JPH0353278B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、溶剤（フラツクス）を用いた人工ベ
リル単結晶を効率良く、且つ経済的に合成する方
法に関するものである。

エメラルドに代表される、宝石部材域は、マイ
クロウエーブ部材その他工業部材への応用として
の人工ベリルは、近年時その需要も増大の傾向に
ある、ところで、これまでの人工ベリルの合成方
法としては、水熱法、溶剤を用いた溶融塩法が知
られているが、本発明の指向される所は、この溶
融塩法の改良に属する。

溶融塩法は水熱法に較べ使用エネルギー（熱、
圧力）及び、育成期間が短かく、装置、使用部材
が大巾に簡略化でき、経済的であるという利便を
もたらせた。すなわち溶融塩法は、ほぼベリルの
組成比を示す。酸化ベリリウム、酸化アルミニユ
ウム、及び酸化ケイ素、必要に応じて酸化第２ク
ロム（これは、エメラルドグリーンを得る場合の
エメラルドグリーンの基調色となる不可欠の着色
剤もしくはドープ剤）及び酸化ニツケル、酸化
鉄、酸化コバルト、酸化マンガンその他の補助着
色剤もしくは、ドープ剤からなる原料物質に、溶
剤としての、五酸化バナジウム、モリブデン酸リ
チユウム、三酸化モリブデン、水酸化リチユウ
ム、硫酸セシウム等の中から選ばれた１種もしく
は２種以上を加え、これを上記溶剤の溶融温度以
上に加熱して、溶融塩を形成して、この溶融塩を
一定温度で長時間保持するか或は、一定時間保持
後、ゆるやかな温度勾配をもつて徐冷するか、い
づれかの操作で、溶融塩中にベリル種子結晶を配
置することにより、この種子結晶の回りに人工ベ
リルを合成又は育成する方法である。

この様に、溶融塩法は、普通融点以上、通常
700℃〜1250℃の温度範囲において生成、又は、
育成することができるが、結晶中にインクルージ
ヨンを含まない良質のベリル単結晶育成となる
と、ルツボ炉の温度プロフアイル、成長スピー
ド、溶融塩の種類等、いくつもの管理すべき項目
がある。又インクルージヨンは、大きく分けて、
溶融塩をとり込んだもの、すなわち、フエザーイ
ンクルージヨンと、フエナサイト等、同一ルツボ
内でベリルと同様に生成する結晶物等をとり込ん
だもの、とがあり、宝石として最も重要なポイン
トである透明度低下の主原因になつている。これ
らのインクルージヨンの発生は、溶融塩法による
人工ベリル単結晶合成において、現段階までは、
さけられないことであり、これらが人工ベリル単
結晶の品質上最大の問題となつている。

なぜ溶融塩やフエナサイト等を結晶中に取り込
むのか、その原因には大きく分け２つが考えられ
る。まずその第１は、成長スピードが速すぎる為
に生じる、結晶中の応力歪みにより、クラツクが
発生し、このクラツクに入り込んだフラツクスに
よつて形成されたインクルージヨンである。第２
は結晶表面で起こるバンチングである。

クラツクやバンチングを防止する方法として
は、ルツボ炉の温度コントロールを充分に行い、
長期に渡つて、常に設定温度に保持することはも
ちろんであるが最良の方法は、結晶成長スピード
を、応力歪みや、バンチングを起さない程度まで
低くおさえてやることである。

さらに、二酸化ケイ素の溶剤への溶解スピード
は、ベリル結晶成長スピードより速く、また、溶
解した二酸化ケイ素の反応は速いため、過剰な二
酸化ケイ素の存在はインクルージヨン発生の原因
となる。よつて、二酸化ケイ素の溶解量の制御
が、ベリルの結晶成長スピードの制御をする上で
欠かせない要素となる。

つまり、良質ベリル結晶合成条件は、 () 種子結晶表面近傍で種子結晶上への析出量
と、溶解された原料の輸送供給量をバランスさ
せて、該種子結晶表面近傍における原料の過飽
和度を一定にすること、 () 原料が溶解され、拡散及び対流により輸送
されて種子結晶表面近傍に到達するまでの間に
結晶化反応を起こさないことである。

上記（）（）に対し本発明は、 (a) 原料群をガラス化又は焼結化させているため
に原料の溶解量即ち輸送供給量を確実に制限
し、種子結晶表面近傍における原料の過飽和度
を一定にすることができ、 (b) 原料を二酸化ケイ素からなる第一原料群と、
第二原料群に分割し、該第一、第二原料群が分
離されて投入され、溶融塩中で別々に設置され
ているために溶解量を別々に制御することが可
能で、種子結晶表面近傍へ輸送されてはじめて
ベリル結晶の組成濃度となり、途中で結晶化反
応を起こさず、該種子結晶表面近傍でベリル単
結晶を合成することができる。

