一種仿碧璽的合成碳硅石寶石及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及仿碧璽的合成碳硅石晶體及其制備方法。所述碧璽類型包括綠色碧璽和多色碧璽。通過向6H-SiC和4H-SiC的生長體系中摻雜N雜質(zhì)，可獲得與綠色碧璽相似的綠色碳硅石單晶。本發(fā)明還提供仿多色碧璽的制備方法。本發(fā)明的綠色、多色仿碧璽的碳硅石材料具有顏色純正、折射率高、硬度大、色散強，加工成寶石成品后顏色與碧璽極其相似，亮度更高、火彩更強，耐久性更優(yōu)良。
【專利說明】一種仿碧璽的合成碳硅石寶石及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種仿碧璽的合成碳硅石寶石及其制備方法，屬于人工寶石【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]碧璽是我國寶石行業(yè)習(xí)用的名稱，在礦物學(xué)中歸屬電氣石族。碧璽是僅次于鉆石、祖母綠的珍貴礦石，在清代官員的頂戴上都會有一顆碧璽，以象征其官階、身份。碧璽顏色多彩絢麗、透明，其獨特的美獲得了世人的厚愛。如CN301308365S掛件(09碧璽-01)即為綠色碧璽飾品。但是天然碧璽數(shù)量少，加工成飾品價格昂貴。
[0003]合成碳娃石是鉆石的聞端仿制材料，碳娃石具有200多種不同的晶型,每一種晶型都有不同的物理和光學(xué)性質(zhì)，顏色也略有差別。常見的晶型，如六方晶系的4H、6H-SiC呈現(xiàn)無色，立方晶系的3C-SiC呈現(xiàn)黃色。在摻入不同雜質(zhì)的情況下，碳硅石的顏色更是豐富多彩。中國專利文件CN101037806A通過一種彩色碳硅石單晶及其制備方法與人造寶石的制備，該彩色碳硅石單晶是在無色的碳硅石單晶或通色摻雜的彩色碳硅石單晶中含有間隔的摻雜元素的彩色條紋。利用升華法生長碳硅石單晶的過程中，通過摻雜V、N等元素制得。所得彩色碳硅石單晶經(jīng)過切割、研磨和拋光加工成具有彩色條紋的碳硅石人造寶石。獲得的彩色碳化硅單晶顏色包括綠色、黃色和近無色，而且在該技術(shù)的基礎(chǔ)上獲得的碳化硅單晶顏色均一，透明性好可用于加工成刻面的綠色碳硅石人工寶石。隨著市場上碧璽價格的逐年上升，仿碧璽材料的研發(fā)也逐漸成為熱點，但合成碳硅石尚未被用來制作仿碧璽飾品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種仿碧璽的合成碳硅石寶石。本發(fā)明還提供上述仿碧璽的碳硅石的制備方法，得到的碳硅石可切磨加工成與綠色碧璽及多色碧璽相仿的刻面寶石。
[0005]術(shù)語解釋
[0006]綠色碧璽:黃綠至深綠以及藍(lán)綠、棕綠色碧璽的總稱。
[0007]多色碧璽:由于碧璽色帶十分發(fā)育，有在一個單晶體上出現(xiàn)不同顏色的色帶；色帶也可以沿Z軸為中心由里向外形成色環(huán)，內(nèi)紅外綠者稱為“西瓜碧璽”。
[0008]晶型共生的碳硅石襯底:是指在整片碳硅石襯底上存在兩種及兩種以上的不同碳硅石晶型，整片襯底表現(xiàn)為具有不同的顏色區(qū)域，色域之間界線明顯。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]一、碳硅石單晶仿綠色碧璽
[0011]一種仿綠色碧璽的合成碳硅石寶石，該寶石是在4H-SiC或6H_SiC碳硅石單晶中含有N摻雜元素的色彩，其中的N摻雜元素的濃度足以產(chǎn)生肉眼可辨的顏色；所述N摻雜元素的原子濃度為5 X IO16~2X 102°/cm3。
[0012]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，N摻雜元素的原子濃度為IX IO18~2X 1019/cm3。[0013]優(yōu)選的，在4H_SiC碳硅石單晶中含有N摻雜元素的濃度為5X IO1Vcm3~2X IO19/cm3,該寶石顏色為黃綠色或草綠色寶石；
[0014]優(yōu)選的，在6H_SiC碳硅石單晶中含有N摻雜元素的色彩，該寶石顏色為淺綠色、深綠色或湖藍(lán)色。
[0015]優(yōu)選的，將上述仿綠色碧璽的合成碳硅石切磨成長方型或祖母綠型，加工成刻面寶石，以生長面作為臺面。進一步優(yōu)選祖母綠型切工將上述單晶進行切磨加工，得到仿綠色碧璽的祖母綠型碳硅石寶石。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，所述仿綠色碧璽的合成碳硅石寶石的制備方法，包括采用升化法進行晶體生長，步驟如下:
[0017]將4H_SiC籽晶或6H_SiC籽晶置于坩堝的上蓋底部，SiC粉料置于坩堝底部，生長室壓力在20~150mbar，升溫到2000~2500°C，底部的SiC粉料分解為S1、SiC2和Si2CS種主要氣相成分，輸運到溫度較低的籽晶表面，通過沉積，使得晶體不斷生長；在生長過程中通過通入適量N2,使4H-SiC或6H-SiC中摻入的N濃度足以產(chǎn)生肉眼可辨的顏色，得到仿綠色碧璽的碳硅石單晶。
[0018]二、碳硅石單晶仿多色碧璽
[0019]仿多色碧璽的合成碳硅石寶石，該寶石是在4H_SiC或6H_SiC碳硅石單晶中含有N摻雜元素的色彩，其中N摻雜元素的濃度在晶體生長方向上有2-3個不同濃度的區(qū)間，足以產(chǎn)生肉眼可辨的顏色深淺不同的顏色區(qū)域。
[0020]優(yōu)選的，上述仿多色碧璽的合成碳硅石中N摻雜元素的原子濃度為IXlO16~
2X IO2Vcm3。
[0021]優(yōu)選的，上述仿多色碧璽的合成碳硅石中，N摻雜元素的的濃度在晶體生長方向上有2個不同濃度的區(qū)間，分別是原子濃度為2 X IO1Vcm3~2 X IO2Vcm3和2 X IO17~2 X IO18/
3
cm ο
[0022]優(yōu)選的，上述仿多色碧璽的合成碳硅石中，N摻雜元素的的濃度在晶體生長方向上有3個不同濃度的區(qū)間，分別是原子濃度為(1-2) X IO2Vcm3, (1-9) X IO18和2X 1017/cm3。
[0023]一種仿多色碧璽的合成碳硅石寶石的制備方法，采用升化法結(jié)合氮氣流量控制法進行晶體生長，步驟如下:
[0024]將4H_SiC籽晶或6H_SiC籽晶置于坩堝的上蓋底部，SiC粉料置于坩堝底部，生長室壓力在10~lOOmbar，升溫到2000~2500°C，底部的SiC粉料分解為S1、SiC2和Si2CS種主要氣相成分，輸運到溫度較低的籽晶表面，通過沉積，使得晶體不斷生長；在生長過程中通過通入適量N2,且分時段調(diào)控通入氮氣的流量，使4H-SiC或6H-SiC中摻入的N濃度在晶體生長方向上有2-3個不同濃度的區(qū)間足以產(chǎn)生肉眼可辨的顏色深淺不同的顏色區(qū)域，制得仿多色碧璽的合成碳硅石。
[0025]優(yōu)選的，上述仿多色碧璽的合成碳硅石單晶切磨加工成長方型或祖母綠型，以垂直生長面的側(cè)面作為臺面。
[0026]三、晶型共生碳硅石仿多色碧璽
[0027]仿多色碧璽的合成碳硅石寶石，是以晶型共生的碳硅石襯底作為籽晶，并控制合適的雜質(zhì)濃度、溫場、壓力條件，在晶型共生的籽晶上繼續(xù)生長晶型共生碳硅石晶體，不同晶型的碳硅石具有不同的顏色，從而獲得了仿多色碧璽的效果。[0028]優(yōu)選的，該仿碧璽寶石是在晶型共生碳硅石晶體中摻入N雜質(zhì)元素得到不同顏色組合的多晶型碳硅石晶體，所述晶型共生碳硅石晶體選自以下任一種，但不僅限于下面列表:
[0029]4H-SiC 分別與 3C-SiC、8H-SiC、15R-SiC、24R-SiC 或 27R_SiC 共生，
[0030]6H-SiC 分別與 3C-SiC、8H-SiC、15R-SiC、24R-SiC 或 27R_SiC 共生，
[0031 ]3C-SiC 與 24R-SiC 或 27R_SiC 共生，
[0032]8H-SiC 與 24R-SiC 或 27R_SiC 共生，
[0033]15R-SiC 與 24R-SiC 或 27R_SiC 共生，
[0034]24R-SiC 和 27R_SiC 共生；
[0035]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，上述摻入N雜質(zhì)的原子濃度為2X IO17~2X 102°/cm3。
[0036]表1、晶型共生碳硅石晶體中摻入N雜質(zhì)元素得到不同顏色組合的多晶型碳硅石
晶體
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種仿綠色碧璽的合成碳硅石寶石，該寶石是在4H-SiC或6H-SiC碳硅石單晶中含有N摻雜元素的色彩，其中的N摻雜元素的濃度足以產(chǎn)生肉眼可辨的顏色；所述N摻雜元素的原子濃度為5 X IO16~2X 102°/cm3。
