专利名称：一种放电等离子体再造翡翠的制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明提供一种宝玉石材料合成和改性方面的应用，属于陶瓷材料制备与加工领 域。
背景技术：
翡翠是以硬玉为主的由多种细小矿物组成的矿物集合体。它的主要组成矿物是 硬玉(jadeite)，次要矿物有绿辉石、钠铬辉石、钠长石、角闪石、透闪石、透辉石、霓石、霓辉 石、沸石，以及铬铁矿、磁铁矿、赤铁矿和褐铁矿等。合成翡翠的实验是模拟天然翡翠成矿的物理、化学条件，以化学试剂为主要原料， 采用高温固相法配制具有翡翠成分的非晶质玻璃，再利用高压固相转变的原理，在人工合 成金刚石的高温高压设备上对其进行结构转化处理，使其在翡翠稳定区内结晶，从而实现 人工翡翠的合成。影响翡翠品质的是非常的颜色和透明度，透明度是与其致密度密切相关，颜色与 内部的致色元素存在状态有关。合成翡翠的主要结晶矿物为硬玉，其红外吸收光谱与天然 翡翠的基本一致，部分样品的结构转化较完全，结晶程度较好，且其硬度、密度及折射率等 常规宝石学特征与天然翡翠的十分相近。但是由于晶质化过程中结晶状态不好控制，合成 翡翠的颜色及透明度与天然翡翠有很大的差异，而且生长的尺寸很小，达不到宝石级的要 求。再造翡翠是将翡翠粉末经过各种处理后压制出的翡翠制品，目前实验选用的原料 为化学纯或分析纯的试剂Na2C03、A1203、SiO2, Cr2O3> Li2CO3,基本上参照天然硬玉的理论成 分进行配比，按天然宝石级翡翠中Cr元素含量为总重的0. 5% 1. 5%的比例加入致色剂 Cr203。但由于工艺不成熟，目前再造翡翠制品很少见。
发明内容
本发明针对技术领域的不足，避免采用合成翡翠过高的压力和温度，通过将天然 翡翠边角料细化、磁选、压制、烧结等工艺最终制得与天然翡翠相近的翡翠制品。该发明能 够充分利用紧缺的资源，通过放电等离子烧结等工艺将天然多晶集合体翡翠粘合，能够在 基本不改变翡翠晶体结构的基础上制备出体积大、透明度高、色泽可控的仿天然翡翠材料。 具体技术工艺与方法如下(一 )原料成分及其所占质量百分比天然翡翠边角料、甘青(甘青为天然翡翠中含Cr较高的钠铬辉石，品质较差)质 量百分比_5%、无铅无色玻璃粉末(质量百分比5-10% )，其中无铅无色玻璃粉末通过 采用 SiO2 (8. 45% ), Na2B4O7 · IOH2O(67. 10 % ), ZnO (7. 98 % ), Na2CO3 (5. 65 % ), K2CO3 (3. 89 % ), NaNO3 (0. 32 % ), Sb2O3(9. 38% )(质量百分比)粉末按比例混合，加热至1000°C后随炉冷却后压碎制得。(二)技术条件
①粒度条件将天然翡翠边角料、无铅玻璃、甘青压碎。筛选出各种粒度的粉末材 料。其中翡翠粉末为三种粒度的组合100 200目、80 100目、60 80目；甘青粉末 < 200目；玻璃粉末< 200目。②磁选条件由于边角料中往往是质地色泽较差的翡翠，其中的黑色矿物多具有 电磁性的角闪石、黄铁矿。首先在显微镜下手工挑选，然后在磁选机中对不同粒度的翡翠粉 末进行磁选分离处理，黑色物质分离出来后获得透明度较好的翡翠粉末。③机械混料将筛选好翡翠近于无色粉末和甘青的粉末和放入行星式温控高能球 磨机，磨球和磨罐采用刚玉材料制备，转速500-800rad/min，球磨时间1_3小时，(球磨转速 与时间与甘青粉末所占比例有关)温度范围-20°C -30°C ；然后将无铅玻璃粉末O00目) 加入球磨罐内，转速300rad/min，球磨时间1_2小时，温度范围-20°C _30°C。④压制工艺将制备的复合粉体从球磨罐中取出，通过钢模具进行预压成型，压力 根据压制样品密度进行换算，需达到天然翡翠密度的一半。再通过冷等静压机压制以便消 除内部应力。素坯成形压力钢模双向压制300-700MPa。冷等静压成形200_400MPa⑤烧结工艺将预压制的样品采用放电等离子体烧结烧结温度650°C -850°C (根据无铅玻 璃含量进行调整)、压力15-20KN(根据无铅玻璃含量进行调整)、升温速率30°C -400°C IOO0C /min,400°C -650°C (850°C ) :150°C /min，保温5min，氩气保护，烧结后快速冷却至室(三)与共知技术相比所具有的优点1.与高温高压制备合成翡翠相比，原料准备简单、工艺流程容易控制、生产周期 短、可实现大批量生产，生产过程对环境无污染或少污染。低温高能球磨、放电等离子体快 速烧结使翡翠原料的晶体结构不被破坏。2.能够有效提高天然稀缺翡翠原材料的利用率，由于目前翡翠加工过程的边角料 大多当做废物进行处理，通过本技术，可以将所有废弃边角料进行回收利用。3.由于采用天然翡翠材料，温度较低，没有破坏翡翠的结构，同时加入致色元素亦 为天然翡翠成分，能够最大限度接近天然翡翠材料，通过加工可以制备成各种佛像、观音、 镂空的挂件以及串珠、项链等制品。
