合成原理和方法

合成原理和方法

一、合成原理和方法

助熔剂法是将组成宝石的原料在高温下溶解于低熔点的助熔剂中，使之形成饱和溶液，然后通过缓慢降温或在恒定温度下蒸发熔剂等方法，使熔融液达到过饱和状态，从而使宝石晶体析出生长的方法。

助熔剂通常为无机盐类，故也被称为盐熔法或熔剂法。

助熔剂法根据晶体成核及生长的方式不同分为两大类:自发成核法和籽晶生长法。

自发成核法是在高温下，当原料全部熔融于助熔剂中之后，缓慢地降温冷却，使晶体从饱和熔体中自发成核并逐渐生长的方法。

籽晶生长法是在熔体中加入籽晶的晶体生长方法。这种方法克服了自发成核时晶粒过多的缺点。

助熔剂是帮助原料降低熔点的熔剂。助熔剂有两大类:一类为金属，主要用于半导体单晶的生长;另一类为氧化物和卤化物(如PbO，PbF₂等)，主要用于氧化物和离子材料的生长。

理想的助熔剂应具有较强的溶解能力;较低的熔点和较高的沸点;较小的黏滞性;较低的挥发性、毒性和腐蚀性;不易与坩埚材料及原料反应形成中间化合物。常用的助熔剂有硼、钡、铋、铅、钼、钨、锂、钾、钠的氧化物或氟化物，如B₂O₃，BaO，Bi₂O₃，PbO，PbF₂，MoO₃，WO₃，Li₂O，K₂O，KF，Na₂O，NaF，Na₃AlF₆等。在实际使用中，人们多采用复合助熔剂，也使用少量助熔剂添加物，以改善助熔剂的性质。合成不同宝石品种采用的助熔剂类型不同。即使合成同一品种的宝石，不同厂家采用的助熔剂种类也不一样。

助熔剂的选择是助熔剂法的关键，它不仅能帮助降低原料的熔点，还直接影响到晶体的结晶习性、质量与生长工艺。

助熔剂法的优点:①适用性很强，几乎对所有的材料，都能够找到一些适当的助熔剂，从中生长出单晶;②生长温度低，许多难熔的化合物可长出完整的晶体;③晶体的质量较好，内含物外观特征与天然宝石相似;④设备简单，技术简便。

助熔剂法的缺点:①生长速度慢，生长周期长;②晶体尺寸较小;③坩埚和助熔剂对合成晶体有污染;④许多助熔剂具有不同程度的毒性，其挥发物常腐蚀或污染炉体和环境。