寶石改善熱處理

熱處理課程重難點:

1.熱處理技術的原理。

2.熱處理技術的工藝條件。

3.常見熱處理寶石的鑒別。

課程要求:

1.掌握熱處理技術的原理及分類，并能對常見熱處理寶石的原理進行歸類。

2.熟悉熱處理技術的工藝條件。

3.掌握常見熱處理寶石的鑒別特征。

寶石改善品的工藝要求：美觀耐久（寶石穩(wěn)定性，在通常的加工銷售和佩戴過程中不會發(fā)生明顯的物理和化學性質(zhì)的變化）無害、無污染寶石改善品的分類：1、根據(jù)改善品所采用的技術方法分類:a熱處理改善品b輻照處理改善品c化學處理改善品(染色、凈化、漂白等)d其它處理改善品(表面遮蓋、注入、組合寶石)e綜合處理改善品寶石改善品的分類：2、根據(jù)改善品在傳統(tǒng)和商業(yè)上的可接受性分類:

優(yōu)化enhancing傳統(tǒng)的、被人們廣泛接受的、使珠寶玉石潛在的美顯示出來的優(yōu)化處理方法。如熱處理紅寶石、浸無色油祖母綠、玉髓瑪瑙的染色處理等

處理treating非傳統(tǒng)的、尚不被人們接受的優(yōu)化處理方法。如染色處理翡翠、輻照處理鉆石、表面擴散處理藍寶石等。熱處理一、定義：

將寶石放置在可控氣氛和溫度的加熱設備中，添加不同的化合物和涂填物、選擇不同的溫度范圍、氣氛條件、加熱速率及恒溫時間對寶石進行熱處理，使寶石的顏色、透明度、凈度、光學效應等外觀特征得到明顯改善。經(jīng)熱處理后，寶石的顏色相對穩(wěn)定，它是一種將寶石的潛在美展示出來并為人們廣泛接受的常見優(yōu)化方法。

二、熱處理技術的原理熱處理中產(chǎn)生的熱效應最終都使晶體內(nèi)部發(fā)生變化，展示珠玉石潛在的顏色美。根據(jù)寶石在熱處理過程中內(nèi)部變化的機理將熱處理技術的原理分為八類。

1.使寶石中致色元素改變而產(chǎn)生顏色的變化2.使寶石原有的色心被破壞而引起顏色的變化3.使寶石中的雜質(zhì)擴散或改變存在狀態(tài)而改變顏色4.使一些含水的寶石發(fā)生脫水作用而引起顏色的變化5.使某些寶石發(fā)生結(jié)晶構(gòu)型的變化6.使某些寶石發(fā)生重組、再生和凈化而達到優(yōu)化的目的7.消除寶石中的包裹體，提高寶石的透明度和凈度8.溫度驟變可能引起珠寶玉石內(nèi)部產(chǎn)生裂紋1.致色元素改變而產(chǎn)生顏色的變化主要成分或微量致色元素，例如：

有機寶石如珍珠、象牙、珊瑚、琥珀等，加熱處理會使有機質(zhì)氧化，溫度過高使顏色慢慢變暗變黑，繼續(xù)加熱則出現(xiàn)“碳化”現(xiàn)象。利用該特點，掌握好溫度實施有機寶石的“仿舊”處理。

加熱處理寶石改變其中陽離子的價態(tài)，使顏色產(chǎn)生變化。選擇氧化氣氛條件，對淺藍灰色、淺黃色及淺粉紅色藍寶石進行熱處理，使之轉(zhuǎn)變?yōu)槌赛S色和橙紅色；選擇還原氣氛條件，對綠藍色綠柱石進行熱處理，使之轉(zhuǎn)變?yōu)樗{色海藍寶石。2.原有色心破壞而引起顏色的變化

色心（空穴陷阱）是能夠產(chǎn)生顏色的結(jié)構(gòu)缺陷。進入這類色心的電子，吸收某一能量的可見光，產(chǎn)生電子躍遷而呈色。加熱這類寶石，相當于給陷阱內(nèi)電子增加能量，使其激發(fā)到更高的能級。若給與的能量過高，陷阱中的電子將逃逸，即色心被破壞，顏色便消除。

輻照法改色藍色托帕石，熱處理改粉紅色托帕石為黃色，紫水晶變黃或綠色，煙水晶變黃綠或無色等都是此類實例。

3.雜質(zhì)擴散或改變存在狀態(tài)而改變顏色

有些寶石中存在的致色離子，由于存在狀態(tài)原因，使寶石顏色不好或不能致色，加熱可以使致色離子在寶石內(nèi)均勻擴散，進入晶格質(zhì)點位置或晶格缺陷，從而改變寶石的顏色。如褐色紅寶石→紅色紅寶石，白色藍寶石→藍色藍寶石。

