Как сделать оптимизацию драгоценных камней? Руководство по разблокировке 5 методов и снаряжения

Такие методы обработки драгоценных камней, как нагревание и окрашивание, усиливают цвет и прозрачность. Узнайте, как эти методы работают с рубинами, сапфирами и другими камнями. Этот курс необходим ювелирам, дизайнерам и продавцам, чтобы придать драгоценным камням потрясающий вид.

Как сделать оптимизацию драгоценных камней? Руководство по разблокировке 5 методов и снаряжения

Оптимизация драгоценных камней Используемые методы и основное оборудование

Существует множество методов оптимизации обработки драгоценных камней, и с развитием науки и техники эти методы постоянно совершенствуются и обновляются. К наиболее традиционным методам оптимизации относятся термообработка, окрашивание, погружение в бесцветное масло и покрытие поверхности. Например, еще в древности люди поняли, что нагрев может усилить цвет агата, а поместив агат в различные красители, его можно окрасить в разные цвета. Хотя эти методы были известны, в то время они часто обнаруживались случайно. Только постепенно изучая физические свойства и механизмы цветообразования кристаллов драгоценных камней (алмазов, рубинов, сапфиров, топазов, бериллов, кварца и т. д.) и органических камней (жемчуга, янтаря и т. д.), люди смогли преодолеть традиционные границы и разработать новые методы оптимизации обработки.

В настоящее время основными методами оптимизационной обработки драгоценных камней являются: физико-химическая обработка, термическая обработка, облучение, обработка при высоких температурах и высоком давлении, лазерная обработка. Наиболее распространенным методом оптимизации обработки драгоценных камней является термическая обработка, которая улучшает цвет таких камней, как рубин, сапфир, жадеит и халцедон, которые окрашиваются микропримесями. Метод облучения в основном улучшает цвет драгоценных камней с цветовыми центрами, вызывая дефекты в структурном составе драгоценного камня путем облучения, в результате чего образуются цветовые центры и изменяется цвет камня. Физико-химическая обработка - это более традиционный метод оптимизации, например окрашивание, при котором для окраски драгоценных камней обычно используются различные красители. Необходимое оборудование просто, а работа удобна, но улучшенные камни нестабильны и склонны к выцветанию. Обработка высокой температурой и давлением в настоящее время является одним из методов обработки бриллиантов, изменяющим их цвет под воздействием высокой температуры и давления. Лазерная обработка используется в основном для локальной обработки бриллиантов с целью улучшения их цвета и прозрачности.

Раздел I Метод химической обработки драгоценных камней

Физико-химические методы обработки драгоценных камней включают такие распространенные способы, как окрашивание, отбеливание, погружение в масло, заливка, склеивание, покрытие, подложка, наслоение и инкрустация, которые имеют многовековую историю. Среди них окрашивание - традиционный метод улучшения цвета драгоценных камней, восходящий к глубокой древности. Согласно историческим записям, окрашенный в красный цвет агат был найден в египетских гробницах около 1300 года до нашей эры. Благодаря простоте традиционных методов улучшения цвета, их можно применять к большинству структурно рыхлых криптокристаллических или монокристаллических драгоценных камней с большим количеством трещин. Многие окрашенные драгоценные камни на рынке выдают себя за натуральные, поэтому необходимо определить драгоценные камни, обработанные красителем и другими методами окраски. По характеру обработки они делятся на химические и физические.

Химические методы обработки подразумевают добавление определенного количества химических реагентов, которые вступают в химическую реакцию с компонентами драгоценного камня, позволяя красящим элементам, содержащимся в химических реагентах, проникать внутрь камня или просачиваться в трещины драгоценного камня, чтобы изменить его цвет. В процессе химической обработки необходимо добавлять другие вещества, кроме компонентов драгоценного камня. Этот метод оптимизации является формой обработки, и при продаже драгоценного камня он должен быть обозначен. К распространенным методам химической обработки относятся окрашивание, колорирование, отбеливание и инъекционное наполнение.

1. Окрашивание и колорирование

Процессы и принципы окрашивания и колорирования отличаются только используемыми красителями: при окрашивании используются органические красители, а при колорировании - неорганические пигменты. Принципы крашения и колорирования одинаковы: красящие вещества проникают в драгоценный камень, чтобы усилить или изменить его цвет. Органические красители более яркие, но менее устойчивы и со временем выцветают; химические реагенты, используемые при окрашивании, близки по цвету к натуральным драгоценным камням и обладают хорошей устойчивостью, что делает их менее склонными к выцветанию. В настоящее время большинство драгоценных камней окрашивают с помощью неорганических пигментов.

(1) Требования к материалам, красителям и растворителям

Способы окрашивания и декорирования схожи по технологии, требуют минимального оборудования: достаточно замочить камень в емкости на некоторое время. Если вы хотите, чтобы цвет проник в драгоценный камень, в процессе необходимо нагревание, причем температура нагрева обычно невысока. Крашение и окрашивание применяются в основном к драгоценным камням светлых оттенков и рыхлой структуры. Эффект окрашивания зависит от материала драгоценного камня, выбранных красителей и пигментов, растворителей для окрашивания, а также от других условий, при этом особые требования могут быть следующими.

① Требования к материалам для драгоценных камней

Во-первых, они должны быть устойчивы к воздействию кислот, щелочей и тепла. Перед окрашиванием драгоценные камни необходимо очистить кислотой или щелочью, а в процессе работы их нужно нагревать, иногда кипятить в течение некоторого времени.

Во-вторых, обрабатываемые материалы должны обладать определенной пористостью, чтобы красящее вещество могло проникнуть внутрь драгоценного камня. Такие материалы, как жадеит, нефрит, халцедон, агат и мрамор, относительно легко поддаются окрашиванию.

Для непористых драгоценных камней необходимо создать искусственные поры или трещины, чтобы красящее вещество проникло в кристалл. Например, метод кварцевого взрыва требует сначала нагрева и закалки кварца для создания чрезвычайно мелких трещин, а затем окрашивания, которое может дать красный или зеленый кварц (рис. 4-1).

② Требования к красителям (включая красители и пигменты)

Сначала выберите подходящий краситель или пигмент, исходя из свойств драгоценного камня. При окрашивании драгоценных камней цвет красителя должен быть близок к натуральному цвету драгоценного камня. Драгоценные камни, окрашенные органическими красителями, имеют много цветов и очень яркие, но они создают ощущение "подделки" и имеют плохую устойчивость, легко выцветают; цвет неорганических пигментов часто ближе к натуральным драгоценным камням, имеет лучшую устойчивость и не так легко выцветает, поэтому люди обычно выбирают неорганические пигменты. При выборе красителей старайтесь выбирать те, которые не выцветают. Органические красители, особенно аминные, склонны к выцветанию, поэтому их следует использовать с осторожностью.

Во-вторых, выбирайте красители, которые могут вступать в химическую реакцию с определенными элементами внутри драгоценного камня или адсорбироваться порами его материала. К распространенным красителям относятся соли хрома, железа, марганца, кобальта, меди и т. д.

③ Требования к растворителям красителей

Существует два вида окрашивания с помощью красителей (колорантов): масляное и водное. При масляном крашении для растворения красителя используются различные масла, а при водном - вода или полярные молекулы, например этанол, в качестве растворителя. При окрашивании важно выбрать подходящий растворитель в зависимости от типа красителя (пигмента) и адсорбционной способности материала драгоценного камня.

