專利名稱：人工合成發(fā)光寶石及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及人工合成寶石的技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種通過高溫高壓燒結(jié)的方法生成具有發(fā)光性能的人造寶石及其制備方法。
自然界的天然寶石種類繁多，例如紅寶石、藍寶石、純綠柱石、玉石……等等，具有色澤艷麗，質(zhì)地堅硬，保存持久等特點，但是其自然資源稀少，不能滿足人們的需要。因此，出現(xiàn)了人工合成寶石，近年來在專利文獻中記載了一些較新的人工合成寶石的技術(shù)，例如，中國專利(公告號)CN1046726，發(fā)明名稱“人造貓兒眼的制造方法”，采用同心坩堝法、調(diào)色工藝等制備各種色彩的貓兒眼寶石；中國專利(公告號)CN1015651，發(fā)明名稱“一種制備星光寶石的方法”，涉及直接從熔體中生長星光寶石的高摻質(zhì)潤濕導摸技術(shù)；中國專利(公告號)CN1010971中公開了“高折射率人造變色寶石”，該寶石是在含氧八面體鈮酸鹽中摻入稀土元素制成。這些人造寶石具有較高的硬度和較大的比重，并且色澤、外觀都比較逼真，但是，目前人造寶石和絕大部分天然寶石都是靠反射或折射光線產(chǎn)生美麗的顏色和晶瑩剔透的效果，而自身不具有發(fā)光的特性，在黑暗處體現(xiàn)不出它的存在。只有非常稀少的一部分天然寶石如有的玉石由于其特定的生成環(huán)境使其具有微弱的熒光特性，人們對這種寶石更有一種特有的神秘感，而且數(shù)量極為稀少，因而也就對其更加的珍愛。
有的發(fā)明人為了追求寶石的發(fā)光效果，發(fā)明了“夜光寶石首飾”，公開在中國專利(申請?zhí)?90 2 20241中，它是在寶石的一側(cè)或首飾的底座涂上夜光粉，這種首飾不單發(fā)光亮度低、余輝時間短，而且發(fā)光不自然。另外，還有發(fā)明人利用近年出現(xiàn)的長余輝高亮度的磷光材料，使用樹脂粘接的方式將磷光粉粘接成整體材料鑲嵌在首飾等飾物上。這種材料雖然具有發(fā)光特性但是質(zhì)地稀松硬度低，無法拋光，裝飾性差，不具有寶石的一些基本特性因此不能稱之為寶石。
近年研制成功了多種長余輝高亮度磷光材料，在專利文獻中較早的申請是中國專利91 1 07337，申請日1991年3月9日，
公開日1991年8月14日，申請人復旦大學，該發(fā)明為一種堿土金屬鋁酸鹽添加稀土元素激活劑構(gòu)成的長余輝發(fā)光材料。本發(fā)明人也對長余輝高亮度磷光材料進行了長期研究，特別是對以稀土元素作為激活劑和附加激活劑的堿土金屬鋁酸鹽類發(fā)光材料進行大量的研究，為此申請了多項發(fā)明專利。這類發(fā)光材料與傳統(tǒng)的硫化鋅熒光材料相比，具有初始亮度高，余輝時間長，物理和化學結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特性。
本發(fā)明人在對長余輝高亮度磷光材料和人工合成寶石技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，經(jīng)過反復地實驗，終于利用現(xiàn)有的磷光材料經(jīng)過進一步地加工完成了本發(fā)明。
本發(fā)明的目的是提供一種具有發(fā)光特性的人工合成寶石及其制造方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的1.一種人工合成的發(fā)光寶石，其特征在于以含硼堿土鋁酸鹽為基質(zhì)，稀土元素為激活劑的長余輝高亮度發(fā)光材料為原料，在保護環(huán)境下經(jīng)過高溫高壓燒結(jié)制成的單斜晶系結(jié)晶體，其莫氏硬度為6～7，比重為6～8，具有磷光特性。
