專利名稱:具有活光效果的模造寶石玻璃的制作方法
本發(fā)明是利用玻璃中析出纖維束狀氟磷灰石結(jié)晶的方法來(lái)模造有活光效果的寶石。具體的說(shuō)就是在硅酸鹽玻璃基質(zhì)中，使氟磷灰石結(jié)晶以平行的纖維束狀形態(tài)析出，結(jié)果玻璃具有與天然活光寶石相似的結(jié)構(gòu)，因而也具有活光效果。
具有活光效果的天然寶石有澳洲貓眼石，金綠貓眼石以及某些鈉長(zhǎng)石，正長(zhǎng)石，透輝石等等，其中以貓眼石最為名貴。有活光效果的天然寶石在礦物學(xué)上的結(jié)構(gòu)特征是在透明或半透明的基質(zhì)中，規(guī)則排列著細(xì)小結(jié)晶，纖維束狀結(jié)晶或包裹體。這樣的結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)光產(chǎn)生折射、反射、衍射、或者象光導(dǎo)纖維束那樣的光導(dǎo)效果。這類寶石的適當(dāng)方向的琢磨曲面，在不同光照條件下，閃動(dòng)著亮度和寬度不斷變化的光澤，這種現(xiàn)象在寶石學(xué)上稱為“活光”。具有活光效果的寶石非常受人喜愛(ài)，價(jià)格很高，因而用人工方法模造具有活光效果的寶石引起人們極大的興趣。
日本特許公報(bào)昭51～10550提到一種方法，把光導(dǎo)纖維束通過(guò)熱壓粘結(jié)在一起，然后，按某個(gè)特定方向研磨加工成戒指面，具有活光效果。該方法還可模造星光寶石。該方法除工藝復(fù)雜外，還有一缺點(diǎn)，就是模造品缺乏天然品的自然美。
日本小久保證等人(昭和58年年會(huì)講演予稿集，1983年日本窯業(yè)協(xié)會(huì)出版)采用另一種方法，他們使Nb2O5-Bi2O3-SiO2系統(tǒng)熔體在白金坩堝中按某一溫度梯度冷卻，結(jié)果在硅酸鉍晶體的基質(zhì)中，δ-(Bi2O3)0.85(Nb2O5)0.15結(jié)晶按溫度梯度方向，以平行纖維束狀析出，形成有定向性纖維束狀結(jié)晶的多元晶體，經(jīng)過(guò)定向研磨加工制成戒指面，具有相當(dāng)好的活光效果。該方法要求設(shè)備精度高，而且制造規(guī)模小，因而成本高。
日本特許公報(bào)昭55～29018提出一種利用CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)玻璃模造大理石的方法，用該方法也可以使玻璃中析出平行排列的結(jié)晶(硅灰石)，但是，硅灰石結(jié)晶太粗，而且不成束狀，它們只是垂直于玻璃渣再熔融后的界面生長(zhǎng)，所以外觀象大理石而無(wú)活光。
日本公開(kāi)特許公報(bào)昭57～47741，58～20714提出了制造含有纖維狀硅灰石玻璃的方法。用該方法制造的玻璃中含有的纖維狀結(jié)晶不平行，而且不成束，結(jié)晶量太高，達(dá)到55%以上，外觀象巖石，因而無(wú)有活光。
日本公開(kāi)特許公報(bào)昭57～183329，58～15044提到制造一方向結(jié)晶成纖維狀或長(zhǎng)針狀磷酸鈣微晶玻璃的方法。因結(jié)晶量太高而使玻璃成為陶瓷狀，顯不出任何活光效果。
本發(fā)明制造的模造寶石玻璃所以有活光效果是因?yàn)闈M足下列條件1.玻璃基質(zhì)透明或半透明。
2.玻璃基質(zhì)折射率n＜1.55，它與氟磷灰石(n≈1.62)的折射率差△n＞0.07。
3.氟磷灰石結(jié)晶成平行纖維束狀，纖維直徑φ＜0.3mm。
4.氟磷灰石結(jié)晶量＜60%。
