JPH0339999B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光彩効果を示すクリソベリル単結晶
の製造方法に関するものである。

本発明の目的は、光彩効果のすぐれた良質のク
リソベリル単結晶を効率よく製造する方法を提供
することにある。

本発明における光彩効果とは、キヤツアイ、ス
タールビーの様に単結晶中に針状結晶が規則正し
く析出し、光によりキヤツアイ、スター状に見え
る効果をいう。

本発明において着色用金属酸化物としては、酸
化クロム、酸化鉄、酸化バナジウムなどがある。

本発明におけるクリソベリルとは、BeAl₂O₄な
る化学式を有するものであり、これに鉄、クロム
バナジウムなどが、主成分に対して0.1〜４モル
％固溶している。

光彩効果を示す単結晶を製造するにはチタンを
固溶させた単結晶を育成し、その後熱処理するこ
とにより単結晶中に酸化チタンの針状結晶を一定
方向に析出させ、その方向にカボツシヨンカツト
しなければならない。この場合重要なことは、チ
タンが固溶した単結晶の育成とその単結晶の熱処
理にある。すなわち、固溶したチタンは３価であ
り、単結晶の熱処理は後述の如く、始め高温で引
続きこれにより低温で２段階の熱処理を行なう。

クリソベリル（BeAl₂O₄）にチタンが固溶する
場合、アルミニウムの３価と置換固溶する。その
ため電気的中性を保つために、置換するイオンは
３価でなければならない。

従来は、酸化ベリリウム、酸化アルミニウム、
酸化チタンを用いて原料棒を作成し、集光加熱式
フローテイングゾーン法により単結晶を育成し、
さらに熱処理することにより、キヤツアイ効果を
示すクリソベリル単結晶の育成を試みている。

しかし、原料棒の作成及び結晶育成は空気中で
行なつているためチタンは４価になつてしまい、
クリソベリル単結晶中への固溶が困難となり、ま
た多少固溶しても単結晶になりにくくなり、チタ
ンが固溶したクリソベリル単結晶の製造は困難で
あつた。従つてこの単結晶を熱処理しても光彩効
果は示さない。

本発明では、原料棒作成及び単結晶育成に非酸
化性雰囲気を用い、チタンの原子価を３価にし、
３価のチタンが固着した良質なクリソベリルの単
結晶を製造することにより本発明の目的を達成し
た。

すなわち本発明は、非酸化性ガス雰囲気下に、
主成分としてほぼ等モルの酸化ベリリウムと酸化
アルミニウム及び少量の３価のチタン酸化物、着
色用金属酸化合物を焼結又は溶融固化して作成し
た原料棒を用いて、同雰囲気下に集光加熱式フロ
ーテイングゾーン法によりクリソベリル単結晶を
育成し、その後該単結晶を熱処理することにより
クリソベリル単結晶中に４価の酸化チタンの針状
結晶を方向性をもつて析出させることを特徴とす
る光彩効果を示すクリソベリル単結晶の製造方法
である。

本発明における非酸化性ガス雰囲気とは、アル
ゴンなどの不活性ガス又は窒素或いはそれらに水
素を0.1〜10％（容量）混合したガスをいう。

熱処理は、第１段階で固溶していたチタンをク
リソベリル単結晶中から吐き出し、次に空気中の
酸素が結晶表面から内部に拡散して行き、３価の
チタンを４価に酸化し二酸化チタンとし、第２段
階で方向性をもつて針状に析出させるために行な
う。

本発明では、具体的には後述の如く２段階熱処
理することにより、クリソベリル単結晶内部に二
酸化チタンの針状結晶を析出させることができ
る。

本発明で用いる、集光加熱式フローテイングゾ
ーン法を第１図によつて説明する。この加熱部分
は、ハロゲンランプ５とその光を集光させる回転
楕円鏡６からなる。その集光部分の上方に原料棒
２下方に種結晶３を設定する。ランプの出力を上
げると集光部分の温度が上昇し、原料棒２及び種
結晶３の先端が溶融し溶融帯７が形成される。そ
して原料棒２及び種結晶３はそれぞれシヤフト１
および下シヤフト４に連結しており、これらを逆
方向に回転させながら同時に一定速度で徐々に下
降させる。集光部分は移動しないので、原料棒２
の溶融と種結晶３の冷却、結晶化が同時に起り、
単結晶が育成される。原料棒２は一般に種結晶３
と同じ組成の高密度焼結棒である。また、結晶育
成部分は石英管８で外部と隔離されているので育
成雰囲気を自由に変えるとができる。

本発明は原料粉末として酸化ベリリウム、酸化
アルミニウム及び３価のチタン酸化物と酸化クロ
ム、酸化鉄、酸化バナジウムなどの着色用金属酸
化物を用いる。その組成は、主成分である酸化ア
ルミニウムと酸化ベリリウムがモル比で１：１〜
１：0.95の割合で、他に主成分に対して３価のチ
タン酸化物が0.1〜2.0モル％、酸化クロムは0.2〜
2.0モル％、酸化鉄は0.2〜3.0モル％、酸化バナジ
ウムは0.2〜2.0モル％の割合で混合する。

