第四章-熔体中的晶体生长技术(熔体导模法)

&4.4熔体导模法生长宝石晶体主要内容一、导模法生长晶体简介二、导模法生长晶体的工艺过程三、导模法生长晶体的工艺原理四、导模法生长宝石晶体装置五、导模法生长宝石晶体实例六、导模法生长宝石晶体特点及鉴别一、“边缘限定薄膜供料生长”技术，简称EFG法EFG法首要的条件是要求模具材料必须能为熔体所润湿，并且彼此间又不发生化学作用。在润湿角θ满足0θ90°的条件下，使得熔体在毛细管作用下能上升到模具的顶部，并能在顶部的模具截面上扩展到模具的边缘而形成一个薄膜熔体层，晶体的截面形状和尺寸则为模具顶部边缘的形状和尺寸所决定。因此，EFG法能生长出各种片、棒、管、丝及其它特殊形状的晶体，具有直接从熔体中控制生长定型晶体的能力。二、导模法生长晶体的工艺过程a:将籽晶浸入熔体b:籽晶表面回熔c:缩颈放肩提拉d:提拉使熔体到模具顶部表面e:特定形状的晶体的生长阶段。三、导模法生长晶体的工艺原理。将原料放入坩埚中加热熔化，熔体沿一模具在毛细作用下上升至模具顶端，在模具顶部液面上接籽晶提拉熔体，使籽晶在熔体的交界面上不断进行原子或分子的重新排列，随降温逐渐凝固而生长出与模具边缘形状相同的单晶体。熔体是通过模具的毛细管到达模顶的。上升的高度：2coshdrgdr表面张力；熔体密度毛细管半径；润湿角导模法生长的晶体，由于熔体无对流搅拌，因此杂质分布主要由扩散决定。此方法生长的晶体分凝系数是一个不变值。这是此方法的一大优点。四、导模法生长宝石晶体装置与提拉法的差异：生长装置与提拉法相似。不同的是将具有毛细管的模具安装在坩埚底部，籽晶通过毛细管口与熔体相接触，然后按照模具顶端截面的形状提拉初各种形状的晶体。而晶体提拉法只能得到圆柱状的晶体。模具的选择原则：1熔点高于晶体的熔点；能被熔体润湿；与熔体相互之间不发生化学反应。2模具的形状、尺寸精确，边缘平滑、顶部表面的光洁度好（达到镜面的水平）。3加工好的模具使用前应在高温下进行退火处理，这样不易产生气孔。不同形状的导模五、导模法生长宝石晶体实例（合成金绿宝石）1原料配制：2434424224()()244AlSONHSOHOBeSOHOBeAlO脱硫脱水，多晶体合成。130010C下保温小时，可得到金绿宝石的块体用导模法生长2晶体生长工艺条件（1）籽晶切向为//[001](2)模具顶端以上轴向温度梯度为：5~10℃/mm(3)提拉速度为15~20mm/h(4)生长气氛为高纯氬气六、导模法生长宝石晶体特点与鉴别特点：（1）能够直接从熔体中拉制出丝、管、杆、片、板以及其它各种特殊形状的晶体，所以，此法生产的产品可免除对宝石晶体加工所带来的繁重切割、成型等机械加工程序，同时大大减少了物料的加工损耗，节省了加工时间，从而降低了产品的成本。（2）能够获得成分均匀的掺质晶体。因为熔体在毛细管中的对流作用极弱，界面通过扩散过程向熔体主体中运动，在提拉作用下，晶体的熔质浓度将达到主体的浓度。就是说熔质的有效分凝系数Ke近似为1。用此方法生长的宝石颜色均匀色彩鲜艳。（3）易于生长出无生长纹的、光学均匀性好的晶体。因为晶体的生长发生在模具顶端的熔体薄膜上，处于恒定的温度状态，不受坩埚液面变化的影响，因此固液界面温度保持恒定，保证了晶体生长在稳定状态下进行。生长宝石晶体的鉴别1，存在固态包裹体,通常不存在未熔化的粉料包裹体，但可能存在模具金属包裹体2，存在籽晶，同提拉法一样。3,存在气态包裹体。七合成变石猫眼的具体生长方法如下:1.原料：按化学配比称取高纯度的AL2O3、BeO原料和致色元素Cr2O3、V2O5，将粉料压成块状；在1300℃下灼烧10小时，得到多晶质金绿宝石块料。2.加热：将制成的原料装入钼坩埚中，使用射频加热到1900℃以上至熔化。3.生长（即提拉）速度：每小时为15-20mm。4.在坩埚内垂直地安放钼制的毛细管模具。熔体在毛细管作用下涌升到模具顶端，并扩展布满端面形成熔体薄层。将坩埚上方的变石籽晶接触模具顶端熔体膜，待籽晶浸渍表面回熔后，逐渐提拉上引。晶体生长是在氩气体中进行的，保持生长所需要的惰性气体和压强环境。5.晶体生长停止后，在4小时内将炉温降至500℃，然后缓慢冷却至室温。即得到了模具顶部截面形状的变石猫眼宝石晶体。晶体在生长过程中气泡的产生原因：1由于生长速度过快引起的；2搅拌速度过快引起的界面不稳定；3由于组分过冷引起的界面形态变化导致的；4由于原材料在生长之初没有进行充分的化合引起的；5盛放原料的坩埚在高温下释放气体引起的。