СПОСОБ ОКРАШИВАНИЯ КРИСТАЛЛОВ ПРИРОДНОГО БЕРИЛЛА И ИЗДЕЛИЙ ИЗ НИХ Российский патент 1997 года по МПК C30B33/04 C30B29/34 

Изобретение относится к ювелирной промышленности, в частности к облагораживанию камней, и может быть использовано для улучшения качества окраски кристаллов природного берилла и изделий из них ювелирных вставок.

Известны способы радиационного окрашивания кристаллов, например окрашивания кристаллов силиката иттрия Y₂SiO₅ реакторными нейтронами дозой (флюенсом) 10¹⁶ 10¹⁸ нейтрон/см² [1] Плотность окраски возрастает с увеличением дозы облучения нейтронами, однако окраска получается коричневой, что не представляет особого интереса для ювелирной промышленности.

Известен способ радиационного окрашивания быстрыми реакторными нейтронами кристаллов иттрий-алюминиевого граната Y₃Al₅O₁₂ активированного марганцем для придания им зеленого цвета [2] Появление зеленого цвета обусловлено изменением валентности ионов марганца. Однако, способ [2] не пригоден для окрашивания кристаллов берилла, поскольку они не содержат марганца. Кроме того, обработанные в реакторе кристаллы имеют повышенную наведенную радиоактивность, что требует значительного времени на их выдержку с целью снижения их наведенной радиоактивности.

Из всех известных способов наиболее близким к заявляемому является способ [3] Согласно этому способу облучение кристаллов берилла, содержащих примесь железа, рентгеновским излучением приводит к изменению окраски от голубой через зеленую до желтой [что связано с изменением валентного состояния примесных ионов железа] Однако такой способ не обеспечивает получения стабильной окраски кристаллов берилла.

Известный способ [3] нагревания Fe-содержащих кристаллов берилла в восстановительной (водород) или окислительной (кислород) атмосфере, хотя и обеспечивает изменение цвета: желтый-зеленый-голубой, однако он не обеспечивает устойчивости окраски, т.е. качество ювелирного сырья не улучшается.

Известный способ [3] использующий нагрев в водороде или кислороде и радиационное воздействие гамма-излучением, позволяет изменять окраску кристаллов хром-содержащих изумрудов. Однако, изменение окраски очень слабое: кристаллы становятся чуть светлее, либо чуть темнее, качество изумрудов не улучшается.

Целью изобретения является окрашивание кристаллов природного берилла в зеленый цвет получение стабильной зеленой окраски (под изумруд).

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе, включающем облучение кристаллов берилла ионизирующим излучением и термообработку, обработанные кристаллы подвергают вторичному облучению, причем первичное и вторичное облучение проводят с использованием сильноточного пучка электронов с энергией 6-8 МэВ и флюенсом 10¹⁵-2,5•10¹⁶ электрон/см², а термообработку медленным нагреванием со скоростью 2-2,5 град/мин. до температуры 160-170^oC, выдержке при этой температуре 1-2 часа с последующим охлаждением со скоростью 2-2,5 град/мин до комнатной температуры. Первичная радиационная обработка обеспечивает окрашивание кристаллов берилла с определенным примесным составом в зеленый цвет. Термообработка и повторная радиационная обработка приводит к закреплению и стабилизации зеленой окраски кристаллов берилла.

Дополнительным преимуществом предлагаемого способа является снижение сколообразования образцов берилла-изумруда вследствие отжига.

Пример 1.

Кристаллы берилла (с определенным природным содержанием примесей) в виде пластинок размерами 10х10х2 мм облучали пучком электронов (с энергией 8 МэВ), создаваемым ускорителем "Микротрон". Ток пучка составлял 2 мкА (1,2•10¹³ электрон/с). Площадь облучаемого пятна составляла 6 см². Плотность потока частиц составляла 2•10¹² электрон/с см². Время облучения составляло 2 мин, что обеспечивало флюенс 10¹⁵ электрон-см². Облученные образцы подвергали термообработке: нагревали со скоростью 2 град/мин до 160^oC, выдерживали при этой температуре 2 часа, а затем охлаждали со скоростью 2 град/мин. Отожженные образцы пластинок берилла подвергали вторичному дополнительному облучению электронным пучком в течение 2 мин. Общий флюенс (доза) составлял 2•10¹⁵ электрон/см². Кристаллы берилла окрашивались в зеленый цвет при определенном содержании природных примесей. Данные о режиме облучения и отжига сведены в таблице.

