Miten tehdä jalokivioptimointi? Avaa 5 menetelmää ja laitteiden opas

Jalokivien käsittelyt, kuten kuumennus ja värjäys, lisäävät värejä ja kirkkautta. Lue, miten nämä menetelmät toimivat rubiinien, safiirien ja muiden rubiinien kohdalla. Koruntekijöille, suunnittelijoille ja jälleenmyyjille välttämätöntä, jotta jalokivet saadaan upeaan lopputulokseen.

Miten tehdä jalokivioptimointi? Avaa 5 menetelmää ja laitteiden opas

Gemstone Optimizatized Menetelmät ja tärkeimmät käytetyt laitteet

Jalokivien optimointikäsittelymenetelmiä on monia, ja tieteen ja teknologian kehittyessä näitä menetelmiä parannetaan ja päivitetään jatkuvasti. Perinteisimpiä optimointimenetelmiä ovat lämpökäsittely, värjäys ja värjäys, upottaminen värittömään öljyyn ja pintakäsittely. Esimerkiksi muinaisina aikoina ihmiset havaitsivat jo varhain, että kuumentamalla voidaan parantaa akaatin väriä, ja asettamalla akaatti erilaisiin väriaineisiin se voidaan värjätä eri väreihin. Vaikka nämä menetelmät tunnettiin, ne löydettiin tuolloin usein sattumalta. Vasta kun ihmiset vähitellen oppivat tuntemaan jalokivikiteiden (kuten timanttien, rubiinien, safiirien, topaasien, beryllien, kvartsien jne.) ja orgaanisten jalokivien (kuten helmien, meripihkan jne.) fysikaaliset ominaisuudet ja värinmuodostusmekanismit, he pystyivät murtautumaan perinteisten alojen läpi ja kehittämään uusia optimointikäsittelymenetelmiä.

Tärkeimmät jalokivien optimointikäsittelymenetelmät ovat nykyisin seuraavat: fysikaalis-kemiallinen käsittely, lämpökäsittely, säteilytyskäsittely, korkealämpötila- ja korkeapainekäsittely sekä laserkäsittely. Laajimmin käytetty menetelmä jalokivien optimointikäsittelyssä on lämpökäsittely, joka parantaa rubiinien, safiirien, jadeiitin ja kalcedonin kaltaisten jalokivien väriä, jotka ovat epäpuhtauksien hivenaineiden värittämiä. Säteilytysmenetelmällä parannetaan pääasiassa värikeskuksia sisältävien jalokivien väriä, jolloin säteilytyksellä aiheutetaan vikoja jalokiven rakenteelliseen koostumukseen, jolloin muodostuu värikeskuksia ja jalokiven väri muuttuu. Fysikaalis-kemiallinen käsittely on perinteisempi optimointimenetelmä, kuten värjäys, jossa käytetään yleisesti erilaisia väriaineita jalokivien värjäämiseen. Tarvittavat laitteet ovat yksinkertaisia ja toiminta on kätevää, mutta parannetut jalokivet ovat epävakaita ja alttiita haalistumaan. Korkean lämpötilan ja korkean paineen käsittely on nykyisin timanttien käsittelymenetelmä, jossa niiden väriä muutetaan korkean lämpötilan ja paineen avulla. Laserkäsittelyä käytetään ensisijaisesti timanttien paikalliseen käsittelyyn niiden värin ja kirkkauden parantamiseksi.

Jakso I Jalokiven kemiallinen käsittelymenetelmä

Jalokivien fysikaalisiin ja kemiallisiin käsittelymenetelmiin kuuluvat yleiset käytännöt, kuten värjäys ja värjäys, valkaisu, öljyyn upottaminen, injektointitäyttö, liimaus, pinnoitus, taustapinnoitus, kerrostaminen ja kuorinta, joilla on pitkä historia. Näistä värjäys on perinteinen menetelmä jalokivien värin parantamiseksi, joka juontaa juurensa antiikin ajoilta. Historialliset tiedot osoittavat, että värjätty punainen akaatti löydettiin egyptiläisistä haudoista noin 1300 eKr. Perinteisten parannusmenetelmien yksinkertaisuuden vuoksi niitä voidaan soveltaa useimpiin rakenteeltaan löyhiin kryptokiteisiin tai yksikiteisiin jalokiviin, joissa on paljon halkeamia. Monet markkinoilla olevat värjätyt jalokivet jäljittelevät luonnonjalokiviä, joten meidän on tunnistettava värjäys- ja muilla värjäysmenetelmillä käsitellyt jalokivet. Ne luokitellaan kemiallisiin ja fysikaalisiin käsittelymenetelmiin käsittelymenetelmien luonteen perusteella.

Kemiallisilla käsittelymenetelmillä tarkoitetaan tietyn määrän kemiallisten reagenssien lisäämistä, jotka reagoivat kemiallisesti jalokiven ainesosien kanssa, jolloin kemiallisten reagenssien väriaineet pääsevät jalokiven sisälle tai tihkuvat jalokiven halkeamiin muuttaakseen jalokiven värin ulkonäköä. Kemiallisen käsittelyprosessin aikana on lisättävä muita aineita kuin jalokiven komponentteja. Tämä optimointikäsittelymenetelmä on eräänlainen jalostus, ja se on merkittävä, kun jalokivi myydään. Yleisiä kemiallisia käsittelymenetelmiä ovat värjäys, värjäys, valkaisu ja ruiskutäyttö.

1. Värjäys ja värjäys

Värjäys- ja värjäysprosessit ja -periaatteet eroavat toisistaan ainoastaan käytettyjen väriaineiden osalta: värjäyksessä käytetään orgaanisia väriaineita, kun taas värjäyksessä käytetään epäorgaanisia pigmenttejä. Värjäyksen ja värjäyksen periaatteet ovat samat, ja niihin kuuluu väriaineiden imeyttäminen jalokiveen jalokiven värin parantamiseksi tai muuttamiseksi. Orgaaniset väriaineet ovat elinvoimaisempia, mutta niiden stabiilisuus on huonompi ja ne haalistuvat ajan myötä; värjäyksessä käytettävät kemialliset reagenssit ovat väriltään samankaltaisia kuin luonnonjalokivet ja niiden stabiilisuus on hyvä, joten ne haalistuvat vähemmän. Nykyisin useimmat jalokivet värjätään epäorgaanisilla pigmenteillä.

(1) Materiaaleja, väriaineita ja liuottimia koskevat vaatimukset

Värjäys- ja värjäysmenetelmät ovat samankaltaisia, ja ne vaativat vain vähän välineitä; riittää, että niitä liotetaan astiassa jonkin aikaa. Jos värin halutaan tunkeutuvan jalokiveen, prosessin aikana tarvitaan lämmitystä, ja lämmityslämpötila on yleensä alhainen. Värjäystä ja värjäystä käytetään pääasiassa jalokivimateriaaleille, jotka ovat väriltään vaaleita ja rakenteeltaan löyhiä. Värjäyksen ja värjäyksen vaikutukset riippuvat muun muassa jalokivimateriaalista, valituista väriaineista ja pigmenteistä sekä väriaineliuottimista, joiden erityisvaatimukset ovat seuraavat.

① Jalokivimateriaaleja koskevat vaatimukset

Ensinnäkin niiden on kestettävä happoja, emäksiä ja lämpöä. Käsiteltävät jalokivimateriaalit on puhdistettava hapolla tai emäksellä ennen värjäystä, ja prosessin aikana on kuumennettava, joskus niitä on keitettävä jonkin aikaa.

Toiseksi käsiteltävillä materiaaleilla on myös oltava tietty huokoisuus, jotta väriaine pääsee tunkeutumaan jalokivimateriaaliin. Sellaiset materiaalit kuin jadeiitti, nefriitti, kalcedoni, akaatti ja marmori ovat suhteellisen helposti värjättävissä.

Huokosettomia jalokiviä varten on luotava keinotekoisia huokosia tai halkeamia, jotta väriaine pääsee kristalliin. Esimerkiksi kvartsiräjähdysmenetelmässä kvartsia on ensin kuumennettava ja sammutettava erittäin pienten halkeamien luomiseksi, minkä jälkeen se värjätään tai värjätään, jolloin saadaan punaista tai vihreää kvartsia (kuva 4-1).

② Väriaineita (mukaan lukien väriaineet ja pigmentit) koskevat vaatimukset.

Valitse ensin sopiva väriaine tai pigmentti jalokiven ominaisuuksien perusteella. Jalokiviä värjättäessä väriaineen värin tulisi olla lähellä jalokiven luonnollista väriä. Orgaanisilla väriaineilla värjätyissä jalokivissä on monia värejä ja ne ovat hyvin kirkkaita, mutta ne antavat "väärennetyn" tunteen ja niiden stabiilisuus on heikko ja ne haalistuvat helposti; epäorgaanisten pigmenttien väri on usein lähempänä luonnollisia jalokiviä, niiden stabiilisuus on parempi eikä niitä ole helppo haalistaa, joten ihmiset valitsevat yleensä epäorgaanisia pigmenttejä. Kun valitset väriaineita, yritä valita ne, jotka eivät haalistu. Orgaaniset väriaineet, erityisesti amiinivärit, ovat alttiita haalistumaan, ja niitä on käytettävä varovaisesti.

Toiseksi, valitse väriaineet, jotka voivat reagoida kemiallisesti jalokiven sisällä olevien tiettyjen elementtien kanssa tai jotka voivat adsorboitua jalokivimateriaalin huokosiin. Yleisiä väriaineita ovat esimerkiksi kromi-, rauta-, mangaani-, koboltti- ja kuparisuolat.

③ Väriaineliuottimia koskevat vaatimukset

Väriaineilla (väriaineilla) voidaan värjätä kahdella tavalla: öljyvärjäys ja vesivärjäys. Öljyvärjäyksessä käytetään erilaisia öljyjä väriaineen liuottamiseen, kun taas vesivärjäyksessä käytetään vettä tai polaarisia molekyylejä, kuten etanolia, liuottimina väriaineen liuottamiseen. Värjäyksessä on tärkeää valita sopiva liuotin väriaineen (pigmentin) tyypin ja jalokivimateriaalin adsorptiokyvyn perusteella.

Eipolaarisen molekyyliöljyn käyttämistä liuottimena kutsutaan öljyvärjäykseksi. Värillisiä öljyjä (eli öljyjä, jotka liuottavat orgaanisia väriaineita) käytetään yleisesti rubiinien ja smaragdien liottamiseen, jolloin värillinen öljy tunkeutuu jalokivien halkeamiin.
Vesivärjäystä käytetään useimmiten epäorgaanisten pigmenttien värjäämiseen, jolloin pigmentit liuotetaan veteen tai alkoholiin, luodaan kyllästetty liuos ja liotetaan esikäsitellyt jalokivet. Liotusaika on yleensä pidempi kuin öljyvärjäyksessä, ja joskus käytetään väriaineen kanssa reagoivia kemiallisia aineita uudelleenkäsittelyyn halutun värin saavuttamiseksi. Esimerkiksi akaattia värjättäessä valitaan erilaisia kemiallisia reagensseja kemiallisen reaktion aikaansaamiseksi, ja tuloksena syntyvä sakka tunkeutuu jalokiven halkeamiin, mikä vakauttaa värin värjäyksen jälkeen.

(2) Jalokivien värjäysvaikutukseen vaikuttavat tekijät

Jalokiven materiaalin ja väriaineen lisäksi on otettava huomioon myös muita tekijöitä, kuten jalokiven happopesukäsittely ennen värjäystä, värjäyksen aikainen kuumennuslämpötila ja värjäysprosessin kesto.

① Hapan pesukäsittely

Ennen jalokivimateriaalien värjäystä tarvitaan happopesu, jotta keltainen, ruskea ja muut sekavärit saadaan poistettua jalokiven pinnasta ja pinta pysyy puhtaana. Happopesun jälkeen on valittava tietty emäksinen liuos jalokiven neutraloimiseksi. Jos värjäykseen valitaan kemiallinen reaktiomenetelmä, on otettava huomioon saostuksen syntymiseen vaadittavat olosuhteet; muutoin reaktio ei voi edetä. Happopesun jälkeen jalokivi olisi kuivattava uunissa tai ilmakuivattava ennen jatkokäsittelyä.

② Lämmityslämpötila ja värjäyskäsittelyaika

Värjäysprosessin aikana käytetään yleensä kuumennusta, joka edistää väriaineen tunkeutumista jalokiven halkeamiin. Lämmityslämpötila ja värjäyskäsittelyaika vaikuttavat myös jalokiven lopulliseen väriin. Korkeampi lämmityslämpötila johtaa nopeampaan reaktionopeuteen, mikä edellyttää lyhyempää värjäysaikaa; vastaavasti matalampi lämmityslämpötila edellyttää pidempää aikaa paremman värjäysvaikutuksen saavuttamiseksi.

