著者

奥山 宗之 川野 潤 宮田 雄史

出版者

宝石学会(日本)

雑誌

宝石学会(日本)講演会要旨

巻号頁・発行日

vol.28, pp.7, 2006

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今日では、サファイアの熱処理は一般的に行われている。特にベリリウムを添加したパパラチャ・サファイアが市場を混乱させたことは記憶に新しい。現在の所、これらの熱処理はサファイアの融点直下で行われていると信じられており、鑑別もこのような高温での処理を前提としている。しかし、さらに低い温度での熱処理がなされ、これが鑑別をすり抜けている可能性は否定できない。<BR> そこで、本研究ではサファイア中での添加元素の拡散定数を求めることによって、試料中での当該元素の濃度分布を測定することにより、処理温度、時間を推定するなどの新しい鑑別手段を提供するための基礎データの収集を試みた。<BR> 前述のパパラチャ・サファイアを想定して、添加元素としてBeを選択した。 ただしBeは毒性が高く、実験を行う際に危険を生じる可能性がある。そこで本研究では、ベリリウムの拡散について、まず分子動力学法(Molecular Dynamics、以下MD)を用いたコンピューターシミュレーションを行った。MDは、費用もかからず危険性も無いだけでなく、原子レベルでBeの拡散挙動を知ることが出来る。さらにこの結果を用いれば、効率的に実験条件を設定することが可能であるため、シミュレーション結果に基づいて高温路炉における実験を行い、総合的にコランダムにおけるBeの拡散挙動を調べた。<BR> MD計算を行うにあたっては、新たにAlおよびBe原子に働く力のパラメーターを導出した。このパラメーターは、コランダム(α‐Al2O3)、ブロメライト(BeO)とクリソベリル(BeAl2O4)の物性を精度よく再現する。このパラメーターを用いて、コランダム中にBeを添加した系でMD計算を行ったところ、融点直下の2000℃付近のみでなく、約1000℃までBeが拡散した。<BR> MD計算の結果より比較的低温でも拡散が起こりうる可能性があることが明らかになったので、800, 1000, 1200, 1450℃において市販のベルヌイ合成のホワイト・サファイアを酸化ベリリウムとともに加熱した。この結果、1450℃の加熱で色の変化を示した。この試料の組成分析を行った結果、実際にBeが拡散していることが確認された。<BR> これらの結果より、一般的な加熱温度(1800℃)より低温(1450℃)でもBeは拡散することが明らかになった。さらに、MD計算で求められたBeの拡散定数と、高温炉実験で得られた結果を比較すると、この実験系でのシミュレーションは有効であるとみなせる。この結果は、新たな鑑別手段としての可能性を示唆している。