焰熔法

焰熔法，又稱維爾納葉法（Verneuil process）。從熔體中人工製取單晶的方法之一。將調配好的原料細粉從管口漏下，均勻噴灑在氫氧焰中被熔化後，再冷凝結晶於種晶或“梨形單晶”頂層；梨晶長大是從頂部熔化的圓錐開始，生長過程中其底座下降並旋轉，以確保其熔融表面有合宜的溫度逐層生長，邊轉動邊晶出的人工寶石具有如同唱片紋的弧線生長紋或色帶，以及珠形、蝌蚪狀氣泡等特徵；不用坩堝的這種方法可以低成本製取合成紅寶石、藍寶石、尖晶石、金紅石及人造鈦酸鍶等多種人工寶石。

基本介紹

• 中文名：焰熔法
• 外文名：flamefusion technique
• 學科：其他實用礦物與岩石
• 又稱：伐諾伊焰熔法 火焰合成法

簡介

焰熔法Verneuil (flame fusion)

伐諾伊焰熔法（Verneuil process），又稱為火焰合成法，是由法國化學家奧古斯德·維多·路易·伐諾伊所發明史上第一種取得商業成功的合成寶石製造法。伐諾伊焰熔法最主要是用來生產紅寶石、藍寶石之類的剛玉，但也可以生產仿鑽（英語：Diamond simulant）金紅石和鈦酸鍶。伐諾伊焰熔法的原理主要是將研磨後的初始原料粉末以氫氧混合氣熔化，再使熔融液滴結晶為胚晶。整個製程是現代晶體成長科技的礎石，仍被廣泛地使用。

基本原理

焰熔法是從熔體中生長單晶體的方法。其原料的粉末在通過高溫的氫氧火焰後熔化，熔滴在下落過程中冷卻並在種晶上固結逐漸生長形成晶體。

過程的簡化圖

合成裝置與條件、過程
焰熔法的粗略的說是利用氫及氧氣在燃燒過程中產生高溫，使一種疏鬆的原料粉末（VK-L100G）通過氫氧焰撒下焰融，並落在一個冷卻的結晶桿上結成單晶。

裝置

焰熔法合成裝置由供料系統、燃燒系統和生長系統組成，合成過程是在維爾納葉爐中進行的。
A.供料系統
原料：成分因合成品的不同而變化。原料的粉末（VK-L100G）經過充分拌勻，放入料筒。如果合成紅寶石，則需要高純Al2O3粉末和少量的 Cr2O3參雜，Cr2O3用作致色劑，添加量為 1-3%。高純三氧化二鋁可由鋁銨礬加熱獲得。 料筒：圓筒，用來裝原料，底部有篩孔。料筒中部貫通有一根震動裝置使粉末少量、等量、周期性地從篩孔漏出。
震盪器：驅動震動棒震動，使料筒不斷抖動，以便原料的粉末能從篩孔漏出。
B.燃燒系統
氧氣管：從料筒一側釋放，與原料粉末一同下降；
氫氣管：在火焰上方噴嘴處與氧氣混合燃燒。通過控制管內流量來控制氫氧比例，O2:H2=1:3；氫氧燃燒溫度為2500℃，高純Al2O3粉末的熔點為2050℃；
冷卻套：吹管至噴嘴處有一冷卻水套，使氫氣和氧氣處於正常供氣狀態，保證火焰以上的氧管不被熔化
C.生長系統
落下的粉末（VK-L100G）經過氫氧火焰熔融，並落在旋轉平台上的種晶棒上，逐漸長成一個晶棒（梨晶）。水套下為一耐火磚圍砌的保溫爐，保持燃燒溫度及晶體生長溫度，近上部有一個觀察孔，可了解晶體生長情況。耐火磚的作用是保持爐腔的溫度，使之緩慢下降，以便結晶生長。
旋轉平台：安置種晶棒，邊旋轉、邊下降；落下的熔滴與種晶棒接觸稱為接晶；接晶後通過控制旋轉平台擴大晶種的生長直徑，稱為擴肩；然後，旋轉平台以均勻的速度邊旋轉邊下降，使晶體得以等徑生長。