焰熔法

熔体中人工制取单晶的方法之一

焰熔法，又称维尔纳叶法（Verneuil process）。从熔体中人工制取单晶的方法之一。将调配好的原料细粉从管口漏下，均匀喷洒在氢氧焰中被熔化后，再冷凝结晶于种晶或“梨形单晶”顶层；梨晶长大是从顶部熔化的圆锥开始，生长过程中其底座下降并旋转，以确保其熔融表面有合宜的温度逐层生长，边转动边晶出的人工宝石具有如同唱片纹的弧线生长纹或色带，以及珠形、蝌蚪状气泡等特征；不用坩埚的这种方法可以低成本制取合成红宝石、蓝宝石、尖晶石、金红石及人造钛酸锶等多种人工宝石。

简介

焰熔法Verneuil (flame fusion)

伐诺伊焰熔法（Verneuil process），又称为火焰合成法，是由法国化学家奥古斯德·维多·路易·伐诺伊所发明史上第一种取得商业成功的合成宝石制造法。伐诺伊焰熔法最主要是用来生产红宝石、蓝宝石之类的刚玉，但也可以生产仿钻（英语：Diamond simulant）金红石和钛酸锶。伐诺伊焰熔法的原理主要是将研磨后的初始原料粉末以氢氧混合气熔化，再使熔融液滴结晶为胚晶。整个制程是现代晶体成长科技的础石，仍被广泛地使用。

基本原理

焰熔法是从熔体中生长单晶体的方法。其原料的粉末在通过高温的氢氧火焰后熔化，熔滴在下落过程中冷却并在种晶上固结逐渐生长形成晶体。

合成装置与条件、过程

焰熔法的粗略的说是利用氢及氧气在燃烧过程中产生高温，使一种疏松的原料粉末（VK-L100G）通过氢氧焰撒下焰融，并落在一个冷却的结晶杆上结成单晶。

装置

焰熔法合成装置由供料系统、燃烧系统和生长系统组成，合成过程是在维尔纳叶炉中进行的。

A.供料系统

原料：成分因合成品的不同而变化。原料的粉末（VK-L100G）经过充分拌匀，放入料筒。如果合成红宝石，则需要高纯Al2O3粉末和少量的 Cr2O3参杂，Cr2O3用作致色剂，添加量为 1-3%。高纯三氧化二铝可由铝铵矾加热获得。料筒：圆筒，用来装原料，底部有筛孔。料筒中部贯通有一根震动装置使粉末少量、等量、周期性地从筛孔漏出。

震荡器：驱动震动棒震动，使料筒不断抖动，以便原料的粉末能从筛孔漏出。

B.燃烧系统

氧气管：从料筒一侧释放，与原料粉末一同下降；

氢气管：在火焰上方喷嘴处与氧气混合燃烧。通过控制管内流量来控制氢氧比例，O2:H2=1:3；氢氧燃烧温度为2500℃，高纯Al2O3粉末的熔点为2050℃；

冷却套：吹管至喷嘴处有一冷却水套，使氢气和氧气处于正常供气状态，保证火焰以上的氧管不被熔化

C.生长系统

落下的粉末（VK-L100G）经过氢氧火焰熔融，并落在旋转平台上的种晶棒上，逐渐长成一个晶棒（梨晶）。水套下为一耐火砖围砌的保温炉，保持燃烧温度及晶体生长温度，近上部有一个观察孔，可了解晶体生长情况。耐火砖的作用是保持炉腔的温度，使之缓慢下降，以便结晶生长。

旋转平台：安置种晶棒，边旋转、边下降；落下的熔滴与种晶棒接触称为接晶；接晶后通过控制旋转平台扩大晶种的生长直径，称为扩肩；然后，旋转平台以均匀的速度边旋转边下降，使晶体得以等径生长。

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