Использование неполярного молекулярного масла в качестве растворителя называется масляным крашением. Цветные масла (то есть масла, растворяющие органические красители) обычно используются для пропитки рубинов и изумрудов, позволяя цветному маслу проникать в трещины на драгоценных камнях.
Водное окрашивание используется в основном для неорганических пигментов: пигменты растворяются в воде или спирте, образуется насыщенный раствор, а затем в нем замачиваются предварительно обработанные драгоценные камни. Время выдержки обычно больше, чем при масляном крашении, и иногда для достижения желаемого цвета используются химические агенты, вступающие в реакцию с красителем. Например, при окрашивании агата подбирают различные химические реагенты, чтобы вызвать химическую реакцию, и образовавшийся осадок проникает в трещины драгоценного камня, стабилизируя цвет после окрашивания.

(2) Факторы, влияющие на эффект окрашивания драгоценных камней

Помимо материала драгоценного камня и красителя, необходимо учитывать и другие факторы, такие как обработка драгоценного камня кислотой перед окрашиванием, температура нагрева во время окрашивания и продолжительность процесса окрашивания.

① Обработка кислотной промывкой

Перед окрашиванием драгоценных камней необходимо промыть их кислотой, чтобы удалить с поверхности камня желтые, коричневые и другие смешанные цвета и сохранить поверхность чистой. После кислотной промывки необходимо выбрать определенный щелочной раствор для нейтрализации драгоценного камня. Если для окрашивания выбран метод химической реакции, следует учитывать условия, необходимые для образования осадка, иначе реакция не пойдет. После промывки кислотой перед дальнейшей обработкой камень следует высушить в печи или на воздухе.

② Температура нагрева и время обработки красителем

В процессе окрашивания обычно используется нагрев, чтобы способствовать проникновению красителя в трещины драгоценного камня. Температура нагрева и время обработки красителем также влияют на конечный цвет драгоценного камня. Более высокая температура нагрева приводит к ускорению реакции, что требует более короткого времени окрашивания; наоборот, более низкая температура нагрева требует более длительного времени для достижения лучшего эффекта окрашивания.

Процесс окрашивания и обработки прост, удобен в эксплуатации и широко используется. Он может быть применен к монокристаллическим драгоценным камням с трещинами, а также к поликристаллическим или криптокристаллическим драгоценным камням с рыхлой структурой. Среди драгоценных камней, которые обычно подвергают окрашиванию, - рубины, изумруды, агаты, халцедоны, нефриты, нефрит сюань, жадеит, жемчуг, слоновая кость, опалы, кораллы, кварцит, бирюза и другие.

(3) Идентификационные характеристики окрашенных драгоценных камней

Окрашенные драгоценные камни имеют яркие цвета, и при увеличении можно увидеть цвет вдоль трещин или между частицами, причем в плотных структурах цвет светлее, а в рыхлых - темнее. Например, у окрашенных рубинов (рис. 4-2) под лупой цвет концентрируется в трещинах рубина, при этом четко прослеживается явление цветовой границы.

2. Отбеливание

Отбеливание обычно применяется для нефрита или органических драгоценных камней с большим количеством вариаций цвета поверхности, таких как жадеит, жемчуг и коралл. Отбеливающими веществами обычно служат хлор, соли гипохлорита, перекись водорода и сульфиты. Воздействие солнца также может вызвать потускнение некоторых драгоценных камней, что может быть отбеливающим эффектом солнечного света. Перекись водорода и соли гипохлорита обычно используются в качестве отбеливающих агентов в процессах оптимизации драгоценных камней. Перекись водорода и солнечный свет часто используются для отбеливания натурального или культивированного жемчуга, что позволяет отбелить особенно темные или зеленоватые жемчужины, приблизив их к высококачественным натуральным. Перекись водорода и соли гипохлорита обычно используются для отбеливания нефрита, например жадеита (рис. 4-3), который после отбеливания удаляет желтые и коричневые тона на поверхности, позволяя лучше проявиться зеленому цвету жадеита.

После отбеливания структура нефрита повреждается, и его обычно приходится вводить и наполнять, чтобы сделать структуру плотной и стабильной. Органические драгоценные камни, такие как жемчуг и кораллы, могут продаваться после отбеливания без наполнения, и их цвета также очень стабильны. Отбеливание считается оптимизацией и не требует маркировки при продаже драгоценных камней; их можно называть прямо, используя название натурального драгоценного камня. Для отбеливания используются такие драгоценные камни, как жадеит, нефрит, нефрит Сюянь, кварцит, жемчуг, коралл, халцедон, кремнистое дерево и тигровый глаз.

После отбеливания при увеличении драгоценные камни имеют структуру, напоминающую апельсиновую корку или канал, на полированной поверхности видны мелкие микротрещины, внутренняя структура рыхлая, а цвет чистый и яркий, без примесей. Для стабилизации структуры драгоценных камней после отбеливания часто используется обработка наполнителем.

3. Инъекционное наполнение

Инъекционное наполнение - это метод обработки, при котором жидкие вещества вводятся в трещины драгоценных камней с помощью определенных технологических средств. В основном он подходит для драгоценных камней, которые структурно рыхлые или содержат много трещин, заполняя трещины и поры драгоценных камней такими материалами, как бесцветное масло, цветное масло, смола, воск или пластик, делая их структуру более прочной, улучшая стабильность драгоценных камней или изменяя цвет драгоценных камней. Инъекционное наполнение можно разделить на бесцветное и цветное, со следующими основными целями.

(1) Заделывание трещин

Природные драгоценные камни при изготовлении часто содержат множество трещин. Наличие многочисленных трещин влияет как на внешний вид, так и на стабильность драгоценных камней. Трещины можно скрыть, введя бесцветное масло или другие материалы в трещины, поры или межзерновые промежутки материала драгоценного камня, что сделает их менее заметными и повысит их пригодность к использованию и экономическую ценность. Например, природные изумруды и рубины часто содержат множество трещин, и введение бесцветного или цветного масла позволяет улучшить их внешний вид.

(2) Повышение стабильности драгоценных камней

Для структурно рыхлых драгоценных камней - инъекции и заполнение пор, чтобы сделать их более прочными, повысить твердость и стабильность, как, например, бирюза и изумруды.

(3) Улучшение яркости цвета и экономической ценности драгоценных камней

Для драгоценных камней более светлых оттенков введение цветного масла, цветного воска и других материалов не только укрепляет их структуру, но и делает цвет драгоценных камней более глубоким.

Предположим, в поры бирюзы вводится цветной материал. В этом случае он может повысить ее твердость и уменьшить рассеивание света, углубить цвет и значительно повысить твердость.

К драгоценным камням, которые можно улучшить с помощью метода инъекционного наполнения, относятся рубины, сапфиры, изумруды, бирюза, лазурит, опал, берилл, кварц и нефрит.

После инъекционного заполнения драгоценный камень при увеличении демонстрирует снижение прозрачности и блеска в месте заполнения. Например, бесцветный изумруд, заполненный маслом (рис. 4-4), показывает, что прозрачность и блеск в месте заполнения значительно ниже, чем у природных изумрудов. Если для заполнения используется цветное масло, цвет в трещинах становится более глубоким. В месте заливки видны пузырьки, а инфракрасная спектроскопия показывает характерные инфракрасные спектры поглощения материала заливки, причем коэффициент преломления и плотность ниже, чем у природных драгоценных камней.

Раздел II Физические методы обработки драгоценных камней

Широко используются и методы физической обработки драгоценных камней, под которыми понимается модификация драгоценных камней с другими материалами путем склеивания, сращивания и других приемов для создания общего впечатления. К распространенным методам физической обработки относятся поверхностные покрытия, гальванизация, инкрустация, наслоение, подложка и сращивание.

