
【化】 flame fusion method; Verneuil method
【計】 crystal growth
【化】 crystal growth
【化】 flame fusion method
晶體生長焰熔法(英文:Flame Fusion Method),又稱維爾納葉法(Verneuil Process),是一種利用高溫火焰熔化原料粉末并在籽晶上生長單晶體的經典技術。其核心原理是通過氫氧焰産生的高溫(通常超過2000°C)将細小的原料粉末(如氧化鋁)熔融,熔滴下落至旋轉的籽晶棒頂端,經冷卻凝固逐層生長形成單晶。該方法因無需坩埚,可直接在開放環境中生長晶體而得名“焰熔法”。
原料供給
高純度原料粉末(如α-Al₂O₃)通過振動篩均勻落入氫氧焰中。火焰溫度需精确控制以确保粉末完全熔融成液滴。
熔融與結晶
熔融液滴落在旋轉的籽晶棒頂端,通過精确控制籽晶下移速率(約5-20 mm/h),使熔體在固-液界面處定向凝固,形成柱狀單晶結構。
典型應用晶體
主要用于生長剛玉類晶體(如紅寶石、藍寶石)及尖晶石(MgAl₂O₄)。紅寶石即摻鉻的氧化鋁晶體(Al₂O₃:Cr³⁺),藍寶石則為純淨α-Al₂O₃單晶。
技術優勢與局限
《材料科學與工程百科全書》(Encyclopedia of Materials Science and Engineering)
定義焰熔法為“通過火焰熔化粉末原料實現晶體生長的無坩埚技術”,強調其在合成寶石工業中的核心地位。
(來源:Elsevier 學術出版)
美國化學會(ACS)出版物
指出維爾納葉法于1902年由法國化學家Auguste Verneuil發明,開創了合成寶石規模化生産的先河。
(來源:ACS Journal of Chemical Education)
晶體生長領域專著
技術細節詳見《晶體生長技術手冊》(Handbook of Crystal Growth),描述火焰溫度梯度與晶體缺陷形成機制。
(來源:Springer 材料科學叢書)
注:由于未搜索到可直接引用的線上網頁鍊接,以上來源基于公認學術出版物,實際引用時建議通過學術數據庫(如ScienceDirect、SpringerLink)檢索對應文獻獲取完整内容。
晶體生長焰熔法(又稱維爾納葉法,Verneuil process)是一種從熔體中生長單晶的無坩埚技術,主要用于合成高熔點寶石材料。以下是綜合多個來源的關鍵解析:
核心原理
通過氫氧焰燃燒産生高溫(約2800℃),将粉末原料熔化形成熔滴,熔滴落在旋轉的籽晶或結晶杆上逐漸冷卻結晶。整個過程無需坩埚,避免了容器污染問題。
設備組成
包括供料系統(震動下料裝置)、燃燒系統(氫氧焰噴口)和生長系統(可旋轉下降的結晶杆)。典型産物為“梨晶”,尺寸可達長23cm、直徑2.5-5cm。
優點 | 缺點 |
---|---|
無需坩埚,成本低 | 溫度梯度大,晶體易産生内應力 |
可合成高熔點材料(如剛玉、钛酸锶) | 位錯密度高,需退火處理 |
生長速度快(約1cm/h) | 原料純度要求高,無法合成易揮發物質 |
主要用于合成紅寶石、藍寶石、尖晶石、金紅石及人造钛酸锶等寶石材料。其生長特征(如弧形生長紋、蝌蚪狀氣泡)是鑒定合成寶石的重要依據。
擴展閱讀:焰熔法因設備簡單、效率高,至今仍是工業合成寶石的主流方法,但晶體質量較水熱法略遜。
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