Способ выращивания кристаллов кварца или аметиста или друз аметиста гидротермальным методом температурного перепада в водных растворах фторида аммония



Способ выращивания кристаллов кварца или аметиста или друз аметиста гидротермальным методом температурного перепада в водных растворах фторида аммония
Способ выращивания кристаллов кварца или аметиста или друз аметиста гидротермальным методом температурного перепада в водных растворах фторида аммония
Способ выращивания кристаллов кварца или аметиста или друз аметиста гидротермальным методом температурного перепада в водных растворах фторида аммония
Способ выращивания кристаллов кварца или аметиста или друз аметиста гидротермальным методом температурного перепада в водных растворах фторида аммония
Y10S63/00 -
Y10S63/00 -
Y10S125/901 -
Y10S125/901 -
C01P2006/60 - Неорганическая химия (обработка порошков неорганических соединений для производства керамики C04B 35/00; бродильные или ферментативные способы синтеза элементов или неорганических соединений, кроме диоксида углерода, C12P 3/00; получение соединений металлов из смесей, например из руд, в качестве промежуточных соединений в металлургическом процессе при получении свободных металлов C21B,C22B; производство неметаллических элементов или неорганических соединений электролитическими способами или электрофорезом C25B)

Владельцы патента RU 2707771:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ МИНЕРАЛОГИИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Д.С. КОРЖИНСКОГО РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (ИЭМ РАН) (RU)

Изобретение относится к области выращивания моно- и поликристаллов кварца для синтеза оптических и пьезоэлектрических монокристаллов кварца, в том числе допированных германием, для радиоэлектронной, оптоэлектронной и акустоэлектронной техники, и для получения окрашенных монокристаллов и друз для использования в камнерезном и ювелирном деле. Выращивание кристаллов кварца или аметиста или друз аметиста осуществляют гидротермальным методом температурного перепада в водных растворах фторида аммония на затравках, при этом в исходный раствор дополнительно вводят кислый фторид калия в количестве 10-40 г на литр водного раствора фторида аммония. Выращивание монокристаллов бесцветного кварца ведут на монокристаллических затравках кварца, параллельных грани тригональной призмы х{11-20} и тригональной пирамиды s{11-21}. Выращивание монокристаллов аметиста ведут на монокристаллических затравках кварца, параллельных грани тригональной пирамиды s{11-21}. Выращивание друз аметиста ведут на затравках поликристаллического кварца с выделенными агрегатами различного кристаллографического направления, вырезанных из природного жильного кварца. Благодаря использованию растворов фторида аммония с добавкой кислого фторида калия обеспечивается снижение длительности процесса выращивания до 2-3-х месяцев за счет повышения скорости роста кристаллов в 2-3,5 раза при одновременном сохранении их высокого качества. 6 з.п. ф-лы, 1 табл., 14 пр.

 

Изобретение относится к области выращивания как моно-, так и поликристаллов кварца из водных растворов фторида аммония гидротермальным методом температурного перепада и промышленно применимо как при синтезе оптических и пьезоэлектрических монокристаллов кварца, в том числе, допированных германием, для радиоэлектронной, оптоэлектронной и акустоэлектронной техники, так и для получения окрашенных монокристаллов и друз аметиста для применения в камнерезном и ювелирном деле.

Использование фторида аммония исключает возможность введения в кристаллы кварца вредных примесей, в основном алюминия и натрия за счет растворителя. С другой стороны, способность фтора образовывать со многими металлами хорошо растворимые комплексы позволяет вводить в структуру кварца примесные элементы, например германий, фосфор и др., которые невозможно ввести (вследствие выпадения в осадок или других причин) при выращивании кристаллов в щелочных растворах. Это способствует расширению возможностей получения в искусственных условиях большего числа разновидностей кварца.

Недостатком фторида аммония как растворителя, является его высокая агрессивность по отношению к различным металлам, особенно к железу и жаропрочным сплавам на его основе. При изготовлении автоклавов из таких сплавов это требует дополнительного привлечения антикоррозионных футеровочных материалов, среди которых в настоящее время получили

наиболее широкое распространение термостойкий фторопласт марки Ф-4 (до 280°С), красная медь (до 400°С) и Cr-Ni сплавы типа ЭИ 437Б (до 600-650°С), из которых могут быть изготовлены как целиковые автоклавы, так и футеровки контактного и плавающего типа.