本發(fā)明提出的方法簡(jiǎn)單易行，便于工業(yè)化生產(chǎn)，制造出來(lái)的具有平行纖維束狀結(jié)晶的玻璃可以作為有活光率果的寶石的模造品。
本發(fā)明是通過(guò)一種簡(jiǎn)單易行的方法，制造出具有活光效果的模造寶石玻璃，該玻璃可用于制造裝飾品，也可以作為石雕材料制造工藝品。
本發(fā)明采用的玻璃組成包括(1)基礎(chǔ)玻璃。在Na2O-CaO-SiO2系統(tǒng)玻璃中引入可改善性質(zhì)的PbO，ZnO，BaO，MgO，B2O3，Al2O3，La2O3。(2)結(jié)晶成份。F和P5O2。(3)著色劑和澄清劑。該玻璃是一種通過(guò)熱處理可自動(dòng)結(jié)晶的多元玻璃。組成中最重要的組份是CaO，F(xiàn)和P2O5，它們是纖維束狀結(jié)晶必不可少的成份，三者的量有一定的關(guān)系，只有在特定的組成范圍內(nèi)，玻璃中才會(huì)析出滿足上述4個(gè)條件的氟磷灰石纖維束狀結(jié)晶，呈現(xiàn)活光效果，經(jīng)X射線衍射鑒定，纖維束狀結(jié)晶為氟磷灰石Ca5(PO4)3F。該結(jié)晶為單軸晶，負(fù)光性，no＝1.63，ne＝1.62。著色劑可廣泛的選取包括離子著色劑，膠體著色劑和分子著色劑在內(nèi)的各種著色劑。因而，玻璃可制成各種顏色。所用原料為玻璃工業(yè)中常用的原料。如碳酸鈉，硼酸，石英砂，碳酸鈣，碳酸鋇，氧化鋅，氧化鋁，五氧化二磷，氟化鈣等等。配合料在粘土坩堝中熔化，熔爐可以采用電爐，也可以采用燃煤爐或燃油爐。坩堝可以用閉口式，也可以用敞口式，熔化溫度為1400～1500℃。熔化時(shí)間為2～10小時(shí)。玻璃澄清后，降溫到熱處理溫度直接進(jìn)行熱處理。熱處理范圍為1200～1000℃之間，熱處理時(shí)間為0.5～10小時(shí)，這要根據(jù)熔爐結(jié)構(gòu)，坩堝尺寸和玻璃液多少來(lái)定。熱處理后，可直接降溫，退火，再徐冷到室溫。破堝后取出玻璃塊，即為有活光效果的玻璃。如果是間歇式熔爐，可一次完成全部工藝過(guò)程。如果是連續(xù)式熔爐，可采取高溫澆注方法，把澄清好的玻璃液澆出，坩堝可再次使用。澆注出的玻璃冷卻后成為玻璃渣，于另一熔爐重新熔化。1200℃以上溫度保持一段時(shí)間，再降溫?zé)崽幚?。為了?jié)能，也可以把熱處理后的玻璃從1000℃熔化爐中隨坩堝取出，坩堝置于另一低溫電阻爐中退火徐冷。1200～1000℃之間的熱處理是至關(guān)重要的。如果在較高溫度下保持時(shí)間太長(zhǎng)，則結(jié)晶太粗大，直徑φ＞0.3mm，玻璃無(wú)活光;如果在較低溫度保持時(shí)間太短，則玻璃無(wú)結(jié)晶。各種著色劑的適當(dāng)選擇可使玻璃變成顏色美的并帶有活光的模造寶石，具有相當(dāng)于翡翠、木變石、貓眼石、月光石等等寶石的外觀，有極佳的裝飾效果。
通過(guò)下面0.5公斤玻璃熔制的結(jié)果，對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的具體說(shuō)明。
Na2O低于12%，SiO2高于70%時(shí)，玻璃難熔;Na2O高于27%，SiO2低表1 (重量%) (以下表同)
于50%時(shí)，玻璃穩(wěn)定性差，熱處理時(shí)會(huì)有其他結(jié)晶析出;CaO低于10%時(shí)，無(wú)論F和P2O5增加多少量都不能使氟磷灰石析出;CaO高于23%，則有其他結(jié)晶析出。從表1可看出有活光效果的基礎(chǔ)玻璃組成范圍為Na2O12-27%，CaO10-23%，SiO250-70%。
為改善玻璃的工藝性能和物理化學(xué)性質(zhì)，引入其他氧化物，結(jié)果如表2。