1. Покрытие поверхности

Нанесение слоя цветной фольги (также известное как "обработка фольгой") на поверхность или нижнюю часть драгоценного камня или использование краски в качестве покрытия всех или части граней драгоценного камня изменяет его цвет и тем самым меняет его внешний вид. Изначально этот способ широко использовался для бриллиантов: например, простейшее покрытие включает в себя нанесение на поверхность бриллианта синих чернил, которые могут улучшить внешний вид бриллианта за счет цвета чернил. Нанесение слоя голубой пленки на нижнюю часть светло-желтого бриллианта может улучшить его цвет. Этот метод обработки обычно используется для бриллиантов, топазов, кристаллов, кораллов и жемчуга.

В настоящее время распространен метод нанесения слоя цветного покрытия на бесцветный или светлоокрашенный топаз или кристалл, что позволяет получить различные цветовые эффекты. В большинстве случаев дополнительный цвет присутствует только на поверхности драгоценного камня. Драгоценные камни с таким покрытием легко идентифицировать, так как поверхность с покрытием часто отличается по цвету от нижней части, а из-за меньшей твердости покрытия на нем часто видны царапины.

2. Покрытие поверхности

С развитием науки и техники, Поверхность Покрытие постепенно превратилась в нанесение слоя цветной пленки на поверхность бесцветных или светлоокрашенных драгоценных камней для изменения их цвета. Этот метод обработки обычно используется для бриллиантов, топазов, кристаллов и т. д. В качестве алмазного покрытия часто используется алмазная пленка, которая представляет собой очень тонкий слой синтетического алмаза поверх бриллианта; благодаря сильному блеску и высокой твердости она очень похожа на алмаз. На светлоокрашенные топазы или кристаллы часто наносят слой пленки оксида металла (рис. 4-5), который на поверхности имеет вид радуги. Тем не менее под увеличением видны царапины, а со временем поверхность может частично отслаиваться.

3. Переросток

Нарост - это слой драгоценного камня, выращенный на поверхности синтетического или натурального драгоценного камня синтетическим методом. Толщина такого слоя может варьироваться. Его нелегко строго отличить от драгоценных камней, выращенных в водных растворах. Например, на куске изумруда или берилла может вырасти слой синтетического изумруда, имеющий признаки как натурального, так и синтетического изумруда. При определении драгоценного камня Overgrowth следует обратить внимание на область соединения, цветовые различия и характеристики включений между верхним и нижним слоями драгоценных камней.

4. Прослойка и подложка

Сайт ИнтерСлой и подложка соединяются вместе различными методами, образуя цельный драгоценный камень, улучшая внешний вид, цвет и внешний вид натуральных драгоценных камней. Подложка в основном используется для улучшения цвета светлых камней, таких как бриллианты с желтоватым оттенком; добавление слоя голубой подложки снизу может улучшить цвет бриллианта. Подложка обычно используется в трехслойных композитных камнях; например, верхний слой - натуральный светло-зеленый изумруд, а нижний - бесцветный или светло-зеленый берилл, с зеленым слоем в середине, который усиливает цвет изумруда.

5. Композит

Композит - это сочетание нескольких драгоценных камней или материалов различными способами. К композитным камням относятся двухслойные и трехслойные композитные камни. Композит - это распространенный метод улучшения физических характеристик, который широко используется. Благодаря композитной обработке можно улучшить цвет и внешний вид драгоценных камней. К распространенным композитным драгоценным камням относятся изумруды, рубины, гранаты, опалы, алмазы и т. д. (рис. 4-6). Для идентификации композитных камней в основном используется осмотр с увеличением, обращая внимание на композитные швы в драгоценных камнях, различия в цвете и блеске между разными слоями, а также пузырьки между композитными швами.

Раздел III Метод термической обработки

Термообработка - один из самых распространенных методов оптимизации драгоценных камней. Драгоценные камни помещаются в оборудование, которое может контролировать нагрев, с различными температурами нагрева и окислительно-восстановительными атмосферами, выбранными для термообработки, улучшая цвет, прозрачность и чистоту драгоценных камней. Термообработка может повысить эстетическую и экономическую ценность драгоценных камней, раскрывая потенциальную красоту внутри, что делает ее простым в использовании и широко распространенным методом оптимизации драгоценных камней, классифицируемым как оптимизация. В номенклатуре драгоценных камней она может быть названа непосредственно по названию природного самоцвета.

1. Оборудование для термообработки

Для проведения термообработки драгоценных камней сначала необходимо определенное оборудование, которое будет нагревать драгоценные камни. В зависимости от роли, которую оно играет в термообработке, оборудование для термообработки можно разделить на две основные части: основное оборудование и вспомогательное.

1.1 Основное оборудование

Основным оборудованием для термообработки является нагревательное оборудование, которое включает в себя две категории: печи для термообработки и нагревательные устройства. Обычно в лабораториях используются обычные печи для термообработки (печи сопротивления, солевые печи, топливные печи), печи с контролируемой атмосферой и вакуумные печи для термообработки. Нагревательные устройства включают лазерные нагревательные устройства и устройства для нагрева электронным лучом.

Вспомогательное оборудование включает в себя устройства для создания контролируемой атмосферы (газогенераторы, устройства для разложения аммиака, вакуумные системы и т.д.), силовое оборудование (распределительные шкафы, воздуходувки и т.д.), измерительные приборы (температурные приборы, манометры, расходомеры, устройства автоматического управления и т.д.), а также тигли, оборудование для охлаждения очистки и т.д.

(1) Обычная печь для термообработки

Обычные печи для термообработки в основном относятся к печам сопротивления, печам для плавки соли, топливным печам и т.д., широко используемым в термообработке.

① Печь сопротивления

Печь сопротивления состоит из нагревательных элементов (проволоки, карбида кремния, силицида молибдена, оксида кобальта и т.д.). В лабораториях обычно используются коробчатые и трубчатые печи.

Печь сопротивления коробчатого типа: Печь сопротивления коробчатого типа имеет камеру коробчатой формы (рис. 4-7), классифицируемую на высокотемпературную, среднетемпературную и низкотемпературную в зависимости от рабочей температуры. Печи сопротивления коробчатого типа, производимые в нашей стране, были стандартизированы, за исключением низкотемпературных применений, где вместо них используются различные коробки с постоянной температурой.

Высокотемпературная печь сопротивления коробчатого типа в основном используется для улучшения цвета драгоценных камней с высокой температурой плавления, таких как корунд, рубин, сапфир и циркон, с общей температурой нагрева выше 1000℃.

Среднетемпературная боксовая печь часто используется для термообработки драгоценных камней, таких как сапфир, топаз, хрусталь и танзанит, которые требуют средне-низкотемпературного изменения цвета. Температура термообработки обычно составляет от 650°C до 1000°C.

Печь для низкотемпературной термообработки в основном используется для органических драгоценных камней и драгоценных камней, содержащих воду в своей структуре, таких как жемчуг, кораллы, опалы и т.д.

Печь сопротивления коробчатого типа имеет простую конструкцию, проста в эксплуатации и имеет низкую стоимость, что делает ее незаменимым прибором в лабораториях. Преимуществами печи сопротивления коробчатого типа являются высокая температура нагрева, большое внутреннее пространство и возможность одновременного размещения нескольких образцов. Однако этот тип печей для термообработки имеет такие недостатки, как низкая тепловая эффективность, медленный нагрев и неравномерность температуры в печи, которые необходимо устранять в процессе эксплуатации. Например, неравномерность температуры печи может быть предварительно определена путем измерения теплового поля и размещения образцов в определенных температурных точках для преодоления неравномерности температуры.