Известен способ выращивания аметиста - одной из наиболее ценной разновидности кварца, окрашенной в пурпурно-фиолетовой цвет различной интенсивности (патент FR2274349 (В1) МПК С30В 29/18; С30В 7/10; опубликован 1976-10-15). В этом патенте приведены примеры выращивания синтетического аметиста гидротермальным методом температурного перепада в водных растворах фторида аммония путем перекристаллизации кварцевой шихты в присутствии оксида железа на затравку, параллельную базисному пинакоиду с{0001}. Проявление аметистовой окраски происходит в результате ионизирующего облучения выращенных кристаллов кварца с захваченной примесью ионов Fe+3 (доза облучения 5-7 мегарад, источник 60Со). Выращивание кристаллов, согласно указанного патента, проводят в растворах 5-30% NH4F на затравках базисного и близких к нему по ориентировке срезах при температурах от 150 до 500°С и давлении до 1200 кг/см2. Скорость роста кристаллов в указанном температурном интервале возрастает от 0.05 до 1.5 мм/сутки, при этом максимальное значение ее достигается при 500°С и давлении 1200 кг/см2 (120 МПа).

Однако при этих условиях вследствие регенерационного механизма роста базисная поверхность покрывается вначале мелкими плотно примыкающими друг к другу пирамидками, сложенными гранями тригональной пирамиды s{11-21}, которые по мере увеличения температуры и скорости роста кристаллов замещаются гранями положительного r{10-11} и отрицательного z{01-11} ромбоэдров. Это приводит к резкому огрублению рельефа базисной поверхности, в результате чего возникают многочисленные

флюидные включения и трещины, ухудшающие качество кристаллов, вплоть до исключения возможности использования их в ювелирном производстве.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является способ выращивания кристаллов бесцветного кварца и его окрашенных разновидностей гидротермальным методом температурного перепада в водных растворах фторида аммония, детально описанный в главе 4 «Синтез кварца и некоторых его окрашенных разновидностей во фторидных растворах» коллективной монографии "Синтез минералов" (ВНИИСИМС, Александров, Владимирской обл., 2000. Т. 1. С. 663). Процесс выращивания кристаллов бесцветного кварца проводят в растворе фторида аммония концентрацией 10-15 мас. % на быстрорастущих затравках, параллельных базисному пинакоиду с{0001} (с-затравки,), тригональной призме х{11-20} (х-затравки) и тригональной пирамиде s{11-21} (s-затравки) При этом при температурах 240-250°С и давлениях 4-8 МПа значения скоростей роста кристаллов на с-затравках составляют 0.3-0.5 мм/сут, возрастая при температурах 380-400°С и давлениях до 50 МПа до 1.0-1.5 мм/день. Скорости роста кристаллов на х- и s-затравках при тех же температурах и давлениях составляют 0.15-0.20 и 0.3-0.4 мм/день.

Однако кристаллы, выращенные на с-затравках при больших скоростях роста при этих условиях имеют многочисленные флюидные включения и незаращенные полые каналы (т.н. «проколы»), которые приводят к понижению качества, как бесцветного пьезоэлектрического кварца, так и всех его радиационноокрашенных разновидностей. В то же время, кристаллы, выращенные на х- и s-затравках в аналогичных условиях, сохраняют относительно высокую однородность, но низкие скорости выращивания промышленных кристаллов доводят продолжительность процесса до 6-7 месяцев. Это значительно сказывается на энерго- и трудозатратах их получении и, в конечном итоге, на высокой себестоимости.

Задачей предполагаемого изобретения является повышение эффективности способа, в частности, значительное снижение энерго- и трудозатрат при выращивании кристаллов пьезокварца и его окрашенных разновидностей, в том числе друз, с сохранением их высокого качества.

Поставленная цель достигается тем, что в способе выращивания кристаллов кварца или аметиста или друз аметиста гидротермальным методом температурного перепада в водных растворах фторида аммония на затравках, новым является то, что в исходный раствор дополнительно вводят кислый фторид калия (KHF2) в количестве 10-40 г на литр водного раствора фторида аммония.

Наиболее эффективные результаты при выращивании монокристаллов бесцветного кварца получают на монокристаллических затравках кварца, параллельных грани тригональной призмы х{11-20} и тригональной пирамиды s{11-21}.

Выращивание монокристаллов бесцветного кварца предпочтительно вести при содержании кислого фторида калия в количестве 25 г на литр водного раствора фторида аммония.

Наиболее эффективные результаты при выращивании монокристаллов аметиста получают при выращивании их на монокристаллических затравках кварца, параллельных грани тригональной пирамиды s{11-21}, особенно тогда, когда добавка кислого фторида калия составляет 25 г на литр водного раствора фторида аммония.

Наиболее эффективные результаты при выращивании друз получают на затравках поликристаллического кварца с выделенными агрегатами различного кристаллографического направления, вырезанных из природного жильного кварца, особенно, при содержании кислого фторида калия в количестве 30 г на литр водного раствора фторида аммония.

Технический эффект предлагаемого изобретения заключается в снижении длительности процесса выращивания и высоком качестве заявляемых кристаллов до 2-3-х месяцев за счет повышения скорости роста кристаллов в растворах фторида аммония в 2-3.5 раза благодаря добавке кислого фторида калия.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что процесс проводят в другой реакционной среде, неизвестной из опубликованного уровня техники. Таким образом, заявленный способ соответствует критерию изобретения "Новизна".

