金属の硝酸
塩水溶液で所定の温度、圧力を与え原料を再結晶
させることにより、欠陥あるいは不純物の混入を
低減し光学グレードで均一なベリル単結晶を提供
することが可能となるものである。 ≪従来の技術≫ 従来、ベリル単結晶を人間の手で合成しようと
いう試みは様々な手法により、主に合成宝石とし
ての応用も目指したCrイオンをドープしたエメ
ラルドの分野において、行なわれてきた。 主たる方法はフラツクス法、および水熱合成法
である。 フラツクス法においてはLi2O、MoO3などの混
合物をフラツクスとして用い、原料としての
Al2O3、BeO、SiO2を1000℃付近の高温にて溶融
したフラツクスに溶かしこみ、温度差をつけるあ
るいは徐冷するといつた操作によりベリル単結晶
Be3Al2(SiO36を合成している。 一方、水熱合成法においては、HCl、HF、
NH4Fといつた酸性水溶液が主に用いられ、原料
としてAl(OH)3、Be(OH)2、SiO2を500℃、
1000Kg/cm2付近の雰囲気で水溶液に溶かしこみ、
温度差をつけるといつた操作によりベリル単結晶
Be3Al2(SiO36を合成している。 この従来技術については以下の文献に詳しく述
べられている。 クルト ナツソウ ジエムス メイド バイ
マン (1980 チルトン ブツク カンパニイ
ラドナー ペンシルバニア)125−158 (Kurt
Nassau、Ph.D.GEMS MADE BY MAN
(1980 Chilton Book Company Radnor、
Pennsylvania)125−158 ≪発明が解決しようとする問題点≫ 上記に述べたような従来技術においては次のよ
うな問題点がある。 (1) 単結晶内部に欠陥が多い。 これはフラツクス法の場合特に顕著であり、
1000℃付近の高温の溶融したフラツクスより単
結晶が合成されるためフラツクスをまきこみ、
インクルージヨンとしての内部欠陥になる。ま
たフラツクス法においては1000℃付近の高温か
ら起こされる内部歪も大きい欠陥となる。いず
れにしてもフラツクス法にて合成された結晶は
内部の欠陥により光学的損傷あるいは散乱を起
す可能性がありレーザーを使用する光学グレー
ドの材料としては使用できない。一方、水熱合
成法においてはフラツス法と比較して溶媒は低
粘度の水溶液であり、また合成温度も500℃前
後と低くインクルージヨンあるいは熱による内
部歪が発生する程度も低く、より欠陥の少い単
結晶を合成できる方法である。しかしこの水熱
合成法においてもベリル単結晶の場合、実際上
塩酸といつた極めて腐食性の強い溶液を使用す
るのが普通でありオートクレーブよりの不純物
の取りこみ(普通貴金属ライナーでシールして
あるが不純物の取りこみは皆無にはできない)
が問題となる。またフラツクス法、水熱合成法
いずれの方法でも問題となる欠陥としてマイク
ロラツクの存在がある。これはベリル結晶に
Crイオン、Ndイオンなどをドープさせる時に
より明確化されるが、天然のエメラルドの場合
クラツクのない原石はないと言われる位ベリル
単結晶はクラツクを発生し易く、このマイクロ
クラツクおよびその原因となる歪、インクルー
ジヨン、不純物および転位の除去がレーザー光
学用材料としては大きな課題である。 (2) 単結晶の物性が場所により不均一である。 レーザー光学用の材料としての他の問題とし
て材料の不均一性の問題がある。これは現在の
フラツクス法、水熱合成法いずれにおいても同
様であり、比重、屈折率などの物性が単結晶の
部分により異るという問題となる。(合成され
たエメラルドの場合、比重は2.65〜2.69、屈折
率は1.560〜1.576の間のいずれかの値をとる。) これはベリル単結晶のようなAl、Be、Siの
三成分系の酸化物の場合、各酸化物のフラツク
スあるいは水溶液への溶解度が異るため、ベリ
ル単結晶としての安定領域が狭い。この狭い領
域でベリル単結晶を、合成宝石として用途のよ
うに欠陥の存在よりむしろ大きな結晶を得よう
という目的を主として、合成しよとした場合、
各酸化物原料を分離し単独に混合して原料とし
た方が効率的であり大きい単結晶を得ることが
できる。しかしこの場合、フラツクス法におい
てAl2O3、BeO、SiO2、水熱合成法においてAl
(OH)3、Be(OH)2、SiO2である原料の前記各
成分の濃度の比が、結晶の合成が進み大きな結
晶に育成されるにつれて、変化し、それに応じ
合成される単結晶の物性にも不均一を生ずる原
因となる。Crイオンなどの遷移金属元素イオ
ン、Ndイオンなどの希土類金属元素イオンな
どをドープしようとした場合、この問題はより
大きな問題となる。こお問題の除去のためには
結晶の合成につれて原料の濃度のバランスが変
化しないような方法が必要となる。 ≪問題点を解決するための手段≫ 上記ベリル単結晶の合成に伴う(1)欠陥(2)不均一
性といつた2つの問題点を解決するために水熱合
成法の従来技術をより発展させた手段を得た。要
約すると次のようである。 (1) 結晶合成法としてはより内部欠陥の極小化の
可能性が大きい水熱合成法。 (2) 単結晶内部の不均一性を除去するために原料
としてベリル単結晶Be3Al2(SiO36の組成をも