图1是本发明放电等离子体再造翡翠的制备工艺流程图。
具体实施例方式下面结合附图以实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于 此。实施例一将翡翠边角料、甘青、无铅玻璃分别粉碎，筛选。通过磁选机将其中100 200目、 80 100目、60 80目的翡翠粉末进行磁选分离处理，将分离出的几种粒度翡翠粉末等比 例混合，将< 200目甘青粉末(质量百分比)、翡翠粉末98% (质量百分比)混合后，
4置入刚玉材料的球磨罐中进行粉料的球磨。行星式高能球磨机转速500rad/min，球磨时间 1小时，球磨温度-20°C-30°C;将< 200目无铅玻璃粉末(质量百分比)置入球磨罐后 转速300rad/min，球磨时间1小时，球磨温度_20°C _30°C。将最终的粉料置入模具内部，进 行预压成型后置入冷等静压机内进行压制。将预压制的样品采用放电等离子体烧结烧结 温度 650°C，压力 15KN，升温速率100°C /min (室温 _400°C )，150°C /min(400°C _650°C )， 氩气保护，保温5min，缓慢卸压后取出自然冷却至室温，将烧结的样品去除表层污染物即可 获得致密度为97%，淡绿微透明的再造翡翠材料。实施例二将翡翠边角料、甘青、无铅玻璃分别粉碎，筛选。通过磁选机将其中100 200目、 80 100目、60 80目的翡翠粉末进行磁选分离处理，将分离出的几种粒度翡翠粉末等比 例混合，将< 200目甘青粉末3% (质量百分比)、翡翠粉末94% (质量百分比)混合后， 置入刚玉材料的球磨罐中进行粉料的球磨。高能球磨机转速600rad/min，球磨时间1. 5小 时，球磨温度-20°C-3(TC ；将< 200目无铅玻璃粉末3% (质量百分比)置入球磨罐后转 速300rad/min，球磨时间1. 5小时，球磨温度_20°C -30°C。将最终粉料置入模具内部，进行 预压成型后置入冷等静压机内进行压制。将预压制的样品采用放电等离子体烧结烧结温 度 750°C，压力 18KN，升温速率:100°C /min (室温 _400°C )，150°C /min (400°C _750°C )，氩 气保护，保温5min，缓慢卸压后取出自然冷却至室温。将烧结的样品去除表层污染物即可获 得致密度为99. 8%，绿色亚透明的再造翡翠材料。实施例三将翡翠边角料、甘青、无铅玻璃分别粉碎，筛选。通过磁选机将其中100 200目、 80 100目、60 80目的翡翠粉末进行磁选分离处理，将分离出的几种粒度翡翠粉末等比 例混合，将< 200目甘青粉末5% (质量百分比)、翡翠粉末86% (质量百分比)混合后，置 入刚玉材料的球磨罐中进行粉料球磨。行星式高能球磨机转速600rad/min，球磨时间2小 时，球磨温度_20°C -30°C ;将< 200目无铅玻璃粉末9% (质量百分比)置入球磨罐后转 速300rad/min，球磨时间2小时，球磨温度_20°C -30°C。将最终的粉料置入模具内部，进行 预压成型后置入冷等静压机内进行压制。将预压制的样品采用放电等离子体烧结烧结温 度 850°C，压力 20KN，升温速率:100°C /min (室温-400°C )，150°C /min (400°C _850°C )，氩 气保护，保温5min，缓慢卸压后取出自然冷却至室温。将烧结的样品去除表层污染物即可获 得致密度为98. 9%，浓绿亚透明的再造翡翠材料。本发明放电等离子体再造翡翠的制备方法，其特征在于将不同粒度组合的翡翠 粉末原料，磁选去除粉末内具有磁性的黑色或暗色物质，经与致色元素配料后在混料机中 混合均勻，经过高能球磨机球磨后，添加无铅无色玻璃后进行再次球磨，将最终粉料进行预 压成型，将预压坯置入放电等离子体反应合成炉进行烧结。