Предполагаемое изобретение позволяет получить новый непредсказуемый эффект - снизить длительность процесса выращивания при одновременном сохранении высокого качества заявляемых кристаллов пьезокварца и его окрашенных разновидностей, и достичь при этом значительного снижения энерго- и трудозатрат. Это позволяет сделать вывод о соответствии предполагаемого изобретения критерию "Существенные отличия", а возможность применения его на существующем технологическом оборудовании подтверждает соответствие его критерию «промышленная применимость».

Изобретение поясняется Таблицей 1, где приведены данные, показывающие влияние заявляемой добавки на длительность процесса.

Приведенные ниже примеры подтверждают, но не ограничивают применение заявляемого изобретения.

Методика эксперимента.

Экспериментальные циклы при отработке приемов, составляющих суть предполагаемого изобретения, проводили в жаропрочных укрупненных лабораторных автоклавах с медной футеровкой контактного типа и всей внутренней медной оснасткой (шихтовая корзина, рамки для завески затравок,

разделительная диафрагма и др.). Это предотвращало коррозию автоклавов и обеспечивало безопасность при их работе.

Основная характеристика укрупненных лабораторных автоклавов: объем 24 л, длина 1600 мм, внутренний диаметр 140 мм, максимальная рабочая температура 400°С при давлении до 70 МПа. Нагревание автоклавов осуществляли двумя независимыми электронагревателями, намотанными непосредственно на их корпуса. Контроль температуры проводили с помощью набора стандартных термоизмерительных приборов (TYP 01 Т4, TYP R3, Thermodat-M1), оснащенных хромель-алюмелевыми термопарами в 4-х точках автоклава. Давление в автоклавах задавали по специально построенным PVT графикам для водных растворов фторида аммония, концентраций 5, 10 и 15 мас. %. Добротность кристаллов измеряли по стандартной методике свободных колебаний на линзах АТ-среза, а также на брусках XYS 0°-среза с нанесенными химическим путем серебряными электродами.

Пример 1.

В укрупненном лабораторном автоклаве вырастили монокристаллы пьезокварца на кварцевых с-, х- и s-затравках, вырезанных из синтетического монокристального кварца параллельно базисному пинакоиду с{0001}, тригональной призме х{11-20} и тригональной дипирамиде s{11-21} соответственно. Затравки подвешивали на медной рамке, устанавливаемой в верхней (ростовой) зоне автоклава по пять штук в каждом ряду. В нижней (шихтовой) зоне автоклава помещали медную корзину с обломками природного бразильского кварца типа «ласка». Поперечные размеры обломков - 15-20 мм, общий вес - 12 кг. В средней части автоклава между шихтовой и ростовой зонами устанавливали медную диафрагму с шестью круговыми отверстиями общей площадью 15% от площади поперечного внутреннего сечения автоклава. Автоклав залили раствором NH4F концентрацией 12,5 мас. %, в который добавили кислый фторид калия из расчета 25 г на литр залитого в автоклав раствора фторида аммония. Заполнение автоклава раствором составило 67%. Оно обеспечивало создание в автоклаве при выбранных температурах роста кристаллов давление 40 МПа. Растворение шихтового кварца осуществляли при температуре 356°С, а рост кристаллов кварца - при 350°С. Через 60 суток автоклав начали выводить из рабочего режима путем постепенного понижения температуры со скоростью 20-30°С/час. По достижении 200°С нагреватели были отключены и далее автоклав охлаждался самопроизвольно до комнатной температуры. Затем автоклав вскрыли и извлекли из него выращенные кристаллы кварца. Скорости роста кристаллов на с-затравках составили 1,26 мм/сутки, на х- затравках 0.58 мм/сутки, а на s-затравках 0.61 мм/сутки, а их добротность составила соответственно 3.0x106, 4.5x106 и 5.0х106. ИК-спектры поглощения кристаллов кварца показали отсутствие в кристаллах молекулярной воды. Концентрация гидроксила была не выше, чем у серийного блокового кварца, выращенного в щелочных растворах. При воздействии гамма-облучения (доза 14 мегарад, источник 60Со) кварц оставался бесцветным и без признаков помутнения.

Пример 2.

Так же, как и в примере 1, но без добавления в раствор фторида аммония кислого фторида калия, выращены бесцветные монокристаллы пьезокварца. Скорости роста составляли на с-, х- и s-затравках 0.90, 0.32 и 0.35 мм/сутки. В наиболее быстро растущем кристалле на с-затравке обнаружилась молекулярная вода и он характеризовался самой низкой добротностью 5.0x105. Добротность кристаллов, выращенных на х- и s-затравках, составила соответственно 2,0.0x106 и 2,0х106.

Таким образом, скорости роста и качество кристаллов, характеризуемое добротностью, по всем 3-м направлениям были ниже, чем у кристаллов, выращенных в том же растворе фторида аммония в присутствии кислого фторида калия в заявляемом интервале концентраций.