Värjäys- ja värjäyskäsittelyprosessi on yksinkertainen, helppokäyttöinen ja laajalti käytetty. Sitä voidaan soveltaa yksikiteisiin jalokiviin, joissa on halkeamia, ja monikiteisiin tai kryptokiteisiin jalokivimateriaaleihin, joissa on löyhiä rakenteita. Yleisesti värjättyjä ja värjättyjä jalokiviä ovat rubiinit, smaragdit, akaatit, kalcedoni, nefriitti, xiuyan-jade, jadeiitti, helmet, norsunluu, opaalit, koralli, kvartsiitti, turkoosi ja muut.

(3) Värjättyjen jalokivien tunnistusominaisuudet

Värjätyissä jalokivissä on kirkkaat värit, ja suurennettaessa väri näkyy halkeamia pitkin tai hiukkasten välissä, jolloin vaaleammat värit ovat tiiviissä rakenteissa ja tummemmat värit löysissä rakenteissa. Esimerkiksi värjätyissä rubiineissa (kuva 4-2) väri näkyy suurennuslasin alla keskittyneenä rubiinin halkeamiin, ja värirajailmiö on selvä.

2. Valkaisu

Valkaisua käytetään yleensä jadessa tai orgaanisissa jalokivissä, joissa on paljon pinnan värivaihteluita, kuten jadeiitissa, helmissä ja korallissa. Valkaisuaineita ovat yleensä kloorikaasu, hypokloriittisuolat, vetyperoksidi ja sulfiitit. Auringonvalo voi myös aiheuttaa tiettyjen jalokivien haalistumista, mikä voi olla auringonvalon valkaiseva vaikutus. Vetyperoksidi ja hypokloriittisuolat ovat yleisesti käytettyjä valkaisuaineita jalokivien optimointiprosesseissa. Vetyperoksidia ja auringonvaloa käytetään usein luonnon- tai viljeltyjen helmien valkaisuun, jolloin erityisen tummat tai vihertävät helmet saadaan valkaistua, jolloin ne ovat lähempänä korkealaatuisia luonnonhelmiä. Vetyperoksidia ja hypokloriittisuoloja käytetään yleisesti jaden, kuten jadeiitin, valkaisuun (kuva 4-3), jolloin valkaisun jälkeen pinnan keltaiset ja ruskeat sävyt poistuvat, jolloin jadeiitin vihreä pääsee paremmin esiin.

Jaden rakenne on vaurioitunut valkaisukäsittelyn jälkeen, ja se on yleensä ruiskutettava ja täytettävä, jotta sen rakenne saadaan tiiviiksi ja vakaaksi. Orgaanisia jalokiviä, kuten helmiä ja koralleja, voidaan myydä valkaisun jälkeen ilman täyttökäsittelyä, ja niiden värit ovat myös hyvin vakaita. Valkaisukäsittelyä pidetään optimointikäsittelynä, eikä sitä tarvitse merkitä jalokiviä myytäessä; ne voidaan nimetä suoraan käyttäen luonnonjalokiven nimeä. Valkaisuun käytettäviä jalokiviä ovat jadeiitti, nefriitti, Xiuyan-jade, kvartsiitti, helmi, koralli, kalcedoni, piipuu ja tiikerinsilmä.

Valkaisukäsittelyn jälkeen jalokivissä näkyy suurennoksessa appelsiininkuorta tai kanavamaista rakennetta, hienoja mikrosäröjä, jotka näkyvät kiillotetulla pinnalla, löysä sisäinen rakenne ja puhdas, kirkas väri ilman epäpuhtauksia. Täyttökäsittelyä käytetään usein valkaisun jälkeen jalokiven rakenteen vakauttamiseksi.

3. Ruiskutäyttö

Ruiskutäytteellä tarkoitetaan käsittelymenetelmää, jossa nestemäisiä aineita ruiskutetaan jalokivien halkeamiin tietyin teknisin keinoin. Se soveltuu pääasiassa jalokivimateriaaleille, jotka ovat rakenteeltaan löysiä tai joissa on paljon halkeamia, ja täyttää jalokivien halkeamat ja huokoset aineilla, kuten värittömällä öljyllä, värillisellä öljyllä, hartsilla, vahalla tai muovilla, jolloin niiden rakenne muuttuu kiinteämmäksi, jalokivien vakaus paranee tai jalokivien väri muuttuu. Ruiskutäyttö voidaan jakaa värittömiin ja värillisiin, ja sen päätavoitteet ovat seuraavat.

(1) Halkeamien peittäminen

Luonnonjalokivissä on usein paljon halkeamia, kun niitä valmistetaan. Lukuisat halkeamat vaikuttavat sekä jalokivien ulkonäköön että niiden vakauteen. Halkeamat voidaan peittää ruiskuttamalla väritöntä öljyä ja muita aineita jalokivimateriaalin halkeamiin, huokosiin tai rakeiden välisiin rakoihin, jolloin ne eivät näy niin selvästi ja niiden käyttökelpoisuus ja taloudellinen arvo paranevat. Esimerkiksi luonnollisissa smaragdeissa ja rubiineissa on usein paljon halkeamia, ja ruiskuttamalla niihin väritöntä tai värillistä öljyä voidaan parantaa niiden värillistä ulkonäköä.

(2) Jalokivien vakauden parantaminen

Rakenteeltaan löyhien jalokivien, kuten turkoosien ja smaragdien, ruiskuttaminen ja huokosten täyttäminen, jotta niistä saadaan kiinteämpiä, kovuutta ja vakautta lisääviä.

(3) Parantaa värin kirkkautta ja jalokivien taloudellista arvoa

Vaaleampia värejä sisältävien jalokivien osalta värillisen öljyn, värillisen vahan ja muiden materiaalien ruiskuttaminen vahvistaa niiden rakennetta ja syventää jalokivien väriä.

Oletetaan, että turkoosin huokosiin ruiskutetaan värillistä ainetta. Tällöin se voi lisätä sen kovuutta ja vähentää valon sirontaa, syventää sen väriä ja parantaa merkittävästi sen kovuutta.

Ruiskutäyttömenetelmällä parannettavia jalokiviä ovat rubiinit, safiirit, smaragdit, turkoosi, lapislazuli, opaali, berylli, kvartsi ja jade.

Injektiotäytön jälkeen jalokiven läpinäkyvyys ja kiilto ovat vähentyneet täytön kohdalla suurennoksessa. Esimerkiksi värittömässä öljytäytteisessä smaragdissa (kuva 4-4) näkyy, että läpinäkyvyys ja kiilto täyttökohdassa ovat huomattavasti alhaisemmat kuin luonnollisissa smaragdeissa. Jos täyttöön käytetään värillistä öljyä, väri halkeamien kohdalla syvenee. Täyttökohdassa on näkyvissä kuplia, ja infrapunaspektroskopiatestit paljastavat täyttömateriaalille tyypilliset infrapuna-absorptiospektrit, joiden taitekerroin ja tiheys ovat alhaisemmat kuin luonnonjalokivien.

II jakso Jalokivien fysikaaliset käsittelymenetelmät

Jalokivien fysikaaliset käsittelymenetelmät ovat myös laajalti käytössä, ja niillä tarkoitetaan jalokivien muokkaamista muiden materiaalien kanssa liimaamalla, liittämällä ja muilla tekniikoilla kokonaisvaikutelman luomiseksi. Yleisiä fysikaalisia käsittelymenetelmiä ovat pintakäsittelyt, pinnoitus, kuorrutus, kerrostaminen, taustapinnoitus ja liittäminen.

1. Pintakäsittely

Värillisen foliokerroksen levittäminen (tunnetaan myös nimellä "foliokäsittely") jalokiven pinnalle tai pohjalle tai maalin käyttäminen pinnoitteena jalokiven kaikkien tai joidenkin fasettien pinnalla muuttaa sen väriä ja siten sen ulkonäköä. Alun perin tätä käytettiin yleisesti timanttien kohdalla; yksinkertaisin pinnoitus on esimerkiksi timantin pinnan merkitseminen sinisellä musteella, mikä voi parantaa timantin ulkonäköä musteen värin ansiosta. Vaaleankeltaisen timantin pohjalle levitetään kerros sinistä kalvoa, joka voi parantaa timantin väriluokkaa. Tätä käsittelymenetelmää käytetään yleisesti timanttien, topaasien, kristallien, korallien ja helmien käsittelyssä.

Nykyisin yleinen pinnoitusmenetelmä on värittömän tai vaalean topaasin tai kristallin päälle levitettävä värillinen pinnoitekerros, jolla voidaan saada aikaan erilaisia värejä. Useimmissa tapauksissa lisätty väri esiintyy vain jalokiven pinnalla. Tällä pinnoitteella päällystetyt jalokivet on helppo tunnistaa, sillä päällystetty pinta on usein erivärinen kuin pohja, ja pinnoitteen alhaisemman kovuuden vuoksi monet naarmut ovat usein näkyvissä.

2. Pinnan pinnoitus

Tieteen ja teknologian kehityksen myötä, Pinta Platinointi on vähitellen kehittynyt siten, että värittömien tai vaaleiden jalokivien pinnalle levitetään värillinen kalvokerros jalokivien värin muuttamiseksi. Tätä käsittelymenetelmää käytetään yleisesti timanttien, topaasien, kristallien jne. kohdalla. Timanttipinnoite on usein timanttikalvo, joka on hyvin ohut kerros synteettistä timanttia timantin päällä; vahvan kiiltonsa ja suuren kovuutensa vuoksi se näyttää hyvin samalta kuin timantti. Vaaleiden topaasien tai kristallien päälle pinnoitetaan usein metallioksidikalvokerros (kuva 4-5), jonka pinnalla on sateenkaarimainen ulkonäkö. Silti naarmut näkyvät suurennoksessa, ja ajan myötä pinta saattaa osittain kuoriutua.

3. Liikakasvu

Ylikasvulla tarkoitetaan synteettisen tai luonnollisen jalokiven pinnalle synteettisin menetelmin kasvanutta jalokivikerrosta. Tämä Overgrowth jalokivi voi vaihdella paksuudeltaan. Sitä ei ole helppo tarkasti erottaa vesiliuoksissa kasvatetuista jalokivistä. Esimerkiksi synteettisen smaragdin kerros voi kasvaa smaragdin tai beryllin päälle, jolloin siinä on sekä luonnollisten että synteettisten smaragdien piirteitä. Overgrowth-jalokiviä tunnistettaessa on tarkkailtava ylemmän ja alemman jalokivikerroksen välistä liitosaluetta, värieroja ja sulkeumaominaisuuksia.

4. Välikerros ja substraatti

The Interkerros ja substraatti liimataan yhteen eri menetelmin, jolloin muodostuu kokonainen jalokivi, joka parantaa luonnonjalokivien ulkonäköä, väriä ja ulkoasua. Pohjakerrosta käytetään pääasiassa vaaleampien jalokivien, kuten kellertävien timanttien, värin parantamiseen; lisäämällä pohjalle kerros sinistä pohjakerrosta voidaan parantaa timantin väriluokkaa. Kerrosta käytetään yleensä kolmikerroksisissa komposiittikivissä; esimerkiksi ylempi kerros on luonnollinen vaaleanvihreä smaragdi ja alempi kerros on väritön tai vaaleanvihreä berylli, jonka keskellä on vihreä kerros, joka parantaa smaragdin väriä.

5. Komposiitti

Komposiitti on useiden jalokivien tai materiaalien yhdistelmä eri tavoin. Yleisiä komposiittikiviä ovat kaksikerroksiset ja kolmikerroksiset komposiittikivet. Komposiitti on yleinen fyysinen parannusmenetelmä, ja sitä käytetään laajalti. Komposiittikäsittelyllä voidaan parantaa jalokivien väriä ja ulkonäköä. Yleisiä komposiittikiviä ovat muun muassa smaragdit, rubiinit, granaatit, opaalit ja timantit (kuva 4-6). Komposiittijalokivien tunnistamisessa käytetään pääasiassa suurennettua tarkastelua, jossa kiinnitetään huomiota jalokivien komposiittisaumoihin, eri kerrosten värien ja kiiltojen eroihin sekä komposiittisaumojen välisiin kupliin.

III jakso Lämpökäsittelymenetelmä

Lämpökäsittely on yksi yleisimmin käytetyistä menetelmistä jalokivien optimoinnissa. Jalokivet asetetaan laitteisiin, joilla voidaan säätää lämmitystä, ja lämpökäsittelyyn valitaan erilaisia lämmityslämpötiloja ja hapettumis-pelkistymisilmapiirejä, jotka parantavat jalokivien väriä, läpinäkyvyyttä ja kirkkautta. Lämpökäsittelyllä voidaan parantaa jalokivien esteettistä ja taloudellista arvoa ja paljastaa niiden sisältämä potentiaalinen kauneus, mikä tekee siitä helppokäyttöisen ja laajalti hyväksytyn menetelmän jalokivien optimointiin, joka luokitellaan optimoinniksi. Se voidaan nimetä suoraan käyttämällä jalokivien nimikkeistössä luonnollisen jalokiven nimeä.

