山东蓝宝石氧化加热法改色工艺优化

热处理蓝宝石时，人为添加氧化剂可使热处理蓝宝石得到很好的效果（何明跃，2000）。何明跃对此进行了3种类型的实验，介绍如下：

蓝宝石改色，主要考虑调整存在于蓝宝石中Fe、Ti含量的比例及价态。在本书的第三章中详细地介绍了蓝宝石致色是电荷转移引起的，图3-23和图3-24直观地表达了这个意思。但氧原子是怎么样进入到蓝宝石的晶格中去的呢？原来，在高温下，晶体内形成的氧空位可以通过氧的迁移扩散而填充，从而使材料内部结构达到电价平衡，即显电中性，其过程可用图4-13表示。

图4-13　氧原子从空气中向刚玉晶体内部扩散示意图

（K.Nassau，1983）

1.局部增压（氧逸度）高温氧化加热法改色工艺

主要设备：箱式Zr O2（氧化锆）高温炉（最高温度2000℃）。

烧结舟：高纯刚玉舟和管状高铝样品管。

主要化学试剂：硼砂、TiO2（二氧化钛）、KMn O4（高锰酸钾）。

实验步骤：

（1）将蓝宝石样品浸入硼砂溶液中1个星期左右，使硼砂包裹样品表面。

（2）按一定的质量分数比用天平称出Al2O3粉、TiO2和KMn O4各自所需的重量，将它们均匀地混合好后待用。其中，KMn O4可在加热后放出氧，创造强氧化环境；Al2O3是耐高温惰性粉末，具有良好的保温功能并可接受蓝宝石表面扩散出来的Fe等；TiO2的熔点为1855℃，也属于惰性粉末，可使微量的Ti扩散到蓝宝石的表面或内部（山东蓝色蓝宝石的含Fe量高达1.1%，而含Ti量仅0.02%左右），由此可改变铁钛比，使颜色得到改善。

（3）将混合好的粉末与待改色蓝宝石样品都放入高铝样品管中，并将样品埋在粉末中，将样品与粉末一起压实，然后封闭高铝样品管。

（4）将装有改色样品的高铝样品管埋在放有混合粉末的高纯刚玉舟中，可放多层，每层可放多个，故一次可放多个高铝样品管，高铝样品管之间、层与层之间要加混合粉末压实，最后一排的高铝样品管上方压实的粉末厚度要在10mm以上。

（5）将装好样品的高纯刚玉舟平稳地放入高温炉内，通电加热。(www.xing528.com)

（6）热处理的实验参数为最高温度1750℃，保温96h，升温速率120℃/h；在1750～1220℃之间时，降温速率为50℃/8h；温度在1220～830℃之间时，降温速率为25℃/h；温度降到830℃以下时，随炉自然降至室温后取出样品。

此法操作较简单，效果较好，但每次热处理的样品量较少。

2.多循环加热法改色工艺

此种方法的主要设备、主要化学试剂及实验步骤与第一种方法的差不多，只是升温参数不一样。多循环加热时的实验参数如下：最高温度为1700℃，升温速率为120℃/h，恒温4h；温度在1700～830℃之间时，降温速率为20℃/h；温度降至830℃以下时，随炉自然降温。温度在1700～830℃之间时，升温与降温共重复循环4次。

此法的效果虽然不如第一种方法，但对蓝黑色蓝宝石的改色效果好，可使蓝黑色改为蓝色。

3.蓝宝石戒面的改色工艺

此法的特点是不添加任何化学试剂，将磨好的戒面直接放在高纯刚玉舟中，在高温炉中加热。升温操作如下：

（1）将高温炉温度升至1500℃，升温速率为120℃/h，恒温24h，自然降温。

（2）把经过改色后达到要求的戒面取出，其他仍放回刚玉舟进行第2次加热处理。升温至1600℃，恒温48h，升温速率为120℃/h，自然降温。

（3）把经过第2次热处理改色后达到要求的戒面取出，剩下的仍放回高纯刚玉舟进行第3次加热处理。升温至1750℃，恒温72h，升温速率为120℃/h，自然降温。

（4）最后取出第3次热处理后的蓝宝石戒面，此时戒面都得到了不同程度的改善。

此工艺改善蓝宝石戒面的效果较好，而且可以防止过度加热使蓝宝石发灰。但工艺比较繁琐，有些戒面改色后仍需要重新抛光。