Пример 3.

В тех же условиях, что и примере 1, но с добавлением в раствор фторида аммония кислого фторида калия из расчета 5 г на литр залитого в автоклав раствора, выращены бесцветные монокристаллы пьезокварца. Скорости роста кристаллов составили на с-, х- и s-затравках 0.92, 0.33 и 0.37 мм/сутки, то есть остались практически теми же, что и без добавления в рабочий раствор кислого фторида калия. Рельеф граней и внутреннее строение кристаллов почти не изменились по сравнению с примером 2. Добротность кристаллов также осталась на том же уровне, что и в примере 2 и составила на с-, х- и s-затравках соответственно 5x105, 2.0x106 и 2.0х106

Пример 4.

В тех же условиях, что и примере 1, но с добавлением в раствор фторида аммония кислого фторида калия из расчета 10 г на литр залитого в автоклав раствора, выращены бесцветные монокристаллы пьезокварца. Скорости роста кристаллов составили на с-, х- и s-затравках 1.2, 0.55 и 0.57 мм/сутки. Рельеф граней и внутреннее строение кристаллов немного выросли по сравнению с примером 3. В наиболее быстро растущем с-кристалле примесь молекулярной воды исчезла, а добротность кристаллов повысилась до 1.5x106; у х- и s-кристаллов добротность составила 3.0x106.

Пример 5.

В тех же условиях, что и примере 1, но с добавлением в раствор фторида аммония кислого фторида калия из расчета 40 г на литр залитого в автоклав раствора, выращены бесцветные монокристаллы пьезокварца. Скорости роста их заметно превышают таковые кристаллов, выращенных в растворах фторида аммония той же концентрации, но с добавлением кислого фторида калия из расчета 25 г на литр залитого в автоклав раствора. В частности, скорости роста кристаллов составили на с-, х- и s-затравках 1.72, 0.61 и 0.65 мм/сутки соответственно, но рельеф граней стал несколько грубее.

Добротность кристаллов, выращенных на с-затравках снизилась по сравнению с примером 1 до 1,5x106, а нал: x- и s-затравках - до 3.0x106.

Пример 6.

В тех же условиях, что и примере 1, но с добавлением в раствор фторида аммония кислого фторида калия из расчета 45 г на литр залитого в автоклав раствора, выращены бесцветные монокристаллы кварца. Скорости роста их заметно превышают скорости роста кристаллов, выращенных в примере 1 и составили на с-, х- и s-затравках 1.92, 0.69 и 0.72 мм/сутки. В секторах роста базисного пинакоида <с> появились многочисленные флюидные включения и не заращенные каналы. В ИК-спектрах поглощения не только кристаллов, выращенных на с-затравках, но и в х- и s-кристаллах фиксировалось присутствие молекулярной воды Добротность всех кристаллов кварца, в том числе, выращенных на х- и s-затравках, понизилась до значения 5x104 мм/сутки, исключающего возможность использования их в пьезотехнике.

Как видно из примеров 1-6, оптимальным количеством заявляемой добавки кислого фторида калия является заявляемый интервал 10-40 г/л рабочего раствора, достигающий повышения скорости роста кристаллов кварца на затравках с-, х- и s-затравках примерно в 2- 2.5 раза с сохранением их высокого качества, определяемого показателем добротности кристаллов, достигающего максимальных значений для кристаллов, выращиваемых на х- и s-затравках. При этом максимальных значений 5,0x106 мм/сутки скорость роста монокристаллов кварца достигла при содержании кислого фторида калия в количестве 25 г на литр водного раствора фторида аммония.

Пример 7.

В автоклаве с медной футеровкой контактного типа объемом 24 л вырастили кристаллы аметиста. В ходе загрузки автоклава в нижней его зоне установили медную корзинку с обломками шихтового жильного кварца

(размер обломков кварца в поперечнике 15-20 мм, вес - 10 кг) и плотного природного гематита (Fe2O3), известного под названием «кровавик» (размеры обломков: 10-12 мм, вес - 150 г). Кроме того, в шихту добавили порошковидный фторид лития в количестве 7 г, который является стабилизатором потенциальных центров аметистовой окраски, сохраняющих их от необратимого теплового разрушения. Над шихтовой корзиной в средней части автоклава устанавливали диафрагму из меди с пятью круговыми отверстиями, диаметром 40 мм каждая. Одно отверстие находилось в центре диафрагмы, а четыре - расположены по окружности через равные расстояния. Выше диафрагмы установили медную рамку с подвешенными на ней прямоугольными монокристальными пластинками кварца. Автоклав залили раствором фторида аммония (NH4F) с концентрацией 15 мас. % с добавлением в него кислого фторида калия из расчета 25 г на литр залитого раствора. Заполнение автоклава раствором составляло 67%. В нижней более горячей шихтовой зоне установили температуру 356°С, а в верхней менее горячей ростовой зоне - 350°С, используя внешние хромель-алюмелевые термопары. Давление в автоклаве при указанных температурах и заполнении составляло 40 МПа. Через 60 суток автоклав отключили, охладили до комнатной температуры и вскрыли. В результате на указанных выше с-, х- и s-затравках выросли кристаллы аметиста весом 0.5-1.0 кг со скоростью роста (мм/сутки): 0.66 на с-затравках, 0.58 на х-затравках и 0.61 на s-затравках.