つ原料を使用。 (3) ベリル単結晶が安定に再結晶化する溶媒とし
てアルカリ金属の硝酸塩水溶液を使用。 ≪作用≫ 問題点のひとつである内部欠陥の除去のために
は前述のように水熱合成法の採用が有効である。
しかし従来の水熱合成法ではAl、Be、Siの酸化
物あるいは水酸化物をそれぞれ分離し単独に混合
物の形で原料とする。従つて合成が進むにつれて
それぞれ成分の濃度の比に初期の頃と比較して変
化が生じてくる。この水溶液中の各成分は濃度の
比の変化は合成された結晶の不均一性の原因とな
るものである。これを除去するためには反応の初
めから終りまで各成分の濃度の比が一定の原料を
使用すれば良い、すなわち目的のベリル単結晶と
同様のベリル単結晶を原料として用いるのが理想
的である。ベリル単結晶の組成となように各成分
を混合、焼成したセラミツクス化することもでき
るが、単結晶を原料としえ用いる方がより効果的
である。 次に、このベリル単結晶を分解させず、三成分
系の酸化物の形で溶解しかつ再結晶化できる溶媒
が必要であるが理想的溶媒のひとつとしてアルカ
リ金属の硝酸塩水溶液を見い出した。 以下、実施例にもとづいて詳しく説明する。 ≪実施例≫ 原料調整 まず原料としてベリル単結晶を用意する。これ
はフラツス法により市販の高純度試薬Li2O、
MoO3をフラツクスとして用い、原料として同様
に市販の高純度試薬Al2O3、BeO、SiO2を1100℃
にて白金ルツボ中でフラツクスに溶解させ徐冷す
るといつた公知の方法により容易にベリル単結晶
を得ることができる。2時間の溶解後30時間で
900℃まで徐冷しその後室温まで急冷することに
より長さ0.5mm程度の六角柱状のベリル単結晶が
無数に合成できる。また緑色のエメラルドとは異
り無色のベリル原石は容易に入手できるのでこれ
も原料として使用できる。いずれにしても乳バチ
で粉末状に粉砕して使用する。 装置および工程 使用する実験用オートクレーブ、テストチユー
ブの構造を第1図に示す。オートクレーブ本体1
はプランジヤー2により、カバー3を介して圧力
シールがされている。プランジヤー2は圧力測定
穴4が設けられており圧力測定穴4を通して圧力
計に連結されオートクレーブ内部の圧力測定が可
能となつているのと同時に外部のポンプとも連結
され蒸留水を媒体としてオートクレーブ内部の圧
力調節が可能となつている。一方、オートクレー
ブの内部には金カプセル5が設置されており金カ
プセル5の内部には前記のように調整された原料
6と溶媒となるアルカリ金属の硝酸塩水溶液7が
適当な充填率で封入されている。封入は完全に密
封するために電気溶接で行う。 以上の構造をもつテストチユーブを電気炉内に
設置する。このテストチユーブを加熱すると金カ
プセル5も加熱されアルカリ金属の硝酸塩水溶液
の充填率と加熱された温度に応じた金カプセル内
部に発生するが、外部のポンプによりオートクレ
ーブの内部かつ金カプセル外部に蒸留水を注入し
圧力を発生せしめることによりバランスをとり、
金カプセルが破裂あるいはつぶれることを防止す
る。 水熱処理結果 第1表に水熱処理の結果を示す。まず使用する
アルカリ金属の硝酸塩水溶液としてLiNO33モル
溶液、KNO33モル溶液、NaNO33モル溶液をそ
れぞれ単独に使用する。以下実施例、処理No.に従
い詳しく説明する。 処理No.AはLiNO3溶液で前記フラツクス法に
より合成したベリル単結晶を粉末化したもの(以
下フラツクス剛性結晶と称する)を原料として使
用し、金カプセル中にて380℃、800Kg/cm2にて7
日間処理後オートクレーブごと水中に投入し急冷
したものである。処理後の金カプセルを開くと金
カプセルの上部に六角柱状の微結晶が認められ
た。この微結晶は原料の粉末とは明らかに異る形
状のものでありX線回折で固定したところベリル
単結晶であることが確認された。すなわち、金カ
プセル内部の温度差により溶液に溶けこんだ
Be3Al2(SiO36が過飽和となりより低温の金カプ
セル上部内壁に再結晶したものである。再結晶し
たベリル単結晶はその光学的特性を評価できる十
分の大きさを持ち光学顕微鏡等でその光学的特性
を評価したが、多少のクラツクは認められるもの
の、原料としたクラツクス法によるベリル結晶と
比較すると内部のインクルージヨンなどの欠陥が
まつたく認められず再結晶化により特性が大幅に
向上している。以下同様な処理、評価方法であ
る。 処理No.BはKNO3溶液で原料としてフラツクス
合成結晶を用い390℃、750Kg/cm2にて同様に7日
間処理したものである。この場合もベリル単結晶
を再結晶化できた。その光学的特性としては処理
No.Aよりさらにクラツクが少く十分光学的レベル
といえるものである。 処理No.CはNaNO3溶液で原料としてフラツク
ス合成結晶を用い380℃、700Kg/cm2にて処理した
が、再結晶したベリル単結晶は認めることはでき
なかつた。NaNO3は溶媒としてKNO3、LiNO3
より不活性であり、そのため再結晶温度は上昇さ
せなければならず380℃では原料の溶解度がまだ
不十分である。 以下、これからの実施例はすべてNaNO3溶液
によるものである。 処理No.Dはフラツクス合成結晶を原料として用
