[发明专利]耐热合成珠宝材料

说明书

本发明涉及用于化学工业的材料。该耐热合成珠宝材料包含基于纳米氧化物(nanosized oxide)和硅酸盐晶相的透明、半透明或不透明的复合纳米晶体材料。该材料包含以下晶相中的至少一种：尖晶石、石英样相、假蓝宝石、顽辉石、透锂长石样相、堇青石、硅锌矿、锆、金红石、锆钛酸盐、二氧化锆，并且过渡金属、稀土元素和贵金属的离子的含量为0.001mol％至4mol％。晶相中的一个额外地是具有硅铝锂石(virgilite)或热液石英(keatite)结构的锂镁锌铝硅酸盐的石英样固溶体。所述材料组成选自按mol％计的以下组分：45至72的SiO₂；15至30的Al₂O₃；0.1至23.9的MgO；0.1至29的ZnO；1至18的Li₂O；0.1至7.0的PbO；0.1至10的ZrO₂；0.1至15的TiO₂；0.001至4.0的NiO；0.001至3.0的CoO；0.001至4.0的CuO；0.001至1.0的Cr₂O₃；0.001至3.0的Bi₂O₃；0.001至3.0的Fe₂O₃；0.001至3.0的MnO₂；0.001至3.0的CeO₂；0.001至3.0的Nd₂O₃；0.001至3.0的Er₂O₃；0.001至3.0的Pr₂O₃；0.001至1.0的Au。本发明使得产生具有低热膨胀系数和高耐热程度的珠宝材料成为可能。

技术领域

本发明涉及制造用于替代天然宝石的珠宝用合成材料。

合成材料在传统上用于珠宝中以替代天然宝石。合成宝石可以分成两类。第一类合成宝石具有与天然宝石相同的组成和物理特性。在它们当中，存在通过切克劳斯基法(直拉法)(Czochralski process)制造的紫水晶、黄水晶、烟水晶(smoky quartz)、变石(alexandrite)、红宝石和尖晶石、通过维尔纳叶法(焰熔法)(Verneuil process)制造的合成刚玉和尖晶石，以及水热法合成祖母绿(hydrothermal emerald)。

第二类人造的合成宝石模拟天然宝石的外观、尤其颜色，同时具有完全不同的组成和物理特性。另外，它们当中的某些在自然界中不存在。这类材料的例子是钇铝石榴石(yttrium aluminum garnet)、镓钆石榴石(gallium gadolinium garnet)和掺杂稀土氧化物及过渡元素氧化物的菲安石(phianite)。

合成宝石的明显缺点是其着色的非均匀性，所述非均匀性由从结晶开始至其结束期间着色强度的逐渐变化引起。这种非均匀性归因于以下事实：熔体(或溶液)中着色掺杂剂的浓度通常在结晶过程中因掺杂剂选择性地进入晶体而变化。因为这个事实，随着晶体生长，晶体中的掺杂剂浓度可能变化。最强烈的非均匀性是绿色、蓝色和棕色菲安石、蓝宝石、绿色和蓝色钇铝石榴石等的非均匀性。众所周知，这些晶体的生长、其切割和按颜色分选是耗费人力的并且从制造的角度看是非常困难的。此外，还原条件下产生的许多有色合成宝石在外界空气中加热时改变其颜色(归因于着色剂氧化)。

无色和有色玻璃(水晶玻璃、莱茵石)广泛用于珠宝饰品中及相当便宜的珠宝中。玻璃通常均匀着色，然而，它在折射率、光辉、硬度、密度和耐热性方面等级低于合成宝石。

许多合成材料和玻璃的主要缺点是它们的抗热冲击性(thermal shockresistance)低，即，它们不能在温度骤降时维持完整性。它们经常开裂，不能经受住热冲击。这个缺点妨碍使用高速加工法碾磨和抛光材料。一项方便和低成本的珠宝制造技术“带石铸造法(casting with stones)”不能适用于这类材料。

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