Показателями качества выращенных кристаллов аметиста служат отсутствие флюидных и других включений, незаращенных полостей и трещин, интенсивная пурпурно-фиолетовая окраска кристаллов и зональное распределение окраски, а также однородность кристаллов, определяемые с помощью микроскопа.

После гамма-облучения (доза 5 мегарад, источник 60Со) кристаллы, выращенные на с-затравках приобрели пурпурно-фиолетовый цвет,

кристаллы, выращенные на х- затравках имели бледный розовато-фиолетовый цвет, в то время как кристаллы, выращенные на s-затравках приобрели интенсивный пурпурно-фиолетовый цвет, зональное распределение окраски и по своим ювелирным качествам не уступали лучшим природным образцам.

Пример 8.

Выращивание кристаллов проведено в тех же условиях, что и в примере 7, но без добавления в раствор кислого фторида калия. Продолжительность цикла выращивания была такой же, как в предыдущем цикле - 60 дней. На всех указанных выше затравках были выращены кристаллы аметиста со скоростями роста (мм/сут): 0.50 на с-затравке, 0.22 на х-затравке и 0.32 на s-затравке. Скорости роста выращенных кристаллов аметиста на х - и s-затравках почти в два раза ниже, чем в примере 7. После ионизирующего облучения кристаллы, выращенные на с-затравках окрасились в бледный розовато-фиолетовый цвет, на s-затравках в пурпурно-фиолетовый цвет средней интенсивности, кроме того, кристаллы, выращенные на с-затравках имели резко шероховатый рельеф. Кристаллы, выращенные на х-затравке были бесцветны.

Пример 9.

Так же, как и в Примере 7, вырастили кристаллы аметиста, но в исходный раствор фторида аммония добавили кислый фторид калия из расчета 5 г на литр залитого в автоклав раствора. Продолжительность цикла выращивания была такой же, как в предыдущем цикле - 60 дней. На всех указанных выше затравках были выращены довольно однородные кристаллы аметиста со скоростями роста (мм/сут): 0.51 на с-затравке, 0.22 на х-затравке и 0.32 на s-затравке. Скорости роста выращенных кристаллов аметиста на х- и s-затравках почти в два раза ниже, чем в примере 7. После ионизирующего облучения кристаллы, выращенные на с-затравках окрасились в бледный

розовато-фиолетовый цвет, на s-затравках - в пурпурно-фиолетовый цвет средней интенсивности, кроме того, кристаллы, выращенные на с-затравках имели резко шероховатый рельеф. Кристаллы, выращенные на х-затравке были бесцветны.

Пример 10.

Так же, как и в Примере 7, вырастили кристаллы аметиста, но в исходный раствор фторида аммония добавили кислый фторид калия из расчета 10 г на литр залитого в автоклав раствора. Продолжительность цикла выращивания была такой же, как в предыдущем цикле - 60 дней. Скорости роста (мм/сут) составили 0.58 на с-затравке, 0.30 на х-затравке и 0.37 на s-затравке. После ионизирующего облучения кристаллы окрасились в пурпурно-фиолетовый цвет различной интенсивности. В наиболее интенсивный цвет окрасились кристаллы, выращенные на s-затравках. Кристаллы, выращенные на с-затравках имели пурпурно-фиолетовый цвет, а образованные на х-затравках - бледный розовато-фиолетовый цвет.

Пример 11.

Так же, как и в Примере 7, вырастили кристаллы аметиста, но в исходный раствор фторида аммония добавили кислый фторид калия из расчета 40 г на литр залитого в автоклав раствора. Продолжительность цикла выращивания была такой же, как в предыдущем цикле - 60 дней. На кварцевых с-, х- и s-затравках выращены кристаллы аметиста со скоростями роста (мм/сут): 0.75 на с-затравке, 0.65 на х-затравке и 0.68 на s-затравке. После ионизирующего облучения кристаллы на с-затравке приобрели пурпурно-фиолетовый цвет. Кристалл, выращенный на х-затравке, имел бледно-фиолетовый цвет, в то время как кристалл, выращенный на s -затравке имел красновато-фиолетовую окраску.

Пример 12.

