专利名称：人工合成发光宝石及其制造方法
技术领域：
本发明涉及人工合成宝石的技术领域，特别是一种通过高温高压烧结的方法生成具有发光性能的人造宝石及其制备方法。
自然界的天然宝石种类繁多，例如红宝石、蓝宝石、纯绿柱石、玉石……等等，具有色泽艳丽，质地坚硬，保存持久等特点，但是其自然资源稀少，不能满足人们的需要。因此，出现了人工合成宝石，近年来在专利文献中记载了一些较新的人工合成宝石的技术，例如，中国专利(公告号)CN1046726，发明名称“人造猫儿眼的制造方法”，采用同心坩埚法、调色工艺等制备各种色彩的猫儿眼宝石；中国专利(公告号)CN1015651，发明名称“一种制备星光宝石的方法”，涉及直接从熔体中生长星光宝石的高掺质润湿导摸技术；中国专利(公告号)CN1010971中公开了“高折射率人造变色宝石”，该宝石是在含氧八面体铌酸盐中掺入稀土元素制成。这些人造宝石具有较高的硬度和较大的比重，并且色泽、外观都比较逼真，但是，目前人造宝石和绝大部分天然宝石都是靠反射或折射光线产生美丽的颜色和晶莹剔透的效果，而自身不具有发光的特性，在黑暗处体现不出它的存在。只有非常稀少的一部分天然宝石如有的玉石由于其特定的生成环境使其具有微弱的荧光特性，人们对这种宝石更有一种特有的神秘感，而且数量极为稀少，因而也就对其更加的珍爱。
有的发明人为了追求宝石的发光效果，发明了“夜光宝石首饰”，公开在中国专利(申请号)90 2 20241中，它是在宝石的一侧或首饰的底座涂上夜光粉，这种首饰不单发光亮度低、余辉时间短，而且发光不自然。另外，还有发明人利用近年出现的长余辉高亮度的磷光材料，使用树脂粘接的方式将磷光粉粘接成整体材料镶嵌在首饰等饰物上。这种材料虽然具有发光特性但是质地稀松硬度低，无法抛光，装饰性差，不具有宝石的一些基本特性因此不能称之为宝石。
近年研制成功了多种长余辉高亮度磷光材料，在专利文献中较早的申请是中国专利91 1 07337，申请日1991年3月9日，
公开日1991年8月14日，申请人复旦大学，该发明为一种碱土金属铝酸盐添加稀土元素激活剂构成的长余辉发光材料。本发明人也对长余辉高亮度磷光材料进行了长期研究，特别是对以稀土元素作为激活剂和附加激活剂的碱土金属铝酸盐类发光材料进行大量的研究，为此申请了多项发明专利。这类发光材料与传统的硫化锌荧光材料相比，具有初始亮度高，余辉时间长，物理和化学结构稳定等特性。
本发明人在对长余辉高亮度磷光材料和人工合成宝石技术的研究基础上，经过反复地实验，终于利用现有的磷光材料经过进一步地加工完成了本发明。
本发明的目的是提供一种具有发光特性的人工合成宝石及其制造方法。
本发明的目的是这样实现的1.一种人工合成的发光宝石，其特征在于以含硼碱土铝酸盐为基质，稀土元素为激活剂的长余辉高亮度发光材料为原料，在保护环境下经过高温高压烧结制成的单斜晶系结晶体，其莫氏硬度为6～7，比重为6～8，具有磷光特性。
2.前项1所述的发光宝石，其特征在于所述的原料为一般式M·N·AL2-xBxO4表示的烧成体构成，式中，M表示碱土金属，N表示稀土类元素，0.1≤x≤1。
3.前项2所述的发光宝石，其特征是一般式中M为锶，N为铕。
4.前项1所述的人工合成的发光宝石的制造方法，其特征在于该方法包括以下工序(1)取所述原料放置于坩埚中；(2)将所述坩埚放入压力电炉，在还原气氛中，炉温由室温经过5～8小时逐渐升温到1550℃～1700℃，保持2～3小时，然后在炉中自然冷却至200℃；(3)将烧成体从电炉中取出冷却至室温；(4)将烧结体打磨抛光制成宝石材料。
5.前项4所述的人工合成的发光宝石的制造方法，其特征在于所述工序(2)中所述还原气氛是以炭粉直接还原方法，将坩埚埋入炭粉中。
6.前项4所述的人工合成的发光宝石的制造方法，其特征在于所述工序(1)中的原料为粉末状的发光材料。
7.前项4所述的人工合成的发光宝石的制造方法，其特征在于所述工序(1)中的原料为未经粉碎过筛的发光材料烧成体。