いる390℃、800Kg/cm2にて処理したものであり、
再結晶化したベリル単結晶が認められた。まつた
く同様に処理No.Eは400℃、750Kg/cm2、処理No.F
は410℃、700Kg/cm2、処理No.Gは420℃、800Kg/
cm2にてそれぞれ処理し再結晶化したベリル単結晶
が認められた。処理No.Hは430℃、750Kg/cm2で処
理したが、ベリル単結晶の再結晶化は認められ
ず、他の結晶が認められた。X線回折で固定した
がベリル単結晶ではなく、Al、Siなどの複合し
た酸化物あるいは水酸化物ではないかと推定され
る。すなわち、ベリル単結晶Be3Al2(SiO36が再
結晶化せずAl、Siなどの酸化物あるいは水酸化
物の形に分解したものと思われる。以上、フラツ
クス合成結晶を原料としたNaNO3溶液の結果を
まとめると、再結晶化可能な処理温度範囲は380
℃から430℃の間にあり、400℃以上になるとより
大きいベリル単結晶を得やすくなる、またその光
学的特性についてはクラツクスも少くいずれも光
学レベルにあるが特に390℃から410℃の間ではク
ラツクが極小化している。すなわち総合すると
410℃前後の処理温度が最も大きくかつ光学的特
性の優秀なベリル単結晶が得られる。(経験的に
この場合の大きな要因は温度であり圧力が700
Kg/cm2から800Kg/cm2への変化の影響はほとんど
ないものと考えられる) さいごに処理No.Iは原料をフラツクス合成結晶
より天然ベリル単結晶の粉末にかえたものであり
同様に再結晶化したベリル単結晶を得ることがで
きる。特性はフラツクス合成結晶より落るが、工
業的に十分使用できるものである。 第2図にNaNO33モル溶液におけるベリル単結
晶の温度と溶解度の関係を表す図を示す。380℃
付近ではほとんど溶解していないが、390℃を越
えると溶解が始まり430℃付近まで溶解が進むが、
430℃を越えるとベリル単結晶が分解し始め、み
かけ上、溶解度が急激に上昇する。
≪Industrial Application Fields≫ The present invention applies to beryl single crystals (emeralds doped with Cr ions), which are currently widely used as decorative synthetic gemstones and are expected to become important crystals in the field of laser optics in the future. It concerns methods for improving quality. ≪Summary of the Invention≫ The present invention uses beryl single crystal, which has many defects and impurities and cannot be used as an optical grade, as a raw material, and in an autoclave, NaNO 3 , NaNO 3 ,
By recrystallizing the raw material by applying a predetermined temperature and pressure with an aqueous alkali metal nitrate solution such as KNO 3 or LiNO 3 , it is possible to reduce defects and impurities and provide optical grade and uniform beryl single crystals. It is possible. <<Prior Art>> Previous attempts to synthesize beryl single crystals by human hands have been made using various methods, mainly in the field of emeralds doped with Cr ions, which also aim to be used as synthetic gemstones. The main methods are flux method and hydrothermal synthesis method. In the flux method, a mixture of Li 2 O, MoO 3 , etc. is used as a flux, and
Beryl single crystals are produced by melting Al 2 O 3 , BeO, and SiO 2 into a flux molten at a high temperature of around 1000°C, and then creating a temperature difference or slowly cooling it.