表2
由表2可見(jiàn)，PbO，BaO，La2O3不可引入太多，避免玻璃基質(zhì)折射率太高，因?yàn)檫@樣一來(lái)結(jié)晶和基質(zhì)的折射率差△n減小，結(jié)果使活光效果減弱，B2O3使纖維束狀結(jié)晶生長(zhǎng)太快，結(jié)晶過(guò)于粗大，也無(wú)活光。ZnO和Al2O3引進(jìn)后有好的效果。MgO也有較好的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PbO，BaO和La2O3的可引入范圍為0～6%，B2O3的引入范圍為0～8%，ZnO和Al2O3的引入范圍為0～12%，MgO的引入范圍為0～10%。
從表3可以看出F和P2O5的影響。F超過(guò)6%則玻璃全乳濁。成為白磁料。F低于0.3%，則玻璃無(wú)結(jié)晶。P2O5超過(guò)15%，則結(jié)晶量太高，而且結(jié)晶過(guò)于粗大，P2O5低于2.5%，則無(wú)有結(jié)晶，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，有活光效果的F和P2O5組成范圍為F0.4-5.5%，P2O53-14%。
表3
表4為No16玻璃在不同熱處理?xiàng)l件下得到的活光效果。
表4
從表4可看出，熱處理溫度范圍為1200～1000℃，熱處理時(shí)間為0.5～10小時(shí)。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.方法簡(jiǎn)單易行，易于掌握;
2.要求設(shè)備條件不高，投資少;
3.成本低，易于大批生產(chǎn);
4.顏色多，活光效果好，可模造多種天然寶石，特別適于制造裝飾品;
5.可方便地制成大塊，用于工藝石雕材料。
本發(fā)明可通過(guò)下面5個(gè)具體例子來(lái)說(shuō)明實(shí)現(xiàn)它的最好方式例1玻璃組成為Na2O15，CaO15，SiO260，ZnO5，B2O35，(重量%)，外加F1.5，P2O55，As2O30.3，Cr2O31，CuO0.2(重量%，基質(zhì)成分為100%，其他成分和著色劑為外加，以后各例同此)原料為工業(yè)碳酸鈉，碳酸鈣，石英砂，氧化鋅，硼酸，氟化鈣，磷酸，三氧化二砷，氧化鉻和氧化銅。按1.2公斤玻璃液計(jì)算配方，稱取各原料，混合均勻。熔化在硅碳棒電爐中進(jìn)行，用容積為1立升的粘土坩堝，經(jīng)過(guò)1480℃×2h燒結(jié)。加料溫度1400℃，2小時(shí)加完。1420℃澄清2小時(shí)，然后降溫，降至1100℃后直接進(jìn)行熱處理，按1100℃×1h，1050℃×1h進(jìn)行。熱處理后，以100℃/h的速度降至室溫，取出坩堝，破堝后取出玻璃塊。玻璃為綠色，有纖維束狀氟磷灰石結(jié)晶，有很好的活光效果，而且由于析晶的結(jié)果使玻璃顏色產(chǎn)生自然的不均勻斑狀，與天然品相似，具有翡翠一樣的外觀。
例2玻璃組成為Na2O22，CaO18，SiO250，Al2O35，B2O35，F(xiàn)1.5，P2O55，Nd2O34，As2O30.3(%)。除Nd2O3為化學(xué)試劑外，其他原料如例1，按5公斤玻璃液計(jì)算配方，熔化在硅碳棒電爐中進(jìn)行，使用2立升粘土坩堝，坩堝燒結(jié)1450℃×3h，加料1400℃×4h，澄清1420℃×4h。澄清后降溫至熱處理溫度，熱處理為11500℃×0.5h，1100℃×2h，1050℃×1.5h，1000℃×1h，熱處理后，馬上從熔爐中取出坩堝，放入另一溫度為800℃的電阻爐中，以80℃/h的速度降至室溫破堝后取出玻璃塊，該玻璃具有纖維束狀結(jié)晶，有很好的活光效果，并有雙色效應(yīng)，即日光或白熾燈下顯藕荷色，在瑩光燈下顯蘭色。