Аналогично примеру 7, выращены кристаллы аметиста, но в исходный раствор фторида аммония добавили кислый фторид калия из расчета 45 г на литр залитого в автоклав раствора. Продолжительность цикла выращивания была такой же, как в предыдущем цикле - 60 дней. На кварцевых с- х- и s-затравках выросли кристаллы аметиста со скоростями роста (мм/сут): 0.80 на с-затравке, 0.68 на х-затравке и 0.69 на s-затравке. Однако на всех затравках, обнаружены многочисленные флюидные включения, незаращенные полости и бразильские двойники. После ионизирующего облучения кристаллы остались бесцветными.

Как видно из примеров 7-12, оптимальным количеством заявляемой добавки кислого фторида калия является заявляемый интервал 10-40 г на литр рабочего раствора, присутствие которого приводит к увеличению скорости роста кристаллов аметиста на с-, х- и s-затравках примерно в 2-2.5 раза с сохранением их высокого качества, что подтверждается, отсутствием флюидных и других включений, незаращенных полостей и трещин, сохранением или повышением интенсивности пурпурно-фиолетовой окраски кристаллов, достигающей максимальной интенсивности для кристаллов, выращиваемых на s-затравках. При этом кристаллы аметиста, по своим ювелирным качествам не уступающие лучшим природным образцам, имеющие интенсивный пурпурно-фиолетовый цвет и зональное распределение окраски, были получены при содержании кислого фторида калия в количестве 25 г на литр водного раствора фторида аммония.

Пример 13.

Аналогично условиям примера 7 были выращены друзы аметиста, только в качестве затравки была взята затравка поликристаллического кварца, с выделениями агрегатов различного кристаллографического направления, вырезанная из природного жильного кварца. Содержание кислого фторида калия в растворе составило 30 г на литр водного раствора фторида аммония.

Показателями качества выращенных друз аметиста служили отсутствие флюидных и других включений, незаращенных полостей и трещин в отдельных кристаллах, интенсивная пурпурно-фиолетовая окраска кристаллов и зональное распределение окраски, определяемые под поляризационным микроскопом, а также обладание большим разнообразием в размерах индивидуальных кристаллов в друзе.

Проведение процесса в указанных условиях позволило получить друзу аметиста, скорости роста отдельных кристаллов в которой составили от 0,1 до 0,7 мм/сут. При этом качество полученной друзы характеризовалось отсутствием флюидных включений и незаращенных полостей, изменением окраски отдельных кристаллов от средней до интенсивной и зональным распределением окраски в большинстве кристаллов. Размеры индивидуальных кристаллов в друзе отличались в 5-10 раз. Перечисленные характеристики позволили полученной друзе по своим ювелирным качествам соответствовать лучшим природным образцам.

Пример 14.

Аналогично условиям примера 13 были выращены друзы аметиста, в отсутствии добавки кислого фторида калия.

Проведение процесса в указанных условиях позволило получить друзу аметиста, скорости роста отдельных кристаллов в которой составили от 0,05 -до 0,35 мм/сут., что более чем в 2 раза ниже, чем в примере 13. При этом качество полученной друзы характеризовалось наличием флюидных включений, незаращенных полостей и трещин в отдельных кристаллах, менее интенсивной окраской большинства кристаллов. Размеры индивидуальных кристаллов в друзе отличались в 2-3 раза. Таким образом, друзы, выращенные без добавки в рабочий раствор кислого фторида калия, значительно уступали как в скорости роста, так по своим ювелирным качествам друзам, выращенным в примере 13.

Как видно из приведенных примеров, предлагаемое изобретение позволяет решить поставленную задачу, а именно повысить эффективность способа, в частности, значительно снизить энерго- и трудозатраты при выращивании как моно-, так и поликристаллов пьезокварца, а также аметиста и его друз, из водных растворов фторида аммония гидротермальным методом температурного перепада за счет увеличения скорости их роста с сохранением высокого качества.

1. Способ выращивания кристаллов кварца или аметиста или друз аметиста гидротермальным методом температурного перепада в водных растворах фторида аммония на затравках, отличающийся тем, что в исходный раствор дополнительно вводят кислый фторид калия в количестве 10-40 г на литр водного раствора фторида аммония.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выращивание монокристаллов бесцветного кварца ведут на монокристаллических затравках кварца, параллельных грани тригональной призмы х{11-20} и тригональной пирамиды s{11-21}.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что выращивание монокристаллов бесцветного кварца ведут при содержании кислого фторида калия в количестве 25 г на литр водного раствора фторида аммония.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выращивание монокристаллов аметиста ведут на монокристаллических затравках кварца, параллельных грани тригональной пирамиды s{11-21}.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что выращивание монокристаллов аметиста ведут при содержании кислого фторида калия в количестве 25 г на литр водного раствора фторида аммония.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выращивание друз ведут на затравках поликристаллического кварца с выделенными агрегатами различного кристаллографического направления, вырезанных из природного жильного кварца.