Be 3 Al 2 (SiO 3 ) 6 is synthesized. On the other hand, in the hydrothermal synthesis method, HCl, HF,
Acidic aqueous solutions such as NH 4 F are mainly used, and the raw materials are Al(OH) 3 , Be(OH) 2 , and SiO 2 at 500°C.
Dissolve it in an aqueous solution in an atmosphere of around 1000Kg/ cm2 ,
Beryl single crystal is produced by applying a temperature difference.
Be 3 Al 2 (SiO 3 ) 6 is synthesized. This prior art is described in detail in the following documents. Kurt Natsou James Made By
Man (1980 Chilton Book Company)
Radnor Pennsylvania) 125−158 (Kurt
Nassau, Ph.D.GEMS MADE BY MAN
(1980 Chilton Book Company Radnor,
Pennsylvania) 125-158 <<Problems to be Solved by the Invention>> The prior art as described above has the following problems. (1) There are many defects inside the single crystal. This is especially noticeable in the flux method;
Single crystals are synthesized from molten flux at a high temperature of around 1000°C, so flux is poured into it.
It becomes an internal flaw as an inclusion. In addition, in the flux method, internal strain caused by high temperatures around 1000°C also causes large defects. In any case, crystals synthesized by the flux method may cause optical damage or scattering due to internal defects, and cannot be used as optical grade materials that use lasers. On the other hand, in the hydrothermal synthesis method, the solvent is an aqueous solution with a lower viscosity than in the flatus method, and the synthesis temperature is also low at around 500°C, so the degree of occurrence of inclusions or internal distortion due to heat is low, and there are fewer defects. This is a method that can synthesize small single crystals. However, even in this hydrothermal synthesis method, in the case of beryl single crystals, it is common to use extremely corrosive solutions such as hydrochloric acid, and impurities from the autoclave (usually sealed with a noble metal liner) are used. It is impossible to completely eliminate the introduction of impurities)
becomes a problem. Furthermore, the presence of microracks is a problematic defect in both the flux method and the hydrothermal synthesis method. This is beryl crystal
This becomes clearer when doping with Cr ions, Nd ions, etc., but in the case of natural emeralds, it is said that there is no rough stone without cracks, and beryl single crystals are prone to cracks, and these micro-cracks and their causes are Removal of distortions, inclusions, impurities, and dislocations is a major challenge for laser optical materials. (2) The physical properties of the single crystal are non-uniform depending on the location. Another problem with materials for laser optics is the problem of material non-uniformity. This is the same in both the current flux method and hydrothermal synthesis method, and the problem is that physical properties such as specific gravity and refractive index differ depending on the portion of the single crystal. (In the case of synthesized emerald, the specific gravity is between 2.65 and 2.69, and the refractive index is between 1.560 and 1.576.) This is the oxidation of a ternary system of Al, Be, and Si, such as beryl single crystal. In the case of beryl, the stability range as a beryl single crystal is narrow because each oxide has a different solubility in flux or aqueous solution. If you try to synthesize beryl single crystals in this narrow area, mainly for the purpose of obtaining large crystals rather than the presence of defects, such as for use as synthetic gemstones,
It is more efficient to separate each oxide raw material and mix them individually to prepare a raw material, and it is possible to obtain a large single crystal. However, in this case, Al 2 O 3 , BeO, SiO 2 is produced in the flux method, and Al in the hydrothermal synthesis method.
