Нагревание применяется к многим драгоценным камням, чтобы изменить их цвет или чистоту. Для достижения желаемого результата некоторым материалам могут потребоваться только низкие температуры (ниже 1000°C), другим – очень высокая температура. Кроме того, некоторые виды драгоценных камней (например, корунд) могут требовать только высокотемпературной обработки, в то время как другие, например, алмазы, могут требовать высокой температуры в сочетании с высоким давлением (HPHT).
Для подавляющего большинства драгоценных камней нагревание приводит к улучшению цвета. В случае рубинов и сапфиров оно используется для улучшения чистоты за счет растворения включений рутила.
С помощью нагревания можно заполнить полости и трещины рубинов материалами (например, стеклом).
Термообработка в основном направлена на улучшение внешнего вида драгоценного камня. Некоторые процедуры направлены на простое изменение аспекта, например, изменение цвета в фиолетовом аметисте путем нагревания его до 600°С для получения оранжевого цитрина.
Улучшение внешнего вида часто приводит к повышению чистоты и цвета, или к лучшему его распределению.
Эта практика так же древна, как и история драгоценных камней. Вы когда-нибудь слышали информацию о местах добычи сапфира, где шахтер помещает добытый камень в трубку, покрывает эту трубку «секретной» пастой и помещает ее в самодельную печь на уровне земли? О «секретной» пасте расскажем ниже.
Возьмем наш пример сапфира, который, на мой взгляд, является одним из наиболее типичных случаев применения термообработки.
В большинстве сапфиров мы отмечаем наличие включений рутила в виде игл, шелка, микроскопических и макроскопических кристаллов. Наличие цветных зон, либо следующих за линиями роста сапфира, либо ореолов, неравномерно распределенных по массе. Мы также находим многочисленные переломы, трещины и т.д.
Включения рутила могут быть растворены при термообработке, тем самым повысив чистоту камня.
Сверху: рубин из Мьянмы до и после термообработки.
Снизу: сапфиры из Таиланда до и после термообработки.
Повышение чистоты:
Отсутствие прозрачности в обычно прозрачном драгоценном камне больше связано с рассеянием, а не поглощением или прямой передачей света. Все, что находится в драгоценном камне с другим показателем преломления будет рассеивать свет, отражая его, тем самым снижая чистоту камня.
В целом, одного лишь нагревания при высоких температурах недостаточно для повышения чистоты камня с множественными трещинами, так как оно не закроет и не запечатает значительную часть трещин.
Однако, нагревание камня при высокой температуре в течение 10-20 часов обычно может создать достаточно твердое диффузионное «связующее» для частичного закрытия небольших трещин. Процесс укрепляет камень, который затем может быть огранен с меньшим риском поломки. Отметим, что заполнение трещин бораксом (тетраборат натрия) или другими борными соединениями часто является частью термической обработки, но давайте оставим это для темы наполнений.
В редких случаях трещины в сапфирах могут быть менее заметны, если термическая обработка проводилась при температуре около 1800°C (высокая температура), потому что при этой температуре окись железа разлагается и улетучивается за пределами трещин.
Чаще всего сапфиры содержат большое количество микрокристаллов, которые настолько малы и многочисленны, что выглядят как облака или туман невооруженным глазом и снижают прозрачность камня.
В большинстве случаев, когда камень нагревается до высокой температуры, то микрокристаллы растворяются в сапфире во время охлаждения, что значительно повышает прозрачность.
На данном этапе важно отметить, что для повторного растворения кристаллического материала в сапфире нет необходимости плавить кристаллы.
Например, температура плавления рутила 1830°C, но иглы рутила диаметром от 1 до 5 мкм быстро растворяются в сапфире при 1600°C. В этом случае сочетание конечной растворимости TiO2 (рутил) в сапфире при 1600°C и необычно высокой диффузии ионов Ti4+ определяют видимую степень растворения.
Улучшение цвета:
Существует много причин появления цвета в таком камне, как сапфир (продолжим этот пример); все эти цвета являются результатом присутствия примесей или других дефектных точек в кристалле, таких как отсутствующие атомы, дополнительно вставленные атомы, носители заряда, такие как избыточные электроны.
Термообработка вызывает определенные химические (термохимические) реакции на существующие дефекты и примеси в сапфире, приводящие к совершенно различным спектрам поглощения и связанным с ними изменениям цвета, например:
- Изменение валентного состояния примеси, изменение спектра поглощения.
- Индукция изолированных примесей для образования пар, которые поглощают не только примеси.
- Растворение включений, которые могут привести к появлению новых примесей в растворе и, таким образом, добавить новое поглощение.
Основными переменными, которыми можно управлять для улучшения цвета сапфиров, являются давление кислорода или водорода внутри печи, температура печи и время нагревания при этой температуре.
Обнаружение:
В корунде нагревание обычно обнаруживается при наблюдении термически измененных включений (например, сильно поврежденных кристаллов или заполненных трещин) или при изменении концентраций цвета (например, зональной окраски в некоторых сапфирах), которые наблюдаются при оптическом увеличении.
Для некоторых драгоценных камней (например, рубинов, сапфиров, розовых топазов) ультрафиолетовая флуоресценция также может дать представление о термической обработке.
Тем не менее, все еще существует большое количество драгоценных камней (кварц, турмалин и танзанит), где цвет однородно модифицирован и имеет мало включений, которые могут свидетельствовать о воздействии высоких температур.
Термическая обработка некоторых драгоценных камней остается не обнаруживаемой или в некоторых редких случаях требует более сложных аналитических методов (таких как UV-VIS-NIR или рамановская спектроскопия). Существуют определенные виды драгоценных камней (такие как корунд или алмазы), в которых в большинстве случаев возможно, но не систематически, обнаружить термическую обработку.
А «секретная» паста?
«Секретная» паста представляет собой смесь угля и различных сахаров, которую используют для обеспечения водорода при термической обработке в восстановительной среде.
С более подробной информацией можно ознакомиться на сайте https://www.geminterest.com/traitement.php#thermique
Загрузка...
