
【化】 flame fusion method; Verneuil method
【计】 crystal growth
【化】 crystal growth
【化】 flame fusion method
晶体生长焰熔法(英文:Flame Fusion Method),又称维尔纳叶法(Verneuil Process),是一种利用高温火焰熔化原料粉末并在籽晶上生长单晶体的经典技术。其核心原理是通过氢氧焰产生的高温(通常超过2000°C)将细小的原料粉末(如氧化铝)熔融,熔滴下落至旋转的籽晶棒顶端,经冷却凝固逐层生长形成单晶。该方法因无需坩埚,可直接在开放环境中生长晶体而得名“焰熔法”。
原料供给
高纯度原料粉末(如α-Al₂O₃)通过振动筛均匀落入氢氧焰中。火焰温度需精确控制以确保粉末完全熔融成液滴。
熔融与结晶
熔融液滴落在旋转的籽晶棒顶端,通过精确控制籽晶下移速率(约5-20 mm/h),使熔体在固-液界面处定向凝固,形成柱状单晶结构。
典型应用晶体
主要用于生长刚玉类晶体(如红宝石、蓝宝石)及尖晶石(MgAl₂O₄)。红宝石即掺铬的氧化铝晶体(Al₂O₃:Cr³⁺),蓝宝石则为纯净α-Al₂O₃单晶。
技术优势与局限
《材料科学与工程百科全书》(Encyclopedia of Materials Science and Engineering)
定义焰熔法为“通过火焰熔化粉末原料实现晶体生长的无坩埚技术”,强调其在合成宝石工业中的核心地位。
(来源:Elsevier 学术出版)
美国化学会(ACS)出版物
指出维尔纳叶法于1902年由法国化学家Auguste Verneuil发明,开创了合成宝石规模化生产的先河。
(来源:ACS Journal of Chemical Education)
晶体生长领域专著
技术细节详见《晶体生长技术手册》(Handbook of Crystal Growth),描述火焰温度梯度与晶体缺陷形成机制。
(来源:Springer 材料科学丛书)
注:由于未搜索到可直接引用的在线网页链接,以上来源基于公认学术出版物,实际引用时建议通过学术数据库(如ScienceDirect、SpringerLink)检索对应文献获取完整内容。
晶体生长焰熔法(又称维尔纳叶法,Verneuil process)是一种从熔体中生长单晶的无坩埚技术,主要用于合成高熔点宝石材料。以下是综合多个来源的关键解析:
核心原理
通过氢氧焰燃烧产生高温(约2800℃),将粉末原料熔化形成熔滴,熔滴落在旋转的籽晶或结晶杆上逐渐冷却结晶。整个过程无需坩埚,避免了容器污染问题。
设备组成
包括供料系统(震动下料装置)、燃烧系统(氢氧焰喷口)和生长系统(可旋转下降的结晶杆)。典型产物为“梨晶”,尺寸可达长23cm、直径2.5-5cm。
优点 | 缺点 |
---|---|
无需坩埚,成本低 | 温度梯度大,晶体易产生内应力 |
可合成高熔点材料(如刚玉、钛酸锶) | 位错密度高,需退火处理 |
生长速度快(约1cm/h) | 原料纯度要求高,无法合成易挥发物质 |
主要用于合成红宝石、蓝宝石、尖晶石、金红石及人造钛酸锶等宝石材料。其生长特征(如弧形生长纹、蝌蚪状气泡)是鉴定合成宝石的重要依据。
扩展阅读:焰熔法因设备简单、效率高,至今仍是工业合成宝石的主流方法,但晶体质量较水热法略逊。
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