(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 108149323 A(43)申请公布日 2018.06.12
(21)申请号 201711278549.7(22)申请日 2017.12.06
(71)申请人 神雾科技集团股份有限公司
地址 102200 北京市昌平区马池口镇神牛
路18号(72)发明人 王晶晨 郭科宏 钟贵全 陈珊
侯傲 吴道洪 (74)专利代理机构 北京清亦华知识产权代理事
务所(普通合伙) 11201
代理人 赵天月(51)Int.Cl.
C30B 29/20(2006.01)C30B 11/00(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图2页
(54)发明名称
制备红宝石的方法(57)摘要
本发明公开了制备红宝石的方法，包括：(1)配制制备红宝石的原料，并将所述原料置于阴极和阳极之间，且所述阳极的一部分埋在所述原料的底部；(2)以非转移弧对所述原料的顶部进行加热，使所述原料沿所述阴极至所述阳极的方向熔融至形成的熔体与所述阳极接触；(3)以转移弧或者联合弧对所述熔体进行加热；(4)停止加热，使所述熔体冷却，以便获得所述红宝石。采用该方法能够充分模拟自然火山岩浆现象，并且采用该方法能进一步降低成本，提高制备效率，制备得到的红宝石与能够与自然生成的红宝石相媲美。CN 108149323 ACN 108149323 A
权 利 要 求 书
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1.一种制备红宝石的方法，其特征在于，包括：(1)配制制备红宝石的原料，并将所述原料置于阴极和阳极之间，且所述阳极的一部分埋在所述原料的底部；
(2)以非转移弧对所述原料的顶部进行加热，使所述原料沿所述阴极至所述阳极的方向熔融至形成的熔体与所述阳极接触；
(3)以转移弧或者联合弧对所述熔体进行加热；(4)停止加热，使所述熔体冷却，以便获得所述红宝石。2.根据权利要求1所述的制备红宝石的方法，其特征在于，步骤(2)中，以非转移弧对所述原料的顶部的中心位置进行加热。
3.根据权利要求2所述的制备红宝石的方法，其特征在于，步骤(3)中，以联合弧对所述熔体进行加热。
4.根据权利要求1所述的制备红宝石的方法，其特征在于，所述加热是在惰性气氛下进行的。
5.根据权利要求4所述的制备红宝石的方法，其特征在于，所述惰性气氛为氩气气氛。6.根据权利要求1所述的制备红宝石的方法，其特征在于，所述阳极为钨合金阳极。7.根据权利要求1所述的制备红宝石的方法，其特征在于，所述原料包含98-98.5重量％的氧化铝和1.5-2重量％的氧化铬。
8.根据权利要求1所述的制备红宝石的方法，其特征在于，所述冷却为自然冷却或者淬火冷却。
9.根据权利要求1所述的制备红宝石的方法，其特征在于，通过原料自身进行约束，使加热过程中只有原料中心的小部分区域熔化，周围部分不熔化。
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说 明 书制备红宝石的方法
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技术领域
[0001]本发明属于材料领域，具体而言，涉及制备红宝石的方法。
背景技术
[0002]刚玉(α-Al2O3)因其掺杂了少量的Cr2O3而呈红色，被称为红宝石晶体。自从人工合成红宝石晶体被发现以来，红宝石晶体因其输出在可见范围、线宽较窄、荧光寿命长、量子效率高、泵浦吸收带宽、位置优越等特点，此外耐高温、坚硬、寿命长、热导率好、化学性质稳定等优良的物理化学性能在光学、工业、装饰、医疗器械等领域发挥日益重要的作用。[0003]目前制备红宝石晶体的主要方法有：焰熔法、助熔剂熔体法、提拉法、水热法和光学浮区法。焰熔法和水热法由于其工艺条件的限制，难以生长出高质量、大尺寸的晶体；提拉法虽然是生长晶体的常见方法，但是Al2O3的熔点大约为2000℃，普通的坩埚无法承受如此高的温度，高温容易使坩埚融化而影响其质量；光学浮区法是一种快速生长小尺寸晶体的技术，具有生长速度快、生长温度宽、无需坩埚等特点，但是其反应时间较长。助熔剂熔体法使用坩埚和助熔剂会对晶体造成污染。[0004]因此，制备红宝石晶体的方法有待进一步改进。发明内容
[0005]本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出制备红宝石的方法，该方法能够充分模拟自然火山岩浆现象，并且采用该方法能进一步降低成本，提高制备效率，制备得到的红宝石与能够与自然生成的红宝石相媲美。