1. Lämpökäsittelylaitteet

Jalokivien lämpökäsittelyä varten tarvitaan ensin tietyt laitteet jalokivien lämmittämiseksi. Lämpökäsittelylaitteet voidaan jakaa kahteen pääosaan: päälaitteisiin ja apulaitteisiin.

1.1 Ensisijaiset laitteet

Lämpökäsittelyssä käytetään ensisijaisesti lämmityslaitteita, joihin kuuluu kaksi ryhmää: lämpökäsittelyuunit ja lämmityslaitteet. Laboratorioissa yleisesti käytettyjä lämpökäsittelyuuneita ovat tavalliset lämpökäsittelyuunit (vastusuunit, suolauunit, polttoaineuunit), suojakaasu-uunit ja tyhjiölämpökäsittelyuunit. Lämmityslaitteisiin kuuluvat laserlämmityslaitteet ja elektronisuihkulämmityslaitteet.

Apulaitteisiin kuuluvat mm. valvotun ilmakehän laitteet (kaasugeneraattorit, ammoniakin hajotuslaitteet, tyhjiöjärjestelmät jne.), sähkölaitteet (jakokaapit, puhaltimet jne.), mittauslaitteet (lämpötilamittarit, painemittarit, virtausmittarit ja automaattiset ohjauslaitteet jne.) sekä upokkaat ja puhdistusjäähdytyslaitteet jne.

(1) Tavallinen lämpökäsittelyuuni

Tavallisilla lämpökäsittelyuunilla tarkoitetaan pääasiassa lämpökäsittelyssä yleisesti käytettäviä vastusuunia, suolan sulatusuunia, polttoaineuunia jne.

① Vastusuuni

Vastusuunissa on lämmityselementtejä (lankoja, piikarbidia, molybdeenisilisidiä, kobolttioksidia jne.). Laboratorioissa yleisesti käytettyjä tyyppejä ovat laatikkouunit ja putkiuunit.

Laatikkotyyppinen vastusuuni: Laatikkotyyppisessä vastusuunissa on laatikonmuotoinen kammio (kuva 4-7), joka luokitellaan korkeaan, keskilämpötilaan ja matalaan lämpötilaan käyttölämpötilan perusteella. Maassamme valmistetut laatikkotyyppiset vastusuunit on standardoitu, lukuun ottamatta matalalämpötilasovelluksia, joissa käytetään erilaisia vakiolämpötilaisia laatikoita.

Korkean lämpötilan laatikkotyyppistä vastusuunia käytetään pääasiassa korkean sulamispisteen jalokivien, kuten korundin, rubiinin, safiirin ja zirkonin, värin parantamiseen, kun yleinen lämmityslämpötila on yli 1000 ℃.

Keskilämpötilaista laatikkouunia käytetään usein lämpökäsiteltäessä jalokiviä, kuten safiiria, topaasia, kristallia ja tansaniittia, jotka vaativat keskilämpötilan ja matalan lämpötilan värinmuokkausta. Lämpökäsittelylämpötila vaihtelee tyypillisesti 650 °C:sta 1000 °C:een.

Matalan lämpötilan lämpökäsittelyuunia käytetään pääasiassa orgaanisten jalokivien ja rakenteeltaan vettä sisältävien jalokivien, kuten helmien, korallien ja opaalien, käsittelyyn.

Laatikkotyyppisen vastusuunin rakenne on yksinkertainen, sitä on helppo käyttää ja sen kustannukset ovat alhaiset, joten se on laboratorioiden keskeinen laite. Laatikkotyyppisen vastusuunin etuja ovat sen korkea lämmityslämpötila, suuri sisätila ja kyky ottaa useita näytteitä kerralla. Tämäntyyppisessä lämpökäsittelyuunissa on kuitenkin haittoja, kuten alhainen lämpötehokkuus, hidas lämmitys ja epätasainen uunin lämpötila, joita on parannettava käytön aikana. Esimerkiksi uunin epätasainen lämpötila voidaan määrittää ennalta mittaamalla lämpökenttä ja sijoittamalla näytteet tiettyihin lämpötilapaikkoihin epätasaisen lämpötilan poistamiseksi.

Putkivastusuuni: Putkivastusuunissa käytetään yleensä vastuslankaa, joka on kerrostettu korkean lämpötilan tulenkestävien materiaalien (yleensä 99%-alumiiniputket) ympärille, ja lämpötilaa voidaan säätää segmenteittäin. Siinä voidaan myös käyttää piikarbidisauvoja lämmityselementteinä, jotka on sijoitettu ympyrään alumiinioksidiputken ympärille. Putkivastusuunissa voidaan säätää ilmakehää eristämällä lämmityselementti uunin ilmakehästä kotelolla, jolloin voidaan tarpeen mukaan syöttää erilaisia ilmakehiä (kuten hapettavia tai pelkistäviä ilmakehiä), ja savukaasu poistuu uunin kannessa olevien poistoaukkojen kautta (kuva 4-8).

Putkivastusuunin etuja ovat sen nopea lämmitysnopeus, segmentoitu lämpötilan säätö ja tarkka lämpötilan säätö; sen haittapuolina ovat se, että se pystyy käsittelemään pienempää määrää näytteitä eikä sitä ole helppo irrottaa.

② Suolan sulatusuuni:

Suolansulatusuuni on lämpökäsittelylaite, joka käyttää sulaa suolaa lämmitysaineena ja jolle on ominaista sen yksinkertainen rakenne ja nopea, tasainen lämmitysnopeus. Suolan sulamislämpötila suolasulatusuunissa vaihtelee 150 - 1300 ℃ välillä suolaliuoksen koostumuksesta riippuen, mikä yleensä mahdollistaa lämmityslämpötila-alueen, joka soveltuu jalokivien matalan ja keskilämpötilan lämpökäsittelyyn. Haittapuolina ovat suuri energiankulutus, näytteiden puhdistamisen vaikeus käsittelyn jälkeen sekä tietyt korroosiovaikutukset ja epäpuhtaudet jalokiviin. Yleisiä suolasulatusuunityyppejä ovat elektrodityyppi ja sähkölämmitystyyppi.

Elektrodisuolan sulatusuuni: Tämä sähköuuni asettaa elektrodit uunin kammioon ja siirtää pienjännitteisen suurvirran, joka tuottaa voimakkaan sähkömagneettisen kierron, kun virta virtaa sulan suolan läpi, mikä edistää sulan suolan pyörteilyä näytteen lämmittämiseksi. Maamme elektrodisuolan sulatusuunit ovat enimmäkseen suuria teolliseen tuotantoon ja soveltumattomia laboratorioihin. Laboratorioissa voidaan suunnitella pieniä uuneja käyttämällä sarjatuotantona valmistettuja suolan sulatusuunin muuntajia.
Sähkölämmitteinen suolan sulatusuuni: Tämä uuni koostuu sulaa suolaa sisältävästä upokkaasta ja uunin rungosta, joka lämmittää upokasta. Lämmönlähteenä on usein sähköenergia, mutta myös muita polttoaineita käytetään. Sitä käytetään yleisesti kemiallisten komponenttien aiheuttamien itsevärjäytyneiden jalokivien lämpökäsittelyyn. Sen ominaisuuksiin kuuluu, että lämmönlähdettä ei ole rajoitettu eikä muuntajia tarvita, mutta upokkaan käyttöikä on lyhyt ja lämpötilan jakautuminen uunin sisällä on epätasaista. Maassamme valmistetaan monia tämäntyyppisiä uunimalleja, mutta vain osa niistä soveltuu jalokivien optimointikäsittelylaboratorioihin.

③ Polttoaineuunit:

Polttoaineuunit voidaan luokitella käytettävän polttoaineen tyypin perusteella kiinteän polttoaineen uuneihin, kaasupolttoaineen uuneihin ja nestemäisen polttoaineen uuneihin. Lämmityskammion muodon mukaan ne voidaan jakaa myös kammiouuniin, pöytäuuniin, kaivo-uuniin jne. Yleisin kiinteän polttoaineen uuni on alhaalla toimiva kamariuuni, jossa pääpolttoaineena on hiili. Sen etuina ovat yksinkertainen rakenne ja alhaiset kustannukset, mutta haittapuolina ovat huono lämpötilan tasaisuus ja vaikeus hallita lämpötilaa.

Kaasu-uunit käyttävät polttoaineena palavia kaasuja (kuten hiilikaasua, maakaasua, nestekaasua jne.). Koska palavat kaasut sekoittuvat helposti ilmaan ja palavat täydellisesti, uunin lämpötila on tasaisempi kuin kiinteän polttoaineen uunien, joten se soveltuu jalokivien rutiininomaiseen laboratoriokäsittelyyn. Uunin sisällä olevan lämpötilan mittaustarkkuutta voitaisiin kuitenkin parantaa.

Nestemäistä polttoainetta käyttävissä uuneissa käytetään polttoaineena dieseliä tai raskasöljyä, ja niiden rakenne on samanlainen kuin kaasu-uunien. Ainoa ero näiden kahden välillä on polttolaitteen rakenteessa.

(2) Valvotun ilmakehän uuni

Happea tai pelkistävää kaasua syötetään kontrolloidun ilmakehän uuniin jalokivien värin ja ulkonäön parantamiseksi ohjaamalla hapettumista tai pelkistävää ilmakehää. Kontrolloidun ilmakehän uunissa on yleensä kaksi osaa: kontrolloidun ilmakehän työuuni ja kontrolloidun ilmakehän tuottava laite.

① Valvotun ilmakehän työuuni:

Tämäntyyppinen uuni on yleensä parannettu versio vastusuunista, ja sekä laatikko- että putkiuunia voidaan käyttää suojakaasu-uunina. Kontrolloidun ilmakehän uunin voi muodostaa lisäämällä hallittavissa olevan ilmakehän lisälaitteen, joka sallii kaasun pääsyn vastusuunin uunikammioon ja sulkee sen. Sitä käytetään yleisesti lämpökäsittelyilmakehän, kuten hapetuksen, pelkistyksen tai neutraalin, hallintaan. Hapettavat kaasut sisältävät yleensä happea, ilmaa jne.; pelkistävät kaasut sisältävät yleensä H₂, CO, N₂, CH₄, jne., ja jotkin näistä kaasuista ovat syttyviä, joten käytön aikana on noudatettava erityistä varovaisuutta. Räjähdysten estämiseksi paras menetelmä on puhdistaa uunin kammio N₂(tai CO₂) kaasuja ennen kaasun syöttämistä tai uunin sulkemista, ja syötetyn kaasun määrä on yleensä 4~5 kertaa uunin kammion tilavuus. Lisäksi syötettävässä kaasussa on joskus korkea CO-pitoisuus, joka voi helposti myrkyttää käyttäjiä, joten on tärkeää varmistaa hyvä ilmanvaihto ja tarkistaa säännöllisesti uunin rungon ja putkistojen tiiviys. Poistettu savukaasu on sytytettävä tai päästettävä ulos.

② Valvotun ilmakehän tuottava laite

Pelkistävän ilmakehän tuottava laite (tunnetaan myös nimellä endoterminen ilmakehän tuottaja): Tämä laite sekoittaa raakakaasuja (maakaasua, nestekaasua, hiilikaasua jne.) ilmaan tietyssä suhteessa. Ulkoisen lämmönlähteen ja katalysaattorin vaikutuksesta se syntyy epätäydellisen palamisen ja useiden reaktioiden kautta. Tuotettu kaasu on hyvä pelkistävä ilmakehä, jota valvotaan tarkasti ja joka on vakaa, mutta laitteiston rakenne on monimutkainen ja kustannukset ovat suhteellisen korkeat.
Ammoniakin hajoamisgeneraattori: Lämpökäsittelyprosessissa on otettava käyttöön erilaisia ilmakehiä jalokivien värinmuodostuksen syiden mukaan, kuten hapettava ilmakehä, pelkistävä ilmakehä jne. Yleisesti käytetty pelkistävä ilmakehä saadaan aikaan ammoniakin hajoamisgeneraattorilla.

Pelkistävä ilmakehä luodaan laitteella, joka hajottaa ammoniakkikaasun typeksi ja vedyksi, kuten kuvassa 4-9 on esitetty. Ammoniakkipullosta tuleva nestemäinen ammoniakki virtaa höyrystimeen 1, jossa se kuumennetaan ja höyrystetään, minkä jälkeen se menee reaktiosäiliöön 2, jossa se hajoaa korkeassa lämpötilassa ja katalyytin vaikutuksesta. Jäähdytetty ammoniakin hajoamiskaasu puhdistetaan puhdistuslaitteessa 3, jossa jäännöshappi ja vesihöyry poistetaan, minkä jälkeen se voidaan johtaa lämpökäsittelyuuniin käytettäväksi. Hajoamisen jälkeinen kaasu H₂:N₂ on 3:1, mikä on pelkistävä ilmakehä.