2.前項1所述的發(fā)光寶石，其特征在于所述的原料為一般式M·N·AL2-xBxO4表示的燒成體構(gòu)成，式中，M表示堿土金屬，N表示稀土類元素，0.1≤x≤1。
3.前項2所述的發(fā)光寶石，其特征是一般式中M為鍶，N為銪。
4.前項1所述的人工合成的發(fā)光寶石的制造方法，其特征在于該方法包括以下工序(1)取所述原料放置于坩堝中；(2)將所述坩堝放入壓力電爐，在還原氣氛中，爐溫由室溫經(jīng)過5～8小時逐漸升溫到1550℃～1700℃，保持2～3小時，然后在爐中自然冷卻至200℃；(3)將燒成體從電爐中取出冷卻至室溫；(4)將燒結(jié)體打磨拋光制成寶石材料。
5.前項4所述的人工合成的發(fā)光寶石的制造方法，其特征在于所述工序(2)中所述還原氣氛是以炭粉直接還原方法，將坩堝埋入炭粉中。
6.前項4所述的人工合成的發(fā)光寶石的制造方法，其特征在于所述工序(1)中的原料為粉末狀的發(fā)光材料。
7.前項4所述的人工合成的發(fā)光寶石的制造方法，其特征在于所述工序(1)中的原料為未經(jīng)粉碎過篩的發(fā)光材料燒成體。
8.前項4所述人工合成的發(fā)光寶石的制備方法，其特征在于工序(2)中，電爐內(nèi)壓力為2個以上大氣壓。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
本發(fā)明的人工合成寶石的原料是利用近年出現(xiàn)的長余輝高亮度的磷光材料，它主要由稀土元素銪作為激活劑或/和其他稀土元素作為附加激活劑的堿土金屬鋁酸鹽構(gòu)成的燒成體，這類磷光材料比傳統(tǒng)的硫化鋅磷光材料具有余輝時間長，初始亮度高，化學結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點。一般這類材料的可視余輝時間在20～30小時以上，初始亮度為2000～5500(mcd/m2)左右，耐酸堿腐蝕等特性也非常好。
長余輝高亮度磷光材料近年來專利申請較多，其中，中國專利91 1 07337，
公開日1991年8月14日，申請人復旦大學，該發(fā)明的長余輝發(fā)光材料，含有鍶、銪、鋁等組份，以及氧化硼組份，其化學組成式為m(Sr1-xEux)O.nAl2O3.yB2O3其中1≤m≤5，1≤n≤8，0.001≤y≤0.35。
本發(fā)明人申請的中國專利(申請?zhí)?96 1 00981.0，優(yōu)先權(quán)日95年7月17日，名稱為“長余輝高亮度發(fā)光材料及其制備方法”，其發(fā)光材料的化學表達式為M·N·AL2-xBxO4，式中，M表示堿土金屬，N表示稀土類元素，0.1≤x≤1.特別是M為鍶，N為銪。另外鍶的一部分可被Mg，Ca，Ba之中至少一種堿土金屬所置換；銪的一部分可被La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，Mn或Bi中至少一種金屬所置換，制備中將所述原料粉碎、混合之后在高溫下燒結(jié)，然后在還原氣氛中還原，制成單斜晶系結(jié)晶體。根據(jù)上述申請記載的方法制備的發(fā)光材料，具有優(yōu)良的發(fā)光特性和余輝特性，因此，在本發(fā)明實施例中均以上述申請的發(fā)光材料為原料。顯而易見，本發(fā)明并不局限于某一種發(fā)光材料，具有上述特性的發(fā)光材料都適合于作本發(fā)明的原料。
本發(fā)明實施例為了表述簡單，均采用以下成分配比及制備方法的發(fā)光材料為原料SrCO371.6g；Al2O350.5g；H3BO30.3g；激活劑和附加激活劑Eu2O30.88g；Nd2O30.84g；Dy2O30.93g；將這些原料粉碎后，充分混合，然后放在坩鍋中。將此坩鍋置于電爐中，在還原條件下800℃～1400℃保持3小時，再在1300℃保持2小時，其后冷卻至200℃后從電爐中取出，作為人工合成發(fā)光寶石的原料。
