JPH07187760A - 人工宝石焼結体の製造方法 - Google Patents
人工宝石焼結体の製造方法Info
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- JPH07187760A JPH07187760A JP5348198A JP34819893A JPH07187760A JP H07187760 A JPH07187760 A JP H07187760A JP 5348198 A JP5348198 A JP 5348198A JP 34819893 A JP34819893 A JP 34819893A JP H07187760 A JPH07187760 A JP H07187760A
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Abstract
が可能な人工宝石焼結体の製造方法を提供すること。 【構成】 アルミナ粉末とマグネシア粉末に、酸化クロ
ム、酸化チタン、酸化鉄、酸化イットリウム、酸化ラン
タン又は酸化ニッケルのうちのいずれか又は複数を添加
した合成宝石の原料粉末を成形した後、成形物を、雰囲
気圧を100〜0.01Paに減圧した状態で、周波数
が2.45〜200GHzのマイクロ波により、摂氏1
300〜1800度に加熱して焼結し、人工のルビー、
ブルーサファイア、イエローサファイア等のアルミナ系
合成宝石を得る。
Description
人工宝石焼結体の製造方法に関するものである。
合成宝石と模造宝石とがある。このうち、合成宝石は、
天然に産出する宝石と全く同じ化学成分を有するものを
人工的に合成して製造するものであり、天然に産出する
宝石とは全く異なる化学成分を有し、外観だけを宝石に
似せて作った模造宝石と区別されている。
歩に伴い、天然に産出する宝石と全く同じ化学成分を有
する合成宝石が次々と人工的に合成され、ひすいとキャ
ッツアイを除くほとんどの宝石について、現在既に合成
宝石が商品化されている。
下a)〜d)の方法が確立されている。 a)酸水素炎中に合成宝石の原料粉末を落下させながら結
晶粒を成長させる火炎溶融法 b)合成宝石の原料粉末をるつぼで溶融し、融液から結晶
を引き上げるチョコラルスキー法 c)合成宝石の原料粉末をるつぼで溶融し、融液をるつぼ
の中で温度勾配を付けながら凝固させるブリッジマン法 d)合成宝石の原料粉末を成形した後、水素ガス雰囲気中
で摂氏1900〜2000度で長時間加熱して焼結する
方法
末を溶融する方法は、棒状又は板状のように断面形状が
単純かつ一定のものでないと製造することができない。
したがって、例えば、ワイングラスのような断面形状が
複雑に変化するものを製造しようとする場合には、まず
棒状の素材を製造してから削り出す必要があり、素材が
硬いものであることと相まって、膨大なコストがかかる
という問題点を有していた。
後焼結する方法は、成形可能な形状であれば断面形状が
複雑に変化するものでも製造することができるが、水素
ガス雰囲気中で摂氏1900〜2000度で長時間、例
えば100時間以上、加熱しなければならず、膨大なエ
ネルギーを必要とする。このように、摂氏1900〜2
000度という高温で加熱しなければならないのは、ア
ルミナ系合成宝石の場合、高い透光率を要求されるから
であり、このためにはアルミナ系焼結体の密度を理論密
度まで高めなくてはならず、摂氏2000度近くまで加
熱しないと理論密度に到達するような焼結駆動力が充分
働かないからである。また、アルミナは真空中で摂氏2
000度近くに加熱すると激しく蒸発する。そこで、従
来は、気体、例えば、水素ガスを焼結用チャンバー内に
入れて、雰囲気圧をかけることによってアルミナの蒸発
を抑えていたが、この気体が焼結の過程で閉気孔内に閉
じ込められ緻密化を妨げることになる。長時間加熱しな
ければならないのは、この閉気孔内に閉じ込められた気
体が表面まで拡散するのを待つためであり、また、一般
的に水素ガスが使用されるのは、アルミナ系焼結体内で
の拡散速度が速いからである。加えて、高温の水素ガス
雰囲気に耐える耐火物は非常に高価であること、さらに
1回の処理工程が長時間に及ぶことから耐火物の消耗が
激しいことから、焼結に高いコストがかかるという問題
点を有していた。
成宝石の製造方法の有する問題点に鑑み、複雑な形状の
合成宝石を低廉に製造することが可能な人工宝石焼結体
の製造方法を提供することを目的とする。
め、本発明の人工宝石焼結体の製造方法は、合成宝石の
原料粉末を成形した後、成形物を、雰囲気圧を100〜
0.01Paに減圧した状態で、周波数が2.45〜2
00GHzのマイクロ波により、摂氏1300〜180
0度に加熱して焼結し、人工のルビー、ブルーサファイ
ア、イエローサファイア等のアルミナ系合成宝石を得る
ことを要旨とする。
アルミナ粉末とマグネシア粉末に、酸化クロム、酸化チ
タン、酸化鉄、酸化イットリウム、酸化ランタン又は酸
化ニッケルのうちのいずれか又は複数を添加したものを
用いることできる。
る雰囲気圧等の数値は、以下の理由によって定められ
る。
の原料をマイクロ波で加熱する場合、摂氏1750度以
下の温度でも充分な焼結駆動力が得られることが分かっ
た。摂氏1750度以下であれば、アルミナは真空中で
あってもほとんど蒸発しない。当然気圧が低くなればな