(3) Tyhjiölämpökäsittelyuuni

Tyhjiölämpökäsittely on lämpökäsittelymenetelmä, jossa näytteen lämmitys- tai jäähdytysprosessi tapahtuu tyhjiössä (alipaineessa), ja tähän käsittelyyn käytettävää uunia kutsutaan tyhjiölämpökäsittelyuuniksi.

Tyhjiölämpökäsittelyä käytetään erityisiin lämpökäsittelyolosuhteisiin, kuten mustan kuutiomaisen zirkonian käsittelyyn, ja tyhjiöuunin lämpötila on myös suhteellisen korkea. Koska ei-lämmityselementtien hapettumisesta on huolta, lämmityselementteinä voidaan käyttää korkean lämpötilan metalleja, kuten alumiinia, volframia, tantaalia ja grafiittituotteita. Silti sitä käytetään harvemmin jalokivien optimointiprosesseissa kuin valvotun ilmakehän uuneissa.

(4) Laser- ja elektronisuihkulämpökäsittelylaite

Laser- ja elektronisuihkulämpökäsittelytekniikat ovat kehittyneet viime vuosina. Niille on ominaista nopea lämmitysnopeus, korkea lämpötila ja hapettumattomuus, minkä vuoksi ne soveltuvat erityisen hyvin paikalliseen lämpökäsittelyyn. Näiden laitteiden epätasaisen kuumenemisen, nopean jäähtymisnopeuden ja korkeiden investointikustannusten vuoksi niitä käytetään kuitenkin harvemmin jalokivien lämpökäsittelyssä, ja niitä käytetään usein timanttien tummien sulkeumien käsittelyyn.

Elektronisuihkulla tarkoitetaan elektronisuihkua, joka on tiheydeltään suuri ja jonka elektronit lähtevät lämmitetystä katodihehkulangasta, kiihdytetään "anodilla" ja keskitetään magneettilinssi avulla. Kun tämä elektronisuihku koskettaa näytteen pintaa, se muuttaa elektronien energian välittömästi lämpöenergiaksi, joka kuumentaa näytettä ja jopa sulattaa metalleja. Elektronisuihkun tuottavaa laitetta kutsutaan elektronisuihkutykiksi. Tätä laitetta käytetään yleensä jalokivien lämpökäsittelyn paikalliseen tehostamiseen.

1.2 Lämpökäsittelyn apuvälineet ja -laitteet

(1) Lämpöelementti

Lämpöparit ovat yleisimmin käytettyjä lämpötila-antureita lämpötilan mittauksessa. Ne ovat rakenteeltaan yksinkertaisia, helppokäyttöisiä, erittäin tarkkoja ja vakaita ja niillä on laaja lämpötilan mittausalue, ja niillä on tärkeä rooli lämpötilan mittauksessa.

① Termoparin mittausperiaate:

Siinä yhdistetään kaksi metallilankaa (A ja B), joilla on erilainen kemiallinen koostumus, ja muodostetaan suljettu silmukka, joka on termopari. Kun näiden johtojen kahden liitoskohdan lämpötilat ovat erilaiset, piiriin syntyy sähkömotorinen voima, jota kutsutaan termosähköiseksi potentiaaliksi.

Lämpöparin lämpösähköisen potentiaalin suuruus liittyy johtimien materiaaliominaisuuksiin ja kahden liitoskohdan lämpötiloihin. Kun johdinmateriaali on kiinteä, termosähköinen potentiaali on sitä suurempi, mitä suurempi lämpötilaero on kahden liitoskohdan välillä. Lämpötila voidaan mitata mittaamalla lämpösähköisen potentiaalin suuruus.

② Lämpöparien rakenne ja tyypit:

Termopari koostuu kahdesta eri johtavasta langasta, A ja B, joita kutsutaan termoelektrodeiksi. Hitsattua päätä kutsutaan työskentelypääksi eli kuumaksi pääksi, ja se asetetaan mitattavaan väliaineeseen; toista päätä kutsutaan vertailupääksi eli vapaaksi tai kylmäksi pääksi, ja se liitetään laitteeseen.

Kun kuuman ja kylmän pään lämpötilat eroavat toisistaan, laite voi ilmoittaa tai tallentaa termoelektrisen potentiaalin, jonka termopari tuottaa lämpötila-asteikon mukaisesti. Kuvassa 4-10 on esitetty termoparin kaaviokuva.

Kaksi termoelementin johtoa on päällystetty eristysputkilla oikosulkujen estämiseksi, ja ne on suojattu keraamisilla tai lämmönkestävillä teräsputkilla haitallisten aineiden aiheuttaman korroosion estämiseksi. Termoparin rakenne on esitetty kuvassa 4-11.

③ Lämpöparin kompensointilanka:

Lämpöparin tuottama lämpösähköinen potentiaali voi heijastaa suoraan kuuman pään lämpötilaa vain, kun kylmä pää pidetään 0 ℃:ssa.

Termoparien käytännön käytössä termoparin itsensä johtaman lämmön ja ympäröivän ympäristön lämpötilan vaikutuksesta kylmän pään lämpötila kuitenkin vaihtelee usein, mikä johtaa epätarkkoihin lämpötilalukemiin mittauslaitteessa.

Tämän vaikutuksen poistamiseksi käytetään usein kompensointijohtoja, joilla termoparin kylmä pää viedään paikkaan, jossa lämpötila on tasaisempi, jolloin voidaan toteuttaa kompensoivia toimenpiteitä.

Kompensointilangat ovat pari metallilankoja, joilla on erilainen kemiallinen koostumus. Niillä on samat lämpösähköiset ominaisuudet kuin termoparilla, johon ne on liitetty 0-100 ℃:n alueella, mutta ne ovat paljon halvempia. Kompensointilankojen kytkentä on esitetty kuvassa 4-12.

Kompensointijohdot ovat kaksijohtimisia, yksi- tai monisäikeisiä, ja niiden sisäiset eristyskerrokset erottuvat eri väreillä positiivisen ja negatiivisen napaisuuden osoittamiseksi. Käytettäessä on huomioitava, että eri termopareissa on käytettävä vastaavia kompensointilankoja; kompensointilangan ja termoparin liitäntäpäätteiden lämpötila on pidettävä alle 100 ℃; kompensointilangan läpi jatkettu uusi kylmä pää on edelleen kompensoitava käyttämällä menetelmiä, kuten vakiolämpötilaa tai laskentaa; kompensointilangan positiivinen liitin on kytkettävä termoparin positiiviseen liitäntään ja negatiivinen liitin negatiiviseen liitäntään virheellisten kytkentöjen välttämiseksi.

(2) Säteilylämpömittarit ja optiset lämpömittarit

① Säteilylämpömittari:

Säteilylämpömittari koostuu säteilylämpötila-anturista ja näyttölaitteesta. Käytön aikana okulaarin läpi näkyvän mitattavan kohteen kuvan on peitettävä lämpöanturi kokonaan [kuva 4-13 (a)], jotta varmistetaan, että lämpöanturi vastaanottaa riittävästi mitattavan kohteen säteilemää lämpöenergiaa. Jos mitattavan kohteen kuva on liian pieni tai vinossa, mitattu arvo on todellista pienempi.

② Optinen pyrometri:

Optinen pyrometri on kannettava lämpötilan mittauslaite. Yleisesti käytetty tyyppi on hehkulangan sammutusoptinen pyrometri. Se toimii sillä periaatteella, että hehkuvan kohteen kirkkauden ja lämpötilan välillä on vastaava suhde, ja käyttää kirkkauden vertailumenetelmää lämpötilan mittaamiseen.

Kun käytät pyrometriä, suuntaa se mitattavaan kohteeseen ja siirrä okulaaria edestakaisin. Vertaa hehkulangan kirkkautta, kunnes hehkulangan kirkkaus on sama kuin mitattavan kohteen kirkkaus, eli hehkulangan kuva häviää mitattavan kohteen kuvasta [kuva 4-14 (b)], jolloin saadaan mitattavan kohteen lämpötila, lämpötila ilmoitetaan välittömällä asteella.

(3) Upokas

Upokkaita käytetään yleisesti jalokivien lämpökäsittelyprosessissa. Koska lämpökäsitellyt jalokivet valmistuvat usein korkeammissa lämpötiloissa ja joutuvat suoraan kosketuksiin upokkaan kanssa, upokkaan valinta on ratkaiseva tekijä lämpökäsittelyn onnistumisen kannalta. Lämpökäsittelyprosessin aikana upokkaan valinnan on täytettävä seuraavat ehdot:

① Upokkaiden materiaalin on oltava riittävän lujaa käyttölämpötiloissa, eikä siihen saa syntyä halkeamia pitkien korkeiden lämpötilojen aikana.

② Työskentelyilmapiirissä upokkaiden materiaalin on oltava melko vakaata jalokivien osalta. Se ei saa reagoida kemiallisesti niiden kanssa, ja erityistä huomiota on kiinnitettävä upokkaiden materiaalin puhtauteen, jotta jalokivikiteisiin ei pääse haitallisia epäpuhtauksia.

③ Upokkaiden materiaalin huokoisuuden on oltava pieni ja tiheyden suuri, jotta tietty paine säilyy upokkaan sulkemisen jälkeen.

④ Koska upokkaita käytetään yleisesti jalokivien lämpökäsittelyssä, upokkaiden materiaalin on oltava helposti käsiteltävää ja edullista.

Copywrite @ Sobling.Jewelry - Custom korujen valmistaja, OEM ja ODM korut tehdas

2. Lämpökäsittelyn periaatteet jalokivien parantamiseksi

Luonnonjalokivien kuumentaminen tietyissä lämpötiloissa voi parantaa niiden väriä, läpinäkyvyyttä ja ulkonäköä. Tämä johtuu pääasiassa siitä, että lämpökäsittelyssä jalokivien rakenne ja koostumus muuttuvat, mikä parantaa niiden ulkonäköominaisuuksia ja lisää niiden esteettistä ja taloudellista arvoa. Jotta voidaan ymmärtää jalokivien ulkonäköominaisuuksien muutokset, on tarpeen analysoida periaatteita, joiden avulla lämpökäsittely parantaa jalokivien ulkonäköä.

Kuumennus on prosessi, jossa jalokivien potentiaali hyödynnetään ja niiden kauneus maksimoidaan. Käsitellyillä jalokivillä ei ole eroja fysikaalisissa ja kemiallisissa ominaisuuksissa luonnonjalokiviin verrattuna. Periaatteena on, että kuumentaminen aiheuttaa muutoksia jalokiven sisältämien väri-ionien sisällössä ja valenssitilassa tai luo joitakin rakenteellisia vikoja, jotka johtavat muutoksiin jalokiven fysikaalisissa ominaisuuksissa, kuten värissä ja läpinäkyvyydessä.

Useimmat hivenaineepäpuhtauksia sisältävät jalokivet muuttavat väriä tai läpinäkyvyyttä lämpökäsittelyn jälkeen. Lämpökäsittelyyn yleisesti käytetyt laitteet ovat yksinkertaisia ja helppokäyttöisiä, ja ne soveltuvat useimmille kaikenkromaattisille värillisille jalokiville, kuten rubiineille, safiireille, smaragdeille, turmaliineille, zirkonille, jadelle ja akaateille. Menetelmä soveltuu jalokiville, joiden väri johtuu siirtymäelementtien komponenteista tai siirtymäelementtien epäpuhtauksista, ja se soveltuu myös jalokiville, joiden värimuutokset johtuvat varauksensiirrosta. Orgaanisten jalokivien väriä ja läpinäkyvyyttä voidaan muuttaa myös lämpökäsittelyllä; esimerkiksi meripihka voi muuttua kirkkaaksi ja läpinäkyväksi lämpökäsittelyn jälkeen poistamalla sisäisiä kuplia.

Jalokivien fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien ja niiden väritysmekanismien mukaan yleisesti käsiteltyjen jalokivien periaatteet voidaan tiivistää seuraavasti:

(1) muuttaa kromofori-ionien pitoisuutta tai valenssitilaa jalokivissä lämpökäsittelyn avulla.

Jäljittää epäpuhtausioneja, värjää joitakin jalokiviä ja käyttää lämpökäsittelyä hapettaa matala-arvoiset kationit jalokivissä korkea-arvoisiin kationeihin, mikä muuttaa jalokivien väriä. Esimerkiksi punainen akaatti on värjätty pääasiassa Fe³⁺. Lämpökäsittelyn kautta Fe ²⁺akaatissa voi hapettua Fe³⁺lisäämällä kolmenarvoisten rautaionien pitoisuutta ja suhdetta, mikä lisää akaatin punaista sävyä. Myös rubiinien ja punaisen jadeiitin lämpökäsittely vahvistaa jalokivien väriä tällä periaatteella. Vihreäsävyisen akvamariinin vihreä sävy voidaan myös poistaa lämpökäsittelyllä, jolloin akvamariinin sininen sävy vahvistuu. Kuvassa 4-15 näkyy, että akvamariinin (a) sininen sävy on lämpökäsittelyn jälkeen huomattavasti syventynyt ja vihreä sävy heikentynyt.