斯里蘭卡Geuda剛玉鈦以金紅石礦物形式存在，未處理前是半透明、乳白色、有絲絹光澤。經(jīng)高溫加熱，使金紅石礦物熔化，鈦元素均勻擴散，就能變成透明、漂亮的藍色藍寶石。4.含水寶石的脫水作用引起顏色的變化

有些寶石中有吸附水、結(jié)構(gòu)水，熱處理過程中，不破壞結(jié)構(gòu)水則能完成改色任務；若溫度過高結(jié)構(gòu)水被驅(qū)逐，寶石發(fā)生脫水作用，結(jié)構(gòu)遭破壞便出現(xiàn)不希望的變色。

如歐泊加熱到300℃±就會失水而破壞它的變彩效應。粉紅色玉髓變橙，紅或褐色；虎睛石加熱產(chǎn)生深褐至紅褐色與脫水作用有關。熱處理優(yōu)化時必須掌握好溫度。5.結(jié)晶構(gòu)型的變化如低型鋯石→高型鋯石，褐-褐紅色→無色透明，使無色鋯石作為鉆石仿制品；若在還原環(huán)境下加熱，可得到迷人的淺藍色-藍色鋯石。

隨溫度升高，有些寶石的晶格結(jié)構(gòu)類型會發(fā)生變化，從而導致顏色變化。6.重組、再生和凈化而達到優(yōu)化對有機寶石如琥珀，在較低的溫度下熱處理就可以使它軟化或熔融，冷卻后成透明度高、質(zhì)地較純的琥珀，若在軟化時加壓，還會出現(xiàn)美麗的爆裂花形圖案，通常稱之為“太陽光芒”。

7.消除包裹體，提高寶石透明度和凈度寶石中存在的包裹體，影響凈度、透明度等。高溫熱處理能消除不純包裹體或熔解雜質(zhì)，達到提高寶石檔次的目的。紅寶石熱處理可去除絲光。據(jù)資料表明，市場上銷售的高檔紅寶石和藍色藍寶石，許多都是經(jīng)過高溫處理的。熱處理藍寶石中定向金紅石點狀殘余及膨脹裂隙

8.溫度驟變引起寶玉內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生絕大部分寶石都是熱的不良導體，熱膨脹系數(shù)較小，在加熱速度太快或冷卻過程太快時產(chǎn)生內(nèi)應力，容易產(chǎn)生裂紋；有些玉石中含有較多的氣-液包裹體，在高溫下爆裂，產(chǎn)生裂紋或指紋狀包裹體，如藍寶石中包裹體周圍的“暈”。利用該特性可制造如暈彩石英等光學效果。三、熱處理主要影響因素

（工藝條件）

（1）熱處理的溫度范圍和最高溫度

a低溫熱處理：100℃以下，琥珀等b中溫熱處理：100—650℃，常用c高溫熱處理：650—1000℃d超高溫熱處理：1000℃以上剛玉類寶石（2）熱處理時升溫和降溫的速度

由于大多數(shù)寶石的導熱性比較差，所以升溫速度不能過快,會因?qū)毷瘍?nèi)外溫差太大產(chǎn)生內(nèi)應力而出現(xiàn)裂紋,也可以因?qū)毷鞑糠质軣岵痪鶆蚨a(chǎn)生色帶或色斑等；降溫速度太快時,也會使寶石內(nèi)外溫差太大而出現(xiàn)破裂。將升溫和降溫的速度繪制成曲線，這個曲線通常要求平滑，絕大多數(shù)的升溫和降溫過程需緩慢進行。（3）溫度保持的時間

均溫時間：寶石達到均一溫度（最高溫度）的時間。保溫時間：在整個寶石溫度均一后，常常還需繼續(xù)保持一段時間，以便寶石的變化充分。這段時間為保溫時間。其確定要根據(jù)改善的目標、最高溫度及寶石本身的性質(zhì)通過大量實驗來確定。（4）熱處理需要的氣氛

主要有：氧化性氣氛（不密封加熱爐）還原性氣氛（木炭包裹寶石）中性氣氛（5）熱處理過程與其他處理條件結(jié)合——預處理

用酸或堿清洗(前處理)后再熱處理,往往會收到更好的效果；有時候?qū)⒑兄律x子的化學試劑作為添加劑放在寶石周圍一起加熱,使致色離子擴散到寶石內(nèi)部去,這就是“擴散處理”技術。實驗表明，在熱處理過程中，向反映容器中充氣體適當加壓，會提高寶石熱處理的效果。四、處理設備及配套裝置1、常用熱處理爐（電阻爐、燃料爐）2、筑爐材料（耐火材料、保溫材料）3、加熱爐的溫度測量和控制裝置（熱電偶、輻射高溫計、毫伏計、光學高溫計、水銀溫度計等）5.1、剛玉類寶石（紅、藍寶石）

