秦宏宇

（長(zhǎng)春工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春130021）

世界上很多國(guó)家和地區(qū)有具有豐富的藍(lán)寶石礦產(chǎn)資源。如果依然采用傳統(tǒng)的改色技術(shù)改善低品質(zhì)藍(lán)寶石，就會(huì)出現(xiàn)大量的廢料被長(zhǎng)期擱置，造成了極大的人財(cái)物浪費(fèi)。隨著礦產(chǎn)資源的不斷減少，就需要采用先進(jìn)的工藝技術(shù)地低品質(zhì)藍(lán)寶石工藝進(jìn)行改善。對(duì)低品質(zhì)藍(lán)寶石原料進(jìn)行鑒別，其為裂隙發(fā)育，顆粒度比較大，呈灰暗顏色，往往是批量生產(chǎn)加工，價(jià)格低廉，雖然產(chǎn)量很高，但是利潤(rùn)很低。 經(jīng)過(guò)拋光后藍(lán)寶石原料在光澤上有所改善，而且色調(diào)統(tǒng)一，可以被用于雕刻鑲嵌飾品以及大型工藝品裝飾等等。但是由于采用這種技術(shù)缺乏必要的理論支撐，而且工藝比較粗糙，嚴(yán)重阻礙了藍(lán)寶石工藝的進(jìn)一步發(fā)展。為了開(kāi)闊藍(lán)寶石市場(chǎng)的前景，獲得客觀的經(jīng)濟(jì)效益，本論文利用高溫?cái)U(kuò)散方法，對(duì)低品質(zhì)藍(lán)寶石進(jìn)行工藝改善后成為黑色藍(lán)寶石的改善機(jī)理進(jìn)行探討。

1 低品質(zhì)藍(lán)寶石樣品選擇

低品質(zhì)藍(lán)寶石樣品一般透明度較差，顏色灰暗。 要使低品質(zhì)藍(lán)寶石達(dá)到寶石級(jí)水準(zhǔn)，即純正的顏色和高透明度，就要進(jìn)行工藝處理以改善藍(lán)寶石品質(zhì)。 隨著藍(lán)寶石礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)頻繁，寶石級(jí)藍(lán)寶石產(chǎn)量相對(duì)減少。 改善并利用低品質(zhì)藍(lán)寶石成為了寶石學(xué)的重點(diǎn)研究課題。

本次試驗(yàn)所選擇的原料為灰黑色藍(lán)寶石樣品，切開(kāi)后內(nèi)部呈現(xiàn)出不透明的灰藍(lán)色。用肉眼觀察，可見(jiàn)部分晶形分別為桶狀和柱狀，少量呈塊狀、片狀，粒徑普遍為1～2 厘米，也有可以達(dá)到5 厘米粒徑的顆粒。 低品質(zhì)藍(lán)寶石產(chǎn)量很高，價(jià)格低廉，采用傳統(tǒng)工藝改善后，成品為黑色。

2 低品質(zhì)藍(lán)寶石樣品的預(yù)處理

在藍(lán)寶石品質(zhì)改善試驗(yàn)中，預(yù)處理是重要的環(huán)節(jié)。 本次試驗(yàn)所采用的預(yù)處理技術(shù)包括水洗、酸洗、試劑處理三個(gè)步驟。

2.1 樣品水洗

低品質(zhì)藍(lán)寶石原石樣品表面會(huì)有大量的泥沙附著在上面，可以采用水洗的方法清楚。等到樣品完全干燥之后，將樣品的信息記錄下來(lái)，進(jìn)行編號(hào)。

2.2 樣品酸洗

將低品質(zhì)藍(lán)寶石樣品浸泡在濃度10%的鹽酸中， 經(jīng)過(guò)48 小時(shí)的酸洗后，可以將樣品表面以及微裂縫中所存留的雜質(zhì)清除。 經(jīng)過(guò)鹽酸浸泡后的樣品，會(huì)產(chǎn)生一些氣泡，這就說(shuō)明有金屬附著在樣品的表面。初步判斷，很有可能是鐵元素。

2.3 樣品試劑處理

本次樣品試劑處理所采用的原理，是將致色離子由樣品的外部逐漸擴(kuò)散到內(nèi)部。 對(duì)樣品進(jìn)行特定藥劑處理，從樣品表面所形成的細(xì)小凹坑，可以見(jiàn)樣品具有微腐蝕性，但是并不會(huì)因此而影響樣品的處理，相反，粗造化的表面更容易使高溫下的液相助熔劑浸潤(rùn)其中，使擴(kuò)散反應(yīng)能夠順利進(jìn)行。經(jīng)過(guò)高溫改色后的低品質(zhì)藍(lán)寶石還要進(jìn)行切割和拋光處理，試劑腐蝕的表面被處理掉，因此樣品試劑的腐蝕性并不會(huì)對(duì)藍(lán)寶石成品的品質(zhì)產(chǎn)生影響。經(jīng)過(guò)了預(yù)處理后低品質(zhì)藍(lán)寶石樣品干燥后，就可以進(jìn)行高溫試驗(yàn)了。

3 改色試驗(yàn)

