将宝石放置在可控气氛和温度的加热设备(电阻箱、马弗炉、石墨管炉、烧结炉等)中,添加不同的化合物或涂填物、选择不同的温度范围、气氛条件(氧化、还原、中性)、加热速率(升温、冷却)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所广泛接受的常见优化方法。热处理方法的主要机理如下:
1.改变过度致色杂质离子的价态
选择氧化气氛条件,在高温条件下对浅蓝灰色、浅黄色及浅粉红色蓝宝石进行热处理,通过Fe2+→Fe3++e价态的转化(O2-→Fe3+电荷迁移),使之转变为橙黄色和橙红色;同理,选择还原气氛条件,在高温条件下对绿蓝色绿柱石进行热处理,通过Fe3++e→Fe2+价态的转化,使之转变为蓝色海蓝宝石。
在还原气氛条件下,对斯里兰卡乳白色刚玉(存在Fe3+、Ti4+)进行高温热处理(~。C),有助于实现Fe3++e→Fe2+价态的转化,并导致Fe2++Ti4+→Fe3++Ti3+间的电荷迁移,而转变成蓝宝石。
2.消除不稳定的色心
如无色黄玉经Y射线辐照处理后,易诱生黄色不稳定色心和蓝色稳定色心(组合成褐色/棕褐色),经低温加热退火处理后,有助于消除黄色不稳定色心,稳固蓝色色心,并转变为蓝色黄玉。同理,无色黄玉经带电粒子(电子加速器)辐照处理后,变为蓝绿色(为棕、黄、蓝色心叠加所致),经中温加热退火处理后,能消除棕、黄色不稳定色心,转变为稳定的蓝色。
3.脱水作用
某些由褐铁矿(Fe2O3·nH2O)或氢氧化铁杂质致色的宝石,如黄色玉髓、褐黄色翡翠黄色木变石猫眼等宝石经热处理后,其内的褐铁矿易发生脱水而转变成赤铁矿(Fe2O3),原本黄色调则变为红色、褐红色。
4.蜕晶质结构的逆转
一些含铀、钍等放射性元素的原生晶质矿物,在放射性元素的蜕变作用下,其晶体结构会遭受不同程度的破坏,进而向非晶质转变,这一作用过程称为蜕晶化作用(也称变生态)。高温热处理作用有助于褐色一褐红色低型锆石(蜕晶化)向晶质逆转化,并变为无色透明的高型锆石。若在还原环境下加热处理,还可得到浅蓝色—蓝色锆石。
5.净化或老化
对一些有机宝石如象牙、琥珀等进行热处理,会使其中的有机质发生氧化,使外观颜色变深,达到“仿古或做旧”的效果。内部含大量微小气泡的不透明琥珀,经热处理后(真空或热油介质条件),可“净化”为透明琥珀。一些琥珀通过加热后,内部可诱发盘状张性裂隙(俗称“太阳光芒”)。
6.消除色带、诱生淬火裂隙
焰熔法合成红蓝宝石内部通常含有特征的弯曲生长纹,依据弯曲生长纹可与天然红宝石区分开。高温热处理/淬火处理可消除或减弱弯曲生长纹,若淬火裂隙再经熔合处理后,内部常诱发指纹状包体,有时与热处理红宝石不易区分。
7.消除丝状物和暗色核心或褐斑
高温热处理可去除红、蓝宝石的丝光(多为金红石包体或固溶体所致,经加热至~℃,快速冷却),改善其透明度和颜色,氧化气氛条件下,加热至~℃,有助于消除红宝石中的暗色核心或褐斑,并有效地改善其颜色