十几年来,合成碳化硅大单晶发展很快,它是宽禁带第三代半导体基片的重要材料,是生产耐高电压、耐高温、低功率损耗、大功率器件必备的基片材料,受到国家的重视和支持 。目前批量生产出(75~80)mm×50mm的晶锭,主要用于半导体工业,其中有些晶锭不符合IT级要求的,必然流向宝石业中 。它可以打磨出很美的合成碳硅石仿钻石,比合成立方氧化锆更接近于钻石,更受人们欢迎 。这是1996年以来合成宝石的新成员,是合成宝石的重大新进展,不过由于晶体生长技术要求高和单炉产量小,在仿钻的性价比方面远不如合成立方氧化锆,在近期内不会改变合成立方氧化锆用于仿钻石的主导地位 。
3.水热法合成红宝石、合成星光宝石和合成祖母绿宝石
十几年来在实验室开展水热法合成红宝石、合成星光宝石和合成祖母绿宝石的工作是很多的,断断续续从未停止过 。首先为了更仿真,克服焰熔法和提拉法合成的红宝石有明显的弧状生长条纹,和串状气泡而开展了高温高压水热法的生长研究 。水热法主要模拟天然宝石成矿的条件,以天然宝石晶片作为晶种(这点与助熔剂法生长红宝石的自发成核是不同的) 。所生长出的红宝石大块晶体,既有六角形的生长条纹,又有天然宝石岩相结构的假象,这些晶体可打磨出5~8克拉,甚至更大的红宝石戒面 。许多国家,如俄罗斯、美国、印度、瑞士,都不断有水热法红宝石、黄色蓝宝石等上市,现在有些公司筹建70~100mm的耐腐蚀高压斧,拟生长50~60mm的红宝石,逐渐开拓出更仿真、更逼近于天然红宝石、蓝色和黄色蓝宝石,星光宝石等,创造批量生产的能力,前景是乐观的 。
同样,用水热法生长合成祖母绿宝石也很成功 。在美国、瑞士、俄罗斯和中国都能生长出大块祖母绿宝石,目前只是市场需求不旺,拉动有难度,所以水热法生长祖母绿晶体进展缓慢,没有投入大批量生产 。
4.用熔体提拉法、熔体泡生法和熔体热交换法研发无色蓝宝石
目前,各国研发无色蓝宝石更是突飞猛进,由于它具有红外透过率高、强度高和耐高温的特性,在国防工业上有很好的应用空间,可用作窗口材料和导弹头罩子等;在光电子技术上作氮化镓(GaN)镀膜基片,是半导体照明工程的重要材料,质量要求达到IT级水平,需求量很大,许多国家有关公司正在努力开发 。目前用提拉法可生长直径120~200mm的无色蓝宝石大单晶;用泡生法可生长直径200~250mm重25~30kg的无色蓝宝石(图5);用热交换法已生长出世界上最大的蓝宝石直径34cm重68kg(图6) 。我国虽有多家公司积极研发大直径蓝宝石晶体,也大有进展,但还没有量产的规模,LED用的基片基本上还是靠进口 。
5.合成长余辉人造夜光宝石
长余辉人造夜光宝石是我国北京华隆亚阳公司在1996年研发成功的,命名为“庆隆夜光宝石”,已获得中国、美国、韩国等国的发明专利 。它的性能优异,无放射性,余辉亮度高,时效长,优于天然“夜明珠” 。已研制出颜色有绿色、蓝绿色、乳白色、红色和紫色等人造夜光玉,大块人造夜光玉可供雕刻大型工艺品 。目前已大量生产,供不应求,有望形成产业化 。
图5 熔体泡生法生长蓝宝石大晶体
直径95mm和110mm,高150mm
图6 热交换法生长直径34cm的蓝宝石
6.合成绿松石和孔雀石
美国和俄罗斯对合成绿松石和孔雀石的研发工作,一直没有间断过 。目前合成的大块孔雀石可达8~10kg,做雕刻摆设件,有一定市场 。
7.玻璃仿宝石
玻璃仿宝石虽然很古老,但它也是不断与时俱进、不断发展的一类仿宝石 。虽然它是中低档的仿宝石,但今天的玻璃饰品和工艺品比十多年前的产品要优美得多 。玻璃仿钻石的“水钻”,其质量品味有较大的提高,它的市场占有率也不小 。特别是在人们的装饰理念发生改变的今天,要求时尚,物美价廉,对饰品更换频繁,新颖的玻璃制品便成为首选了,例如奥地利施华洛世奇(Swarovski)铅玻璃仿水晶和仿钻石装饰系列产品,彩色玻璃和稀土玻璃的仿宝石饰品,仿猫眼石饰品,铅玻璃工艺品、奖品、纪念品和摆设件都很时尚,很受欢迎 。玻璃仿宝石已经取得了人们的认可,几年来发展得很快 。
近几年研发玻璃仿钻石的“水钻”自动化生产线取得了突破性进展,它不但推进了铅玻璃仿钻石的工业化生产,还将对其他人工宝石的加工业发生重大推动作用 。
由于重金属铅对人体有毒害,高铅玻璃饰品将会受到严格限制,人们正在开展研究廉价的无铅高折射率的仿水晶玻璃和降低稀土玻璃的成本,都是取代含铅玻璃的重大举措,应予重视 。
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