The ratio of the concentrations of each component of the raw material (OH) 3 , Be(OH) 2 , and SiO 2 changes as the crystal synthesis progresses and grows into a large crystal, and the ratio of the concentrations of the synthesized single crystal changes accordingly. It also causes non-uniformity in physical properties. This problem becomes even more serious when attempting to dope with transition metal element ions such as Cr ions, rare earth metal element ions such as Nd ions, etc. In order to eliminate this problem, a method is required that does not change the balance of the concentration of raw materials as the crystals are synthesized. ≪Means for solving the problems≫ In order to solve the two problems associated with the synthesis of beryl single crystals: (1) defects and (2) non-uniformity, the conventional technology of hydrothermal synthesis was further developed. I got the means to do it. The summary is as follows. (1) Among crystal synthesis methods, hydrothermal synthesis has a greater possibility of minimizing internal defects. (2) In order to eliminate non-uniformity inside the single crystal, a raw material with the composition of beryl single crystal Be 3 Al 2 (SiO 3 ) 6 is used. (3) An aqueous alkali metal nitrate solution is used as a solvent for stable recrystallization of beryl single crystals. <<Operation>> In order to remove internal defects, which is one of the problems, it is effective to employ the hydrothermal synthesis method as described above.
However, in conventional hydrothermal synthesis methods, the oxides or hydroxides of Al, Be, and Si are separated and used individually as raw materials in the form of a mixture. Therefore, as the synthesis progresses, the ratio of the concentrations of each component changes compared to the initial stage. Changes in the concentration ratio of each component in this aqueous solution cause non-uniformity of the synthesized crystal. In order to remove this, it is sufficient to use a raw material in which the ratio of the concentrations of each component is constant from the beginning to the end of the reaction.In other words, it is ideal to use a beryl single crystal similar to the target beryl single crystal as a raw material. be. Although it is possible to form a ceramic by mixing and firing each component to have the composition of a beryl single crystal, it is more effective to use a single crystal as a raw material. Next, we needed a solvent that could dissolve and recrystallize the beryl single crystal in the form of a ternary oxide without decomposing it, and we discovered an aqueous alkali metal nitrate solution as one of the ideal solvents. Hereinafter, a detailed explanation will be given based on examples. <<Example>> Raw material preparation First, beryl single crystal is prepared as a raw material. This is a commercially available high-purity reagent Li 2 O using the Fratus method.
MoO 3 was used as a flux, and commercially available high-purity reagents Al 2 O 3 , BeO, and SiO 2 were heated at 1100°C as raw materials.
A beryl single crystal can be easily obtained by a known method such as dissolving it in a flux in a platinum crucible and slowly cooling it. 30 hours after 2 hours of dissolution
By slow cooling to 900°C and then rapid cooling to room temperature, countless hexagonal columnar beryl single crystals with a length of about 0.5 mm can be synthesized. Also, unlike green emerald, colorless beryl rough is easily available, so it can also be used as a raw material. In any case, it is used by crushing it into powder with a milk pestle. Apparatus and process The structure of the experimental autoclave and test tube used is shown in Figure 1. Autoclave body 1
is pressure-sealed by a plunger 2 through a cover 3. The plunger 2 is provided with a pressure measurement hole 4, and is connected to a pressure gauge through the pressure measurement hole 4, making it possible to measure the pressure inside the autoclave.At the same time, it is also connected to an external pump to measure the pressure inside the autoclave using distilled water as a medium. It is possible to adjust the pressure. On the other hand, a gold capsule 5 is installed inside the autoclave, and inside the gold capsule 5, the raw material 6 prepared as described above and an aqueous alkali metal nitrate solution 7 serving as a solvent are sealed at an appropriate filling rate. There is. Encapsulation is done by electric welding to ensure complete sealing. A test tube with the above structure is installed in an electric furnace. When this test tube is heated, the gold capsule 5 is also heated, and a quantity of distilled water is generated inside the gold capsule depending on the filling rate of the aqueous alkali metal nitrate solution and the heated temperature. Balance is achieved by injecting and generating pressure,
Prevents the gold capsule from bursting or collapsing. Hydrothermal treatment results Table 1 shows the results of hydrothermal treatment. First, a 3-molar solution of LiNO 3 , a 3-molar solution of KNO 3 , and a 3-molar solution of NaNO 3 are used individually as aqueous solutions of alkali metal nitrates. A detailed explanation will be given below according to Examples and processing numbers. Processing No. A uses as a raw material a beryl single crystal synthesized by the above-mentioned flux method using a LiNO 3 solution (hereinafter referred to as flux rigid crystal), which is heated to 800 kg/cm 2 at 380°C in a gold capsule. Te7
After being treated for several days, the entire autoclave was placed in water and rapidly cooled. When the gold capsule was opened after treatment, hexagonal columnar microcrystals were observed at the top of the gold capsule. This microcrystal had a shape clearly different from that of the raw material powder, and when fixed by X-ray diffraction, it was confirmed that it was a beryl single crystal. In other words, the gold melts into the solution due to the temperature difference inside the gold capsule.