[0006]根据本发明的一个方面，本发明提出了一种制备红宝石的方法，包括：[0007](1)配制制备红宝石的原料，并将所述原料置于阴极和阳极之间，且所述阳极的一部分埋在所述原料的底部；[0008](2)以非转移弧对所述原料的顶部进行加热，使所述原料沿所述阴极至所述阳极的方向熔融至形成的熔体与所述阳极接触；[0009](3)以转移弧或者联合弧对所述熔体进行加热；[0010](4)停止加热，使所述熔体冷却，以便获得所述红宝石。[0011]本发明上述实施例的制备红宝石的方法，首先利用非转移弧对位于阴极和阳极之间的制备红宝石的原料顶部进行加热，使原料从阴极至阳极的方向开始熔融并形成熔体，当熔体与埋在原料底部的阳极接触后，再采用转移弧或联合弧继续对熔体加热，加热充分后停止加热并冷却，最终得到红宝石。由此，本发明上述实施例的制备红宝石的方法结合利用了非转移弧和转移弧或联合弧对原料进行加热，有效解决了原料不导电无法产生电弧的问题。而且采用本发明制备红宝石的方法能够充分模拟自然火山岩浆现象，并在较低的成本和较短的时间内合成与自然生成的红宝石品质相当的红宝石。[0012]另外，根据本发明上述实施例的制备红宝石的方法还可以具有如下附加的技术特
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征：
在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，以非转移弧对所述原料的顶部的中心位置
进行加热。由此可以仅使原料中心的小部分区域形成熔体，而周围原料不熔融，进而可以避免高温熔体接触容器，达到了一定的隔热效果。[0014]在本发明的一些实施例中，步骤(3)中，以联合弧对所述熔体进行加热。由此，可以对熔体的顶部和底部进行同时加热，使得原料能够得到更好的熔融，进而有效提高红宝石品质。
[0015]在本发明的一些实施例中，所述加热是在惰性气氛下进行的。由此，可以有效避免在加热过程中引入杂质。
[0016]在本发明的一些实施例中，所述惰性气氛为氩气气氛。由此，可以有效避免在加热过程中引入杂质。
[0017]在本发明的一些实施例中，所述阳极为钨合金阳极。由此可以避免在制备红宝石的过程中阳极熔化进入熔体进而污染红宝石。[0018]在本发明的一些实施例中，所述原料包含98-98.5重量％的氧化铝和1.5-2重量％的氧化铬。由此，可以使最终得到的红宝石具有更高的品质。[0019]在本发明的一些实施例中，所述冷却为自然冷却或者淬火冷却。由此，可以最终得到红宝石。
[0020]在本发明的一些实施例中，制备红宝石的方法通过原料自身进行约束，使加热过程中只有原料中心的小部分区域熔化，周围部分不熔化。由此，能够充分模拟自然火山岩浆现象，进而合成与自然生成的红宝石品质相当的红宝石。附图说明
[0021]图1是根据本发明一个实施例的制备红宝石的方法流程图。[0022]图2是根据本发明一个实施例的制备红宝石的方法示意图。
具体实施方式
[0023]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。[0024]根据本发明的一个方面，本发明提出了一种制备红宝石的方法，包括：(1)配制制备红宝石的原料，并将原料置于阴极和阳极之间，且阳极的一部分埋在原料的底部；(2)以非转移弧对原料的顶部进行加热，使原料沿阴极至阳极的方向熔融至形成的熔体与阳极接触；(3)以转移弧或者联合弧对熔体进行加热；(4)停止加热，使熔体冷却，以便获得红宝石。[0025]本发明上述实施例的制备红宝石的方法，首先利用非转移弧对位于阴极和阳极之间的制备红宝石的原料顶部进行加热，使原料从阴极至阳极的方向开始熔融并形成熔体，当熔体与埋在原料底部的阳极接触后，再采用转移弧或联合弧继续对熔体加热，当加热充分后停止加热并冷却，最终得到红宝石。由此，本发明上述实施例的制备红宝石的方法结合利用了非转移弧和转移弧或联合弧对原料进行加热，有效解决了原料不导电无法产生电弧的问题。而且采用本发明制备红宝石的方法能够充分模拟自然火山岩浆现象，并在较低的
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成本和较短的时间内合成与自然生成的红宝石品质相当的红宝石。
[0026]下面参考图1-2对本发明上述实施例的制备红宝石的方法进行详细描述。[0027]S100：预处理
