釔螢石

釔螢石

釔螢石(Yttro fluorite)是一種礦物名稱,化學組成:(Y,Ce)CaF2O,其成分中的Ca部分被稀土金屬(元素)Y釔置換; 鑑定特徵:可以從它的立方晶形,八面解理,玻璃光澤和多彩多姿的顏色中,予以鑑定。它的硬度比長石低,但比方解石高,可以用小刀刮損,遇鹽酸不起氟泡。在火焰試驗中,可以產生鈣的紅色火焰。在閉管中加入二硫酸鉀(Potassium Disulphate)熱之,可產生氟酸,將試管壁腐蝕;同時在試管壁較上方的冷處,產生一種白色的氧化矽沉澱。

基本介紹

  • 中文名:釔螢石
  • 外文名:Yttrium fluorite
  • 硬度:4
  • 比重:3.18g/cm3
  • 領域:冶煉
  • 學科:冶金工程
簡介,釔螢石的化學成分,釔螢石的光學特性,釔螢石的物理性質,

簡介

無色螢石單晶體具有優異的光學特性,如寬廣的透劉波段( 0.13-9.0微米);高度的透明度(10公分厚的晶體透過率高達95%以上)。所以螢石很早就被用作光學材料,製造紫外、紅外儀器的分光稜鏡、透鏡、透射視窗和濾光片等。螢石還具有可見光區內色散很小的特點,常被用作復消色差材料。但是螢石也存在一些明顯的缺陷,如熱膨脹係數高,熱導率低,經不起熱震,硬度擠低,解理完全,經不起強烈機械衝擊,同時長期在室外使鉬表面會形成乳白色膜,顯著降低透過率等。因此螢石在現代科學技術套用中受到很多限制。為了充分發揮螢石的優異光學特性,提高螢石的物理性能,或者另外尋找一種既有螢石光學特點又克服了螢石各種缺點的晶體,近年來我們開展了相應的礦物物理學研究工作,其中特別著重與螢石成因、結構、成分有關的礦物進行系統分析對比工作。為了使實驗數據能密切聯繫生產實際,研究對象主要選取具有螢石結構的,易於人工合成的各種氟化物單晶體。初步研究發現,無色釔螢石單晶體具有與螢石一樣的優異光學特性,其各種物理性能均比螢石有所提高。例如,憶螢石的折光率、硬度比螢石稍高,解理不發育、機械強度也較螢石為大,熱膨脹係數和在水中溶解度又較螢石為小,易於合成大而均勻性良好的晶體,作為摻釹的雷射材料在室溫下便發出雷射。因此釔螢石是一種值得注意的新的光學材料。

釔螢石的化學成分

自然界中的釔螢石產於偉晶岩和氣成熱液礦床中,是較罕見的礦物。其化學組成為(Ca, Y)F2-3,即為CaF2和YF3,的類質同像體,其中CaF2和YF3的含量比是可變的。一般在釔螢石中YF3含量常在10%以上。釔螢石在結晶過程中,Y3+離子取代Ca3+離子的位置,取代後靜電平衡靠導入一個額外的F-離子來補償。

釔螢石的光學特性

無色透明的釔螢石單晶體能連續透過波長從2000Å至9微米的紫外、可見至紅外光
線,其透過率高達95%以上,透過曲線與螢石類似。波長2000Å以前的紫外線透過特性我們沒有測量,看來往前還是能再透過一段的。
釔螢石透紫外線特性比螢石好。一般螢石單晶往往不透波長2000Å至1300Å紫外線。但是在人工生長螢石時,若摻雜1-2%YF3,則易於透過2000Å至1300Å的紫外線。
初步試驗發現,適當摻雜稀土教離子(Nd3+)的釔螢石,做成雷射材料時,在常溫下便發出1.06微米波長的雷射,而螢石則要在低溫(77°K)下才發出雷射。據報導,摻欽憶螢石甚至在較高溫度下(如450°K至1000°K)還繼續發出雷射,而雷射性能沒有變化。

釔螢石的物理性質

釔螢石結構為等軸晶系,空間群為Fm 3m,α=5.48,z=4。釔螢石為CaF2和YF3的類質同像體,由於Ca2﹢離子半徑和Y3﹢離子半徑均為1.06Å,而且過剩的F﹣離子處於螢石型結構八面體的中間結點位置上,它不會引起晶格發生大的畸變,只是釔螢石晶胞較螢石晶胞稍大一些(表1)。
釔螢石
釔螢石的折光率、硬度和比重隨著YF3含量的增大而有所升高。下表(表2)是我們在同樣條件下所測試的數據(為了進行對比,把螢石的相應測試數據也列入表內)。釔螢石在各種溫度範圍內的熱膨脹係數均比螢石稍小,詳見下表3。
釔螢石
釔螢石
釔螢石的熔點≈1400℃,稍高於螢石熔點1360℃。釔螢石的解理不發育,斷口常呈鋸齒狀。螢石解理完善,斷口常沿解理面平行裂開。釔螢石在水中的溶解度我們沒有進行具體測量,但是根據固體物理知識可以推知,釔螢石在水中的溶解度比螢石為小。因為在釔螢石結晶過程中Y3﹢離子置換Ca2﹢離子時,Y3﹢的能量係數3.95比Ca2﹢的能量係數1.75大,亦即Y3﹢置換Ca2﹢而形成釔螢石時,在能量上有多餘,增加了晶格能,使晶體變得更為穩定,更為堅固難溶。

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