7. Способ по п. 6, отличающийся тем, что выращивание друз ведут при содержании кислого фторида калия в количестве 30 г на литр водного раствора фторида аммония.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области выращивания кристаллов. Предлагается кластер установок для выращивания кристаллов из раствора, содержащий несколько кристаллизационных установок 1, которые объединены в отдельные блоки по несколько установок, например по десять, которые образуют кластеры нижнего уровня 11, каждая из кристаллизационных установок 1 каждого блока кластера нижнего уровня 11 подключена к блоку индикации и управления 13 кристаллизационными установками 1 нижнего уровня 11, снабженному одним или более контроллером 14 и одним или более средством индикации функционирования 15 кристаллизационных установок блока, входящих в кластер, и коммутатором 16 нижнего уровня, совокупность кластеров нижнего уровня 11 образует кластер верхнего уровня 12, содержащий, например, десять кластеров нижнего уровня 11, каждый из коммутаторов 16 блока индикации и управления 13 кристаллизационных установок 1 нижнего уровня 11 подключен к коммутатору 17 верхнего уровня, который подключен к центральному серверу 18 и автоматизированным рабочим местам 19, служащим для загрузки и редактирования технологической программы в каждую кристаллизационную установку 1 и контроля за функционированием кластеров нижнего уровня 11, входящих в состав кластера верхнего уровня 12 любой из кристаллизационных установок 1, входящих в кластер 11.

Изобретение относится к материалам для сцинтилляционной техники, к эффективным быстродействующим сцинтилляционным детекторам гамма- и альфа-излучений в приборах для экспресс-диагностики в медицине, промышленности, космической технике и ядерной физике.

Изобретение относится к технологическим процессам, касающимся выделения из растворов солей в виде кристаллической массы, и предназначено для нереагентного изменения способности кристаллогидратов металлов регулировать инициирование зародышей и таким образом управлять числом зародышей и размерами выделяющихся кристаллов..

Изобретение относится к скоростному росту кристаллов из раствора. Устройство для выращивания профилированных кристаллов из раствора содержит герметичный кристаллизатор 3, установленную внутри него ростовую камеру 1 прямоугольного сечения с затравочным кристаллом 2 и систему подачи раствора к кристаллу 2, включающую неперемещающийся насос 5 для подачи насыщенного раствора в зону роста кристалла 2 и расположенную над растущей поверхностью кристалла 2 пластину 6, выполненную с возможностью возвратно-поступательного движения в вертикальном направлении и постепенного движения вверх по мере роста кристалла, имеющую ширину и длину меньше ширины и длины ростовой камеры 1, так что между пластиной 6 и стенками камеры 1 есть щели, соединенную с приводом 7 не менее чем одной штангой 8 изменяемой длины с узлом крепления 9 к пластине 6, позволяющим изменять угол между пластиной 6 и штангой 8.

Изобретение относится к химической промышленности. Способ кристаллизации белков предусматривает подготовку исходных растворов белка в буфере, фильтрование полученного раствора, центрифугирование и заполнение раствором капилляров.

Изобретение относится к кристаллическим коллоидным массивам, используемым в качестве материалов, рассеивающих излучение. Описана композитная, отражающая и поглощающая излучение композиция, включающая множество коллоидных кристаллов или агрегатов коллоидных кристаллов, где каждый упомянутый кристалл содержит отражающие излучение частицы в виде коллоидного массива и поглощающие излучение частицы, диспергированные в кристаллах.

Изобретение относится к технологии выращивания водорастворимых оптических монокристаллов группы дигидрофосфата калия (KDP), которые могут быть использованы, например, при изготовлении активных элементов параметрических преобразователей лазерного излучения для квантовой оптики.

Изобретение относится к новой кристаллической модификации (R)-ДОФХ, которая может использоваться в фармацевтической промышленности. Предложена новая кристаллическая форма ДОФХ и способ ее получения, а также ее применение в качестве компонента при получении лекарственных средств.

Изобретение относится к устройствам для кристаллизации белковых макромолекул в наземных условиях и условиях микрогравитации (в космосе). Микрофлюидное устройство содержит емкости с растворами различных белков 7, 9, 11 и осадителей 8, 10, 12, попарно подключенные через отдельные каналы 2, 3, 4, в которых установлены микрозатворы 13, к кристаллизационным камерам, при этом каналы 2, 3, 4 подключены к одному трубчатому элементу 1, внутри которого формируют отдельные кристаллизационные камеры 20-28 для каждого из белков, один конец трубчатого элемента 1 соединен через микрозатвор 16 с микронасосом 15, подающим из резервуара 14 в полость трубчатого элемента 1 рабочую среду 19, служащую для разделения полостей кристаллизационных камер 20-28, а другой конец трубчатого элемента 1 соединен со сборником 17 рабочей среды 19, причем для подачи растворов белков и осадителей через отдельные каналы 2, 3, 4 в кристаллизационные камеры 20-28 применяют отдельные микронасосы 5, 6, функционирующие по индивидуальным программам.