るほどアルミナの蒸発速度が速くなるのであるが、雰囲
気圧が0.01Pa以上あれば蒸発による問題はない。
一方、雰囲気圧が100Pa以上になると閉気孔内に閉
じ込められたガスの影響が無視できなくなり、焼結時に
高い加熱温度と長い加熱時間を要するようになる。した
がって、焼結時の雰囲気圧は、100〜0.01Paに
制御する必要があることが分かった。
系合成宝石の原料をマイクロ波で加熱する場合、マイク
ロ波の周波数が低ければ、誘電損失が低く、工業用に割
り当てられている2.45GHzが限界であって、これ
以下では加熱効率が低く実用的でない。一方、200G
Hz以上になると、マイクロ波の浸透深さが浅くなり、
ある程度の肉厚を有する成形物を均一に加熱できなくな
る。したがって、マイクロ波の周波数は、2.45〜2
00GHzにする必要があることが分かった。
の原料をマイクロ波で加熱することによって、焼結時の
加熱温度を従来より低い温度に設定することができる。
この場合、摂氏1400度に加熱すれば緻密化して透光
性を有するようになるが、透光度が低く、商品価値の低
いものとなる。摂氏1300度以下では、透光性のある
焼結体が得られなかった。一方、加熱温度を高めること
によって、緻密化が促進され、透光性が向上するが、摂
氏1750度まで加熱すれば充分緻密化し、充分な透光
性のあるアルミナ系焼結体が得られることから、これ以
上高い温度に加熱する必要はなく、また、摂氏1800
度以上に加熱するとアルミナの蒸発による影響が無視で
きなくなる。したがって、加熱温度は、摂氏1300〜
1800度、さらに好ましくは、摂氏1400〜175
0度に加熱する必要があることが分かった。
結する方法であることから、成形可能な形状であれば断
面形状が複雑に変化するものでも製造することができ、
また、成形物を雰囲気圧を100〜0.01Paに減圧
した状態でマイクロ波により加熱することにより、加熱
温度を摂氏1300〜1800度という従来より低い温
度で、かつ短い加熱時間で焼結を行うことができる。
の人工宝石焼結体の製造方法は、天然に産出する宝石と
全く同じ化学成分を有するものを人工的に合成して製造
方法に関するものであり、合成宝石の原料粉末として、
アルミナ粉末に微量のマグネシア粉末と、微量の酸化ク
ロム、酸化チタン、酸化鉄、酸化イットリウム、酸化ラ
ンタン、酸化ニッケル等の金属酸化物のうちのいずれか
又は複数を添加したもの、すなわち、天然に産出する宝
石と全く同じ化学成分からなる原料粉末を用いる。
末の成形方法、例えば、原料粉末をスラリー状に形成し
た後、鋳込み成形用の石膏型に鋳込んで、所要の形状に
成形し、乾燥し、脱バインダー処理をする。なお、成形
方法としては、上記の鋳込み成形方法のほか、プレス成
形方法、射出成形方法、押出成形方法の各方法を採用す
ることができ、このうち特に、射出成形方法は、小物装
飾品を効率的に成形するのに適している。また、脱バイ
ンダー処理は、例えば、昇温速度2℃/minで、室温
から900℃まで加熱し、60分間保持し、降温速度2
℃/min以下で室温まで冷却することにより行う。
空チャンバー内に装入して、雰囲気圧を100〜0.0
1Paに減圧した状態で、周波数が2.45〜200G
Hzのマイクロ波により、摂氏1300〜1800度、
さらに好ましくは、摂氏1400〜1750度に数10
分〜数時間程度加熱することによって焼結して、人工の
ルビー、ブルーサファイア、イエローサファイア等のア
ルミナ系合成宝石を得るものであり、その具体的な例
を、実施例1〜3として示す。
ネシア粉末を0.05%、酸化クロムを0.5%添加し
て鋳込み成形用スラリーを作り、石膏型に鋳込んで、外
径90mm、内径75mm、高さ100mmのコップの
形状に形成し、乾燥し、脱バインダー処理をした後、真
空チャンバー内に装入して、雰囲気圧を50Paに減圧
した状態で、周波数が28GHzのマイクロ波により、
摂氏1700度に30分間加熱して、外径71mmの人
工のルビーのコップを得た。この人工のルビーのコップ
の色調は赤色で、光透過率は、肉厚を2mmにしたとき
85%であった。
ネシア粉末を0.1%、酸化クロムを0.2%添加して
鋳込み成形用スラリーを作り、石膏型に鋳込んで、外径
60mmの杯の形状に形成し、乾燥し、脱バインダー処
理をした後、真空チャンバー内に装入して、雰囲気圧を
5Paに減圧した状態で、周波数が28GHzのマイク
ロ波により、摂氏1700度に60分間加熱して、外径
47mmの人工のルビーの杯を得た。この人工のルビー
の杯の色調は実施例1のコップの色調より薄い赤色で、
光透過率は、肉厚を2mmにしたとき91%であった。
ネシア粉末を0.07%、酸化チタンを0.1%、酸化
鉄を0.8%添加して鋳込み成形用スラリーを作り、石
膏型に鋳込んで、外径40mm、高さ100mmのワイ
ングラスの形状に形成し、乾燥し、脱バインダー処理を
した後、真空チャンバー内に装入して、雰囲気圧を0.
05Paに減圧した状態で、周波数が28GHzのマイ
クロ波により、摂氏1650度に30分間加熱して、人
工のブルーサファイアのワイングラスを得た。この人工
のブルーサファイアのワイングラスの色調は濃い青色
で、光透過率は、肉厚を2mmにしたとき88%であっ
た。
れば、成形可能な形状であれば断面形状が複雑に変化す
るものでも製造することができるとともに、成形物を雰
囲気圧を100〜0.01Paに減圧した状態でマイク