(2) Orgaanisten jalokivien koostumuksen muuttaminen lämpökäsittelyn avulla.

Orgaanisten jalokivien, kuten helmien, norsunluun, korallin ja meripihkan, lämpökäsittely voi hapettaa niissä olevat orgaaniset aineet. Jos lämpötila on liian korkea, se voi aiheuttaa mustan värin, mikä johtaa orgaanisen aineen "hiiltymiseen". Tämäntyyppinen lämpökäsittely voi jäljitellä "muinaista jadea" jalokiviteollisuudessa, joka tunnetaan yleisesti nimellä "ikääntymiskäsittely", jota kutsutaan usein värin paahtamiseksi, ja sitä käytetään usein meripihkan, korallin ja muiden osalta.

(3) Lämpökäsittely tuottaa värikeskuksia

Joidenkin jalokivien väri johtuu pääasiassa värikeskuksista. Jalokivet voivat tuottaa värikeskuksia, jotka absorboivat tiettyä valoa ja tuottavat väriä lämpökäsittelyllä. Lämpökäsittelyä käytetään yleensä jalokiven säteilytyksen jälkeen epävakaiden värikeskusten poistamiseksi ja vakaiden värikeskusten säilyttämiseksi. Esimerkiksi lämpökäsitelty topaasi poistaa epävakaat ruskeat värikeskukset ja säilyttää samalla vakaat siniset värikeskukset. Tavoitteena on parantaa jalokiven väriä hallitsemalla lämmityslämpötila ja lämpökäsittelyn kesto. Ametystin muuttuminen keltaiseksi tai vihreäksi ja savukvartsin muuttuminen kellanvihreäksi tai värittömäksi ovat myös tuloksia, kun lämpökäsittelyä käytetään värikeskusten muuttamiseen.

(4) Lämpökäsittely aiheuttaa värimuutoksia vesipitoisissa jalokivissä dehydraatiovaikutusten vuoksi.

Joissakin jalokivissä on adsorboitunutta vettä ja rakenteellista vettä. Joidenkin jalokivien väri voi parantua lämpökäsittelyn aikana vahingoittamatta rakenteellista vettä. Esimerkiksi berylli sisältää rakenteellista vettä, ja oranssinkeltainen berylli, joka sisältää rautaa ja mangaania, voidaan lämpökäsittelyllä muuttaa kauniiksi vaaleanpunaiseksi berylliksi. Opaali sisältää rakenteellista vettä, ja jos opaali kuumennetaan noin 300 ℃:iin, värinmuutosvaikutus häviää vesihäviön vuoksi. Tiikerinsilmä menettää rakenteellista vettä lämpökäsittelyn kautta, mikä johtaa syvän ruskeisiin tai punaruskeisiin väreihin.

(5) Lämpökäsittely aiheuttaa muutoksia kiderakenteeseen.

Lämpökäsittely voi järjestää uudelleen kiteiden sisäisen rakenteen, parantaa niiden kiteisyyttä ja vaikuttaa siten kiteiden väriin. Yleisiä zirkonityyppejä ovat matalatyyppinen zirkoni, keskityyppinen zirkoni ja korkeatyyppinen zirkoni. Lämpökäsittelyn avulla matalan tyyppinen zirkoni voidaan muuttaa keskityyppiseksi zirkoniksi ja keskityyppinen zirkoni voidaan muuttaa korkean tyyppiseksi zirkoniksi jne. Samalla myös kiteiden väri muuttuu; eri ilmakehissä ne voivat muuttua eri väreiksi. Esimerkiksi alennetuissa olosuhteissa lämpökäsittely voi parantaa ruskeanpunaista zirkonia ja muuttaa sen värittömäksi zirkoniksi.

(6) Lämpökäsittely parantaa silkin kaltaisia sulkeumia ja tähtivalon vaikutusta jalokivissä.

Yleiset jalokivet, kuten safiirit, sisältävät titaani-ioneja rutiilina (TiO₂), joka saa aikaan valkoisen silkin tai tähti-ilmiön. Rutiilin muodostumista säätelevät geologiset olosuhteet, joissa jalokivi on muodostunut. Joissakin luonnon safiireissa tähtiviivojen jakauma on epätasainen, ja tähtiefekti on heikko. Lämpökäsittelyn avulla safiireissa oleva rutiili voidaan sulattaa ja järjestää uudelleen, mikä parantaa luonnonjalokivien tähtivaikutelmaa. Myös synteettisten jalokivien tähdenlentovaikutus saadaan aikaan tällä periaatteella.

3. Lämpökäsittelyn olosuhteet

Lämpökäsittelyprosessin aikana on hallittava erilaisia tekijöitä, kuten lämmitysnopeus, kokeellisissa olosuhteissa saavutettu korkein lämpötila, pitoaika, jäähdytysnopeus sekä lämmitysuunin sisällä oleva ilmakehä ja paine. Nämä olosuhteet on otettava huomioon kokonaisvaltaisesti.

(1) Nopeus, jolla kuumennetaan korkeampaan lämpötilaan.

Koska useimpien jalokivien lämmönjohtavuus on heikko, lämmitysnopeus lämpökäsittelyn aikana voi olla hieman hidas, jotta vältytään halkeamilta, jotka johtuvat jalokiven sisä- ja ulkopinnan välisestä suuresta lämpötilaerosta. Jos lämmitysnopeus piirretään käyränä, se edustaa käsitellyn jalokiven lämmityskäyrää, joka edellyttää tasaisuutta, mikä tarkoittaa, että suurin osa lämmityksestä on tehtävä hitaasti, jotta jalokivi ei halkeile.

(2) Lämpökäsittelyn aikana saavutettu korkein lämpötila

Lämpökäsittelyn aikana saavutettu korkein lämpötila on maksimilämpötila, joka voi parantaa jalokiven väriä tai läpinäkyvyyttä, ja se on myös optimaalinen lämpötila käsitellyn jalokiven värin tai läpinäkyvyyden muuttamiseksi. Tämä on tärkein ehto, jota on tutkittava toistuvasti.

(3) Odotusaika

Aika, jonka ajan jalokivi pidetään korkeimmassa lämpötilassa, jota kutsutaan yleisesti pitoajaksi ja jonka lämpötilakäyrä on suora, vakiolämpötilakäyrä. Jotta koko jalokivi olisi vakaa ja yhtenäinen, sitä on usein pidettävä jonkin aikaa, jotta sen sisäiset muutokset olisivat tasaisia. Optimaalinen säilytysaika on määritettävä laajojen kokeiden avulla.

(4) Jäähdytyskäyrä

Jäähtymisnopeutta korkeimmasta lämpötilasta ja jäähdytyksen aikana säilyvää lämpötilan kaltevuutta kutsutaan jäähdytyskäyräksi. Useimmissa tapauksissa jäähdytys on suhteellisen hidasta, jotta jalokivi ei halkeile, mutta joskus on olemassa erityisvaatimuksia nopealle jäähdytykselle, kuten neulamaiset sulkeumat korundissa; kvartsiitti- ja serpentiinijade voi joskus vaatia nopeaa jäähdytystä halkeamakuvioiden luomiseksi ennen värjäystä.

(5) Uunin ilmapiiri

Uunin ilmapiirillä tarkoitetaan hapettumis-pelkistymisolosuhteiden hallintaa lämpökäsittelyprosessin aikana ja paahtamista hyödyllisten komponenttien kanssa. Joissakin kokeissa on lisättävä kemiallisia aineita paahtamista varten tai lämmitettävä näytteitä, jotka on upotettu tiettyihin nestemäisiin reagensseihin. Esimerkiksi rubiinien violetin värisävyn poistamiseksi on tarpeen hapettaa Fe²⁺ rubiinista Fe³⁺ hapettavassa ilmakehässä, mikä vähentää purppuran värisävyn vaikutusta rubiiniin; esimerkiksi akaatin punaisen polttamiseen liittyy hapettava Fe²⁺akaatissa Fe³⁺ hapettavassa ilmakehässä, mikä korostaa akaatin punaista väriä.

(6) Paine uunissa

Jotkin jalokivien lämpökäsittelykokeet edellyttävät tietyn paineen hallintaa. Esimerkiksi timanttien lämpökäsittelyssä käytetään usein korkeaa painetta, kun taas tavallisten jalokivien, kuten rubiinien, akvamariinien ja akaattien, lämpökäsittely tehdään normaalipaineessa. Kokeen aikana on selvitettävä, käytetäänkö normaalia, alennettua vai korotettua painetta, koska kunkin jalokivityypin vaatimat paineolosuhteet ovat erilaiset.

Jalokivien lämpökäsittelyssä nämä kuusi tekijää saadaan toistuvalla kokeellisella tutkimuksella. Kunkin jalokivityypin koeolosuhteet ovat erilaiset. Jalokivien lämpökäsittelyn olosuhteista tärkeintä on määrittää lämmitysnopeus, jäähdytysnopeus, saavutettu enimmäislämpötila ja pitoaika (kuva 4-16). Lämpökäsittelyprosessin aikana sekä lämmityksen että jäähdytyksen on oltava hitaita; muutoin voi syntyä halkeamia, jotka heikentävät jalokiven laatua. Näiden tekijöiden optimaalinen yhdistelmä voidaan usein saavuttaa tietyssä prosessissa.

Parannetut jalokivet ovat eri alkuperää olevia luonnonmateriaaleja, sisältävät erilaisia epäpuhtauksia tai ovat kokeneet erilaisen historian. Historiallinen ympäristö ja geologiset olosuhteet ovat varsin monimutkaisia, ja jopa samalta näyttävillä jalokivillä voi olla hyvin erilaisia lämpökäsittelymenetelmiä. Lisäksi useimmat lämpökäsittelyprosessit ovat tiukasti salassa pidettäviä, eikä valmiita koeolosuhteita ole saatavilla, vaan ne on tutkittava itse.

Esimerkiksi saman ruskeankeltaiset safiirit muuttuvat samoissa lämpökäsittelyolosuhteissa sinisiksi, kun taas Shandongin safiirit muuttuvat oranssinkeltaisiksi. Lämpökäsittelyn avulla tietyn värin saavuttamiseksi on tehtävä kokeita eri olosuhteissa. Kaikkien näytteiden kanssa on oltava varovainen, jotta materiaali ei vahingoitu.

Jotta estetään jalokivien halkeilua lämpökäsittelyn aikana, on lämpötilan nousu- ja laskuolosuhteiden tiukan valvonnan lisäksi estettävä myös halkeamien laajeneminen. Erityinen menetelmä on poistaa asianmukaisesti kaikki alueet, joissa on halkeamia, ennen lämpökäsittelyä ja kiillottaa ne uudelleen kuumennuksen jälkeen; raakakiviä voidaan lämmittää pienten hiukkasten virheettömän jalokivimateriaalin osalta.

4. Lämpövaikutukset lämpökäsittelyssä

Lämpökäsittelyssä on erilaisia lämpövaikutuksia. Tavallisista jalokivistä tärkeimmät lämpövaikutukset jalokivimateriaaleihin ovat kuitenkin amerikkalaisen tutkijan Nassaun yhteenvedon mukaiset yhdeksän tyyppiä, jotka on esitetty taulukossa 4-1.

Table 4-1 Mechanism and Examples of Thermal Effects

Effect	Mechanism	Esimerkki
Darkening	Slowly oxidizing and turning black in the air	"Aging" amber and ivory
Värin muutos	Destruction of color heart	Blue or brown topaz turns colorless; pink topaz turns yellow; amethyst turns yellow or green; smoky quartz turns yellow-green or colorless
Värin muutos	Changes due to hydration or condensation	Pink chalcedony turns orange, red, or brown; tiger's eye heated produces deep brown to reddish-brown
Homogeneous polyhedral body	Structural changes caused by radiation	"Low-type" zircon changes to "High-type" zircon
Värin muutos	Change in atmosphere, related to oxygen concentration	Green aquamarine turns blue; amethyst turns into dark yellow topaz; colorless, yellow, and green sapphires turn blue; brown or purple rubies turn red.
Structural changes.	Temperature changes, crystal precipitation or melting.	The generation or elimination of silky or starlight effects in corundum.
Color overlay	Impurity diffusion	Blue and star-like diffusion on the surface of sapphire
Fracture	Sudden temperature change, internal structure fracture	"Halo" around inclusions in sapphire, "exploding" quartz
Regeneration and purification	Rheology under heat and pressure	Regeneration and purification of amber; regeneration of tortoiseshell

Table 4-1 omits those thermal effects that are completely reversible or metastable. For example, when ruby is heated to a red-hot state, it turns green, and when cooled to room temperature, it returns to its original color; smoky quartz turns blue-green when heated and reverts to yellow when cooled to room temperature.

The darkening effect in Table 4-1 is sometimes used to “age” amber and ivory. This effect is equivalent to the process of slow charring. Research shows that amber will darken even when placed in a dark storage room, indicating that the organic materials are easily oxidized. Therefore, it is reasonable to expect that the oxidation process speeds up during slow heating.

