首页 个人中心 论坛 搜索 登录 立即注册

合成碳硅石宝石

幼儿园小班 发布于 2013-03-28 14:07:32 回帖: 1 | 评论: 0 | 查看: -

一、引言
本文叙述了一种新的宝石材料,也是迄今为止最令人信服的钻石仿制品—-合成碳硅(SiC)石,如图1所示。一般钻石仿制品通常仅能模仿钻石的一、两项技术指标,而合成碳硅石的光泽、亮度、火彩等都和钻石极为相似,尤其是合成碳硅石的热导性高,用常规的钻石热导仪难以与钻石区分,仿真性远超过以前的最佳钻石替代品——合成立方氧化锆[1]。一般认为宝石的最重要的物理特性是硬度、折射率和颜色。合成碳硅石具有与钻石相同的光泽,仅次于钻石(莫氏硬度10)的高硬度(8.5-9.25),比钻石(折射率2.417)略高的折射率(2.5-2.71),双折射率为0.043,色散为0.014,化学稳定性好,几乎不与其它物质反应,韧性好,热导率高,热稳定性好,在空气中加热到1400度而不损坏,因此被称为最新一代钻石仿制品[2]。它是一种新的实验室合成宝石。

图1 合成碳硅石戒指
二、 合成碳硅石的结构
SiC宝石是一种复杂的材料系统,它的奇特性质之一就是其结构的多型性[3]。结构单元为SiC4或CSi4四面体结构,属于密堆积结构,由于单向堆积方式的不同产生各种不同的晶型,目前已经发现的晶型有200余种,分为立方结构、六方结构和菱方结构等,每一种都可称为“SiC宝石”,较为常见的有3C、15R、6H、4H和2H,图2列出了几种SiC多型的堆垛结构[4]。这里叙述的是合成的6H-SiC宝石,另一种能获得大直径单晶的多型为4H-SiC。

图2 几种SiC多型的堆垛结构
三、合成碳硅石单晶的生长
SiC单晶一般采用升华法生长,用该法可生长出大尺寸、高质量SiC单晶[5-7]。具体生长步骤如下:把籽晶置于坩埚的上盖底部,高纯SiC 粉源料置于坩埚底部,生长室压力在50~120mbar,生长温度为2000~2500℃,底部的SiC粉料分解为Si、SiC2和Si2C三种主要气相组分,输运到温度较低的籽晶表面,通过沉积,使得晶体不断生长。经过80-100h的生长,可获得厚度为15~25mm、直径为2英寸或3英寸的无色或彩色SiC单晶。图3是我们利用该法生长的2英寸和3英寸SiC单晶,其平均微管的密度小于100个/cm2.

图3: 2英寸和3英寸SiC单晶
四、合成碳硅石的成形
SiC单晶生长过程中通过掺杂不同元素可获得不同颜色的晶体。因此SiC是一种非常优异的彩色宝石材料。SiC的掺杂物有N(n型)和Al、B、Be、Ga、O、Sc、(p型)等。未掺杂的6H-SiC和4H-SiC显无色,在6H-SiC中掺氮(n型)和铝(p型),分别得到了绿色和蓝色的6H-SiC单晶。在4H-SiC中掺入低浓度的氮可得到淡棕色的4H-SiC单晶。3C-SiC显黄色,而掺氮的3C-SiC显黄绿色。
生长出无色或彩色SiC单晶后,该晶体作为毛坯被切割成不同大小的粗人造宝石,然后经研磨和抛光制成无色或彩色合成碳硅石成品。合成碳硅石的硬度、韧性和各向异性使得能够以很尖锐的角度磨刻面,因此可获得很好的外型和光泽,从而能达到形美和质美的高度和谐统一。表1比较了钻石、合成碳硅石和立方氧化锆的宝石学特性。

表1钻石、合成碳硅石和立方氧化锆的宝石学特性比较





材料
摩氏
硬度
韧度 折射率 双折射率 色散率 比重 光学
特征
亭部闪光
钻石 10 2.417 0.044
(中等)
3.52 单折射
(等轴)
在一些刻面上见橙到蓝色
合成碳硅石 9.25 很好 2.648,2.691
2.150-2.180
0.043 0.104
(强)
3.22 双折射
(一轴)
橙到蓝色
立方氧化锆 8-8.5 2.15 0.058-0.066
(中等)
5.56-6.00 单折射(等轴) 亭部见橙色
合成碳硅石成品除具有:(1)高硬度,(2)高折射率,(3)高热导率,(4)高化学稳定性,(5)优异的韧性,此外还具有(6)彩色性,基本满足了评价钻石质量的“4C”,即:重量(Carat)、颜色(Color)、琢型(Cut)和洁净度(Clarity)。图4是加工成的合成碳硅石成品。

图4 SiC宝石
五、结论
由于合成碳硅石优越的宝石学特性,与钻石相比,它具有高的色散、相似的亮度、较高的折射率和较低的比重;硬度最接近于钻石,并具有明显的双折射,迄今为止是最佳的钻石仿制品。由于堆积方式的不同,碳化硅具有多种不同晶型,分为立方结构、六方结构和菱方结构。通过升华法生长直径为2英寸或3英寸的无色或彩色SiC单晶,然后经过切割、研磨和抛光加工成合成碳硅石成品。

1楼
婴儿

不容小觑,可见一般啊!!

发布新帖
分享帖子