關于低品質藍寶石高溫擴散法工藝改善的相關探究

秦宏宇

（長春工程學院，吉林 長春130021）

世界上很多國家和地區有具有豐富的藍寶石礦產資源。如果依然采用傳統的改色技術改善低品質藍寶石，就會出現大量的廢料被長期擱置，造成了極大的人財物浪費。隨著礦產資源的不斷減少，就需要采用先進的工藝技術地低品質藍寶石工藝進行改善。對低品質藍寶石原料進行鑒別，其為裂隙發育，顆粒度比較大，呈灰暗顏色，往往是批量生產加工，價格低廉，雖然產量很高，但是利潤很低。 經過拋光后藍寶石原料在光澤上有所改善，而且色調統一，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缺乏必要的理論支撐，而且工藝比較粗糙，嚴重阻礙了藍寶石工藝的進一步發展。為了開闊藍寶石市場的前景，獲得客觀的經濟效益，本論文利用高溫擴散方法，對低品質藍寶石進行工藝改善后成為黑色藍寶石的改善機理進行探討。

1 低品質藍寶石樣品選擇

低品質藍寶石樣品一般透明度較差，顏色灰暗。 要使低品質藍寶石達到寶石級水準，即純正的顏色和高透明度，就要進行工藝處理以改善藍寶石品質。 隨著藍寶石礦產開發頻繁，寶石級藍寶石產量相對減少。 改善并利用低品質藍寶石成為了寶石學的重點研究課題。

本次試驗所選擇的原料為灰黑色藍寶石樣品，切開后內部呈現出不透明的灰藍色。用肉眼觀察，可見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，也有可以達到5 厘米粒徑的顆粒。 低品質藍寶石產量很高，價格低廉，采用傳統工藝改善后，成品為黑色。

2 低品質藍寶石樣品的預處理

在藍寶石品質改善試驗中，預處理是重要的環節。 本次試驗所采用的預處理技術包括水洗、酸洗、試劑處理三個步驟。

2.1 樣品水洗

低品質藍寶石原石樣品表面會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，進行編號。

2.2 樣品酸洗

將低品質藍寶石樣品浸泡在濃度10%的鹽酸中， 經過48 小時的酸洗后，可以將樣品表面以及微裂縫中所存留的雜質清除。 經過鹽酸浸泡后的樣品，會產生一些氣泡，這就說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散到內部。 對樣品進行特定藥劑處理，從樣品表面所形成的細小凹坑，可以見樣品具有微腐蝕性，但是并不會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其中，使擴散反應能夠順利進行。經過高溫改色后的低品質藍寶石還要進行切割和拋光處理，試劑腐蝕的表面被處理掉，因此樣品試劑的腐蝕性并不會對藍寶石成品的品質產生影響。經過了預處理后低品質藍寶石樣品干燥后，就可以進行高溫試驗了。

3 改色試驗

對低品質藍寶石進行改色試驗是采用擴散原理將藍寶石的顏色改善，所采用的技術處理方法是將致色離子注入到晶體內部，所選擇的著色劑為Fe2O3、C0203和Ti02， 經過改善后的樣品在會呈現出黑色。為了能夠將不同工藝條件下的改善效果反映出來， 采用對比試驗，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行熱處理試驗。

低品質藍寶石熱處理對比試驗結果如下：

樣品A-1， 處于1500℃溫度下， 開放氣氛下， 加入Fe2O3、Ti02、AI2O3、Na2CO3、硼砂高溫助劑，所獲得的實驗結果：表面呈均勻的黑色，光澤透明，切開后，裂縫有黑色呈現，邊緣處雖然有黑色擴散層，但是很薄。

樣品A-2，處于1500℃溫度下，強氧化氣氛下，加入Fe2O3、Ti02、AI2O3、Nn3O4高溫助劑，所獲得的實驗結果：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，但是沒有呈現出光澤。

樣品B-1， 處于1900℃溫度下， 開放氣氛下， 加入Fe2O3、Ti02、AI2O3、Na2CO3、硼砂高溫助劑，所獲得的實驗結果：表面呈均勻的黑色，具有較強的光澤，切開后，內部基本變黑，邊緣處雖然有黑色擴散層，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，所獲得的實驗結果：表面的裂縫處呈現出黑色，表面顏色略微加深，但是光澤度和透明度都沒有出現明顯的變化。

樣品預處理均為酸洗；預處理時間為24 小時。

4 結果討論

根據對比試驗所獲得的結果，對參數設置分別討論。

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，經過熱處理后，幾乎沒有呈現明顯的差異，但是黑色的光澤明顯增強。

4.2 氣氛

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

4.3 輔助劑

添加輔助劑會使熱處理效果更好一些，不僅降低了熔點，而且還會有部分液相產生，使著色離子向晶體內部擴散，減少腐蝕性。從實驗結果來看，硼砂的著色效果會更好一些，而且經過長時間高溫處理，效果更佳。

5 生產工藝流程

熱處理工藝可以采用可控溫硅鉬棒電爐或者油爐，經過實驗結果表明，選用不同的爐體進行實驗都可以獲得成功，但是要根據實際生產情況進行選擇。電爐的溫度低，容積小，處理時間長，但是受熱均勻、測定，調節方便；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。

低品質藍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應力消除。 將樣品連坩堝同時放入到900℃的馬弗爐中，進行大約6 小時的退火處理，然后自然冷卻，出成率明顯增加。

實驗成功后，就可以批量生產，工藝流程：對低品質藍寶石原料進行選擇、酸洗之后，采用熱處理技術進行著色處理，然后退火到室溫狀態。 打磨的過程包括切割、粗磨之后，進行細磨拋光處理，隨后成品。

6 結語

綜上所述，經過高溫擴散法工藝改善后的低品質藍寶石呈現出黑藍色，光澤效果良好。這就可以獲得很大的啟示，即藍寶石呈現黑色的原因在于其中鐵元素含量增多。 在高溫的作用下，致色離子擴散到晶體內部，使藍寶石的改變了顏色，而顏色擴散的程度與所添加的助溶劑液相的流動性有關。只有當致色離子順著裂理侵入到藍寶石的內部時，在高溫的作用下才會產生內容擴散，隨著反應面積的增大，速率的增加，寶石的整體顏色獲得了改善。

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