Трубчатая печь сопротивления: В трубчатой печи сопротивления обычно используется проволока сопротивления, уложенная вокруг высокотемпературных огнеупорных материалов (обычно глиноземных трубок 99%), и температура может регулироваться по сегментам. В качестве нагревательных элементов в ней также могут использоваться стержни из карбида кремния, расположенные по кругу вокруг глиноземной трубки. Трубчатая печь сопротивления может контролировать атмосферу, изолируя нагревательный элемент от атмосферы печи с помощью кожуха, что позволяет вводить различные атмосферы (например, окислительную или восстановительную) по мере необходимости, а отработанный газ выводится через выпускные отверстия на крышке печи (Рисунок 4-8).

Преимущества трубчатой печи сопротивления - высокая скорость нагрева, сегментированный контроль температуры и точный контроль температуры; недостатки - небольшое количество образцов и нелегкость извлечения.

② Печь для плавки соли:

Солевая плавильная печь - это устройство для термообработки, использующее расплавленную соль в качестве теплоносителя, характеризующееся простой структурой и быстрой, равномерной скоростью нагрева. Температура плавления соли в солеплавильной печи составляет 150~1300℃, в зависимости от состава солевого раствора, что в целом обеспечивает диапазон температур нагрева, подходящий для низкотемпературной и среднетемпературной термообработки драгоценных камней. Недостатками являются высокое энергопотребление, сложность очистки образцов после обработки, а также определенное коррозионное и загрязняющее воздействие на драгоценные камни. К распространенным типам солеплавильных печей относятся электродные и электронагревательные.

Электродная печь для плавки соли: в этой электрической печи электроды вставляются в топочную камеру и пропускают низковольтный ток высокого напряжения, создавая сильную электромагнитную циркуляцию, когда ток проходит через расплавленную соль, способствуя завихрению расплавленной соли для нагрева образца. Существующие в нашей стране печи для плавки электродной соли в основном имеют большие размеры для промышленного производства и не подходят для лабораторий. В лабораториях можно сконструировать небольшие печи, используя серийно выпускаемые трансформаторы для солеплавильных печей.
Электронагревательная печь для плавки соли: такая печь состоит из тигля с расплавленной солью и корпуса печи, который нагревает тигель. Источником тепла часто служит электрическая энергия, но используются и другие виды топлива. Она обычно используется для термической обработки драгоценных камней, окрашенных в цвет, вызванный химическими компонентами. К ее особенностям можно отнести отсутствие ограничений по источнику тепла и необходимости в трансформаторах, но срок службы тигля невелик, а распределение температуры внутри печи неравномерно. В нашей стране выпускается множество моделей печей этого типа, но только некоторые из них подходят для лабораторий по оптимизационной обработке драгоценных камней.

③ Топливные печи:

По типу используемого топлива топливные печи можно разделить на печи на твердом топливе, печи на газовом топливе и печи на жидком топливе. По форме нагревательной камеры их также можно разделить на камерные, настольные, колодезные и т.д. Наиболее распространенной печью на твердом топливе является камерная печь с нижним расположением топки, в которой основным топливом является уголь. Преимуществами являются простота конструкции и низкая стоимость; недостатками - плохая равномерность температуры и сложность контроля температуры.

В качестве топлива в газовых печах используются горючие газы (такие как угольный газ, природный газ, сжиженный нефтяной газ и т. д.). Поскольку горючие газы легко смешиваются с воздухом и полностью сгорают, температура в печи более равномерна, чем в печах на твердом топливе, что делает ее подходящей для обычной лабораторной обработки драгоценных камней. Однако точность измерения температуры внутри печи может быть повышена.

Жидкотопливные печи используют в качестве топлива дизельное топливо или тяжелое масло, а их устройство аналогично газовым печам. Единственное различие между ними заключается в конструкции устройства для сжигания топлива.

(2) Печь с контролируемой атмосферой

Кислород или восстановительный газ подается в печь с контролируемой атмосферой для улучшения цвета и внешнего вида драгоценных камней путем управления окислительной или восстановительной атмосферой. Печь с контролируемой атмосферой обычно состоит из двух частей: рабочей печи с контролируемой атмосферой и устройства для создания контролируемой атмосферы.

① Рабочая печь с контролируемой атмосферой:

Этот тип печей, как правило, является улучшенной версией печи сопротивления, и в качестве печей с контролируемой атмосферой могут использоваться как печи коробчатого типа, так и печи трубчатого типа. Печь с контролируемой атмосферой может быть сформирована путем добавления насадки с контролируемой атмосферой, которая позволяет газу поступать в печную камеру печи сопротивления и герметизировать ее. Она обычно используется для управления атмосферой термообработки, например, окислительной, восстановительной или нейтральной. Вводимые окислительные газы обычно включают кислород, воздух и т.д.; восстановительные газы обычно включают H₂, CO, N₂, CH₄и т.д., а некоторые из этих газов являются легковоспламеняющимися, поэтому при работе с ними необходимо соблюдать особую осторожность. Для предотвращения взрывов лучше всего продувать камеру печи с помощью N₂(или CO₂) газов перед вводом газа или отключением печи, при этом количество вводимого газа обычно в 4~5 раз превышает объем камеры печи. Кроме того, вводимый газ иногда имеет высокое содержание CO, который может легко отравить оператора, поэтому важно обеспечить хорошую вентиляцию и регулярно проверять герметичность корпуса печи и трубопроводов. Отработанный газ следует поджигать или выпускать на улицу.

② Устройство для создания контролируемой атмосферы

Устройство для создания восстановительной атмосферы (также известное как эндотермический генератор атмосферы): В этом устройстве сырьевые газы (природный газ, сжиженный нефтяной газ, угольный газ и т.д.) смешиваются с воздухом в определенной пропорции. Под воздействием внешнего источника тепла и катализатора он образуется в результате неполного сгорания и ряда реакций. Полученный газ является хорошей восстановительной атмосферой, которая строго контролируется и стабильна, но конструкция оборудования сложна, а стоимость относительно высока.
Генератор разложения аммиака: В процессе термообработки необходимо создавать различные атмосферы в зависимости от причин образования цвета драгоценных камней, такие как окислительная атмосфера, восстановительная атмосфера и т.д. Обычно используемая восстановительная атмосфера достигается с помощью генератора разложения аммиака.

Восстановительная атмосфера создается с помощью устройства, которое разлагает газообразный аммиак на азот и водород, как показано на рисунке 4-9. Жидкий аммиак из аммиачного баллона поступает в испаритель 1, где нагревается и испаряется, затем поступает в реакционный резервуар 2, где разлагается под действием высокой температуры и катализатора. Охлажденный газ разложения аммиака очищается в очистительном устройстве 3, где удаляются остаточный кислород и водяной пар, и затем может быть введен в печь для термообработки. Газ после разложения H₂:N₂ составляет 3:1, что является восстановительной атмосферой.

(3) Вакуумная печь для термообработки

Вакуумная термообработка - это метод термообработки, при котором процесс нагрева или охлаждения образца происходит в вакууме (под отрицательным давлением), а печь, используемая для такой обработки, называется вакуумной термообрабатывающей печью.

Вакуумная термообработка используется для особых условий термообработки, например, для обработки черного кубического циркония, и температура в вакуумной печи также относительно высока. Из-за опасений по поводу окисления ненагревательных элементов в качестве нагревательных элементов могут использоваться высокотемпературные металлы, такие как алюминий, вольфрам, тантал и графитовые изделия. Тем не менее, в процессах оптимизации драгоценных камней они используются не так широко, как в печах с контролируемой атмосферой.