以上により、結晶中にインクルージヨンを含ま
ず透明度の高い良質なベリル単結晶が得られるこ
とを特徴としたものである。

また、結晶成長スピードとして最適値は、0.06
mm／日以下である。

なお、本発明で数値限定した理由は次の通りで
ある。

溶融塩の温度範囲を900〜1150℃としたのは900
℃未満では、原料物質の溶解量が少なく、種子結
晶が殆ど成長せず、1150℃をこえると溶剤の蒸発
が速すぎて長時間安定的に結晶成長をさせること
ができない。また、溶融塩を24〜72時間保持する
のは、24時間未満では溶融塩が均一成分になりに
くいためインクルージヨンが発生しやすく、72時
間をこえてもその効果は変わらないため燃費がロ
スになることを防止することによる。本発明の効
果をより一層明確にする為に実施例をまじえて詳
細に説明する。

実施例 １ (1) 原材物質及び溶剤ならびにその配合 (イ) 原料物質 BeO 41.2％ Al₂O₃ 55.9％ Cr₂O₃ 2.9％ の割合で、10ｇを秤量混合し、圧粉成形後、
1400℃〜1800℃の温度で焼結して用いた。

なお、添加するSiO₂は石英管を20ｇに切断
した添加した。

(ロ) 溶剤 V₂O₅ 50％ Li₂MO₄ 50％ の割合で400ｇ使用した。

(2) 育成条件 温度条件線 ａ 温度条件線 ｂ 温度条件線 ｃ 温度条件線 ａ〜ｂの温度範囲 (3) 結果 成長スピード 0.01〜0.06mm／日 合成又は、育成したベリル単結晶において、
初期成長段階においては、インクルージヨンの
発生がみられるが、その後の発生はみとめられ
ない。

実施例 ２ (1) 原料物質及び溶剤ならびに、その配合 (イ) 原料物質 実施例１と同じ (ロ) 溶剤 V₂O₅ 50％ MOO₃ 50％ の割合で400ｇ使用した。

(2) 育成条件 温度条件線 ｄ 温度条件線 ｅ 温度条件線 ｆ 温度条件線 ｄ〜ｅの温度範囲 (3) 結果 成長スピード 0.01〜0.06mm／日 合成又は、育成したベリル単結晶において初
期成長段階においては、インクルージヨンの発
生がみられるが、その後の発生はみとめられな
い。

実施例 ３ (1) 原料物質及び溶剤ならびに、その配合 (イ) 原料物質 実施例１と同じ (ロ) 溶剤 V₂O₅ 95％ Li₂OH ５％ の割合で400ｇ使用した。

(2) 育成条件 温度条件線 ｇ 温度条件線 ｈ 温度条件線 ｉ 温度条件線 ｇ〜ｈの温度範囲 (3) 結果 成長スピード 0.01〜0.06mm／日 合成又は、育成したベリル単結晶において、
初期成長段階においては、多少インクルージヨ
ンの発生がみられるが、その後の発生はみられ
ない。

実施例 ４ (1) 原料物質及び溶剤ならびに配合 (イ) 原料物質 BeO 41％ Al₂O₃ 55％ （着色剤） Cr₂O₃ 2.9％ SiO₂ 1.1％ の割合で、10ｇを秤量混合し、圧粉成形後、
1400℃で焼結した。

なお、添加するSiO₂は石英管を20ｇに切断
した添加した。

(ロ) 溶剤 V₂O₅ 95％ Li₂OH ５％ の割合で400ｇ使用した。

(2) 育成条件 温度条件線 ｇ 温度条件線 ｈ 温度条件線 ｉ 温度条件線 ｇ〜ｈの温度範囲 (3) 結果 成長スピード 0.01〜0.06mm／日 合成又は、育成したベリル単結晶において、
初期成長段階においては、インクルージヨンの
発生はみられるが、その後の発生はみとめられ
ない。

以上実施例１〜４をまとめてみると、 実施例１の温度条件線ａ，ｂ，ｃを、成長率と
品質で比較してみると、特に温度条件線ａ，ｂ
は、成長率が0.06mm／日〜0.01mm／日まで変化し
ており、品質面では、初期段階でのインクルージ
ヨンの発生も少なく、透明度の高い良質のベリル
単結晶が得られる。実施例２についても、実施例
１と同じく、温度条件線ｄ，ｅ，ｆの内、温度条
件線ｆが最も良質のベリル単結晶が得られる。実
施例３、４についても、実施例１と同じく、温度
条件線ｇ，ｈ，ｉの内、温度条件線ｉが最も良質
のベリル単結晶が得られる。