8.前项4所述人工合成的发光宝石的制备方法，其特征在于工序(2)中，电炉内压力为2个以上大气压。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
本发明的人工合成宝石的原料是利用近年出现的长余辉高亮度的磷光材料，它主要由稀土元素铕作为激活剂或/和其他稀土元素作为附加激活剂的碱土金属铝酸盐构成的烧成体，这类磷光材料比传统的硫化锌磷光材料具有余辉时间长，初始亮度高，化学结构稳定等特点。一般这类材料的可视余辉时间在20～30小时以上，初始亮度为2000～5500(mcd/m2)左右，耐酸碱腐蚀等特性也非常好。
长余辉高亮度磷光材料近年来专利申请较多，其中，中国专利91 1 07337，
公开日1991年8月14日，申请人复旦大学，该发明的长余辉发光材料，含有锶、铕、铝等组份，以及氧化硼组份，其化学组成式为m(Sr1-xEux)O.nAl2O3.yB2O3其中1≤m≤5，1≤n≤8，0.001≤y≤0.35。
本发明人申请的中国专利(申请号)96 1 00981.0，优先权日95年7月17日，名称为“长余辉高亮度发光材料及其制备方法”，其发光材料的化学表达式为M·N·AL2-xBxO4，式中，M表示碱土金属，N表示稀土类元素，0.1≤x≤1.特别是M为锶，N为铕。另外锶的一部分可被Mg，Ca，Ba之中至少一种碱土金属所置换；铕的一部分可被La，Ce，Pr，Nd，Sm，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，Mn或Bi中至少一种金属所置换，制备中将所述原料粉碎、混合之后在高温下烧结，然后在还原气氛中还原，制成单斜晶系结晶体。根据上述申请记载的方法制备的发光材料，具有优良的发光特性和余辉特性，因此，在本发明实施例中均以上述申请的发光材料为原料。显而易见，本发明并不局限于某一种发光材料，具有上述特性的发光材料都适合于作本发明的原料。
本发明实施例为了表述简单，均采用以下成分配比及制备方法的发光材料为原料SrCO371.6g；Al2O350.5g；H3BO30.3g；激活剂和附加激活剂Eu2O30.88g；Nd2O30.84g；Dy2O30.93g；将这些原料粉碎后，充分混合，然后放在坩锅中。将此坩锅置于电炉中，在还原条件下800℃～1400℃保持3小时，再在1300℃保持2小时，其后冷却至200℃后从电炉中取出，作为人工合成发光宝石的原料。
实施例1取所述发光材料经粉碎后，过300目筛得到发光材料粉末，取该粉末200g放入坩埚内.将此坩埚放入电炉中，在还原气氛下，即将坩埚埋入炭粉中，给电炉逐渐加温，使得炉温从室温经过6小时加热到1550℃，并保持3小时，然后电炉自然降温，降温到200℃后从电炉中取出坩埚，继续冷却到室温从坩埚内取出烧成体，经过打磨抛光制成本发明的发光宝石试样[1]。
实施例2取所述发光材料经粉碎后，过400目筛得到发光材料粉末，取该粉末200g放入坩埚内。将此坩埚放入电炉中，在还原气氛下，使得炉温从室温经过7小时逐渐加热到1650℃，并保持3小时，然后电炉自然降温，降温到200℃后从电炉中取出坩埚，继续冷却到室温从坩埚内取出烧成体，经过打磨抛光制成本发明的发光宝石试样[2]。
实施例3取所述发光材料经粉碎后，过400目筛得到发光材料粉末，取该粉末200g放入坩埚内。将此坩埚放入电炉中，在还原气氛下，使得炉温从室温经过8小时逐渐加热到1700℃，并保持3小时，然后电炉自然降温，降温到200℃后从电炉中取出坩埚，继续冷却到室温从坩埚内取出烧成体，经过打磨抛光制成本发明的发光宝石试样[3]。
实施例4取所述发光材料烧结体，即发光材料烧成后未经粉碎的块状物，取该块状物200g放入坩埚内.将此坩埚放入电炉中，在还原气氛下，使得炉温从室温经过8小时逐渐加热到1700℃，并保持3小时，然后电炉自然降温，降至200℃后从电炉中取出坩埚，继续冷却到室温后从坩埚内取出烧成体，经过打磨抛光制成本发明的发光宝石试样[4]。