混合はエチルアルコールなどを用いて湿式混合
を行なうことが好ましいが、これに限定されるも
のではない。混合した試料粉末をゴムチユーブの
中に詰め、真空脱気した後、静水圧で１〜2t／cm²
の圧力でプレスをする。ゴムチユーブから取り出
した加圧成形体は径0.5〜1.5cm、長さ５〜15cmの
棒状になる。

本発明では、この加圧成形棒を非酸化性ガス雰
囲気下で電気炉で焼結するか、同雰囲気下で集光
加熱フローテイングゾーン法によつて溶融固化し
て原料棒とする。

非酸化性ガスは、市販のアルゴンなどの不活性
ガス又は窒素を用いる場合は、できるだけ含有す
る酸素を少なくするため途中で加熱した鉄を通過
させることが望ましい。

なお、これらのガスに水素を0.1〜10％（容量）
入れてやればこのような処理は必要なくなる。水
素の量が多くなると酸化ベリリウム、酸化クロム
が蒸発するのでよくない。

本発明では加圧成形棒を焼結して原料棒とする
ときは、例えば雰囲気制御できる電気炉で非酸化
性ガス雰囲気下で1600〜1800℃で１〜５時間保持
して焼結する。

また、集光加熱フローテイングゾーン法によつ
て原料棒を作成する場合は第１図の２の部分に加
圧成形棒を３の部分に同じ組成の焼結棒を置く。
そして非酸化性ガス雰囲気下でランプの出力を上
げて溶融帯を形成させ、１〜３cm／時間の速度で
溶融帯を移動させて棒状に溶融固化させ原料棒と
する。

本発明では、集光加熱フローテイングゾーン法
によつて非酸化性ガス雰囲気下で３価のチタンの
固溶したクリソベリル単結晶を育成する。

種結晶は上記方法で育成したクリソベリル単結
晶の中から適当な部分を選んで用いる。種結晶の
方向はｃ軸方向がよく結晶面のない円柱状の単結
晶が育成される。ａ又はｂ軸方向に育成をすると
ｃ面の発達した扁平な結晶になり歩留まりが悪く
なるので好ましくない。

育成速度は0.5〜3.0mm／時間が適当で3.0mm／時
間より速くすると結晶中に析出物がでてくる。好
ましくは0.7〜1.2mm／時間で育成するのがよい。

育成雰囲気はアルゴンと水素の混合ガスを用い
る場合は、水素の量が多くなると酸化ベリリウ
ム、酸化クロムが蒸発しやすくなるため育成が不
安定となり、多結晶になつたりクラツクが入つた
りする。好ましくはアルゴンに対して水素を0.1
〜3.0％（容量）程度がよい。

本発明では、このようにして得られた３価のチ
タンの固溶したクリソベリルの単結晶を空気中で
高温（1600〜1850℃）で１日以上、その後これよ
り低温（1200〜1600℃）で１日以上の２段階熱処
理することにより光彩効果のすぐれたクリソベリ
ルの単結晶が得られる。

次に実施例によつて本発明を更に具体的に説明
する。

実施例 主成分として純度99.9％の酸化ベリリウム及び
99.9％の酸化アルミニウムをモル比で１：0.99、
99.9％の酸化クロムを主成分に対して0.5モル％、
99.9％の酸化チタンを主成分に対して1.0モル
％、99.9％の酸化鉄を主成分に対して0.5モル％
を混合し、ゴムチユーブに詰め1t／cm²の静水圧で
プレスをして加圧成形棒を作成した。

これをアルゴンに水素を１％（容量）混合した
雰囲気中で1700℃で２時間焼結をして原料棒とし
た。

これを集光加熱式フローテイングゾーン法によ
つて焼結と同じ雰囲気下でｃ軸方向に単結晶を育
成する。

得られた単結晶を1800℃で３日間、1400℃で３
日間熱処理することにより光彩効果のすぐれたク
リソベリル単結晶が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明における集光加熱式フローテ
イング法に用いた装置の説明図である。 １……上シヤフト、２……原料棒、３……種結
晶、４……下シヤフト、５……ハロゲンランプ、
６……回転楕円鏡、７……溶融帯、８……石英
管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 非酸化性ガス雰囲気下に、主成分としてほぼ
   等モルの酸化ベリリウムと酸化アルミニウム及び
   少量の３価のチタン酸化物、着色用金属酸化合物
   を焼結又は溶融固化して作成した原料棒を用い
   て、同雰囲気下に集光加熱式フローテイングゾー
   ン法によりクリソベリル単結晶を育成し、その後
   酸化性雰囲気下で該単結晶を高温後低温の２段階
   熱処理することによりクリソベリル単結晶中に４
   価の酸化チタンの針状結晶を方向性をもつて析出
   させることを特徴とする光彩効果を示すクリソベ
   リル単結晶の製造方法。