所述翡翠粉末原料为品质较好天然翡翠加工剩余边角料或者品质较差天然翡翠 原石，粒度为60目-200目之间。致色元素为含铬量较高的天然翡翠，添加剂量的质量百分比不超过5%。添加剂为无铅无色玻璃，其软化温度不超过850°C，添加剂量的质量百分比不超过 10%。磁选指首先通过显微镜手工去除粉末内部暗色物质后再通过磁选机进行去除，添加的致色元素和玻璃粉体< 200目。致色元素与翡翠粉末球磨过后再进行添加剂即玻璃的添加，球磨温度控制 为-20°C -30 °C。预压坯体压力范围为钢模双向压制300-700MPa ；冷等静压成形200_400MPa。 8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，放电等立体反应合成炉进行烧结时烧结温度 6500C _850°C，压力20KN、升温为分阶段逐步升温，各阶段升温速率大于100°C /min，保温 5min，缓慢卸压后取出自然冷却至室温。
权利要求
1.一种放电等离子体再造翡翠的制备方法，其特征在于将不同粒度组合的翡翠粉末原料，磁选去除粉末内具有磁性的黑色或暗色物质，经与 致色元素配料后在混料机中混合均勻，经过高能球磨机球磨后，添加无铅无色玻璃后进行 再次球磨，将最终粉料进行预压成型，将预压坯置入放电等离子体反应合成炉进行烧结。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述翡翠粉末原料为品质较好天然翡翠 加工剩余边角料或者品质较差天然翡翠原石，粒度为60目-200目之间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，致色元素为含铬量较高的天然翡翠，添加 剂量的质量百分比不超过5%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，添加剂为无铅无色玻璃，其软化温度不超 过850°C，添加剂量的质量百分比不超过10%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，磁选指首先通过显微镜手工去除粉末内 部暗色物质后再通过磁选机进行去除，添加的致色元素和玻璃粉体< 200目。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，致色元素与翡翠粉末球磨过后再进行添 加剂即玻璃的添加，球磨温度控制为-20°C -30°C。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预压坯体压力范围为钢模双向压制 300-700MPa ；冷等静压成形200-400MPa。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，放电等立体反应合成炉进行烧结时烧结 温度650°C _850°C，压力20KN、升温为分阶段逐步升温，各阶段升温速率大于100°C /min，保 温5min，缓慢卸压后取出自然冷却至室温。
全文摘要
本发明提出一种再造翡翠的制备方法，通过将天然翡翠边角料细化、磁选去除翡翠粉末内部具有磁性的黑色或暗色物质，原料经加入致色元素后在混料机中混合均匀，添加的致色元素为铬含量较高的天然翡翠(质量分数比控制在1-5％)，经过高能低温球磨机球磨后，添加无铅无色玻璃后进行再次球磨，无铅无色玻璃为粘结剂(质量分数比控制在1-10％)，将最终粉料进行预压成型，将预压坯置入放电等离子体反应合成炉进行烧结，烧结温度为650℃-850℃，压力为15-20KN。该发明能够充分利用日益稀缺的天然翡翠资源，通过放电等离子烧结工艺将天然多晶集合体翡翠粘合，能够在不改变翡翠晶体结构的基础上制备出体积大、透明度较高的仿天然翡翠材料。
文档编号C04B32/00GK102060507SQ20101054751
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月17日 优先权日2010年11月17日
发明者于杰, 冯晶, 叶未, 唐雪莲, 杨淼, 祖恩东, 陈敬超 申请人:昆明理工大学