實施例1取所述發(fā)光材料經(jīng)粉碎后，過300目篩得到發(fā)光材料粉末，取該粉末200g放入坩堝內(nèi).將此坩堝放入電爐中，在還原氣氛下，即將坩堝埋入炭粉中，給電爐逐漸加溫，使得爐溫從室溫經(jīng)過6小時加熱到1550℃，并保持3小時，然后電爐自然降溫，降溫到200℃后從電爐中取出坩堝，繼續(xù)冷卻到室溫從坩堝內(nèi)取出燒成體，經(jīng)過打磨拋光制成本發(fā)明的發(fā)光寶石試樣[1]。
實施例2取所述發(fā)光材料經(jīng)粉碎后，過400目篩得到發(fā)光材料粉末，取該粉末200g放入坩堝內(nèi)。將此坩堝放入電爐中，在還原氣氛下，使得爐溫從室溫經(jīng)過7小時逐漸加熱到1650℃，并保持3小時，然后電爐自然降溫，降溫到200℃后從電爐中取出坩堝，繼續(xù)冷卻到室溫從坩堝內(nèi)取出燒成體，經(jīng)過打磨拋光制成本發(fā)明的發(fā)光寶石試樣[2]。
實施例3取所述發(fā)光材料經(jīng)粉碎后，過400目篩得到發(fā)光材料粉末，取該粉末200g放入坩堝內(nèi)。將此坩堝放入電爐中，在還原氣氛下，使得爐溫從室溫經(jīng)過8小時逐漸加熱到1700℃，并保持3小時，然后電爐自然降溫，降溫到200℃后從電爐中取出坩堝，繼續(xù)冷卻到室溫從坩堝內(nèi)取出燒成體，經(jīng)過打磨拋光制成本發(fā)明的發(fā)光寶石試樣[3]。
實施例4取所述發(fā)光材料燒結(jié)體，即發(fā)光材料燒成后未經(jīng)粉碎的塊狀物，取該塊狀物200g放入坩堝內(nèi).將此坩堝放入電爐中，在還原氣氛下，使得爐溫從室溫經(jīng)過8小時逐漸加熱到1700℃，并保持3小時，然后電爐自然降溫，降至200℃后從電爐中取出坩堝，繼續(xù)冷卻到室溫后從坩堝內(nèi)取出燒成體，經(jīng)過打磨拋光制成本發(fā)明的發(fā)光寶石試樣[4]。
實施例5取所述發(fā)光材料燒結(jié)體塊狀物200g放入坩堝內(nèi)，將此坩堝放入電爐中，在還原氣氛下，使得爐溫從室溫經(jīng)過8小時逐漸加熱到1700℃，同時電爐內(nèi)加壓，壓力從標準大氣壓逐漸增至2個大氣壓，并保持3小時，然后電爐自然降溫，爐內(nèi)氣壓逐漸降低，爐溫降至200℃，爐內(nèi)氣壓恢復常壓后從電爐中取出坩堝，繼續(xù)冷卻到室溫后從坩堝內(nèi)取出燒成體，經(jīng)過打磨拋光制成本發(fā)明的發(fā)光寶石試樣[5]。
對上述實施例中在不同條件下生成的發(fā)光寶石[1]～[5]的硬度、密度等物理特性進行測試，測試結(jié)果見〖表1〗。從測試結(jié)果以及本發(fā)明人在發(fā)明過程中的反復實驗，認為根據(jù)本方法制成的發(fā)光寶石沒有改變發(fā)光材料的晶體結(jié)構(gòu)，因此其發(fā)光特性與發(fā)光材料是相同的；在制備本發(fā)明的發(fā)光寶石中燒結(jié)溫度、壓力越高，形成的寶石硬度、比重(密度)也越大，但是溫度超過1700℃后，生成的產(chǎn)品會變脆，影響寶石的品質(zhì)。
原料粒度的大小也影響寶石的質(zhì)量，粒度越小產(chǎn)品的密度、硬度越大，但是粒度過小會明顯影響產(chǎn)品的發(fā)光性能，塊狀原料由于自身具有一定的密度、硬度，利用這種原料使得產(chǎn)品的質(zhì)量更高；爐溫的升溫、降溫曲線會影響到寶石中的氣泡和其他物理特性，因此溫度變化緩慢是非常重要的，氣壓的變換也有同樣的要求。
