寶石改善熱處理

熱處理課程重難點(diǎn):

1.熱處理技術(shù)的原理。

2.熱處理技術(shù)的工藝條件。

3.常見(jiàn)熱處理寶石的鑒別。

課程要求:

1.掌握熱處理技術(shù)的原理及分類，并能對(duì)常見(jiàn)熱處理寶石的原理進(jìn)行歸類。

2.熟悉熱處理技術(shù)的工藝條件。

3.掌握常見(jiàn)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(guò)程中不會(huì)發(fā)生明顯的物理和化學(xué)性質(zhì)的變化）無(wú)害、無(wú)污染寶石改善品的分類：1、根據(jù)改善品所采用的技術(shù)方法分類:a熱處理改善品b輻照處理改善品c化學(xué)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(lái)的優(yōu)化處理方法。如熱處理紅寶石、浸無(wú)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(kuò)散處理藍(lán)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(shè)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(shí)間對(duì)寶石進(jìn)行熱處理，使寶石的顏色、透明度、凈度、光學(xué)效應(yīng)等外觀特征得到明顯改善。經(jīng)熱處理后，寶石的顏色相對(duì)穩(wěn)定，它是一種將寶石的潛在美展示出來(lái)并為人們廣泛接受的常見(jiàn)優(yōu)化方法。

二、熱處理技術(shù)的原理熱處理中產(chǎn)生的熱效應(yīng)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(guò)程中內(nèi)部變化的機(jī)理將熱處理技術(shù)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(kuò)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(dá)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(jī)寶石如珍珠、象牙、珊瑚、琥珀等，加熱處理會(huì)使有機(jī)質(zhì)氧化，溫度過(guò)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(diǎn)，掌握好溫度實(shí)施有機(jī)寶石的“仿舊”處理。

加熱處理寶石改變其中陽(yáng)離子的價(jià)態(tài)，使顏色產(chǎn)生變化。選擇氧化氣氛條件，對(duì)淺藍(lán)灰色、淺黃色及淺粉紅色藍(lán)寶石進(jìn)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(duì)綠藍(lán)色綠柱石進(jìn)行熱處理，使之轉(zhuǎn)變?yōu)樗{(lán)色海藍(lán)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(jìn)入這類色心的電子，吸收某一能量的可見(jiàn)光，產(chǎn)生電子躍遷而呈色。加熱這類寶石，相當(dāng)于給陷阱內(nèi)電子增加能量，使其激發(fā)到更高的能級(jí)。若給與的能量過(guò)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(lán)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(wú)色等都是此類實(shí)例。

3.雜質(zhì)擴(kuò)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(kuò)散，進(jìn)入晶格質(zhì)點(diǎn)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(lán)寶石→藍(lán)色藍(lán)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(kuò)散，就能變成透明、漂亮的藍(lán)色藍(lán)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(guò)程中，不破壞結(jié)構(gòu)水則能完成改色任務(wù)；若溫度過(guò)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(huì)失水而破壞它的變彩效應(yīng)。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(guān)。熱處理優(yōu)化時(shí)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(wú)色透明，使無(wú)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(lán)色-藍(lán)色鋯石。

隨溫度升高，有些寶石的晶格結(jié)構(gòu)類型會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致顏色變化。6.重組、再生和凈化而達(dá)到優(yōu)化對(duì)有機(jī)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(shí)加壓，還會(huì)出現(xiàn)美麗的爆裂花形圖案，通常稱之為“太陽(yáng)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?zé)崽幚砟芟患儼w或熔解雜質(zhì)，達(dá)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(chǎng)上銷售的高檔紅寶石和藍(lán)色藍(lán)寶石，許多都是經(jīng)過(guò)高溫處理的。熱處理藍(lán)寶石中定向金紅石點(diǎn)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(dǎo)體，熱膨脹系數(shù)較小，在加熱速度太快或冷卻過(guò)程太快時(shí)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)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(lán)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(xué)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?zé)崽幚恚?00℃以下，琥珀等b中溫?zé)崽幚恚?00—650℃，常用c高溫?zé)崽幚恚?50—1000℃d超高溫?zé)崽幚恚?000℃以上剛玉類寶石（2）熱處理時(shí)升溫和降溫的速度

由于大多數(shù)寶石的導(dǎo)熱性比較差，所以升溫速度不能過(guò)快,會(huì)因?qū)毷瘍?nèi)外溫差太大產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)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(shí),也會(huì)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(gè)曲線通常要求平滑，絕大多數(shù)的升溫和降溫過(guò)程需緩慢進(jìn)行。（3）溫度保持的時(shí)間

均溫時(shí)間：寶石達(dá)到均一溫度（最高溫度）的時(shí)間。保溫時(shí)間：在整個(gè)寶石溫度均一后，常常還需繼續(xù)保持一段時(shí)間，以便寶石的變化充分。這段時(shí)間為保溫時(shí)間。其確定要根據(jù)改善的目標(biāo)、最高溫度及寶石本身的性質(zhì)通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)來(lái)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(guò)程與其他處理?xiàng)l件結(jié)合——預(yù)處理

用酸或堿清洗(前處理)后再熱處理,往往會(huì)收到更好的效果；有時(shí)候?qū)⒑兄律x子的化學(xué)試劑作為添加劑放在寶石周圍一起加熱,使致色離子擴(kuò)散到寶石內(nèi)部去,這就是“擴(kuò)散處理”技術(shù)。實(shí)驗(yàn)表明，在熱處理過(guò)程中，向反映容器中充氣體適當(dāng)加壓，會(huì)提高寶石熱處理的效果。四、處理設(shè)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(cè)量和控制裝置（熱電偶、輻射高溫計(jì)、毫伏計(jì)、光學(xué)高溫計(jì)、水銀溫度計(jì)等）5.1、剛玉類寶石（紅、藍(lán)寶石）

（1）熱處理剛玉的改色機(jī)理

1.含鐵離子剛玉從無(wú)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(wú)色或淺藍(lán)色剛玉顏色加深及深藍(lán)色剛玉顏色變淺

Fe2++Ti4+→Fe3++Ti3+

3.紅寶石紫色調(diào)和藍(lán)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(zhǎng)紋和應(yīng)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(lán)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(kuò)散暈等。另外熱處理前后原色帶的顏色、清晰度也會(huì)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(diǎn)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(diǎn)狀。

3.流體包裹體

紅、藍(lán)寶石內(nèi)的原生流體包裹體在高溫作用下會(huì)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(lán)寶石的表面會(huì)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(lán)色藍(lán)寶石在臺(tái)式分光鏡下觀察，缺失450nm吸收帶，某些熱處理的藍(lán)色藍(lán)寶石在短波紫外光下顯示弱的淡綠色或淡藍(lán)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(wú)色帶，若有則為平行條紋；3.水晶的顏色對(duì)光、熱較穩(wěn)定，個(gè)別有褪色現(xiàn)象，主要區(qū)別是晶體內(nèi)有無(wú)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(yīng)力作用在包裹體四周還出現(xiàn)微裂隙光環(huán)；5.有時(shí)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(chǎng)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(lán)、藍(lán)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(jìn)行熱處理可產(chǎn)生天藍(lán)色或無(wú)色的鋯石。2)在氧化條件下進(jìn)行熱處理，溫度達(dá)900℃時(shí)可產(chǎn)生金黃色和無(wú)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(zhǎng)時(shí)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(wú)此特征。處理成鮮藍(lán)色的鋯石，具有明顯的二色性（鮮藍(lán)色-無(wú)色或淡黃色），天然鋯石無(wú)鮮藍(lán)色。

4、碧璽

對(duì)顏色較深(如深藍(lán)、深綠、深黃綠、深紫紅色等)的碧璽進(jìn)行加熱處理，