Abstract
A gem-quality yttria-stabilized zirconium oxide crystals were synthesized by the skull-melting method, using the RF electrical apparatus. Principal raw materials used were $ZrO_2$and 25 wt.% $Y_2O_3$as stabilizer and 0.03~0.05 wt.% $Nd_2O_3$decolorizing agent were added to it. The single crystals were approximately 20$\times$63 mm in size with chemical composition $Zr_{0.73}$ $Y_{0.27}$ $O_{1.87}$ . The crystals are isotropic with no appreciable anisotropism under a polarizing microscope. Their refractive indices are in the range of 2.15~2.18, specific gravity 5.85, Mohs' hardness 8~8.5, and reflectivity 13.47%. The zirconia crystals were confirmed to have cubic structure with Face-centered lattice(Z=4), space group Fm3m ($CaF_2$-type structure) and unit cell parameters are a=5.157 $\AA$. The optimal growing conditions for yttria-stabilized zirconia are 50 kW, 2.94 MHz in power and to use a crucible with 105 mm $\times$ 135 mm in size. When the lowering speed of the crucible was set 16mm/hr gave the best yield, 42%. Since the refractive index(2.15~2.18) of cubic zirconia is smaller than that of diamond, the angle between crown and pavilion should be fashioned to make it smaller than $40.5^{\circ}$ to show the maximum brilliancy and fire.
보석용으로 적합한 무색 투명한 큐빅 저코니아를 스컬용융법으로 합성하였다. 사용한 합성 고온로는 고주파 전기로이고, 수냉식 도가니를 제작하여 실험하였다. 원료물질은 $ZrO_2$를 주원료 물질로 하였으며 25 wt.%의 $Y_2O_3$를 안정제로, 0.03~0.05 wt.%의 $Nd_2O_3$를 소색제로 첨가하였다. 육성된 단결정의 크기는 약 20$\times$63 mm이며, 화학성분은 $Zr_{0.73}$ $Y_{0.27}$ $O_{1.87}$ 이었다. 등방성을 띠며 굴절율이 2.15~2.18이고 비중은 5.85, 모스 경도는 8~8.5, 반사도는 13.47%이다. 큐빅 저코니아 결정은 등축정계의 면심격자(Z=4)를 하고 있으며 공간군 Fm3 m에 속한다. 단위포 상수는 a=5.157 $\AA$이며, $CaF_2$구조를 하고 있다. 합성공정의 최적 조건은 고주파 출력이 50 kW, 2.94 MHz이고 도가니의 직경과 높이는 각각 105 mm, 135mm일 때, 또 도가니의 하강 속도가 16 mm/hr일 때 최대인 42% 회수율을 나타내었다. 큐빅 저코니아의 굴절율(2.15~2.18)은 다이아몬드보다 작기 때문에 크라운과 퍼빌리언의 각도를 다이아몬드의 경우($40.5^{\circ}$)보다 작게 가공 처리하여야만 최대의 광채 및 화이어를 얻을 수 있다.