Table 4-1 shows that the color center damage caused by heating can lead to the fading or disappearance of gemstone colors. For example, brown topaz, yellow sapphire, and red tourmaline can all become colorless after heat treatment; some amethyst, citrine, and smoky quartz can also become colorless.

The destruction of color centers may sometimes result in color changes. For instance, irradiated brown topaz can turn blue after heat treatment; amethyst can become citrine under controlled heat treatment temperatures; certain brown topaz can turn pink after heat treatment. These color changes can be restored to their original colors through radiation treatment.

The color changes caused by hydration or condensation, as shown in Table 4-1, generally involve impurities such as iron. Heating limonite can yield deep orange, brown, or red hematite.

In some iron-containing quartz materials ranging from gray to yellow and brown, such as agate, chalcedony, and tiger’s eye, heating produces deep brown to reddish-brown colors based on this principle.

The homogeneous polycrystalline bodies in Table 4-1 are changes in gem structure caused by the transformation of homogeneous polycrystalline bodies under heat treatment conditions. For example, graphite can be converted into diamond under high temperature and pressure; “low-type” zircon can transform into “high-type” at high temperatures, etc.

The color changes of gems in Table 4-1 caused by changes in the oxidizing or reducing atmosphere in the environment are mainly related to the oxygen concentration in the environment. For instance, green aquamarine turns blue under reducing conditions; amethyst turns into dark citrine under oxidizing conditions; colorless, yellow, and green sapphires turn blue under oxidizing conditions; brown or purple rubies turn red, etc.

The structural changes in Table 4-1 lead to physical optical effects in gems. For example, under heat treatment conditions, the rutile inclusions in starlight sapphires melt, causing the starlight effect to disappear. Upon cooling, rutile crystals precipitate, and the starlight effect is regenerated.

The color enhancement in Table 4-1 is due to the addition of coloring ions, which deepen the color of the gems. For example, in diffusion sapphires, the addition of coloring ions like iron and titanium deepens the color of light-colored sapphires.

The fractures in Table 4-1 are changes in the internal structure of gems under heat treatment conditions, such as stress lines generated around inclusions in sapphires and the cracking patterns that occur in artificially heat-treated quartzite under quenching conditions.

The regeneration and purification in Table 4-1 are internal changes caused by gas-liquid interactions under heat and pressure. For example, bubbles inside amber burst under heat treatment conditions, increasing transparency; turtle shells can regenerate under hydrothermal conditions, etc.

5. Redox and Gas Diffusion

In the process of gem heat treatment, redox conditions are very important and are a key factor in the success of gem heat treatment. Controlling the oxidizing or reducing atmosphere during the heat treatment can change the gem’s color. The oxidizing or reducing atmosphere during heat treatment is related to the temperature of the gem and the oxygen concentration inside the container at that temperature.

(1) Redox

① Standard Oxygen Partial Pressure (Po₂) : When oxygen-containing gems are heated in air, the gems stabilize at the same concentration as the oxygen in the atmosphere. This concentration is the standard oxygen partial pressure of the gem at this temperature.

② In an oxidizing atmosphere, the partial pressure of oxygen in the furnace is greater than the standard partial pressure of oxygen for this gem at the same temperature Po₂.

③ In a reducing atmosphere, the partial pressure of oxygen in the furnace is less than 002.

In addition to using air, a strong oxidizing atmosphere uses pure oxygen; sometimes, compressed air increases oxygen density. Chemically inert gases (such as nitrogen) are generally considered neutral, forming a neutral atmosphere. If it can dilute the atmosphere and reduce the oxygen content, it can also be viewed as a reducing gas, although its reducing ability is very weak.

Similarly, the atmosphere can be improved by burning fuels. For example, by using natural gas, propane, gasoline, etc., and controlling the amount of air or oxygen blown in, a carbon reduction can occur, but this isn’t easy to control.

Another type of drip protection atmosphere is to directly drip organic liquid into the furnace to react with oxygen to control the atmosphere.

(2) Gas diffusion

The redox reaction is achieved through the diffusion of gases. For it to act on the entire sample, oxygen must diffuse into the interior of the gem sample along a certain path, usually over a distance of more than 1 cm. The diffusion temperature must exceed 1000℃, and the time must be several hours.

Due to the characteristics of the oxide gem structure, oxygen does not need to move the entire distance to produce the desired effect, allowing this diffusion to occur rapidly. For example, the diffusion process of oxygen in the atmosphere into the oxygen vacancies of corundum aluminum oxide shown in figure 4-17.

6.Classification of Heat Treatment Methods

According to the type and method of heat treatment, there are three common heat treatment methods:

(1) Ordinary Heat Treatment Method

The ordinary heat treatment method involves directly heating the gemstone, causing changes in the coloring ions’ content and valence state. Sometimes, it can also change the crystal’s internal structural defects, altering the gemstone’s physical properties, such as color and transparency.

For example, Sri Lankan milky white, brownish, and light yellow Geuda stones turn into sapphires, aquamarines change from green to aquamarine blue, tanzanites turn blue after heat treatment, etc.

(2) Chemical Reagent Roasting Method

The chemical reagent roasting method, also known as the diffusion method, refers to using chemical reagents to destroy the crystal structure of the gemstone’s surface, causing the chemical composition of the surface layer to change as intended. The coloring ions within the gemstone can also exchange through the surface layer (diffusing outward or inward), resulting in valence state or content changes.

The popular diffusion sapphire, diffusion topaz, and diffusion tourmaline in the international market are obtained using this method. Gemstones improved by this method can lighten dark gemstones, turning light gray gemstones into blue gemstones, and so on.

(3) Molten Salt Electrolysis Method

After mixing the molten salt, please place it in a graphite crucible and proceed with the electrolysis process. A platinum (Pt) wire is used as the anode, wrapping the gemstone sample with the platinum wire anode so the gemstone becomes the anode and the graphite crucible serves as the cathode.

After the electrolyte melts in the furnace, place the anode and the gemstone together in the electrolytic cell for electrolysis, as shown in Figure 4-18. The control tank voltage is set to 3.0V, and the electrolysis time is 40-45 min. Then, remove the anode and the sample. The electrolysis process changes the valence state and content of the coloring ions in the gemstone, thereby altering the color and transparency of the gemstone. The disadvantage of this method is that if the molten salt is improperly selected, it can be excessively corrosive to the gemstone.

7. Common heat treatment methods to improve gemstone conditions

There are many types of gemstones suitable for improvement through heat treatment, and the required heat treatment temperatures vary for different gemstones. For example, sapphires require a high heat treatment temperature, generally above 1300℃; rubies require a relatively lower heat treatment temperature, around 1000℃; other gemstones such as aquamarine, crystal, and chalcedony require temperatures around 700℃. The controlled temperatures can be roughly divided into four segments: low heat 200-400°C; medium heat 400-700℃; high heat 800 ~1300℃; and strong heat above 1300℃. The heat treatment conditions for common gemstones are shown in Table 4-2.

Table 4-2 Conditions for Heat Treatment of Common Gemstones

Jalokivi	Purpose of Heat Treatment	Final Color	Lämpötila	Usage
Ruby	Remove mixed colors (brown, purple) to exclude or reduce filamentous substances and increase transparency.	Punainen	Around 1000℃	Often
Blue sapphire	Deepen the color of iron and titanium-containing corundum, lighten the deep blue of corundum	Sininen	Strong heat	Often
Yellow sapphire	Heating suitable light-colored or colorless iron-containing corundum	Deep yellow	High fever	Often
Various colors of sapphires	Heat suitable corundum to eliminate "fibrous" or "star-like" inclusions	Increase	Strong high heat	Often
Diffuse starlight ruby, sapphire	Impurities are diffused to the surface of the gemstone by heating ( TiO₂ ), presenting star light	Ruby, sapphire starlight	Strong heat first, then high heat for a long time	Not often used
Diffusion of ruby and sapphire	Coloring ions diffuse to the surface of the gem through heating, presenting color	Various colored corundum	Strong heat	Commonly used for blue
Aquamarine (colorless or green)	Exclude yellow tones in green	Sea blue	Low fever	Commonly used
Orange-yellow beryl	Exclude yellow tones from green	Vivid red	Low heat	Not often used
Deep blue or green tourmaline	Color lightens	Blue or green	Medium heat	Commonly used
Dark Red Tourmaline	Remove black tones	Vaaleanpunainen	Low heat	Commonly used
Smoky Green Tourmaline	Remove Brown Tone	Bright Green	Low Heat	Commonly used
Smoky quartz	Color lightens	White or yellow	Low heat	Commonly used
Some amethyst	Brown heating	Orange-yellow or green	Low heat	Commonly used
Green or brown zircon	Brown treatment	Colorless or blue	High fever	Commonly used
Agate, chalcedony, etc.	Iron ion varieties	Punainen	Medium-High Fever	Commonly used
Iris quartz	Heated Quartz Crystal Quenching	Can Be Dyed in Various colors	Medium heat	Use less
Tanzanite	Heating transforms the transparent zoisite into blue	Violetti Sininen	Medium heat	Widespread

Section IV Radioactive Irradiation Methods

Irradiation is the process by which microscopic particles propagate from a radiation source in all directions through space, which can cause changes in the physical and chemical properties of materials. This section mainly introduces the equipment required for radioactive irradiation, precautions, and the formation and elimination process of gemstone color centers after irradiation.

1. Types of Irradiation Rays and Radiation Sources

A radiation source is a material or device that can produce ionizing radiation. Common types of radiation sources include the following:

(1) Rays emitted by radioactive elements

Radioactive elements emit β rays and γ rays through decay, among which seven are mainly used for the irradiation treatment of gemstones. For example, the radioactive isotope ⁶⁰Co can serve as γ ray source, emitting two types of rays at 1.17MeV and 1.33MeV, with a half-life of 5.3 years, commonly used as a radiation source for gemstone irradiation; additionally, isotope ¹³⁷Ce and spent nuclear fuel elements can also be used as γ ray radiation sources.

When radioactive elements decay, they can emit two energy-close γ rays. γ rays have strong penetrating power and can change the color of gemstones; with a long half-life, they can be used for irradiation treatment for a long time.

(2) Rays produced by electron accelerators

An electron accelerator is an electrical device that accelerates charged particles to high energy through electromagnetic fields. Electron accelerators mainly obtain very high energy through electromagnetic fields, and different types of electron accelerators can produce electron beams ranging from several mega-electron volts to 300MeV, including electron static accelerators, X-ray tubes, microwave electron accelerators, etc.

(3) Rays produced by nuclear reactors

A nuclear reactor is a device or material that produces ionizing radiation through nuclear transformation. The neutrons produced in nuclear reactors are generally used for gemstone irradiation, and the common reaction is the interaction of α particles with beryllium ( ⁹Be + ⁴He —> ¹²C + n) ). Therefore, mixing natural α particle radiation sources with beryllium powder can yield a neutron source with energy distributed around 0-13MeV, and the most abundant neutron energy is about 4MeV. Thus, when treating gemstones with irradiation, it is best to use the fission process of a nuclear reactor as the neutron source.

2. Common Equipment for Irradiating Gemstones

Common equipment for irradiation includes reactors, electron accelerators, and cobalt source irradiation devices. Different types of irradiation equipment are used for different types of gemstones.

(1) Reactor

The commonly used type is a research reactor, which can utilize the radioactivity of reactor components to irradiate gemstones. There are four common types of research reactors: Heavy Water Research Reactor (HWRR), Swimming Pool Reactor (SPR), Mini Neutron Source Reactor, and Fast Neutron Reactor. The Mini Neutron Source Reactor is generally not used for gemstone irradiation treatment.

Gemstone samples are placed in the reactor for irradiation, with the irradiation time and dose determined by the desired color improvement. The commonly used reactors include the following types:

① Heavy Water Research Reactor (HWRR)

The heavy water research reactor is a device for conducting isotope irradiation, fuel, and material testing, neutron doping of single crystal silicon, neutron activation analysis in the reactor, irradiation for electronic device modification, and various physical research. Irradiation of gemstones is just one application area it has developed. Different heavy water reactors have different parameters.

② Swimming Pool Reactor (SPR)

Swimming pool reactors are widely used, with advantages such as high flux, flexible layout, and low underwater irradiation temperatures. In addition to scientific research, they can provide irradiation technology for agriculture, medicine, aviation, electronics, etc., for irradiating gemstones and freshwater pearls, electronic devices, and more.

③ Fast Neutron Reactor

Fast neutron reactors are a relatively advanced type of nuclear reactor. The utilization rate of nuclear fuel is very high, reaching 60%-70%, while the utilization rate of uranium fuel in our pressurized water reactor nuclear power plants is only 1%-2%; fast neutron reactors use industrial plutonium- 239 produced by pressurized water reactors as the initial charge, converting non-fissile uranium-238 into fissile plutonium fuel, also known as neutron breeding reactors.

(2) Electron Accelerators

Electron accelerators have a wide range of applications in physics. The electrostatic accelerator is commonly used for irradiating gemstones.

