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人工宝石相关知识


中国人工宝石五十年之六
2011-09-06
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合成水晶的神通

合成水晶是我国人工宝石宝库中的一种,也是神通最大的人工宝石之一。
1958年,我国开始进行水热法合成水晶的研究工作,1963年,我国第一釜(水晶在高压釜中才能生长出来)合成水晶研制成功。由于合成水晶的性能优良,电子工业和光学工业需求量很大,促使了合成水晶工业的快速发展,但真正的大发展是20世纪90年代以后。据统计,1983年我国的合成水晶年产量是30吨,到1993年统计,我国有合成水晶厂101家,年产量1100吨,其中电子工业用压电水晶600吨,珠宝市场用彩色水晶500吨;1994年,我国合成水晶年产量1200吨,其中压电水晶950吨,彩色水晶250吨;1995年,合成水晶年产量为1400吨;目前,我国合成水晶的压电水晶年产量约1760吨,这是我国人工宝石五十年来有目共睹的伟大成就之一。合成水晶出釜情形见图1,合成水晶产品见图2。


     
图1合成水晶出釜情形            图2 产品展览橱窗中的合成水晶样品

合成水晶产量之所以有那么大的发展,一方面是我国珠宝首饰市场的快速发展,需要大量的天然和合成水晶(珠宝首饰市场上的彩色水晶主要是合成水晶),但更主要的原因是合成水晶具有非常优良的压电性能。所谓压电性能,是指当水晶加上电压后就可产生高频电流的特性;反之,当加上电流时则产生高频振荡的性能。
资料表明,水晶无时无刻不在默默无闻地为人类服务着,而真正觉察的人并不多。当您对着电子表看时间,打开电视机看精彩节目的时候;当您打开手机接听电话的时候;当您坐在计算机前敲击键盘的时候;当您在观看导弹、火箭、自动武器以及超音速战斗机军事演习的时候,水晶正在“看不见的战线”上为人们默默无闻地工作着。因为它们的“心脏”部分都有石英谐振器,而石英谐振器的关键元件是由水晶制成,运用的就是水晶的压电效应,有些电器中的水晶片只有蝇头大小,薄如蝉翼,但没有它们不行。用这些水晶片制作的石英谐振器是无线电设备中的关键元件,它对无线电波具有高度的稳定性、敏锐的选择性和相当宽的频率范围,普遍装置在无线电的发射器、接受器及测量仪器上,因此用量非常之大。
压电水晶还可用作机械能转换为电能(或相反)的换能器上,制造各种滤波器、超声波发生器和各种测量仪器。
话说第一次世界大战爆发初期,法国海军舰艇屡遭德国潜艇的袭击,法国军方大为恼火,便让法国的著名物理学家郎之万教授尽快寻找远距离发现德国潜艇的有效办法。郎教授应用水晶压电效应的原理,把水晶片接在交流电上,便能频频发出奇异的超声波,超声波一旦遇到障碍物,就可以及时发出返回信号,法海军根据声音在水中的传播速度和时间,很容易测得德国潜艇的距离和方位,从而给敌军以重创。
1939年,由于战争中军用无线电仪器等方面需要大量高质量的无色透明压电水晶,天然水晶已不能满足需要,从而推动了合成水晶的发展。资料表明,仅1945年美国消耗压电水晶就达500吨之多;在美国侵朝战争中,每年用去压电水晶150吨,3年约500吨。
时至今日,世界上许多国家的现代化军事设备仍离不开水晶,压电水晶被广泛用于自动武器、航空母舰、超音速侦察机、导弹、核武器、军事卫星以及各种远距离操纵、跟踪、导航、遥控、遥测等设备中。唯有用压电水晶制造频率控制谐振器,才能使这些军事设备稳定、灵敏、精确地运行。
水晶还能透过红外线,用水晶做成的光学镜头,可于黑暗中照相观测、云雾中拍摄、航空观测等。光学水晶还能透过紫外线,莫斯科米尔直升机制造厂生产的“夜间猎手”新型作战直升飞机“米――28H”,利用水晶做成的紫外线瞄准系统,能够在漆黑的夜空中搜寻和摧毁各种目标。用水晶做成棱镜、透镜,用于光谱仪,测定矿物元素含量;制成紫外线灯,用来杀菌,治疗疾病;利用水晶的旋光性,做成旋光镜头,用于测量浓度仪器以及显微镜的另件,若做天文望远镜就可观测宇宙的奥秘。这些功能,若用天然水晶是满足不了的,因为天然水晶中有许多缺陷(即毛病很多,不能满足要求),人工合成的压电水晶才能满足这些要求,看看现在我们手中的手机有多少?我们的电视机有多少?我们的计算机有多少?军队里用的导弹、飞机,雷达……凡用无线电控制和指挥的设备有多少?不难看出全世界对人工宝石中的合成水晶需要量有多大!这也是促使我国大量生产合成水晶的推动力!

 

沈才卿(北京市9818信箱  邮政编码100029)

 



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