Be 3 Al 2 (SiO 3 ) 6 became supersaturated and recrystallized on the upper inner wall of the gold capsule at a lower temperature. The recrystallized beryl single crystal was large enough to evaluate its optical properties, and its optical properties were evaluated using an optical microscope. Although some cracks were observed, the beryl crystal obtained by the cracks method was used as the raw material. In comparison, there are no obvious defects such as internal inclusions, and the properties are greatly improved by recrystallization. The following are similar processing and evaluation methods. Treatment No. B was similarly treated at 390° C. and 750 kg/cm 2 for 7 days using a KNO 3 solution and flux synthetic crystals as the raw material. In this case as well, the beryl single crystal could be recrystallized. Its optical properties include processing
There are even fewer cracks than No. A, and it can be said to be at a sufficiently optical level. Treatment No. C was treated at 380° C. and 700 Kg/cm 2 using flux synthetic crystal as a raw material with NaNO 3 solution, but no recrystallized beryl single crystal could be observed. NaNO 3 uses KNO 3 , LiNO 3 as a solvent
It is more inert, so the recrystallization temperature has to be increased and at 380°C the solubility of the raw material is still insufficient. The following examples are all based on NaNO 3 solutions. Treatment No. D was treated at 390℃ and 800Kg/cm 2 using flux synthetic crystals as raw materials.
Recrystallized beryl single crystals were observed. Similar to Matsutaku, treatment No.E is 400℃, 750Kg/cm 2 , treatment No.F
is 410℃, 700Kg/cm 2 , Processing No. G is 420℃, 800Kg/cm 2
A beryl single crystal that had been treated and recrystallized at cm 2 was observed. Treatment No. H was treated at 430° C. and 750 kg/cm 2 , but recrystallization of the beryl single crystal was not observed, but other crystals were observed. Although it was fixed by X-ray diffraction, it is assumed that it is not a beryl single crystal but a composite oxide or hydroxide of Al, Si, etc. That is, it seems that the beryl single crystal Be 3 Al 2 (SiO 3 ) 6 did not recrystallize but decomposed into oxides or hydroxides such as Al and Si. To summarize the results of the NaNO 3 solution made from flux synthetic crystals, the processing temperature range in which recrystallization is possible is 380°C.
℃ to 430℃, and when the temperature exceeds 400℃, it becomes easier to obtain larger beryl single crystals.As for its optical properties, there are few cracks and all of them are at the optical level, but especially between 390℃ and 410℃. Cracks are minimized. In other words, overall
The highest processing temperature is around 410°C, and beryl single crystals with excellent optical properties can be obtained. (Empirically, the major factor in this case is temperature, and pressure is 700
It is thought that the change from Kg/cm 2 to 800 Kg/cm 2 has almost no effect) Finally, in Process No. I, the raw material was changed from flux synthetic crystal to natural beryl single crystal powder, and the same was true. A recrystallized beryl single crystal can be obtained. Although its properties are lower than those of flux synthetic crystals, it can be used industrially. FIG. 2 shows a diagram showing the relationship between temperature and solubility of a beryl single crystal in a 3-molar NaNO 3 solution. 380℃
There is almost no melting in the vicinity, but when the temperature exceeds 390℃, melting starts and progresses to around 430℃.
When the temperature exceeds 430°C, the beryl single crystal begins to decompose, and its solubility appears to increase rapidly.