（1）熱處理剛玉的改色機理

1.含鐵離子剛玉從無色、淺黃綠色到黃色、橙色的互變

（1-x）Al2O3+2xFeO→Al2-2xFe2xO3-x

2.含鐵和鈦離子的無色或淺藍色剛玉顏色加深及深藍色剛玉顏色變淺

Fe2++Ti4+→Fe3++Ti3+

3.紅寶石紫色調(diào)和藍色調(diào)的消除

五、熱處理寶石及鑒別4.星光和絲狀包裹體的消除、析出和再造

5.合成寶石生長紋和應力的消除及指紋狀包裹體的引入

（2）熱處理剛玉的鑒別特征1.顏色

熱處理后的紅、藍寶石可有顏色不均勻的現(xiàn)象，如出現(xiàn)特征的格子狀色塊、不均勻的擴散暈等。另外熱處理前后原色帶的顏色、清晰度也會發(fā)生不同程度的變化。2.固態(tài)包裹體

不同程度變化（低熔點礦物包裹體部分熔解），表面白色絲斑（系金紅石高溫破壞產(chǎn)物）；柱狀晶體→變圓滑；針狀→斷續(xù)絲狀；絲狀→微點狀。

3.流體包裹體

紅、藍寶石內(nèi)的原生流體包裹體在高溫作用下會發(fā)生脹裂，流體侵入新脹裂的裂隙中。4.表面特征

由于高溫熔解作用，成品紅、藍寶石的表面會發(fā)生局部熔融，因而產(chǎn)生一些凸凹不平的麻坑。二次拋光出現(xiàn)雙角棱、多面角棱。

5.吸收光譜和熒光特征

經(jīng)熱處理的黃色和藍色藍寶石在臺式分光鏡下觀察，缺失450nm吸收帶，某些熱處理的藍色藍寶石在短波紫外光下顯示弱的淡綠色或淡藍色熒光。

5.2、熱處理石英類寶石及鑒定特征鑒定特征1.

色淡不濃、發(fā)暗，色調(diào)不正；2.

絕大部分熱處理水晶無色帶，若有則為平行條紋；3.水晶的顏色對光、熱較穩(wěn)定，個別有褪色現(xiàn)象，主要區(qū)別是晶體內(nèi)有無棉絮狀物質(zhì)；4.一般由天然水晶（紫晶、煙晶等）改色而成的，因此具有天然水晶的三相包裹體外；因熱應力作用在包裹體四周還出現(xiàn)微裂隙光環(huán)；5.有時紫晶、黃晶中可看到似皂沫狀（或波紋狀）包裹體。

5.3、其它熱處理寶石及鑒定特征

1.綠柱石類寶石

不易鑒別，其產(chǎn)生的顏色較穩(wěn)定的，可被人們接受。2.托帕石目前市場上流行的一些托帕石的顏色是經(jīng)熱處理和輻照處理的結(jié)果。不同顏色輻照的托帕石熱處理效果不同：輻照成灰藍、藍綠、淺棕色的，熱處理后光亮明快；輻照成深棕色和褐色的，熱處理后色重而沉悶。經(jīng)熱處理的粉紅色黃玉具有特殊（鉻）的吸收光譜。3.鋯石熱處理可以改變鋯石的顏色，也可以改變鋯石的類型。

1．改變顏色1)在還原的條件下進行熱處理可產(chǎn)生天藍色或無色的鋯石。2)在氧化條件下進行熱處理，溫度達900℃時可產(chǎn)生金黃色和無色的鋯石，有些樣品可呈紅色。2．改變類型加熱至1450℃，持續(xù)長時間的熱處理可引起硅和鋯石重結(jié)晶，將低型的鋯石轉(zhuǎn)向高型鋯石。經(jīng)熱處理的鋯石表面或棱角處常容易發(fā)生碎裂和小破坑熱處理成鮮紅色、橙色和褐色的鋯石晶棱常有凹痕；而天然鋯石無此特征。處理成鮮藍色的鋯石，具有明顯的二色性（鮮藍色-無色或淡黃色），天然鋯石無鮮藍色。

4、碧璽

對顏色較深(如深藍、深綠、深黃綠、深紫紅色等)的碧璽進行加熱處理，