高温热扩散处理技术举例

（一）高温化学热扩散处理红宝石

1.方法

（1）进行高温化学热扩散处理的红宝石原料最好是无色的蓝宝石也可以是非常浅颜色的蓝色蓝宝石或浅色粉红色蓝宝石，还可以是人工合成的无色蓝宝石。

（2）混合渗剂由三氧化二铝（Al2O3）粉末和着色剂三氧化二铬（Cr2O3）组成，将两者混合均匀备用。处理后的红色深浅由三氧化二铬（Cr2O3）加入量的多少决定，通常认为鸽血红的Cr2O3含量为2.6%。

（3）将无色蓝宝石样品埋在混合渗剂中，放入高温炉中加热，按照设定的加热速率缓慢加热，最高温度为1850℃，恒温时间为3～5d（若扩散渗层厚度不够，可以适当延长恒温时间），再按设定的降温速率使样品随炉降至室温后取出。按此工艺流程，扩散渗层厚度一般为0.5mm以下，处理后的红宝石质量与样品的产地及成因有一定的关系。

2.鉴定特征

（1）高温化学热扩散处理红宝石的红色中带有明显的橙色色相，在边棱和尖角处较容易看到。

（2）当样品表面有裂隙、孔隙或孔洞时，这些地方都会出现比较深的红色色斑或红色团块。

（3）高温化学热扩散处理红宝石的折射率很高，达1.8。

（4）高温化学热扩散处理红宝石的二色性特殊，可见到奇怪的褐黄色，而且多色性不均匀。

（5）荧光性不同。高温化学热扩散处理的红宝石在长波紫外光下，可见微弱—弱的橙红色和红色荧光；在短波紫外光下，呈现斑状的蓝白色磷光；没有经高温化学热扩散的红宝石，在长波紫外光下，呈弱—强的红色和橙红色荧光；在短波紫外光下，呈无—中等强度的红、粉红、橙红色，少数呈强红色。

（6）颜色分布不均匀，可从比较每两个刻面的颜色深浅看出。

（7）在油浸显微镜中观察，高温化学热扩散处理的红宝石在二碘甲烷浸液中具有光滑的边缘，而合成红宝石或天然红宝石在浸液中观察到的边缘较模糊（图6-1）；另外，用肉眼或油浸显微镜观察，高温化学热扩散处理红宝石的斑块状颜色均明显可见，高温下产生的特殊表面损伤也可见到。

图6-1　在二碘甲烷浸液中观察合成红宝石（左）、扩散处理红宝石（中）和天然红宝石（右）

（张蓓莉，2006）

（二）高温化学热扩散处理蓝宝石

铁、钛高温化学热扩散处理蓝宝石（以下简称热扩散处理蓝宝石）的技术出现于20世纪80年代，这种扩散处理只能在蓝宝石表面形成很薄的一层颜色，在处理完后进行重新抛光时很容易被磨掉，所以，这种高温化学热扩散处理的样品一般采用成品。

1.方法

（1）进行高温化学热扩散处理的蓝宝石原料最好是无色的蓝宝石，也可以是颜色非常浅的蓝色蓝宝石或浅粉红色蓝宝石，还可以是人工合成的无色蓝宝石。

（2）混合渗剂由三氧化二铝（Al2O3）粉末和着色剂三氧化二铁（Fe2O3）、二氧化钛（TiO2）组成，将三者混合均匀备用。处理后的蓝色深浅与三氧化二铁和二氧化钛加入量的多少有关。

（3）将无色蓝宝石样品埋入混合渗剂，然后放入高温炉中加热，按照设定的加热速率缓慢加热，最高温度为1850℃，恒温时间为3～5d（若扩散渗层厚度不够，可以适当延长恒温时间），再按设定的降温速率使样品随炉降至室温后取出。按此工艺流程得到的扩散渗层厚度一般为0.5mm以下，热扩散处理蓝宝石的质量与样品的产地及成因有一定的关系。

热扩散处理蓝宝石非常漂亮，从中间切开，可以发现其蓝色仅集中于边缘，中间基本上还是无色的（图6-2）。

2.鉴定特征

（1）最有效的鉴定方法是把样品放在二碘甲烷浸液中，热扩散处理蓝宝石的刻面接合处清晰可见，刻面接合处及腰围处的蓝色明显更深，整体也呈现出清晰的蓝色轮廓；天然蓝宝石则看不到刻面界线，整体边缘也不清晰（图6-3、图6-4）。

图6-2　热扩散处理蓝宝石（a）从中间切开的剖面图（b）

（吴瑞华等，1994）

图6-3　在二碘甲烷浸液中观察天然蓝宝石（左）与热扩散处理蓝宝石（右）

（吴瑞华等，1994）

图6-4　在二碘甲烷浸液中，热扩散处理蓝宝石的刻面接合处和腰围处的颜色明显更深(www.xing528.com)