[0028]根据本发明的实施例，配制制备红宝石的原料，并将原料置于阴极和阳极之间，且阳极的一部分埋在原料的底部。由此，有利于后续对红宝石原料进行加热。[0029]根据本发明的具体实施例，制备红宝石的原料可以包含98-98.5重量％的氧化铝和1.5-2重量％的氧化铬。本发明采用上述比例的氧化铝和氧化铬配置原料，并未引入其它杂质成分，由此，可以使最终得到的红宝石具有更高的品质。[0030]根据本发明的具体实施例，阳极可以为钨铜合金阳极，常用合金的含铜量为10-50％。合金用粉末冶金方法制取，具有很好的导电导热性、较好的高温强度和一定的塑性。在很高的温度下，如3000℃以上，合金中的铜被液化蒸发，大量吸收热量，降低材料表面温度。本发明中的枪体阴阳极受水冷保护，最高温度不超过1000℃。本发明中通过选用合适的钨合金作为阳极，可以使阳极具有远高于氧化铝和氧化铬的熔点，由此，当氧化铝和氧化铬熔融后不会对阳极造成太大的影响，从而避免在制备红宝石的过程中阳极熔化进入熔体进而污染红宝石。[0031]S200：以非转移弧对原料加热[0032]根据本发明的实施例，以非转移弧对原料的顶部进行加热，使原料沿阴极至阳极的方向熔融至形成的熔体与阳极接触。
[0033]由于制备红宝石的原料主要为氧化铝和氧化铬，其均为非导电材料，在阴阳极之间无法产生电弧，因此无法使用转移弧或者联合弧对其进行加热。本发明的发明人通过预先采用非转移弧，可以有效实现对非导电红宝石原料的加热熔融，而熔融后氧化铝可以作为导电介质，进而实现后续转移弧或联合弧对熔体加热。[0034]根据本发明的具体实施例，加热可以在惰性气氛下进行的。由此，可以有效避免在加热过程中引入杂质。具体地，将配制好的制备红宝石的原料置于阴极和阳极之间后，可以先抽真空，再通入惰性气体，使反应气氛成为不易发生反应的惰性气氛，然后采用非转移弧对原料进行加热。根据本发明的具体实施例，惰性气氛可以为氩气气氛。[0035]根据本发明的具体实施例，可以以非转移弧对原料的顶部的中心位置进行加热。由于氧化铝和氧化铬的熔点均高于2000℃，因此普通耐火砖材料无法达到如此高的耐高温性能。发明人意外发现，通过使用非转移弧对原料顶部的中心位置进行加热，可以使原料在阴极至阳极的方向上开始熔融，并且只在原料中心位置的小部分区域形成熔体，周边原料不熔融，进而使熔体被氧化铝和氧化铬粉末包围，直至熔体与阳极接触，由此可以利用氧化铝和氧化铬粉末作为熔体的隔热材料，进而可以省去在容器内壁设置耐火砖，不仅降低了成本，同时还可以避免设置的耐火砖在高温下熔化而污染红宝石。[0036]根据本发明的具体实施例，通过采取上述方法使炉体内部的原料中心位置的小部分形成熔体，周围部分不熔化，能够充分模拟自然火山岩浆现象，进而生成的红宝石与自然生成的红宝石十分相似。[0037]S300：以转移弧或者联合弧对熔体加热[0038]根据本发明的实施例，以转移弧或者联合弧对熔体进行加热。根据本发明的具体实施例，当采用非转移弧对原料进行加热至形成的熔体接触到阳极时，可以利用熔融氧化
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铝作为导电介质，采用转移弧或联合弧进一步对熔体进行加热，使熔体更加稳定。由此，通过有效利用熔体的导电性，实现非转移弧向转移弧或联合弧切换，进而可以使熔体能够得到充分加热，进而进一步提高红宝石的品质。[0039]根据本发明的具体实施例，可以采用联合弧对熔体进行加热。由此，可以使用联合弧对熔体的顶部和底部进行同时加热，使得原料能够得到更好的熔融，进而有效提高红宝石品质。
[0040]S400：停止加热并使熔体冷却[0041]根据本发明的实施例，停止加热，使熔体冷却，以便获得红宝石。由此，可以最终制备得到红宝石。
[0042]根据本发明的具体实施例，冷却可以为自然冷却或者淬火冷却。由此，可以有效得到红宝石。
[0043]综上所述，通过采用本发明上述实施例的制备红宝石的方法至少具有如下有益效果之一：[0044]1、采用氧化铝和氧化铬为原料，并在惰性气氛下采用等离子弧对原料进行加热，制备过程中不引入其它杂质，进而能够在较低的成本和较短的时间内合成品质较高的红宝石。
[0045]2、采用非转移弧和联合弧对原料进行加热，合成时间短、效率高。[0046]3、通过原料自身进行约束，使加热过程中只有原料中心的小部分区域熔化，周围部分不熔化，能够充分模拟自然火山岩浆现象，使生成的红宝石与自然生成的红宝石十分相似。
[0047]4、炉体没有耐热砖，进而可以避免耐热转熔融污染红宝石。[0048]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0049]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
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