Пример 2.

Режим облучения низкотемпературного отжига кристаллов берилла или изделий из них в виде пластинок указан в таблице. Общий флюенс облучения составил 5•10¹⁵ электрон/см². Результатом облучения явилось окрашивание кристаллов берилла в зеленый цвет при определенном содержании природных примесей в кристалле.

Пример 3.

Режимы облучения и низкотемпературной обработки кристаллов природного берилла или изделий из них (пластинок) указаны в таблице. Общий флюенс облучения составил 10¹⁶ электрон/см². В результате первичного облучения, последующего отжига и дополнительного облучения кристаллы берилла окрашивались в зеленый цвет (при определенном составе природных пpимесей).

Пример 4.

Режимы облучения и низкотемпературного отжига приведены в таблице. Общий флюенс облучения, включая вторичное дополнительное облучение, составил 5•10¹⁶ электрон/см². Результатом облучения и термообработки кристаллов природного берилла и изделий из них (пластинок, кобашонов, ограненных ювелирных вставок) явилось их окрашивание при определенном составе и содержании природных примесей.

Пример 5.

Режимы облучения и отжига кристаллов берилла приведены в таблице. Флюенс невелик, он составил 5•10¹⁴ электрон/см². Кристаллы не окрашиваются из-за малого флюенса.

Пример 6.

Режимы облучения и отжига заданы в таблице. Общий флюенс электронов составил 10¹⁷ электрон/см². Кристаллы окрашиваются в зеленый цвет, однако время облучения велико 13 часов. С учетом времени подготовки ускорителя время облучения составило 60 часов (около 2 недель), поэтому режимы флюенсов, превышающих 5•10¹⁶ электрон/см², оказываются очень дорогими и они выведены из формулы изобретения.

Требуемая энергия электронов, используемых для обработки, окрашивания кристаллов природного берилла в зеленый цвет составляет 6-8 МэВ. Если энергия электронного пучка 6 МэВ, то эффекты окрашивания ослабевают: в примере 5 облучение кристаллов берилла или изделий из них пластинок электронами с энергией 4 МэВ, флюенсом 5•10¹⁴ электрон/см² не приводит к окрашиванию образцов. Более высокая энергия облучения, нежели 8 МэВ допустима, но режим облучения становится неэкономичным особенно для тонких образцов кристаллов природного берилла или изделий из них (пластинок, кобашонов, ограненных камней).

Предложен способ окрашивания кристаллов природного берилла и изделий из них /ювелирных вставок/ для улучшения качества их окраски - окрашивания под изумруд. Способ включает облучение кристаллов природного берилла ионизирующим и их термообработку и отличается тем, что термообработанные кристаллы подвергают вторичному облучению, причем первичное и вторичное облучение проводят электронным пучком с энергией 6-8 МэВ и флюенсом 10¹⁵ - 2,5 • 10¹⁶ электрон /см²/ при каждом облучении/, а термообработку ведут медленным нагревом и охлаждением /2-2,5 град/час/ с выдержкой при 160-170^oC в течение 1-2 часов. 1 табл.

Способ окрашивания кристаллов природного берилла и изделий из них, включающий их облучение ионизирующим излучением и термообработку, отличающийся тем, что термообработанные кристаллы подвергают вторичному облучению, причем первичное и вторичное (дополнительное после термообработки) облучение проводят с использованием сильноточного пучка электронов с энергией 6 8 МэВ и флюенсом 10¹⁵ 25•10¹⁶ электрон/см², так что общий флюенс облучения составляет 2•10¹⁵ 5•10¹⁶ электрон/см², а термообработку проводят медленным нагревом со скоростью 2 2,5 град/мин с выдержкой при 160 170^oС в течение 1 2 ч и последующим охлаждением со скоростью 2 2,5 град/ч до комнатной температуры.