① High Voltage Multiplier

High voltage multipliers are mainly used for nuclear data measurement, neutron and charged particle nuclear reactions, neutron activation analysis, and electron beam irradiation of various materials, such as modifying wires and cables and preserving food and fruits.

Its accelerated particles include protons, hydrogen, oxygen, nitrogen, etc. Injection below 5keV, N⁺can changes the material properties.

② Electron Linear Accelerator

The electron linear accelerator is used to study transient irradiation effects, irradiation modification of semiconductor materials (including gems), food preservation, etc. The advantages are high energy (10 ~ 14MeV) and high penetration rate.

③ Electrostatic Accelerator

The particles that can be accelerated include protons, deuterons, helium, electrons, oxygen, and nitrogen. Its energy range is adjustable, mainly used for nuclear data measurement, neutron and charged particle nuclear reaction experiments, electron beam irradiation, ion implantation, etc., and is only suitable for irradiating surface-modified gems such as pearls.

④ Cyclotron

The cyclotron is a fixed-energy accelerator mainly used for experiments involving charged particle nuclear reactions and for the activation analysis of charged particles and testing material properties, with rare applications in gem research.

(3) Cobalt Source Irradiation Device

The cobalt source irradiation device is a tool that uses the radiation emitted by the radioactive isotope ⁶⁰Co and the seven rays to study the effects of radiation on materials (minerals, crystals, organic materials, and living organisms, etc.) and to perform irradiation treatment on these materials.

This irradiation source has low energy consumption, minimal pollution, and no radioactive residue. It has been applied early in the irradiation of gems, and it is particularly suitable for the irradiation of smoky quartz.

3. Irradiation Technology

When irradiating gemstones, the gemstones are placed in a sample box at the physical center of the reactor. A motor must continuously rotate the sample box, and there must be water inlet and outlet devices to cool the samples, with the water temperature not exceeding 50℃. The irradiation equipment and process are shown in Figure 4-19.

During the irradiation process, to achieve uniformly colored gemstones with appropriate shades, the following four key technical issues must be adhered to when irradiating gemstones:

(1) To ensure uniform product color, uniform irradiation must be achieved, and the gemstones should be rotated at a constant speed or flipped repeatedly during irradiation.

(2) To avoid the samples from cracking or overheating due to excessive temperature during irradiation, appropriate cooling measures should be taken. This can include adding circulating cooling water or periodically exposing the samples to air for cooling.

(3) The color depth must be controlled with sufficient radiation dosage. Repeated irradiation is necessary if a deeper color is required for the gem. Before the irradiation dosage is saturated, the depth of the gem’s color is proportional to the irradiation dosage; the longer the irradiation time, the deeper the color of the gem.

(4) The color improved by irradiation is sometimes unstable and prone to fading when exposed to light and heat. A low-temperature heating method can remove unstable color centers while retaining stable ones. However, there are often color changes after low-temperature heating. For example, topaz may change from brown to blue and crystal from brown to yellow. If the heating temperature is poorly controlled, it may completely fade and revert to the color before irradiation.

4. Formation and elimination of color centers during irradiation

Irradiation can cause colorless crystals to produce vacancy color centers, resulting in smoky or purple colors. The color and depth formed in the crystal after irradiation depends on the type and content of impurities contained in the crystal. If the colorless crystal contains Al³⁺ impurities, it will turn smoky to black after irradiation; if it contains Fe³⁺ impurities, it will turn purple.

The depth of color after irradiation is related to the impurity content in the gemstone. A higher impurity content results in a deeper color, while a lower impurity content results in a lighter color.

(1) The formation and elimination process of color centers

After irradiation treatment, gemstones generate color centers internally, causing a color change. For example, in smoky quartz, the formation and elimination process of color centers can be seen in the energy level diagrams from Figure 4-20 (a) to Figure 4-20 (d). When forming a color center, electrons are excited from state A to state D and then to state B, which requires much energy. When eliminating the color center or fading, electrons move from state B to state C and then to state A, which also requires significant energy. These color centers, which require a lot of energy for formation and elimination, are stable color centers in visible light.

There is also another situation as shown in Figure 4-20 (e). The system forms a color center by exciting from state / to state D and then to state B, which requires a lot of energy; however, moving from state B to state C back to state A requires very little energy. Figure 4-20 ( f ) shows that forming a color center from state A to state D and state B requires very little energy, and moving from state B to state C back to state A also requires very little energy.

This energy is within the visible light range. The system can overcome the energy barrier C and fade when visible light shines. The properties of absorbing light and transitioning to excited states E and F remain unchanged, but these colors can all fade in visible light. Therefore, the color centers in Figures 4-12 (e) and (f) are called unstable color centers.

(2) Stability of color centers

Generally, the color of gemstones after irradiation treatment can be restored to its original color through heating. Gemstones with stable color centers require higher heat treatment temperatures, while those with unstable color centers require lower heat treatment temperatures. For example, smoky quartz generally requires a heat treatment temperature of 140-280℃ to eliminate the smoky color (Figure 4-21), while amethyst requires a higher heat treatment temperature, generally above 400℃ (Figure 4-22). Therefore, irradiated amethyst is more stable than smoky quartz.

The color centers of gemstones are not fixed; the temperature at which samples fade after irradiation varies with different radiation sources. The stability of the same material’s color center, formed by different causes, also differs. For example, the yellow color center of sapphire, formed by artificial irradiation, is very unstable and fades quickly in visible light. However, the yellow color center of naturally occurring sapphire is stable in visible light and does not easily fade.

Artificial irradiation is of high dose and short duration, while irradiation in nature is of low dose and long duration, resulting in different heights of energy barriers C.

5. Color Changes in Gemstones Caused by Irradiation

Irradiation produces different effects on gemstones, causing various changes in different types of gemstones. When irradiated particles enter a gemstone, they interact with the atoms or ions within it, altering its structure or ionic charge, thereby changing its color. The changes in gemstones caused by radiation include the following aspects.

(1) It causes the gemstone to form natural, already-discovered color centers.

Irradiation can produce the color centers already present in natural gemstones, but they are not commonly found in nature due to the scarcity of natural gemstones. For example, natural blue topaz is rare. In contrast, the color of blue topaz produced through irradiation is stable against light, heat, and other factors, with a formation mechanism similar to that of natural blue topaz. Therefore, irradiated blue topaz has commercial value, and currently, no effective identification method has been found to distinguish between natural blue topaz and irradiated blue topaz, except for a small amount of radioactive residue; it has the same utility value as natural blue topaz.

(2) Strengthening existing color centers

Irradiation treatment can enhance the color centers formed in natural gemstones, making the colors of the gemstones more vibrant. For instance, natural quartz can produce green and purple colors after irradiation treatment. By controlling the dosage and duration of irradiation, the desired color can be achieved, which remains stable at room temperature and does not affect usage and wear.

(3) Restoring color centers that have faded due to heating and light exposure

Irradiation and heat treatment are reversible reactions; generally, the colors formed by irradiation can be restored to their pre-irradiation colors through heat treatment. Similarly, further irradiation can also yield the desired colors.

(4) Improve and remove colors unrelated to the color core

Generally, when gemstones undergo irradiation treatment, the color of the irradiated gemstones can be changed by controlling irradiation conditions such as dosage and time. The stability of the color after irradiation is an important factor affecting the value of the gemstone, and efforts are made to achieve a stable color core while eliminating unstable color cores in the gemstone.

(5) Forming natural color cores that have not been discovered before

As people’s understanding of the causes of gemstone colors deepens, the types of gemstones that can undergo irradiation treatment are continuously increasing, and the color variations of gemstones are becoming more diverse. It is believed that irradiation can produce color cores that natural gemstones do not possess, thereby creating new varieties and forming new mechanisms of gemstone color.

Currently, many types of gemstones are commonly used for irradiation treatment, with diamonds, sapphires, topaz, beryl, zircon, crystal, tourmaline, and pearls being relatively common. The color changes of these gemstones after irradiation treatment are shown in Table 4-3.

Table 4-3 Common Types of Irradiated Gemstones and Color Changes

Types of Gemstones	Color Changes Before and After Irradiation
Timantti	Colorless, Light Yellow, Green, Blue or Black, Brown, Pink, Red
Sapphire	Colorless-Yellow (Unstable)
Beryl	Colorless-Yellow, Pink, Golden Yellow, Blue-Green, etc
Aquamarine	Blue - Green, Light Blue - Dark Blue
Topaz	Colorless - Brown (unstable), Blue; Yellow - Pink, Orange Red
Turmaliini	Colorless, Light Yellow, Brown, Pink, Red, Green, Blue, etc
Zirkoni	Colorless to brown, light red
Kristalli	Colorless to yellow, yellow-green, green, smoky, purple
Marble	White, yellow, blue, purple
Helmi	Colorless to gray, brown, blue or black

6. The impact of irradiation treatment on gemstones

When irradiating gemstones, it is important to consider the effects of irradiation dose and time on them. Different irradiation sources should be used for different types of gemstones, and the irradiation time depends on the desired color. The following points should be noted during the irradiation process:

(1) Excessive irradiation energy and prolonged irradiation time can adversely affect the formation of color centers in the gemstone crystals. They may sometimes lead to vacancy aggregation, causing the gemstone to appear gray or black.

(2) The effect of irradiation is from the surface to the interior, with the gemstone’s color deepening gradually from the outside. When the irradiation energy is too high, the ions on the gemstone’s surface can absorb enough energy to detach from the surface, resulting in surface damage.

(3) When the irradiation energy is too high, it may cause localized high temperatures in the gemstone quickly, leading to surface chipping.

(4) The radioactive residues produced after gemstone irradiation treatment are related to the type of irradiation rays, irradiation dose, and the half-life of radioactive isotopes. Radioactive residues must meet national standards before being put on the market.

After irradiation, the residual radioactivity on the surface of the gemstone is related to the type of radiation exposure, the amount of irradiation, the types and content of impurities in the sample, and the half-life of radioactive elements. Irradiated gemstones must be placed for some time, and their residual radioactivity must be below national standards before being marketed. According to the “Radiation Protection Standards” established by the International Commission on Radiological Protection, the exemption value for the specific activity of natural radioactive materials is the same across countries. The specific activity of natural radioactive materials must be less than 350Bq/g per gram; the exemption limits for artificial radioactive materials vary, with the UK’s limit being less than 100Bq/g, while Japan, France, and Italy set their exemption limits for artificial radioactive materials at less than 74Bq/g. The standard set by the United States is the lowest, at 15Bq.

Section V High-Temperature and High-Pressure Treatment Method

The color optimization treatment of diamonds mainly includes irradiation treatment and high-temperature, high-pressure treatment. Since 1930, commercial treatment methods using high-energy radiation to improve the color of gem-quality diamonds have been used. Since the residual radiation of irradiated diamonds has potential harm to the human body, which limits consumers’ acceptance of irradiated gemstones, gemologists have been working to find a harmless and feasible diamond color treatment method. The high-temperature, high-pressure method was initially used for synthetic diamonds, and later, it was discovered that simulating the growth conditions and environment of diamonds could improve their color.

1. History of High-Temperature High-Pressure Color Modification

In nature, most diamonds are type Ia brown diamonds, and naturally occurring high-quality colorless and colored diamonds are rare. The rarity of diamonds, color, and brilliance have intensified the demand for high-quality diamonds. The modification of diamond color has always been a topic of research for gem researchers.

Since the 1960s, countries such as the United States, Japan, and Russia have successively conducted research on the high-temperature and high-pressure color modification of diamonds. General Electric was the first to propose a possible prediction of diamond color changes. Subsequently, Nikitin et al. (1969) used high-temperature and high-pressure treatment methods to transform type Ia light yellow diamonds into yellow and yellow-green diamonds.

General Electric and De Beers have published a series of global natural brown diamond color modification methods. However, most of these brown diamonds are of type IIa, and the instruments used are two-sided presses, resulting in treated diamonds that are mostly close to colorless with a slight gray tone. By the end of the 20th century, using a prismatic press, Nova Company successfully treated type Ia brown diamonds into yellow-green, green-yellow, blue-green, and pink-colored diamonds. In the 21st century, some scholars and businesses have applied high-temperature and high-pressure treatment methods to improve or alter the color of diamonds synthesized by chemical vapor deposition, mainly treating them into yellow and light brown tones. Gem companies in countries such as Russia and Sweden have also successfully adopted high-temperature and high-pressure methods to improve the color of diamonds.

The technology for high-temperature and high-pressure color modification of diamonds in our country started relatively late, with relevant research only beginning at the end of the 20th century. Our country has successfully conducted experimental research on high-temperature and high-pressure color modification of diamonds. The commonly used domestic equipment is a six-sided press, and the pressure conditions are still lower than those of advanced experimental conditions abroad; however, as long as the conditions are controlled properly, it is still possible to convert brown diamonds into colorless diamonds.

2. Main Types Improved by High Temperature and High Pressure

The high-temperature and high-pressure color modification method is similar to the conditions for synthetic diamonds; the pressure of the samples usually needs to reach 6GPa, the temperature is around 2100℃, and the duration is very short, not exceeding 30 minutes.