本發(fā)明的發(fā)光寶石質(zhì)地堅硬，體色艷麗多樣，可以加工成各種飾物，在夜晚或暗處又可以長時間發(fā)光，因此，它將會受到人們的喜愛，成為一種新的人造寶石品種。
改變發(fā)光材料中的某些成分及配比，可以生成不同顏色的發(fā)光材料，使用這些材料可以生產(chǎn)出各色的人工合成寶石，其制備方法相同，在此不再贅述。
本發(fā)明的優(yōu)點是合成的寶石具有天然寶石的一般特性，硬度高化學結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；生產(chǎn)工藝簡單容易控制，對生產(chǎn)設(shè)備要求不高，成品率高；特別是本產(chǎn)品具有獨特的發(fā)光特性，發(fā)光亮度，余輝時間，是其他天然寶石和人造寶石所無法比擬的。
以上所述的實施例只是本實用新型技術(shù)方案中的一種具體實現(xiàn)方式，而不是對本實用新型的限定，普通技術(shù)人員可以根據(jù)權(quán)利要求所限定的技術(shù)方案的范圍作出各種各樣的改動?！急?〗
權(quán)利要求
1.一種人工合成的發(fā)光寶石，其特征在于以含硼堿土鋁酸鹽為基質(zhì)，稀土元素為激活劑的長余輝高亮度發(fā)光材料為原料，在保護環(huán)境下經(jīng)過高溫高壓燒結(jié)制成的單斜晶系結(jié)晶體，其莫氏硬度為6～7，比重為6～8，具有磷光特性。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光寶石，其特征在于所述的原料為一般式M·N·AL2-xBxO4表示的燒成體構(gòu)成，式中，M表示堿土金屬，N表示稀土類元素，0.1≤x≤1。
3.如權(quán)利要求2所述的人工合成的發(fā)光寶石，其特征是一般式中M為鍶，N為銪。
4.權(quán)利要求1中所述的人工合成的發(fā)光寶石的制造方法，其特征在于該方法包括以下工序(1)取所述原料放置于坩堝中；(2)將所述坩堝放入壓力電爐，在還原氣氛中，爐溫由室溫經(jīng)過5～8小時逐漸升溫到1550℃～1700℃，保持2～3小時，然后在爐中自然冷卻至200℃；(3)將燒成體從電爐中取出冷卻至室溫；(4)將燒結(jié)體打磨拋光制成寶石材料。
5.如權(quán)利要求4所述的人工合成的發(fā)光寶石的制造方法，其特征在于工序(2)中所述還原氣氛是以炭粉直接還原方法，將坩堝埋入炭粉中。
6.如權(quán)利要求4所述的人工合成的發(fā)光寶石的制造方法，其特征在于所述工序(1)中的所述原料為粉末狀的發(fā)光材料。
7.如權(quán)利要求4所述的人工合成的發(fā)光寶石的制造方法，其特征在于所述工序(1)中的所述原料為未經(jīng)粉碎過篩的發(fā)光材料燒成體。
8.如權(quán)利要求4所述人工合成的發(fā)光寶石的制造方法，其特征在于所述工序(2)中，電爐內(nèi)壓力為2個以上的大氣壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及人工合成寶石及其制備方法。以含硼堿土鋁酸鹽為基質(zhì),稀土元素為激活劑的長余輝高亮度發(fā)光材料為寶石的原料,在保護環(huán)境下經(jīng)過高溫高壓燒結(jié)制成的單斜晶系結(jié)晶體的發(fā)光人造寶石,其莫氏硬度為6～7,比重為6～8,具有磷光特性。
文檔編號C04B35/44GK1186789SQ9610637
公開日1998年7月8日 申請日期1996年6月7日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月7日
發(fā)明者郝慶隆, 高景峰, 徐謙, 郝興華 申請人:郝慶隆, 高景峰, 徐謙, 郝興華