Изобретение относится к технологии изготовления кристаллов для энергетической и вибрационной лечебной терапии, использующей драгоценные камни. Кристалл синтетического кварца имеет модифицированную форму правильного тетраэдра и содержит четыре по существу одинаковые треугольные грани, выполненные с возможностью задания четырех усеченных вершин и шести скошенных ребер, при этом шесть скошенных ребер имеют среднюю длину l, среднюю ширину w и 8≤l/w≤9,5; каждая из четырех усеченных вершин кристалла параллельна по меньшей мере одной из четырех по существу идентичных треугольных граней и содержит три стороны y и три стороны z, причем 1,3≤у/w≤1,7 и 0,8≤z/w≤1,2.

Изобретение относится к материалам для сцинтилляционной техники, к эффективным быстродействующим сцинтилляционным детекторам гамма- и альфа-излучений в приборах для экспресс-диагностики в медицине, промышленности, космической технике и ядерной физике.

Изобретение относится к материалам для сцинтилляционной техники, к эффективным быстродействующим сцинтилляционным детекторам гамма- и альфа-излучений в приборах для экспресс-диагностики в медицине, промышленности, космической технике и ядерной физике.

Изобретение относится к технологии переработки кальций- и кремнийсодержащих техногенных отходов борного производства (борогипса) и может быть использовано при производстве игольчатого волластонита для применения в цветной металлургии, в шинной, асбоцементной и лакокрасочной промышленности, в производстве керамики.

Изобретение относится к области материаловедения, а именно к получению нового сложного оксида со структурой силленита, который является перспективным материалом для различных акусто- и оптоэлектронных устройств: пьезодатчиков, фильтров и линий задержки электромагнитных сигналов, электро- и магнитооптические измерителей напряженности полей, пространственно-временных и магнитооптических модуляторов.
Изобретение относится к производству синтетических кристаллов, в частности к способам получения кристаллов оксида цинка, используемого в различных областях электронной техники, где использование кварца невозможно или ограничено и может применяться в функциональной пленочной электронике, пьезотехнике и акустоэлектронике.

Изобретение относится к технологии изготовления детали из искусственного кварца для применения в качестве оптического элемента для ArF-литографии, подлежащего облучению лазерным светом, имеющим длину волны 200 нм или короче.

Изобретение относится к технологии выращивания оптических кристаллов, в частности монокристаллов кварца, используемого в радиоэлектронике, оптоэлектронике и оптике.
Изобретение относится к производству синтетических кристаллов, в частности к способам получения кристаллов оксида цинка, которые могут быть использованы в пьезотехнике, акустооптоэлектронике и других областях науки и техники.

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов. Cпособ выращивания нитевидных нанокристаллов (ННК) SiO2 включает подготовку монокристаллической кремниевой пластины путем нанесения на ее поверхность мелкодисперсных частиц металла-катализатора с последующим помещением в ростовую печь, нагревом и осаждением кремния из газовой фазы, содержащей SiCl4, Н2 и O2, по схеме пар→жидкая капля→кристалл с одновременным его окислением, при этом катализатор выбирают из ряда металлов, имеющих количественные значения логарифма упругости диссоциации для реакции образования оксида , где Me - металл, О - кислород, n и m - индексы, при 1000 K, более -36,1, причем частицы металла-катализатора выбирают с диаметрами менее 100 нм, а температуру процесса выращивания устанавливают в интервале 1000-1300 K.

Изобретение относится к области выращивания моно- и поликристаллов кварца для синтеза оптических и пьезоэлектрических монокристаллов кварца, в том числе допированных германием, для радиоэлектронной, оптоэлектронной и акустоэлектронной техники, и для получения окрашенных монокристаллов и друз для использования в камнерезном и ювелирном деле. Выращивание кристаллов кварца или аметиста или друз аметиста осуществляют гидротермальным методом температурного перепада в водных растворах фторида аммония на затравках, при этом в исходный раствор дополнительно вводят кислый фторид калия в количестве 10-40 г на литр водного раствора фторида аммония. Выращивание монокристаллов бесцветного кварца ведут на монокристаллических затравках кварца, параллельных грани тригональной призмы х{11-20} и тригональной пирамиды s{11-21}. Выращивание монокристаллов аметиста ведут на монокристаллических затравках кварца, параллельных грани тригональной пирамиды s{11-21}. Выращивание друз аметиста ведут на затравках поликристаллического кварца с выделенными агрегатами различного кристаллографического направления, вырезанных из природного жильного кварца. Благодаря использованию растворов фторида аммония с добавкой кислого фторида калия обеспечивается снижение длительности процесса выращивания до 2-3-х месяцев за счет повышения скорости роста кристаллов в 2-3,5 раза при одновременном сохранении их высокого качества. 6 з.п. ф-лы, 1 табл., 14 пр.

Наверх