(4) Устройство для термообработки лазером и электронным лучом

В последние годы получили развитие технологии лазерной и электронно-лучевой термообработки. Они характеризуются высокой скоростью нагрева, высокой температурой и отсутствием окисления, что делает их особенно подходящими для локальной термообработки. Однако из-за неравномерности нагрева, быстрой скорости охлаждения и высоких инвестиционных затрат такое оборудование реже используется для термообработки драгоценных камней и чаще всего применяется для обработки темных включений в бриллиантах.

Электронный пучок - это пучок электронов с высокой плотностью энергии, испускаемый из нагретой катодной нити, ускоряемый "анодом" и фокусируемый магнитной линзой. Когда этот электронный пучок соприкасается с поверхностью образца, он немедленно преобразует энергию электронов в тепловую энергию, нагревая образец и даже расплавляя металлы. Устройство, генерирующее электронный пучок, называется электронно-лучевой пушкой. Это устройство обычно используется для локального усиления термической обработки драгоценных камней.

1.2 Вспомогательные инструменты и устройства для термообработки

(1) Термопара

Термопары являются наиболее широко используемыми чувствительными элементами для измерения температуры. Они имеют простую конструкцию, удобны в использовании, обладают высокой точностью и стабильностью, имеют широкий диапазон измерения температуры и играют важную роль в измерении температуры.

① Принцип измерения термопары:

Он предполагает соединение двух металлических проволок (A и B) с разным химическим составом в замкнутый контур, который и является термопарой. Когда температуры на стыках этих проводов различны, в цепи возникает электродвижущая сила, известная как термоэлектрический потенциал.

Величина термоэлектрического потенциала термопары зависит от свойств материала проводников и температур на двух спаях. Если материал проводника фиксирован, то чем больше разница температур между двумя спаями, тем больше термоэлектрический потенциал. Температуру можно определить, измерив величину термоэлектрического потенциала.

② Структура и типы термопар:

Термопара состоит из двух различных проводящих проводов, A и B, называемых термоэлектродами. Сваренный конец называется рабочим, также известным как горячий конец, и помещается в измеряемую среду; другой конец называется эталонным, также известным как свободный или холодный конец, и подключается к прибору.

Когда температуры горячего и холодного концов отличаются, термоэлектрический потенциал, генерируемый термопарой, может быть показан или записан прибором в соответствии с температурной шкалой. Принципиальная схема термопары показана на рисунке 4-10.

Два провода термопары покрыты изоляционными трубками для предотвращения короткого замыкания и защищены керамическими трубками или трубками из жаропрочной стали для предотвращения коррозии от вредных веществ. Структура термопары показана на рисунке 4-11.

③ Компенсационный провод для термопары:

Термоэлектрический потенциал, создаваемый термопарой, может непосредственно отражать температуру на горячем конце только в том случае, если холодный конец поддерживается на уровне 0℃.

Однако при практическом использовании термопар из-за тепла, выделяемого самой термопарой, и влияния температуры окружающей среды температура холодного конца часто изменяется, что приводит к неточным показаниям температуры измерительным прибором.

Чтобы преодолеть этот эффект, часто используются компенсационные провода, которые удлиняют холодный конец термопары до места с более постоянной температурой, что позволяет принять компенсационные меры.

Компенсационные провода представляют собой пару металлических проводов с различным химическим составом. Они обладают теми же термоэлектрическими свойствами, что и термопара, к которой они подключены, в диапазоне 0-100℃, но стоят гораздо дешевле. Подключение компенсационных проводов показано на рисунке 4-12.

Компенсационные провода бывают двухжильными, одножильными или многожильными, а различные цвета различают их внутренние изоляционные слои для обозначения положительной и отрицательной полярности. При использовании следует учитывать, что различные термопары должны использовать соответствующие компенсационные провода для подключения; температура на соединительных концах компенсационного провода и термопары должна поддерживаться ниже 100℃; новый холодный конец, протянутый через компенсационный провод, должен быть компенсирован с помощью таких методов, как постоянная температура или расчет; положительный полюс компенсационного провода должен соединяться с положительным полюсом термопары, а отрицательный полюс - с отрицательным, чтобы избежать неправильных соединений.

(2) Радиационные термометры и оптические термометры

① Радиационный термометр:

Радиационный термометр состоит из датчика температуры излучения и устройства отображения. Во время использования изображение измеряемого объекта, видимое через окуляр, должно полностью покрывать термобатарею [Рисунок 4-13 (a)], чтобы термобатарея адекватно принимала тепловую энергию, излучаемую измеряемым объектом. Если изображение измеряемого объекта слишком мало или перекошено, измеренное значение будет ниже фактического.

② Оптический пирометр:

Оптический пирометр - это портативный прибор для измерения температуры. Обычно используется оптический пирометр с экстинкцией нити накала. Он работает по принципу зависимости между яркостью светящегося объекта и его температурой, используя метод сравнения яркости для измерения температуры.

Во время работы направьте пирометр на измеряемый объект и перемещайте окуляр вперед-назад. Сравнивайте яркость нити до тех пор, пока яркость нити не станет такой же, как яркость измеряемого объекта; то есть изображение нити исчезнет в изображении измеряемого объекта [Рисунок 4-14 (b)], тогда можно будет получить температуру измеряемого объекта, обозначенную мгновенным градусом.

(3) Крусибл

Тигли - широко используемые емкости в процессе термообработки драгоценных камней. Поскольку термообработка драгоценных камней часто завершается при более высоких температурах и происходит в непосредственном контакте с тиглем, выбор тигля является решающим фактором для успеха термообработки. В процессе термообработки выбор тигля должен отвечать следующим условиям:

① Материал тигля должен обладать достаточной прочностью при рабочих температурах и не должен давать трещин в течение длительного времени при высоких температурах.

② В условиях рабочей атмосферы материал тигля должен быть достаточно устойчив по отношению к драгоценным камням. Он не должен вступать с ними в химическую реакцию, и особое внимание следует уделять чистоте материала тигля, чтобы избежать попадания вредных примесей в кристаллы драгоценных камней.

③ Материал тигля должен иметь низкую пористость и высокую плотность, чтобы поддерживать определенное давление после герметизации тигля.

④ Поскольку тигли являются широко используемыми емкостями при термической обработке драгоценных камней, материал тигля должен быть простым в обработке и недорогим.

Копирайт @ Sobling.Jewelry - Пользовательские ювелирные изделия производителя, OEM и ODM ювелирный завод

2. Принципы термической обработки для улучшения качества драгоценных камней

Нагрев натуральных драгоценных камней при определенных температурах может улучшить их цвет, прозрачность и внешний вид. Причина этого заключается в том, что в результате термической обработки изменяется структура и состав драгоценных камней, что улучшает их внешние характеристики и повышает их эстетическую и экономическую ценность. Поэтому, чтобы понять изменения во внешних характеристиках драгоценных камней, необходимо проанализировать принципы, по которым термообработка улучшает драгоценные камни.

Обработка - это процесс раскрытия потенциала драгоценных камней и максимального раскрытия заложенной в них красоты. Обработанные драгоценные камни не имеют различий в физических и химических свойствах по сравнению с натуральными. Принцип заключается в том, что нагревание вызывает изменения в содержании и валентном состоянии красящих ионов, содержащихся в драгоценном камне, или создает некоторые структурные дефекты, которые приводят к изменению физических свойств камня, таких как цвет и прозрачность.