【表】【table】

【表】【table】

【表】 ○…ベリル単結晶が育成されている。
×…ベリル単結晶が育成されていない。
≪発明の効果≫ 以上、詳述したように本発明ではアルカリ金属
の硝酸塩水溶液中の水熱処理でベリル単結晶を極
めて安定な状態のまま再結晶化することが可能と
なり、その結果、内部の欠陥および不均一性を除
去することができその効果は極めて大きい。特に
今までまつたく使用されていなかつたアルカリ金
属の硝酸塩水溶液を使用することにより従来より
100℃前後低い温度で十分な溶解度を得ることが
できるためより低温で光学的品質の優れたベリル
単結晶を得ることができる。アルカリ金属の硝酸
塩水溶液のなかでは特にNaNO3水溶液において
良好な結果が得られる。なお本発明の実施例にお
いては添加元素を加えなかつたが、Crイオンな
どの遷移金属イオンをドープ、またはNdイオン
などの希土類金属元素イオンをドープさせたベリ
ル単結晶にも本発明が適用できるのは勿論であ
る。 本発明は将来の光学グレードのベリル単結晶の
工業化のための基礎的製造方法を提供するもので
あり、本発明を基礎に、現在人工水晶を量産して
いる種結晶を使用し温度差を設け長期に育成し大
型単結晶を得る方法まで発展させることは極めて
容易なことであり、その効果は著しく大きい。
[Table] ○…Beryl single crystal is grown.
×... Beryl single crystal is not grown.
≪Effects of the Invention≫ As detailed above, in the present invention, it is possible to recrystallize a beryl single crystal in an extremely stable state by hydrothermal treatment in an aqueous solution of alkali metal nitrate, and as a result, internal defects can be eliminated. and non-uniformity can be removed, and the effect is extremely large. In particular, by using an aqueous alkali metal nitrate solution, which has not been used until now,
Since sufficient solubility can be obtained at temperatures as low as around 100°C, beryl single crystals with excellent optical quality can be obtained at lower temperatures. Among alkali metal nitrate aqueous solutions, particularly good results are obtained with NaNO 3 aqueous solutions. Although no additive elements were added in the examples of the present invention, the present invention can also be applied to beryl single crystals doped with transition metal ions such as Cr ions, or doped with rare earth metal ions such as Nd ions. Of course. The present invention provides a basic manufacturing method for the industrialization of optical grade beryl single crystals in the future.Based on the present invention, a temperature difference is created using seed crystals that are currently being mass-produced as artificial quartz crystals. It is extremely easy to develop a method for obtaining large single crystals through long-term growth, and its effects are extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はテストチユーブの構造を表す断面図、
第2図はNaNO33モル溶液におけるベリル単結晶
の溶解度を表す特性図である。 1……オートクレーブ本体、2……プランジヤ
ー、3……カバー、4……圧力測定穴、5……金
カプセル、6……原料、7……硝酸塩水溶液。
Figure 1 is a sectional view showing the structure of the test tube.
FIG. 2 is a characteristic diagram showing the solubility of beryl single crystal in a 3 molar NaNO 3 solution. 1... Autoclave body, 2... Plunger, 3... Cover, 4... Pressure measurement hole, 5... Gold capsule, 6... Raw material, 7... Nitrate aqueous solution.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 アルカリ金属の硝酸塩を主成分とする水溶液
を充填したオートクレーブ中に原料を設置し、所
定の温度、圧力を与えベリル単結晶を再結晶させ
たことを特徴とする、ベリル単結晶の再結晶方
法。 2 硝酸塩として、NaNO3である特許請求の範
囲第1項記載の再結晶方法。 3 硝酸塩としてKNO3である特許請求の範囲第
1項記載の再結晶方法。 4 硝酸塩としてLiNO3である特許請求の範囲
第1項記載の再結晶方法。 5 原料として天然のベリル単結晶である特許請
求の範囲第1項記載の再結晶方法。 6 原料としてフラツクス法により合成されたベ
リル単結晶である特許請求の範囲第1項記載の再
結晶方法。
[Claims] 1. Beryl, characterized in that a raw material is placed in an autoclave filled with an aqueous solution containing an alkali metal nitrate as a main component, and a predetermined temperature and pressure are applied to recrystallize a beryl single crystal. Method for recrystallizing single crystals. 2. The recrystallization method according to claim 1, wherein the nitrate is NaNO 3 . 3. The recrystallization method according to claim 1, wherein the nitrate is KNO3 . 4. The recrystallization method according to claim 1, wherein the nitrate is LiNO 3 . 5. The recrystallization method according to claim 1, wherein the raw material is natural beryl single crystal. 6. The recrystallization method according to claim 1, wherein the raw material is a beryl single crystal synthesized by a flux method.
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