本発明では、その他の溶剤、補助着色剤とし
て、実施例以外のものを用いることも可能であ
り、本発明の実施例の範囲に限定されることなく
取捨選択出来るものである。

以上説明したように、本発明は、ほぼベリル組
成比を示す酸化ベリリウム、酸化アルミニウム、
二酸化ケイ素、及び必要に応じて金属酸化物から
なる着色剤を加えてなる原料物質と、モリブデン
酸リチウム、三酸化モリブデン、五酸化バナジウ
ム、水酸化リチウムの中から選ばれた１種又は２
種以上とからなる溶剤とを用いて、該溶剤を該溶
剤の溶融温度以上に加熱して溶融塩を形成し、該
溶融塩中にベリル種子結晶を投入して人工ベリル
単結晶を合成又は育成する人工ベリル単結晶の合
成方法において、該原料物質は、二酸化ケイ素か
らなる第一原料群と、酸化ベリリウム、酸化アル
ミニウム若しくは酸化ベリリウム、酸化アルミニ
ウム及び着色剤からなる第二原料群とに分けられ
てなり、該第一、第二原料群は別々に分離して投
入し、溶融塩中で別々に設置し、且つ第一原料群
と該第二原料群のそれぞれは、ガラス状若しくは
焼結体状の塊りであるようにしたから、以下の如
く特有の効果を有するものである。

(a) 原料群をガラス化又は焼結化させているため
に原料の溶解量即ち輸送供給量を確実に制限
し、種子結晶表面近傍における原料の過飽和度
を一定にすることができる。

(b) 原料を二酸化ケイ素からなる第一原料群と、
第二原料群に分割し、別々に分離して投入し、
溶融塩中で該第一、第二原料群を別々に設置し
ているために、律速段階である二酸化ケイ素の
溶解スピードを制御することができ、種子結晶
表面近傍へ輸送されてはじめてベリル結晶の組
成濃度となり、途中で結晶化反応を起こさず、
ベリル結晶を種子結晶表面近傍で生成させるこ
とができる。

(c) また、溶解塩の温度をベリル生成温度領域の
上限で行なうことができ結晶成長スピードも
0.01〜005mm／日と実用レベルで合成できる。

(d) さらに、溶融塩の温度は一定温度で合成でき
るので温度コントロールが厳密に制御でき、無
駄なエネルギーを使用することがない。

(e) 上記(a)〜(d)により、宝石として最も重要なポ
イントである透明度の低下が避けられ、ベリル
単結晶の品質向上、ならびに歩留の向上が可能
となり、大幅なコストダウンが図れるため、本
発明は人工ベリル単結晶の合成方法としてきわ
めて有意義な方法である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明にもとづく、ルツボ炉
の温度と時間を示した図である。 符号の説明、ａ，ｂ，ｃ……実施例１にもとづ
くベリル育成温度条件線。ｄ，ｅ，ｆ……実施例
２にもとづくベリル育成温度条件線。ｇ，ｈ，ｉ
……実施例３、４にもとづくベリル育成温度条件
線。実施例１〜４の。おのおのの生成結晶の質の
比較評価を行う。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ほぼベリル組成比を示す酸化ベリリウム、酸
   化アルミニウム、二酸化ケイ素、及び必要に応じ
   て金属酸化物からなる着色剤を加えてなる原料物
   質と、モリブデン酸リチウム、三酸化モリブデ
   ン、五酸化バナジウム、水酸化リチウムの中から
   選ばれた１種又は２種以上とからなる溶剤とを用
   いて、該溶剤を該溶剤の溶融温度以上に加熱して
   溶融塩を形成し、該溶融塩中にベリル種子結晶を
   投入して人工ベリル単結晶を合成又は育成する人
   工ベリル単結晶の合成方法において、該原料物質
   は二酸化ケイ素からなる第一原料群と、酸化ベリ
   リウム、酸化アルミニウム若しくは酸化ベリリウ
   ム、酸化アルミニウム、及び着色剤からなる第二
   原料群とに分けられてなり、該第一、第二原料群
   は別々に分離して投入され、該溶融塩中で該第
   一、第二原料群は、別々に設置され、且つ該第一
   原料群と該第二原料群のそれぞれは、ガラス状若
   しくは焼結体状の塊りであることを特徴とする人
   工ベリル単結晶の合成方法。