Большинство драгоценных камней, содержащих примеси микроэлементов, после термообработки меняют цвет или прозрачность. Оборудование, обычно используемое для термообработки, простое и удобное в эксплуатации, подходит для большинства драгоценных камней всех цветов, таких как рубины, сапфиры, изумруды, турмалины, циркон, нефрит и агат. Этот метод применим к драгоценным камням, цвет которых обусловлен компонентами переходных элементов или примесями переходных элементов, а также к камням, изменение цвета которых обусловлено переносом заряда. Органические драгоценные камни также могут менять свой цвет и прозрачность с помощью термической обработки; например, янтарь может стать прозрачным и чистым после термической обработки за счет удаления внутренних пузырьков.

В соответствии с физическими и химическими свойствами драгоценных камней и механизмами их окрашивания, принципы обработки драгоценных камней обычно сводятся к следующему:

(1) Изменение содержания или валентного состояния ионов хромофора в драгоценных камнях путем термической обработки

Ионы примесей окрашивают некоторые драгоценные камни, а термическая обработка позволяет окислить низковалентные катионы в драгоценных камнях в высоковалентные, изменяя цвет камней. Например, красный агат окрашивается в основном Fe³⁺. Благодаря термической обработке, Fe ²⁺в агате может быть окислен до Fe³⁺увеличивая содержание и соотношение ионов трехвалентного железа, тем самым усиливая красный тон агата. Термическая обработка рубинов и красного жадеита также усиливает цвет драгоценных камней по этому принципу. Аквамарин с зеленым оттенком также может избавиться от зеленого тона с помощью термообработки, усиливая синий тон аквамарина. На рисунке 4-15 показано, что аквамарин (a) после термообработки приобретает значительно более глубокий синий цвет и ослабленный зеленый тон.

(2) Изменение состава органических драгоценных камней путем термической обработки

Для органических драгоценных камней, таких как жемчуг, слоновая кость, коралл и янтарь, термическая обработка может окислить органическое вещество, содержащееся в них. Если температура слишком высока, это может привести к появлению черной окраски, в результате чего происходит "карбонизация" органического вещества. Этот вид термообработки может имитировать "древний нефрит" в индустрии драгоценных камней, широко известный как "старение", часто называемый цветным обжигом, и часто используется для янтаря, кораллов и других.

(3) При термической обработке образуются центры цвета

Цвет некоторых драгоценных камней обусловлен в основном цветовыми центрами. В драгоценных камнях могут образовываться цветовые центры, которые поглощают определенный свет и генерируют цвет путем термической обработки. Термообработка обычно применяется после облучения драгоценных камней, чтобы удалить нестабильные цветовые центры и сохранить стабильные. Например, при термической обработке топаза удаляются нестабильные центры коричневого цвета, а стабильные центры синего цвета сохраняются. Цель улучшения цвета драгоценного камня может быть достигнута, если правильно подобрать температуру нагрева и продолжительность термообработки. Аметист становится желтым или зеленым, а дымчатый кварц - желто-зеленым или бесцветным, что также является результатом термической обработки для изменения цветовых центров.

(4) Термическая обработка приводит к изменению цвета драгоценных камней, содержащих гидрофобные вещества, из-за эффекта обезвоживания

Некоторые драгоценные камни содержат адсорбированную воду и структурную воду. Некоторые драгоценные камни могут улучшить свой цвет при термообработке, не повреждая структурную воду. Например, берилл содержит структурную воду, и оранжево-желтый берилл, содержащий железо и марганец, может быть преобразован в красивый розовый берилл с помощью термической обработки. Опал содержит структурную воду, и если нагреть опал до температуры около 300℃, эффект изменения цвета исчезнет из-за потери воды. Тигровый глаз теряет структурную воду при термообработке, в результате чего приобретает глубокий коричневый или красновато-коричневый цвет.

(5) Термическая обработка вызывает изменения в кристаллической структуре

Термическая обработка может реорганизовать внутреннюю структуру кристаллов, улучшая их кристалличность и, таким образом, влияя на цвет кристаллов. К распространенным типам циркона относятся циркон низкого типа, циркон среднего типа и циркон высокого типа. В результате термической обработки циркон низкого типа может быть преобразован в циркон среднего типа, а циркон среднего типа - в циркон высокого типа и т. д. В то же время меняется и цвет кристаллов; в разных атмосферах они могут превращаться в разные цвета. Например, при пониженных условиях термообработка может улучшить коричневато-красный циркон и превратить его в бесцветный циркон.

(6) Термическая обработка улучшает шелкоподобные включения и эффект звездного света в драгоценных камнях

Обычные драгоценные камни, такие как сапфиры, содержат ионы титана в виде рутила (TiO₂), который создает эффект белого шелка или звезд. Образование рутила зависит от геологических условий, в которых формировался драгоценный камень. В некоторых натуральных сапфирах распределение звездчатых линий неравномерно, и звездчатый эффект получается слабым. При термической обработке рутил в сапфирах может быть расплавлен и перестроен, что улучшает эффект звездчатости природных камней. По этому же принципу создается эффект звездного света в синтетических драгоценных камнях.

3. Условия для термической обработки

В процессе термообработки необходимо учитывать различные факторы, такие как скорость нагрева, максимальная температура, достигнутая в экспериментальных условиях, время выдержки, скорость охлаждения, а также атмосферу и давление внутри нагревательной печи. Все эти условия должны рассматриваться комплексно.

(1) Скорость нагрева до более высокой температуры

Из-за плохой теплопроводности большинства драгоценных камней скорость нагрева при термообработке может быть немного медленной, чтобы избежать трещин, вызванных большой разницей температур внутри и снаружи камня. Если скорость нагрева изображена в виде кривой, то она представляет собой кривую нагрева обрабатываемого драгоценного камня, которая требует плавности, то есть большая часть нагрева должна осуществляться медленно, чтобы предотвратить растрескивание камня.

(2) Самая высокая температура, достигнутая во время термообработки

Самая высокая температура, достигнутая в процессе термообработки, - это максимальная температура, которая может улучшить цвет или прозрачность драгоценного камня, а также оптимальная температура для изменения цвета или прозрачности обработанного драгоценного камня. Это самое важное условие, которое необходимо исследовать многократно.

(3) Время удержания

Время, в течение которого драгоценный камень поддерживается при самой высокой температуре, обычно называют временем выдержки, при этом температурная кривая представляет собой прямую кривую с постоянной температурой. Чтобы обеспечить стабильность и однородность всего драгоценного камня, его часто необходимо выдержать в течение определенного времени, чтобы обеспечить равномерные внутренние изменения. Оптимальное время выдержки должно быть определено путем тщательных экспериментов.

(4) Кривая охлаждения

Скорость охлаждения от самой высокой температуры и градиент температуры, поддерживаемый во время охлаждения, называются кривой охлаждения. В большинстве случаев охлаждение происходит относительно медленно, чтобы предотвратить растрескивание драгоценного камня, но иногда возникают особые требования к быстрому охлаждению, например для устранения игольчатых включений в корунде; кварцит и серпентиновый нефрит иногда требуют быстрого охлаждения, чтобы создать рисунок трещин перед окрашиванием.