实施例5取所述发光材料烧结体块状物200g放入坩埚内，将此坩埚放入电炉中，在还原气氛下，使得炉温从室温经过8小时逐渐加热到1700℃，同时电炉内加压，压力从标准大气压逐渐增至2个大气压，并保持3小时，然后电炉自然降温，炉内气压逐渐降低，炉温降至200℃，炉内气压恢复常压后从电炉中取出坩埚，继续冷却到室温后从坩埚内取出烧成体，经过打磨抛光制成本发明的发光宝石试样[5]。
对上述实施例中在不同条件下生成的发光宝石[1]～[5]的硬度、密度等物理特性进行测试，测试结果见〖表1〗。从测试结果以及本发明人在发明过程中的反复实验，认为根据本方法制成的发光宝石没有改变发光材料的晶体结构，因此其发光特性与发光材料是相同的；在制备本发明的发光宝石中烧结温度、压力越高，形成的宝石硬度、比重(密度)也越大，但是温度超过1700℃后，生成的产品会变脆，影响宝石的品质。
原料粒度的大小也影响宝石的质量，粒度越小产品的密度、硬度越大，但是粒度过小会明显影响产品的发光性能，块状原料由于自身具有一定的密度、硬度，利用这种原料使得产品的质量更高；炉温的升温、降温曲线会影响到宝石中的气泡和其他物理特性，因此温度变化缓慢是非常重要的，气压的变换也有同样的要求。
本发明的发光宝石质地坚硬，体色艳丽多样，可以加工成各种饰物，在夜晚或暗处又可以长时间发光，因此，它将会受到人们的喜爱，成为一种新的人造宝石品种。
改变发光材料中的某些成分及配比，可以生成不同颜色的发光材料，使用这些材料可以生产出各色的人工合成宝石，其制备方法相同，在此不再赘述。
本发明的优点是合成的宝石具有天然宝石的一般特性，硬度高化学结构稳定；生产工艺简单容易控制，对生产设备要求不高，成品率高；特别是本产品具有独特的发光特性，发光亮度，余辉时间，是其他天然宝石和人造宝石所无法比拟的。
以上所述的实施例只是本实用新型技术方案中的一种具体实现方式，而不是对本实用新型的限定，普通技术人员可以根据权利要求所限定的技术方案的范围作出各种各样的改动。〖表1〗
权利要求
1.一种人工合成的发光宝石，其特征在于以含硼碱土铝酸盐为基质，稀土元素为激活剂的长余辉高亮度发光材料为原料，在保护环境下经过高温高压烧结制成的单斜晶系结晶体，其莫氏硬度为6～7，比重为6～8，具有磷光特性。
2.如权利要求1所述的发光宝石，其特征在于所述的原料为一般式M·N·AL2-xBxO4表示的烧成体构成，式中，M表示碱土金属，N表示稀土类元素，0.1≤x≤1。
3.如权利要求2所述的人工合成的发光宝石，其特征是一般式中M为锶，N为铕。
4.权利要求1中所述的人工合成的发光宝石的制造方法，其特征在于该方法包括以下工序(1)取所述原料放置于坩埚中；(2)将所述坩埚放入压力电炉，在还原气氛中，炉温由室温经过5～8小时逐渐升温到1550℃～1700℃，保持2～3小时，然后在炉中自然冷却至200℃；(3)将烧成体从电炉中取出冷却至室温；(4)将烧结体打磨抛光制成宝石材料。
5.如权利要求4所述的人工合成的发光宝石的制造方法，其特征在于工序(2)中所述还原气氛是以炭粉直接还原方法，将坩埚埋入炭粉中。
6.如权利要求4所述的人工合成的发光宝石的制造方法，其特征在于所述工序(1)中的所述原料为粉末状的发光材料。
7.如权利要求4所述的人工合成的发光宝石的制造方法，其特征在于所述工序(1)中的所述原料为未经粉碎过筛的发光材料烧成体。
8.如权利要求4所述人工合成的发光宝石的制造方法，其特征在于所述工序(2)中，电炉内压力为2个以上的大气压。
全文摘要
本发明涉及人工合成宝石及其制备方法。以含硼碱土铝酸盐为基质,稀土元素为激活剂的长余辉高亮度发光材料为宝石的原料,在保护环境下经过高温高压烧结制成的单斜晶系结晶体的发光人造宝石,其莫氏硬度为6～7,比重为6～8,具有磷光特性。
文档编号C04B35/44GK1186789SQ9610637
公开日1998年7月8日 申请日期1996年6月7日 优先权日1996年6月7日
发明者郝庆隆, 高景峰, 徐谦, 郝兴华 申请人:郝庆隆, 高景峰, 徐谦, 郝兴华