ロ波により加熱することにより、加熱温度を摂氏130
0〜1800度という従来より低い温度で、かつ短い加
熱時間で焼結を行うことができる。これにより、焼結に
要するエネルギー及び製造設備のコストをより低減する
ことができ、複雑な形状の合成宝石をきわめて低廉に製
造することができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 合成宝石の原料粉末を成形した後、成形
物を、雰囲気圧を100〜0.01Paに減圧した状態
で、周波数が2.45〜200GHzのマイクロ波によ
り、摂氏1300〜1800度に加熱して焼結し、人工
のルビー、ブルーサファイア、イエローサファイア等の
アルミナ系合成宝石を得ることを特徴とする人工宝石焼
結体の製造方法。 - 【請求項2】 アルミナ粉末とマグネシア粉末に、酸化
クロム、酸化チタン、酸化鉄、酸化イットリウム、酸化
ランタン又は酸化ニッケルのうちのいずれか又は複数を
添加した合成宝石の原料粉末を用いることを特徴とする
請求項1記載の人工宝石焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5348198A JPH07187760A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 人工宝石焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5348198A JPH07187760A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 人工宝石焼結体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07187760A true JPH07187760A (ja) | 1995-07-25 |
Family
ID=18395414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5348198A Pending JPH07187760A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 人工宝石焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07187760A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003011792A1 (en) | 2001-08-01 | 2003-02-13 | The Pennsylvania State University Research Foundation | Method and apparatus for the preparation of transparent alumina ceramics by microwave sintering |
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| JP2006273701A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Masaji Miyake | 人工宝石製造方法 |
| US7585365B2 (en) | 2004-02-18 | 2009-09-08 | Dai Nippon Printing Co., Ltd. | Corundum crystal formed body |
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| CN109516677A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-03-26 | 成都鑫扬锦睿合成材料有限公司 | 一种人造宝石圆柱成型工艺 |
-
1993
- 1993-12-24 JP JP5348198A patent/JPH07187760A/ja active Pending
Cited By (12)
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| US11299428B2 (en) * | 2016-04-27 | 2022-04-12 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | High strength ceramics with novel fracture mode |
| US20240043342A1 (en) * | 2016-04-27 | 2024-02-08 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | High strength ceramics with novel fracture mode |
| CN109516677A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-03-26 | 成都鑫扬锦睿合成材料有限公司 | 一种人造宝石圆柱成型工艺 |
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