2.如權(quán)利要求1所述的仿綠色碧璽的合成碳硅石寶石，其特征在于在4H-SiC碳硅石單晶中含有N摻雜元素的濃度為5X IO1Vcm3~2X 1019/cm3，該寶石顏色為黃綠色或草綠色寶石；或者， 在6H-SiC碳娃石單晶中含有N摻雜元素的色彩,該寶石顏色為淺綠色、深綠色或湖藍(lán)色。
3.如權(quán)利要求1或2所述的仿綠色碧璽的合成碳硅石寶石，其特征在于將所述仿綠色碧璽的合成碳硅石切磨成長方型或祖母綠型，以生長面作為臺面，加工成刻面寶石。
4.權(quán)利要求1或2所述的所述仿綠色碧璽的合成碳硅石寶石的制備方法，包括采用升化法進行晶體生長，步驟如下: 將4H-SiC籽晶或6H-SiC籽晶置于坩堝的上蓋底部，SiC粉料置于坩堝底部，生長室壓力在20~150mbar，升溫到2000~2500°C，底部的SiC粉料分解為S1、SiC2和Si2C三種主要氣相成分，輸運到溫度較低的籽晶表面，通過沉積，使得晶體不斷生長；在生長過程中通過通入適量N2,使4H-SiC或6H-SiC中摻入的N濃度足以產(chǎn)生肉眼可辨的顏色，得到仿綠色碧璽的碳硅石單晶。
5.一種仿多色碧璽 的合成碳硅石寶石，該寶石是在4H-SiC或6H-SiC碳硅石單晶中含有N摻雜元素的色彩，其中N摻雜元素的濃度在晶體生長方向上有2-3個不同濃度的區(qū)間，足以產(chǎn)生肉眼可辨的顏色深淺不同的顏色區(qū)域；所述仿多色碧璽的合成碳硅石中N摻雜元素的原子濃度為I X IO16~2X 102Q/cm3。
6.如權(quán)利要求5所述的仿多色碧璽的合成碳硅石，其特征在于，N摻雜元素的的濃度在晶體生長方向上有2個不同濃度的區(qū)間，分別是原子濃度為2X IO1Vcm3~2X102°/cm3和2 X IO17 ~2 X IO1Vcm3 ;或者， 在仿多色碧璽的合成碳硅石中，N摻雜元素的的濃度在晶體生長方向上有3個不同濃度的區(qū)間，分別是原子濃度為(1-2) X IO2tVcm3、(1-9) XlO18和2 X IO1Vcm30
7.如權(quán)利要求5或6所述的仿多色碧璽的合成碳硅石寶石的制備方法，采用升化法結(jié)合氮氣流量控制法進行晶體生長，步驟如下: 將4H-SiC籽晶或6H-SiC籽晶置于坩堝的上蓋底部，SiC粉料置于坩堝底部，生長室壓力在10~lOOmbar，升溫到2000~2500°C，底部的SiC粉料分解為S1、SiC2和Si2C三種主要氣相成分，輸運到溫度較低的籽晶表面，通過沉積，使得晶體不斷生長；在生長過程中通過通入適量N2,且分時段調(diào)控通入氮氣的流量，使4H-SiC或6H-SiC中摻入的N濃度在晶體生長方向上有2-3個不同濃度的區(qū)間足以產(chǎn)生肉眼可辨的顏色深淺不同的顏色區(qū)域，制得仿多色碧璽的合成碳硅石。
8.一種仿多色碧璽的合成碳硅石寶石，是以晶型共生的碳硅石襯底作為籽晶，在晶型共生碳硅石晶體中摻入N雜質(zhì)元素得到不同顏色組合的晶型碳硅石晶體，所述晶型共生碳硅石晶體選自以下任一種: 4H-SiC 分別與 3C-SiC、8H-SiC、15R-SiC、24R-SiC 或 27R-SiC 共生， 6H-SiC 分別與 3C-SiC、8H-SiC、15R-SiC、24R-SiC 或 27R-SiC 共生，3C-SiC 與 24R-SiC 或 27R_SiC 共生，
8H-SiC 與 24R-SiC 或 27R_SiC 共生，
15R-SiC 與 24R-SiC 或 27R_SiC 共生， 24R-SiC 和 27R-SiC 共生； 摻入N雜質(zhì)的原子濃度為2X1017~2X102°/cm3。
9.如權(quán)利要求8所述的仿多色碧璽的合成碳硅石寶石的制備方法，采用晶型共生法，步驟如下: 將兩種或兩種以上不同顏色共存的碳硅石晶型共生的籽晶置于坩堝的上蓋底部，高純SiC粉料置于坩堝底部。生長室壓力在50~120mbar，升溫到2000~2500°C，底部的SiC粉料分解為S1、SiC2和Si2C三種主要氣相成分，輸運到溫度較低的籽晶表面，通過沉積，使得晶體不斷生長；在生長過程中通過通入適量N2,使晶體中摻入的N濃度達到2 X IO1Vcm3~ 2X 102°/cm3，得到晶型共生的碳硅石晶體；制得仿多色碧璽的碳硅石寶石。
【文檔編號】C30B23/00GK104018213SQ201410206288
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】付芬, 徐現(xiàn)剛, 胡小波, 陳秀芳, 彭燕 申請人:山東大學(xué)