例3玻璃組成為Na2O20%，CaO10%，SiO260%，PbO2%，MgO2%，ZnO4%，B2O34%，F(xiàn)2%，P2O56%。原料，坩堝，熔爐條件全部與例2相同，按5公斤玻璃液計(jì)算配方。加料1400℃×2h，澄清1420℃×3h，澄清1420℃×3h，澄清后稍稍降溫到1300℃，然后，把玻璃液從坩堝中澆注出來(lái)，玻璃澆注在鑄鐵模子上，冷卻碎成小塊，把玻璃碎塊放入0.8立升陶瓷坩堝中，置于另一硅碳棒電爐加熱到1250℃保溫1小時(shí)，玻璃塊全部熔化，再降溫到熱處理溫度，熱處理為1150℃×1h，1100℃×1h。再以100℃/h的速度冷卻至室溫。玻璃有平行的纖維束狀結(jié)晶，并且有活光，與月光石相似。
例4玻璃組成為Na2O15%，CaO20%，SiO255%，ZnO5%，B2O35%，F(xiàn)1%，P2O54%，CoO21%，TiO22%，NiO1%。原料，坩堝，熔爐條件與例2相同。按5公斤玻璃液計(jì)算料方。加料1400℃×2h，澄清1420℃×2h，熱處理為1150℃×1h，1100℃×3h，1050℃×0.5h，1000℃出爐，把坩堝取出放入另一溫度為800℃的電阻爐中，以100℃/h的速度冷卻到室溫，玻璃有纖維束狀結(jié)晶，有活光、琥珀色，具有與木變石相似的外觀。
例5玻璃組成為Na2O18%，CaO16%，SiO256%，ZrO8%，Al2O32%，F(xiàn)2%，P2O58%，SeO5%，CdS1%。原料與例1相同，按1.2公斤玻璃液計(jì)算配方，配合料烘干，坩堝、熔爐條件也與例1相同。加料1400℃×2h，澄清1420℃×2h，熱處理1150℃×2h，在加料，澄清，熱處理階段，坩堝始終加蓋以防揮發(fā)，玻璃為紅色，有活光，具有極佳的裝飾效果。
權(quán)利要求
1.一種裝飾用模造寶石玻璃，本發(fā)明的特征在于基礎(chǔ)玻璃的組成(重量百分?jǐn)?shù))為Na2O12-27%，CaO10-23%，SiO250-70%，并引入氧化物PbO，La2O3和BaO為0～5%，B2O3為0～8%，ZnO和Al2O3為0～12%，MgO為0～10%，P2O5為3～14%，還需摻入0.4～5.5%的F。熱處理溫度為1150～1050℃，熱處理時(shí)間為0.5～10小時(shí)。
2.按照權(quán)利要求
1所說(shuō)的玻璃，其特征在于折射率n＜1.55。
3.按照權(quán)利要求
1所說(shuō)的玻璃，其特征是在硅酸鹽玻璃基質(zhì)中析出平行纖維狀Ca5(FO4)3F結(jié)晶，結(jié)晶量＜60%。
4.按照權(quán)利要求
3所說(shuō)的玻璃，其特征在于纖維狀結(jié)晶的直徑φ＜0.3mm。
專利摘要
本發(fā)明是一種具有活光效果的模造寶石玻璃，該種玻璃是利用玻璃中析出纖維束狀氟磷灰石結(jié)晶的方法來(lái)模造具有活光效果的寶石，其生產(chǎn)工藝較簡(jiǎn)單。該玻璃可用于制造裝飾品，也可做為石雕材料制成工藝品。這種模造寶石玻璃與天然有活光效果的寶石具有相似的結(jié)構(gòu)和同樣的活光效果，因而引起人們極大的興趣。
文檔編號(hào)C03C3/076GK85102401SQ85102401
公開(kāi)日1987年1月10日 申請(qǐng)日期1985年4月1日
發(fā)明者聶春生, 孫廼承, 任正杰, 鄭玉童 申請(qǐng)人:天津市硅酸鹽研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan