宝石改善热处理

热处理课程重难点:

1.热处理技术的原理。

2.热处理技术的工艺条件。

3.常见热处理宝石的鉴别。

课程要求:

1.掌握热处理技术的原理及分类，并能对常见热处理宝石的原理进行归类。

2.熟悉热处理技术的工艺条件。

3.掌握常见热处理宝石的鉴别特征。

宝石改善品的工艺要求：美观耐久（宝石稳定性，在通常的加工销售和佩戴过程中不会发生明显的物理和化学性质的变化）无害、无污染宝石改善品的分类：1、根据改善品所采用的技术方法分类:a热处理改善品b辐照处理改善品c化学处理改善品(染色、净化、漂白等)d其它处理改善品(表面遮盖、注入、组合宝石)e综合处理改善品宝石改善品的分类：2、根据改善品在传统和商业上的可接受性分类:

优化enhancing传统的、被人们广泛接受的、使珠宝玉石潜在的美显示出来的优化处理方法。如热处理红宝石、浸无色油祖母绿、玉髓玛瑙的染色处理等

处理treating非传统的、尚不被人们接受的优化处理方法。如染色处理翡翠、辐照处理钻石、表面扩散处理蓝宝石等。热处理一、定义：

将宝石放置在可控气氛和温度的加热设备中，添加不同的化合物和涂填物、选择不同的温度范围、气氛条件、加热速率及恒温时间对宝石进行热处理，使宝石的颜色、透明度、净度、光学效应等外观特征得到明显改善。经热处理后，宝石的颜色相对稳定，它是一种将宝石的潜在美展示出来并为人们广泛接受的常见优化方法。

二、热处理技术的原理热处理中产生的热效应最终都使晶体内部发生变化，展示珠玉石潜在的颜色美。根据宝石在热处理过程中内部变化的机理将热处理技术的原理分为八类。

1.使宝石中致色元素改变而产生颜色的变化2.使宝石原有的色心被破坏而引起颜色的变化3.使宝石中的杂质扩散或改变存在状态而改变颜色4.使一些含水的宝石发生脱水作用而引起颜色的变化5.使某些宝石发生结晶构型的变化6.使某些宝石发生重组、再生和净化而达到优化的目的7.消除宝石中的包裹体，提高宝石的透明度和净度8.温度骤变可能引起珠宝玉石内部产生裂纹1.致色元素改变而产生颜色的变化主要成分或微量致色元素，例如：

有机宝石如珍珠、象牙、珊瑚、琥珀等，加热处理会使有机质氧化，温度过高使颜色慢慢变暗变黑，继续加热则出现“碳化”现象。利用该特点，掌握好温度实施有机宝石的“仿旧”处理。

加热处理宝石改变其中阳离子的价态，使颜色产生变化。选择氧化气氛条件，对浅蓝灰色、浅黄色及浅粉红色蓝宝石进行热处理，使之转变为橙黄色和橙红色；选择还原气氛条件，对绿蓝色绿柱石进行热处理，使之转变为蓝色海蓝宝石。2.原有色心破坏而引起颜色的变化

色心（空穴陷阱）是能够产生颜色的结构缺陷。进入这类色心的电子，吸收某一能量的可见光，产生电子跃迁而呈色。加热这类宝石，相当于给陷阱内电子增加能量，使其激发到更高的能级。若给与的能量过高，陷阱中的电子将逃逸，即色心被破坏，颜色便消除。

辐照法改色蓝色托帕石，热处理改粉红色托帕石为黄色，紫水晶变黄或绿色，烟水晶变黄绿或无色等都是此类实例。

3.杂质扩散或改变存在状态而改变颜色

有些宝石中存在的致色离子，由于存在状态原因，使宝石颜色不好或不能致色，加热可以使致色离子在宝石内均匀扩散，进入晶格质点位置或晶格缺陷，从而改变宝石的颜色。如褐色红宝石→红色红宝石，白色蓝宝石→蓝色蓝宝石。

斯里兰卡Geuda刚玉钛以金红石矿物形式存在，未处理前是半透明、乳白色、有丝绢光泽。经高温加热，使金红石矿物熔化，钛元素均匀扩散，就能变成透明、漂亮的蓝色蓝宝石。4.含水宝石的脱水作用引起颜色的变化

有些宝石中有吸附水、结构水，热处理过程中，不破坏结构水则能完成改色任务；若温度过高结构水被驱逐，宝石发生脱水作用，结构遭破坏便出现不希望的变色。

如欧泊加热到300℃±就会失水而破坏它的变彩效应。粉红色玉髓变橙，红或褐色；虎睛石加热产生深褐至红褐色与脱水作用有关。热处理优化时必须掌握好温度。5.结晶构型的变化如低型锆石→高型锆石，褐-褐红色→无色透明，使无色锆石作为钻石仿制品；若在还原环境下加热，可得到迷人的浅蓝色-蓝色锆石。

随温度升高，有些宝石的晶格结构类型会发生变化，从而导致颜色变化。6.重组、再生和净化而达到优化对有机宝石如琥珀，在较低的温度下热处理就可以使它软化或熔融，冷却后成透明度高、质地较纯的琥珀，若在软化时加压，还会出现美丽的爆裂花形图案，通常称之为“太阳光芒”。

7.消除包裹体，提高宝石透明度和净度宝石中存在的包裹体，影响净度、透明度等。高温热处理能消除不纯包裹体或熔解杂质，达到提高宝石档次的目的。红宝石热处理可去除丝光。据资料表明，市场上销售的高档红宝石和蓝色蓝宝石，许多都是经过高温处理的。热处理蓝宝石中定向金红石点状残余及膨胀裂隙

8.温度骤变引起宝玉内部裂纹的产生绝大部分宝石都是热的不良导体，热膨胀系数较小，在加热速度太快或冷却过程太快时产生内应力，容易产生裂纹；有些玉石中含有较多的气-液包裹体，在高温下爆裂，产生裂纹或指纹状包裹体，如蓝宝石中包裹体周围的“晕”。利用该特性可制造如晕彩石英等光学效果。三、热处理主要影响因素

（工艺条件）

（1）热处理的温度范围和最高温度

a低温热处理：100℃以下，琥珀等b中温热处理：100—650℃，常用c高温热处理：650—1000℃d超高温热处理：1000℃以上刚玉类宝石（2）热处理时升温和降温的速度

由于大多数宝石的导热性比较差，所以升温速度不能过快,会因宝石内外温差太大产生内应力而出现裂纹,也可以因宝石各部分受热不均匀而产生色带或色斑等；降温速度太快时,也会使宝石内外温差太大而出现破裂。将升温和降温的速度绘制成曲线，这个曲线通常要求平滑，绝大多数的升温和降温过程需缓慢进行。（3）温度保持的时间

均温时间：宝石达到均一温度（最高温度）的时间。保温时间：在整个宝石温度均一后，常常还需继续保持一段时间，以便宝石的变化充分。这段时间为保温时间。其确定要根据改善的目标、最高温度及宝石本身的性质通过大量实验来确定。（4）热处理需要的气氛

主要有：氧化性气氛（不密封加热炉）还原性气氛（木炭包裹宝石）中性气氛（5）热处理过程与其他处理条件结合——预处理

用酸或碱清洗(前处理)后再热处理,往往会收到更好的效果；有时候将含有致色离子的化学试剂作为添加剂放在宝石周围一起加热,使致色离子扩散到宝石内部去,这就是“扩散处理”技术。实验表明，在热处理过程中，向反映容器中充气体适当加压，会提高宝石热处理的效果。四、处理设备及配套装置1、常用热处理炉（电阻炉、燃料炉）2、筑炉材料（耐火材料、保温材料）3、加热炉的温度测量和控制装置（热电偶、辐射高温计、毫伏计、光学高温计、水银温度计等）5.1、刚玉类宝石（红、蓝宝石）

（1）热处理刚玉的改色机理

1.含铁离子刚玉从无色、浅黄绿色到黄色、橙色的互变

（1-x）Al2O3+2xFeO→Al2-2xFe2xO3-x

2.含铁和钛离子的无色或浅蓝色刚玉颜色加深及深蓝色刚玉颜色变浅

Fe2++Ti4+→Fe3++Ti3+

3.红宝石紫色调和蓝色调的消除

五、热处理宝石及鉴别4.星光和丝状包裹体的消除、析出和再造

5.合成宝石生长纹和应力的消除及指纹状包裹体的引入

（2）热处理刚玉的鉴别特征1.颜色

热处理后的红、蓝宝石可有颜色不均匀的现象，如出现特征的格子状色块、不均匀的扩散晕等。另外热处理前后原色带的颜色、清晰度也会发生不同程度的变化。2.固态包裹体

不同程度变化（低熔点矿物包裹体部分熔解），表面白色丝斑（系金红石高温破坏产物）；柱状晶体→变圆滑；针状→断续丝状；丝状→微点状。

3.流体包裹体

红、蓝宝石内的原生流体包裹体在高温作用下会发生胀裂，流体侵入新胀裂的裂隙中。4.表面特征

由于高温熔解作用，成品红、蓝宝石的表面会发生局部熔融，因而产生一些凸凹不平的麻坑。二次抛光出现双角棱、多面角棱。

5.吸收光谱和荧光特征

经热处理的黄色和蓝色蓝宝石在台式分光镜下观察，缺失450nm吸收带，某些热处理的蓝色蓝宝石在短波紫外光下显示弱的淡绿色或淡蓝色荧光。

5.2、热处理石英类宝石及鉴定特征鉴定特征1.

色淡不浓、发暗，色调不正；2.

绝大部分热处理水晶无色带，若有则为平行条纹；3.水晶的颜色对光、热较稳定，个别有褪色现象，主要区别是晶体内有无棉絮状物质；4.一般由天然水晶（紫晶、烟晶等）改色而成的，因此具有天然水晶的三相包裹体外；因热应力作用在包裹体四周还出现微裂隙光环；5.有时紫晶、黄晶中可看到似皂沫状（或波纹状）包裹体。

5.3、其它热处理宝石及鉴定特征

1.绿柱石类宝石

不易鉴别，其产生的颜色较稳定的，可被人们接受。2.托帕石目前市场上流行的一些托帕石的颜色是经热处理和辐照处理的结果。不同颜色辐照的托帕石热处理效果不同：辐照成灰蓝、蓝绿、浅棕色的，热处理后光亮明快；辐照成深棕色和褐色的，热处理后色重而沉闷。经热处理的粉红色黄玉具有特殊（铬）的吸收光谱。3.锆石热处理可以改变锆石的颜色，也可以改变锆石的类型。

1．改变颜色1)在还原的条件下进行热处理可产生天蓝色或无色的锆石。2)在氧化条件下进行热处理，温度达900℃时可产生金黄色和无色的锆石，有些样品可呈红色。2．改变类型加热至1450℃，持续长时间的热处理可引起硅和锆石重结晶，将低型的锆石转向高型锆石。经热处理的锆石表面或棱角处常容易发生碎裂和小破坑热处理成鲜红色、橙色和褐色的锆石晶棱常有凹痕；而天然锆石无此特征。处理成鲜蓝色的锆石，具有明显的二色性（鲜蓝色-无色或淡黄色），天然锆石无鲜蓝色。

4、碧玺

对颜色较深(如深蓝、深绿、深黄绿、深紫红色等)的碧玺进行加热处理，