(5) Атмосфера в печи

Атмосфера в печи - это контроль окислительно-восстановительных условий в процессе термообработки и обжига с полезными компонентами. Некоторые эксперименты требуют добавления химических реагентов для обжига или нагревания образцов, погруженных в определенные жидкие реагенты. Например, чтобы устранить фиолетовый оттенок рубинов, необходимо окислить Fe²⁺ в рубине до Fe³⁺ в окислительной атмосфере, уменьшая влияние пурпурного оттенка на рубин; например, при красном обжиге агата происходит окисление Fe²⁺в агате до Fe³⁺ в окислительной атмосфере, что усиливает красный цвет агата.

(6) Давление в печи

Некоторые эксперименты по термообработке драгоценных камней требуют контроля определенного давления. Например, при термообработке алмазов часто используется высокое давление, в то время как термообработка обычных драгоценных камней, таких как рубины, аквамарины и агаты, проводится в условиях нормального давления. В ходе эксперимента необходимо выяснить, какое давление использовать - нормальное, пониженное или повышенное, поскольку для каждого типа драгоценных камней требуются свои условия давления.

При термообработке драгоценных камней эти шесть факторов получают путем многократного изучения в экспериментах. Экспериментальные условия для каждого типа драгоценных камней различны. Среди условий термообработки драгоценных камней наиболее важно определить скорость нагрева, скорость охлаждения, максимальную достигнутую температуру и время выдержки (рис. 4-16). Как нагрев, так и охлаждение в процессе термообработки должны быть медленными, иначе могут появиться трещины, что снизит качество драгоценного камня. Оптимальное сочетание этих факторов часто может быть достигнуто в конкретном процессе.

Улучшенные драгоценные камни - это природные материалы разного происхождения, содержащие разные примеси или прошедшие разную историю. Историческая среда и геологические условия довольно сложны, и даже одинаковые на вид драгоценные камни могут иметь совершенно разные методы термообработки. Кроме того, большинство процессов термообработки держатся в строжайшем секрете, и готовых экспериментальных условий не существует - их нужно исследовать самостоятельно.

Например, сапфиры одного и того же коричнево-желтого цвета при одинаковых условиях термообработки становятся синими, а сапфиры из Хайнаня - оранжево-желтыми. Чтобы добиться определенного цвета с помощью термообработки, необходимо проводить эксперименты в различных условиях. Со всеми образцами нужно быть осторожными, чтобы не повредить материал.

Чтобы предотвратить растрескивание драгоценных камней во время термообработки, необходимо не только строго контролировать условия повышения и понижения температуры, но и не допускать расширения трещин. Особый метод заключается в соответствующем удалении всех участков с трещинами перед термообработкой, а затем повторной полировке после нагрева; необработанные камни можно нагревать для получения мелких частиц безупречного материала драгоценного камня.

4. Тепловые эффекты при термообработке

Существуют различные тепловые эффекты при термообработке. Однако среди распространенных драгоценных камней наиболее важными термическими воздействиями на материалы из драгоценных камней являются девять типов, обобщенных американским ученым Нассау, как показано в таблице 4-1.

Таблица 4-1 Механизм и примеры теплового воздействия

Эффект	Механизм	Пример
Затемнение	Медленно окисляется и чернеет на воздухе	"Старение" янтаря и слоновой кости
Изменение цвета	Разрушение цветного сердца	Голубой или коричневый топаз становится бесцветным; розовый топаз - желтым; аметист - желтым или зеленым; дымчатый кварц - желто-зеленым или бесцветным
Изменение цвета	Изменения, вызванные гидратацией или конденсацией	Розовый халцедон становится оранжевым, красным или коричневым; нагретый тигровый глаз приобретает темно-коричневый или красновато-коричневый цвет.
Однородное многогранное тело	Структурные изменения, вызванные радиацией	Циркон "низкого типа" меняется на циркон "высокого типа"
Изменение цвета	Изменения в атмосфере, связанные с концентрацией кислорода	Зеленый аквамарин становится синим, аметист превращается в темно-желтый топаз, бесцветные, желтые и зеленые сапфиры - синими, а коричневые или фиолетовые рубины - красными.
Структурные изменения.	Изменение температуры, выпадение или плавление кристаллов.	Создание или устранение эффекта шелковистости или звездчатого света в корунде.
Цветная накладка	Диффузия примесей	Синяя и звездообразная диффузия на поверхности сапфира
Перелом	Резкое изменение температуры, разрушение внутренней структуры	"Ореол" вокруг включений в сапфире, "взрывающийся" кварц
Регенерация и очищение	Реология при нагревании и давлении	Регенерация и очистка янтаря; регенерация черепахового панциря

В табл. 4-1 опущены те тепловые эффекты, которые полностью обратимы или метастабильны. Например, при нагревании рубина до раскаленного состояния он становится зеленым, а при охлаждении до комнатной температуры возвращается к своему первоначальному цвету; дымчатый кварц при нагревании становится сине-зеленым, а при охлаждении до комнатной температуры возвращается к желтому цвету.

Эффект потемнения, приведенный в таблице 4-1, иногда используется для "состаривания" янтаря и слоновой кости. Этот эффект эквивалентен процессу медленного обугливания. Исследования показывают, что янтарь темнеет, даже если его поместить в темное помещение для хранения, что свидетельствует о том, что органические материалы легко окисляются. Поэтому разумно ожидать, что при медленном нагревании процесс окисления ускоряется.

В таблице 4-1 показано, что повреждение цветового центра при нагревании может привести к выцветанию или исчезновению цвета драгоценного камня. Например, коричневый топаз, желтый сапфир и красный турмалин могут стать бесцветными после термической обработки; некоторые аметисты, цитрины и дымчатый кварц также могут стать бесцветными.

Разрушение центров окраски иногда приводит к изменению цвета. Например, облученный коричневый топаз может стать синим после термообработки; аметист может превратиться в цитрин при контролируемой температуре термообработки; некоторые коричневые топазы могут стать розовыми после термообработки. Эти изменения цвета могут быть восстановлены до первоначального с помощью лучевой терапии.

Изменения цвета, вызванные гидратацией или конденсацией, как показано в таблице 4-1, обычно связаны с примесями, такими как железо. При нагревании лимонита можно получить темно-оранжевый, коричневый или красный гематит.

В некоторых железосодержащих кварцевых материалах от серого до желтого и коричневого цвета, таких как агат, халцедон и тигровый глаз, нагревание позволяет получить глубокие коричневые или красновато-коричневые цвета, основанные на этом принципе.

Гомогенные поликристаллические тела в таблице 4-1 представляют собой изменения в структуре драгоценных камней, вызванные преобразованием гомогенных поликристаллических тел в условиях термообработки. Например, графит может быть превращен в алмаз при высокой температуре и давлении; циркон "низкого типа" может превратиться в "высокий тип" при высоких температурах и т. д.

Изменения цвета драгоценных камней, приведенные в таблице 4-1, вызванные изменениями в окислительной или восстановительной атмосфере окружающей среды, в основном связаны с концентрацией кислорода в окружающей среде. Например, зеленый аквамарин синеет в восстановительных условиях; аметист превращается в темный цитрин в окислительных условиях; бесцветные, желтые и зеленые сапфиры синеют в окислительных условиях; коричневые или фиолетовые рубины становятся красными и т.д.

Структурные изменения, приведенные в таблице 4-1, приводят к физическим оптическим эффектам в драгоценных камнях. Например, при термообработке рутиловые включения в сапфирах Starlight плавятся, что приводит к исчезновению эффекта звездного света. При охлаждении кристаллы рутила выпадают в осадок, и эффект звездного света восстанавливается.

Усиление цвета в таблице 4-1 обусловлено добавлением красящих ионов, которые углубляют цвет драгоценных камней. Например, в диффузных сапфирах добавление красящих ионов железа и титана углубляет цвет светлоокрашенных сапфиров.