（吴瑞华等，1994）

（2）从外观来看，热扩散处理蓝宝石的蓝色浓艳，色彩自然，内部洁净、缺陷少，十分类似天然优质蓝宝石。但在显微镜透射光下观察，其蓝色明显减弱。

（3）热扩散处理蓝宝石各刻面之间的颜色不均匀，特别是棱角处的颜色较深。对已镶好热扩散处理蓝宝石的戒指而言，在蓝宝石戒面的腰围和底托接触处，常见一个深色环。

（4）热扩散处理蓝宝石的颜色不均匀，蓝宝石面上小裂纹及小麻坑处的颜色较深。

（5）在高倍放大镜下观察，刻面的表层常见气泡群，有时可见气泡群周围的颜色较深。

（6）由于热扩散处理蓝宝石都需要重新进行抛光，故在40倍以上的放大镜下仔细观察，可发现二次抛光中局部颜色被磨掉的现象。

（7）折射率出现异常，即单个戒面上的读数，大多高于天然蓝宝石的折射率。

（8）在相同颜色的情况下，其光谱吸收量比天然蓝宝石的要弱，尤其是蓝色区的铁线模糊，甚至消失。

（9）热扩散处理蓝宝石中常见高温化学热扩散处理的痕迹，如盘状裂纹，粗糙面等。

（三）高温化学铍扩散处理刚玉类宝石

2002年初，一些用新技术处理的刚玉类宝石，在没有做任何声明的情况下流向了世界珠宝市场。AGTA于2002年1月8日首先向世界各大珠宝实验室通报了这一情况，并发现它们源于泰国，使用的技术为高温化学铍扩散处理，且颜色种类丰富（图6-5）。经高温化学铍扩散处理后的刚玉类宝石，很像斯里兰卡产的名贵珠宝玉石帕德玛（Padparadscha）蓝宝石（一种非常漂亮的名贵宝石），并且还可以减少蓝宝石中过重的蓝色相，可使我国山东蓝色蓝宝石的颜色明显变浅。

1.方法和特点

高温化学铍扩散处理刚玉类宝石的加热温度和其他条件与前述两种技术相近，都是在高温、氧化条件下进行的。不同的是，铍元素可以扩散到刚玉类宝石内部较深的地方，可使整个刚玉类宝石都产生颜色。原因是铍（Be）的原子序数为4、原子量为9，氧（O）的原子序数为8、原子量为16，铍原子比氧原子小很多，故在高温热处理的过程中，铍进入刚玉类宝石内部的能力更强，使整个刚玉类宝石产生颜色的可能性更大。随着铍向刚玉类宝石内部扩散的深入，刚玉类宝石的主色相从黄色变为红色。

高温化学铍扩散处理不仅可使刚玉类宝石产生漂亮的颜色，还会在刚玉类宝石表面形成典型的刚玉外生长层，它们在重加工后依旧能保留下来（图6-6）。

2.鉴定特征

图6-5　高温化学铍扩散处理的各色刚玉类宝石

（张蓓莉，2006）

图6-6　高温化学铍扩散处理后的表面重结晶

（张蓓莉，2006）

（1）最科学有效的方法是对珠宝玉石的表面进行成分分析，未经高温化学铍扩散处理的刚玉类宝石表面铍含量为1.5～5ppm，而经高温化学铍扩散处理的刚玉类宝石表面铍含量为5～35ppm。并且，分析数据表明，在经高温化学铍扩散处理的刚玉类宝石中，铍含量呈有规律的分布（近表面铍浓度大，往珠宝玉石中心的铍浓度逐渐降低）。目前实验室通常使用LIBS（激光诱导击穿光谱仪）对刚玉类宝石表面的铍含量进行半定量对比检测，以最终确认该检测样品是否经过高温化学铍扩散处理。

（2）在二碘甲烷浸液中观察，高温化学铍扩散处理的刚玉类宝石颜色可以从刚玉类宝石表层到达内部的任何深度，有时甚至穿透整颗宝石。颜色可以是黄色、橘红色，也可以是无色；被色域包裹的中心一般为粉红色和红色，但也可能为无色、蓝色或其他颜色。所以，颜色可检测性不高。

（3）由于高温化学铍扩散处理在高温下进行，因此红、蓝宝石的表面容易生长附晶。新生的小晶体，并没有像普通热处理形成的那样覆盖整个宝石刻面，而是呈细小的板状存在于红、蓝宝石表面的空洞中。尽管这些小晶体经常在进一步的抛光中被去除一部分，但在表面上仍会留下一些痕迹，这些痕迹可作为其鉴定特征，在镜下用透射光很容易被看到。另外，作为指示性特征，镜下观察刚玉内矿物包裹体的变化特征也是鉴定的重要方面。如锆石包裹体在高温下会炸裂并发生相变，在高温化学铍扩散处理刚玉内常见锆石包裹体相变为氧化锆。另外，盘形裂隙等现象也可以作为其鉴定特征。