對(duì)低品質(zhì)藍(lán)寶石進(jìn)行改色試驗(yàn)是采用擴(kuò)散原理將藍(lán)寶石的顏色改善，所采用的技術(shù)處理方法是將致色離子注入到晶體內(nèi)部，所選擇的著色劑為Fe2O3、C0203和Ti02， 經(jīng)過(guò)改善后的樣品在會(huì)呈現(xiàn)出黑色。為了能夠?qū)⒉煌に嚄l件下的改善效果反映出來(lái)， 采用對(duì)比試驗(yàn)，將樣品分為4 組。熱處理溫度分為兩組，即A 組1500℃，B 組1900℃。一律采用剛玉坩堝進(jìn)行熱處理試驗(yàn)。

低品質(zhì)藍(lán)寶石熱處理對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如下：

樣品A-1， 處于1500℃溫度下， 開(kāi)放氣氛下， 加入Fe2O3、Ti02、AI2O3、Na2CO3、硼砂高溫助劑，所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：表面呈均勻的黑色，光澤透明，切開(kāi)后，裂縫有黑色呈現(xiàn)，邊緣處雖然有黑色擴(kuò)散層，但是很薄。

樣品A-2，處于1500℃溫度下，強(qiáng)氧化氣氛下，加入Fe2O3、Ti02、AI2O3、Nn3O4高溫助劑，所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：表面呈均勻的黑色，但是有明顯的破裂。 表面還有大量的黑色顆粒粉劑黏著，但是沒(méi)有呈現(xiàn)出光澤。

樣品B-1， 處于1900℃溫度下， 開(kāi)放氣氛下， 加入Fe2O3、Ti02、AI2O3、Na2CO3、硼砂高溫助劑，所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：表面呈均勻的黑色，具有較強(qiáng)的光澤，切開(kāi)后，內(nèi)部基本變黑，邊緣處雖然有黑色擴(kuò)散層，但不明顯，顏色主要集中于裂縫中。

樣品B-2，處于1900℃溫度下，還原氣氛下，加入Fe2O3、Ti02、AI2O3高溫助劑，所獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：表面的裂縫處呈現(xiàn)出黑色，表面顏色略微加深，但是光澤度和透明度都沒(méi)有出現(xiàn)明顯的變化。

樣品預(yù)處理均為酸洗；預(yù)處理時(shí)間為24 小時(shí)。

4 結(jié)果討論

根據(jù)對(duì)比試驗(yàn)所獲得的結(jié)果，對(duì)參數(shù)設(shè)置分別討論。

4.1 溫度

相同的氣氛在不同的溫度下，添加相同的輔助試劑，經(jīng)過(guò)熱處理后，幾乎沒(méi)有呈現(xiàn)明顯的差異，但是黑色的光澤明顯增強(qiáng)。

4.2 氣氛

在1500℃下采用強(qiáng)氧化氣氛，雖然表面呈現(xiàn)出黑色，但是仍然有大量的黑色顆粒在表面附著。 在1900℃環(huán)境條件下， 采用了還原氣氛，在裂縫處呈現(xiàn)出明顯的黑色，而采用開(kāi)放式處理則效果更好一些。

4.3 輔助劑

添加輔助劑會(huì)使熱處理效果更好一些，不僅降低了熔點(diǎn)，而且還會(huì)有部分液相產(chǎn)生，使著色離子向晶體內(nèi)部擴(kuò)散，減少腐蝕性。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，硼砂的著色效果會(huì)更好一些，而且經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間高溫處理，效果更佳。

5 生產(chǎn)工藝流程

熱處理工藝可以采用可控溫硅鉬棒電爐或者油爐，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，選用不同的爐體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)都可以獲得成功，但是要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行選擇。電爐的溫度低，容積小，處理時(shí)間長(zhǎng)，但是受熱均勻、測(cè)定，調(diào)節(jié)方便；油爐溫度高，容積大，處理效果好，但是受熱不均勻，并存在一定的樣品污染，需要二次熱處理。

低品質(zhì)藍(lán)寶石本身就存在著裂理，為了防止破碎，就要采用退火法使內(nèi)應(yīng)力消除。 將樣品連坩堝同時(shí)放入到900℃的馬弗爐中，進(jìn)行大約6 小時(shí)的退火處理，然后自然冷卻，出成率明顯增加。

實(shí)驗(yàn)成功后，就可以批量生產(chǎn)，工藝流程：對(duì)低品質(zhì)藍(lán)寶石原料進(jìn)行選擇、酸洗之后，采用熱處理技術(shù)進(jìn)行著色處理，然后退火到室溫狀態(tài)。 打磨的過(guò)程包括切割、粗磨之后，進(jìn)行細(xì)磨拋光處理，隨后成品。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，經(jīng)過(guò)高溫?cái)U(kuò)散法工藝改善后的低品質(zhì)藍(lán)寶石呈現(xiàn)出黑藍(lán)色，光澤效果良好。這就可以獲得很大的啟示，即藍(lán)寶石呈現(xiàn)黑色的原因在于其中鐵元素含量增多。 在高溫的作用下，致色離子擴(kuò)散到晶體內(nèi)部，使藍(lán)寶石的改變了顏色，而顏色擴(kuò)散的程度與所添加的助溶劑液相的流動(dòng)性有關(guān)。只有當(dāng)致色離子順著裂理侵入到藍(lán)寶石的內(nèi)部時(shí)，在高溫的作用下才會(huì)產(chǎn)生內(nèi)容擴(kuò)散，隨著反應(yīng)面積的增大，速率的增加，寶石的整體顏色獲得了改善。

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