Two common types of diamonds have undergone color treatment in the market: brown diamonds of type IIa with low nitrogen content that are transformed into white diamonds, with color lightening after treatment, and can even be changed to color grades E, F, G, etc. These are usually marked with the inscription “GE-POL” on the diamond’s girdle using laser and are commonly referred to as GE-POL diamonds or GE-treated diamonds; the other type is Nova diamonds, which transform brown or impure yellowish-white diamonds of type Ia containing nitrogen into colored diamonds. The treated diamonds exhibit a distinct green component or vibrant yellow, mostly falling within the greenish-yellow to yellow-green spectrum, with a small number being yellow or brownish-yellow, often retaining octahedral growth patterns in brown to yellow. The conditions and main identification features of these two types of high-temperature and high-pressure treated diamonds can be found in section III (2) of diamond optimization treatment methods with website: https://sobling.jewelry/unveiling-single-crystal-gemstones-like-sapphire-beryl-and-diamond/

Since 2010, some large jewelry companies have begun conducting experimental research on color modification of sapphire gemstones using high-temperature and high-pressure methods. The pressure required for sapphire gemstones is relatively low compared to diamonds, generally around 100MPa, which can make the color of blue sapphires more vibrant. A German company was the first to use a low pressure of 2.5MPa to treat sapphire gemstones. Meanwhile, beryl can achieve more vibrant colors through low-temperature and low-pressure heating.

Copywrite @ Sobling.Jewelry - Custom korujen valmistaja, OEM ja ODM korut tehdas

Heman

Korutuotteiden asiantuntija --- 12 vuoden runsas kokemus

Hei, rakas,

Olen Heman, kahden mahtavan lapsen isä ja sankari. Olen iloinen voidessani jakaa korukokemuksiani korutuotteiden asiantuntijana. Vuodesta 2010 lähtien olen palvellut 29 asiakasta eri puolilta maailmaa, kuten Hiphopbling ja Silverplanet, avustamalla ja tukemalla heitä luovassa korusuunnittelussa, korutuotteiden kehittämisessä ja valmistuksessa.

Jos sinulla on kysyttävää koruja tuotteesta, voit vapaasti soittaa tai lähettää sähköpostia minulle ja keskustella sopivasta ratkaisusta sinulle, ja saat ilmaisia koruja näytteitä tarkistaa käsityötaidon ja korujen laadun yksityiskohdat.

Kasvetaan yhdessä!

Vastaa Peruuta vastaus

POSTS-luokat

Tarvitsetko tukea korujen tuotantoon?

Lähetä tiedustelu Soblingille

Hei, rakas,

Kasvetaan yhdessä!

Seuraa minua

Miksi valita Sobling?

SERTIFIOINNIT

Sobling kunnioittaa laatustandardeja

Uusimmat viestit

Mitä sinun tarvitsee tietää korujen valamisesta: Tekniikat: Materiaalin valmistuksesta edistyneisiin tekniikoihin

Heman - Korutuotteiden asiantuntija 7 tammikuun, 2025

Tutustu täydellisen korujen valun salaisuuksiin helposti ymmärrettävän oppaamme avulla. Tutustu erilaisiin valutekniikoihin, kuten tyhjiö- ja keskipakovaluun, virheettömien kappaleiden luomiseksi. Tutustu siihen, miten valmistelet materiaalit ja muotit laadukkaita tuloksia varten. Ihanteellinen koruliikkeille, studioille, tuotemerkeille, suunnittelijoille ja myyjille, jotka haluavat parantaa käsityötaitojaan ja tuottaa upeita mittatilaustyönä valmistettuja koruja.

Lue lisää "

Korujen valmistuksen avaaminen: Stamping Techniques: A Guide to Casting & Stamping Techniques: A Guide to Casting & Stamping Techniques

Heman - Korutuotteiden asiantuntija 6 syyskuun, 2024

Tässä artikkelissa opetetaan tekemään koruja käyttämällä hienoja tekniikoita, kuten vahan sulattamista ja metallin valamista muotteihin. Siinä käsitellään vanhoja menetelmiä, nykyaikaisia temppuja ja kaikkea, mitä tarvitset omien kiiltävien korujen valmistamiseen kotona.

Lue lisää "

Miten tehdä koruja kumimuotti？

Heman - Korutuotteiden asiantuntija 11 syyskuun, 2024

Opi siistit tekniikat korumuottien tekemiseen kotona! Oppaassamme näytetään, miten voit käyttää kumia ja silikonia täydellisten korujäljennösten valamiseen. Tutustu työkaluihin, materiaaleihin ja yksinkertaisiin vaiheisiin, joiden avulla voit luoda kestäviä muotteja käsitöihisi. Sopii erinomaisesti niin aloittelijoille kuin käsityöläisillekin!

Lue lisää "

Mikä tekee koruista lumoavia: Korujen valmistuksessa käytettävät jalo- ja yleisimmät metallit.

Heman - Korutuotteiden asiantuntija 21 marraskuun, 2024

Mitkä metallit sopivat koruihin? Tutustu jalometallien, kuten kullan, hopean ja platinan, salaisuuksiin ja opi niiden luokittelusta ja merkinnöistä. Ymmärrä, miksi nämä metallit ovat arvokkaita ja miten tavallisilla metalleilla on merkitystä korujen valmistuksessa. Tämä opas on välttämätön kaikille korualalla työskenteleville, jotka haluavat hallita metallien valinnan.

Lue lisää "

puoli Valmiiden tuotteiden laadun tarkastus ennen toimitusta sobling koruja

Miten Sobling tekee laadunvalvontaa koruillesi？ 6 vaihetta, joilla varmistetaan, että saat parasta laatua.

Heman - Korutuotteiden asiantuntija 28 maaliskuun, 2023

Tee koruistasi erottuvia yksinkertaisen oppaamme avulla! Opi laadunvalvonta raaka-aineista lopputuotteeseen. Varmista, että jalokivet ovat huippuluokkaa, metallit ovat puhtaita ja jokainen kappale näyttää upealta. Sopii erinomaisesti koruntekijöille, studioille, tuotemerkeille ja kaikille, jotka valmistavat räätälöityjä koruja.

Lue lisää "

Figure 9-54 Picking up gold leaf with a glue-brushing brush

Miten emali voi mullistaa korumallisi: Edut, tekniikat ja sovellukset?

Heman - Korutuotteiden asiantuntija 18 joulukuun, 2025

Jewelry is expensive enamel’s perfect partner. This article explains enamel’s pros, cons, and how to combine it with metal. See its use in luxury custom pieces and modern art jewelry, perfect for designers and sellers wanting unique, high-quality work.

Lue lisää "

Miksi palladiumpinnoitus on edullinen kullan vaihtoehto koruille

Miksi Palladium Plating on edullinen kulta vaihtoehto koruihin

Heman - Korutuotteiden asiantuntija 10 marraskuun, 2025

Palladiumpinnoitus on hopeanvalkoinen, sitkeä metalli, joka on edullisempi kuin kulta. Se antaa kirkkaan, valkoisen pinnan, hyvän korroosionkestävyyden ja sitä käytetään koristeellisiin koruihin. Oppaassa käsitellään galvanointiliuoksia, metalliseoksia, kuten Pd-Ni, ja prosesseja, joiden avulla koruihin saadaan kestävä ja houkutteleva pinnoite.

Lue lisää "

3 erilaista tekniikkaa jalokivien parantamiseen: Jalokivien parantamisen taito ja tiede: Jalokivien parantamisen taito ja tiede

Heman - Korutuotteiden asiantuntija 6 marraskuun, 2024

Jalokivien jalostus on tieteen ja taidekäsityön yhdistelmä, joka tuo esiin kivien sisäisen kauneuden ja lisää niiden houkuttelevuutta ja arvoa. Tekniikoita, kuten lämpökäsittelyä, kemiallisia reaktioita ja fysikaalisia muutoksia, käytetään värin, kirkkauden ja kestävyyden parantamiseksi. Tutustu perinteisiin ja nykyaikaisiin menetelmiin, jotka paljastavat rubiinien, safiirien, smaragdien ja muiden kivien kätketyn loiston. Olitpa sitten koruharrastaja, suunnittelija tai jälleenmyyjä, tämä tiivistelmä tarjoaa tietoa parannettujen jalokivien maailmasta.

Lue lisää "

Korut tehdas, korut räätälöinti, Moissanite korut tehdas, messinki kupari korut, puolijalokivet korut, synteettiset jalokivet korut, makeanveden helmi korut, Sterling Silver CZ korut, puolijalokivet räätälöinti, synteettiset jalokivet korut

ESITTELEMÄTTÖMÄT TUOTTEET

tuoteryhmä

materiaaliluokka

Miten tehdä jalokivioptimointi? Avaa 5 menetelmää ja laitteiden opas

Miten tehdä jalokivioptimointi? Avaa 5 menetelmää ja laitteiden opas

Gemstone Optimizatized Menetelmät ja tärkeimmät käytetyt laitteet

Sisällysluettelo

Jakso I Jalokiven kemiallinen käsittelymenetelmä

1. Värjäys ja värjäys

(1) Materiaaleja, väriaineita ja liuottimia koskevat vaatimukset

① Jalokivimateriaaleja koskevat vaatimukset

② Väriaineita (mukaan lukien väriaineet ja pigmentit) koskevat vaatimukset.

③ Väriaineliuottimia koskevat vaatimukset

(2) Jalokivien värjäysvaikutukseen vaikuttavat tekijät

① Hapan pesukäsittely

② Lämmityslämpötila ja värjäyskäsittelyaika

(3) Värjättyjen jalokivien tunnistusominaisuudet

2. Valkaisu

3. Ruiskutäyttö

(1) Halkeamien peittäminen

(2) Jalokivien vakauden parantaminen

(3) Parantaa värin kirkkautta ja jalokivien taloudellista arvoa

II jakso Jalokivien fysikaaliset käsittelymenetelmät

1. Pintakäsittely

2. Pinnan pinnoitus

3. Liikakasvu

4. Välikerros ja substraatti

5. Komposiitti

III jakso Lämpökäsittelymenetelmä

1. Lämpökäsittelylaitteet

1.1 Ensisijaiset laitteet

(1) Tavallinen lämpökäsittelyuuni

① Vastusuuni

② Suolan sulatusuuni:

③ Polttoaineuunit:

(2) Valvotun ilmakehän uuni

① Valvotun ilmakehän työuuni:

② Valvotun ilmakehän tuottava laite

(3) Tyhjiölämpökäsittelyuuni

(4) Laser- ja elektronisuihkulämpökäsittelylaite

1.2 Lämpökäsittelyn apuvälineet ja -laitteet

(1) Lämpöelementti

① Termoparin mittausperiaate:

② Lämpöparien rakenne ja tyypit:

Kuva 4-11 Termoparin rakenne

③ Lämpöparin kompensointilanka:

(2) Säteilylämpömittarit ja optiset lämpömittarit

① Säteilylämpömittari:

② Optinen pyrometri:

Kuva 4-14 Optisen pyrometrin kohdistustila (Wu Ruihua, 1994).

(3) Upokas

2. Lämpökäsittelyn periaatteet jalokivien parantamiseksi

(1) muuttaa kromofori-ionien pitoisuutta tai valenssitilaa jalokivissä lämpökäsittelyn avulla.

(2) Orgaanisten jalokivien koostumuksen muuttaminen lämpökäsittelyn avulla.

(3) Lämpökäsittely tuottaa värikeskuksia

(4) Lämpökäsittely aiheuttaa värimuutoksia vesipitoisissa jalokivissä dehydraatiovaikutusten vuoksi.

(5) Lämpökäsittely aiheuttaa muutoksia kiderakenteeseen.

(6) Lämpökäsittely parantaa silkin kaltaisia sulkeumia ja tähtivalon vaikutusta jalokivissä.

3. Lämpökäsittelyn olosuhteet

(1) Nopeus, jolla kuumennetaan korkeampaan lämpötilaan.

(2) Lämpökäsittelyn aikana saavutettu korkein lämpötila

(3) Odotusaika

(4) Jäähdytyskäyrä

(5) Uunin ilmapiiri

(6) Paine uunissa

4. Lämpövaikutukset lämpökäsittelyssä

Table 4-1 Mechanism and Examples of Thermal Effects

5. Redox and Gas Diffusion

(1) Redox

(2) Gas diffusion

6.Classification of Heat Treatment Methods

(1) Ordinary Heat Treatment Method

(2) Chemical Reagent Roasting Method

(3) Molten Salt Electrolysis Method

Figure 4-18 Schematic diagram of the molten salt electrolysis experiment

7. Common heat treatment methods to improve gemstone conditions

Table 4-2 Conditions for Heat Treatment of Common Gemstones

Section IV Radioactive Irradiation Methods

1. Types of Irradiation Rays and Radiation Sources

(1) Rays emitted by radioactive elements