Изломы, приведенные в таблице 4-1, представляют собой изменения внутренней структуры драгоценных камней в условиях термообработки, например, линии напряжения, образующиеся вокруг включений в сапфирах, и трещины, возникающие в кварците, подвергнутом искусственной термообработке в условиях закалки.

Регенерация и очистка, приведенные в таблице 4-1, - это внутренние изменения, вызванные взаимодействием газа и жидкости под воздействием тепла и давления. Например, пузырьки внутри янтаря лопаются при термической обработке, увеличивая прозрачность; черепашьи панцири могут регенерироваться в гидротермальных условиях и т. д.

5. Окислительно-восстановительные процессы и диффузия газов

В процессе термообработки драгоценных камней очень важны окислительно-восстановительные условия, которые являются ключевым фактором успеха термообработки драгоценных камней. Управление окислительной или восстановительной атмосферой во время термообработки может изменить цвет драгоценного камня. Окислительная или восстановительная атмосфера во время термообработки зависит от температуры драгоценного камня и концентрации кислорода внутри контейнера при этой температуре.

(1) Редокс

① Стандартное парциальное давление кислорода (Po₂) : При нагревании кислородсодержащих драгоценных камней на воздухе их концентрация стабилизируется на уровне концентрации кислорода в атмосфере. Эта концентрация является стандартным парциальным давлением кислорода в драгоценном камне при данной температуре.

② В окислительной атмосфере парциальное давление кислорода в печи больше, чем стандартное парциальное давление кислорода для данного драгоценного камня при той же температуре Po₂.

③ В восстановительной атмосфере парциальное давление кислорода в печи составляет менее 002.

В сильной окислительной атмосфере используется не только воздух, но и чистый кислород; иногда сжатый воздух увеличивает плотность кислорода. Химически инертные газы (например, азот) обычно считаются нейтральными, образуя нейтральную атмосферу. Если он может разбавлять атмосферу и уменьшать содержание кислорода, его также можно рассматривать как восстановительный газ, хотя его восстановительная способность очень слаба.

Аналогичным образом атмосферу можно улучшить, сжигая топливо. Например, используя природный газ, пропан, бензин и т. д. и контролируя количество вдуваемого воздуха или кислорода, можно уменьшить количество углерода, но это нелегко контролировать.

Другой тип капельной защиты атмосферы заключается в непосредственном капании органической жидкости в печь, которая вступает в реакцию с кислородом для контроля атмосферы.

(2) Диффузия газа

Окислительно-восстановительная реакция происходит за счет диффузии газов. Чтобы кислород подействовал на весь образец, он должен диффундировать вглубь образца драгоценного камня по определенному пути, обычно на расстояние более 1 см. Температура диффузии должна превышать 1000℃, а время - несколько часов.

Благодаря особенностям структуры оксидного гемма кислороду не нужно проходить все расстояние, чтобы произвести желаемый эффект, что позволяет этой диффузии происходить быстро. Например, процесс диффузии кислорода из атмосферы в кислородные вакансии корундового оксида алюминия показан на рисунке 4-17.

6.Классификация методов термической обработки

В зависимости от типа и способа термообработки существует три распространенных метода термообработки:

(1) Обычный метод термической обработки

Обычный метод термообработки предполагает непосредственное нагревание драгоценного камня, что приводит к изменению содержания ионов окраски и их валентного состояния. Иногда при этом изменяются внутренние структурные дефекты кристалла, что приводит к изменению физических свойств драгоценного камня, таких как цвет и прозрачность.

Например, шри-ланкийские молочно-белые, коричневатые и светло-желтые камни Geuda превращаются в сапфиры, аквамарины меняют цвет с зеленого на аквамариново-синий, танзаниты синеют после термообработки и т.д.

(2) Метод обжига с химическими реагентами

Метод обжига с химическими реагентами, также известный как метод диффузии, подразумевает использование химических реагентов для разрушения кристаллической структуры поверхности драгоценного камня, в результате чего химический состав поверхностного слоя изменяется в соответствии с замыслом. Окрашивающие ионы в драгоценном камне также могут обмениваться через поверхностный слой (диффузия наружу или внутрь), что приводит к изменению валентного состояния или содержания.

С помощью этого метода получают популярные на международном рынке диффузный сапфир, диффузный топаз и диффузный турмалин. Драгоценные камни, улучшенные этим методом, могут осветлять темные камни, превращать светло-серые камни в голубые и так далее.

(3) Метод электролиза расплавленной соли

После перемешивания расплавленной соли поместите ее в графитовый тигель и приступайте к процессу электролиза. В качестве анода используется платиновая проволока (Pt), образец драгоценного камня оборачивается анодом из платиновой проволоки, так что драгоценный камень становится анодом, а графитовый тигель служит катодом.

После того как электролит расплавится в печи, поместите анод и драгоценный камень вместе в электролитическую ячейку для электролиза, как показано на рис. 4-18. Напряжение в резервуаре устанавливается на 3,0 В, а время электролиза составляет 40-45 мин. Затем извлеките анод и образец. Процесс электролиза изменяет валентное состояние и содержание красящих ионов в драгоценном камне, тем самым изменяя цвет и прозрачность камня. Недостатком этого метода является то, что при неправильном выборе расплавленной соли она может быть чрезмерно агрессивной для драгоценного камня.

7. Распространенные методы термообработки для улучшения состояния драгоценных камней

Существует множество типов драгоценных камней, которые можно улучшить с помощью термообработки, и для разных камней требуются разные температуры термообработки. Например, сапфиры требуют высокой температуры термообработки, обычно выше 1300℃; рубины требуют относительно более низкой температуры термообработки, около 1000℃; другие драгоценные камни, такие как аквамарин, хрусталь и халцедон, требуют температуры около 700℃. Контролируемые температуры можно условно разделить на четыре сегмента: слабый нагрев 200-400°C; средний нагрев 400-700℃; сильный нагрев 800 ~ 1300℃; и сильный нагрев выше 1300℃. Условия термообработки для распространенных драгоценных камней приведены в таблице 4-2.

Таблица 4-2 Условия термической обработки распространенных драгоценных камней

Драгоценные камни	Назначение термической обработки	Окончательный цвет	Температура	Использование
Руби	Удалите смешанные цвета (коричневый, пурпурный), чтобы исключить или уменьшить количество нитевидных веществ и повысить прозрачность.	Красный	Около 1000℃	Часто
Синий сапфир	Углубляет цвет железо- и титаносодержащих корундов, осветляет темно-синий цвет корунда	Голубой	Сильное тепло	Часто
Желтый сапфир	Нагревание подходящего светлоокрашенного или бесцветного железосодержащего корунда	Глубокий желтый цвет	Высокая температура	Часто
Сапфиры разных цветов	Нагрейте подходящий корунд, чтобы устранить "волокнистые" или "звездообразные" включения	Увеличить	Сильный сильный нагрев	Часто
Рассеянный звездный свет рубина, сапфира	Примеси диффундируют на поверхность драгоценного камня при нагревании (TiO₂ ), представляя свет звезды	Рубин, сапфир, звездный свет	Сначала сильный нагрев, затем сильный нагрев в течение длительного времени	Не часто используется
Диффузия рубина и сапфира	Окрашивающие ионы диффундируют к поверхности драгоценного камня при нагревании, придавая ему цвет	Разноцветные корунды	Сильное тепло	Обычно используется для синего цвета
Аквамарин (бесцветный или зеленый)	Исключите желтые тона из зеленого цвета	Морская синева	Низкая температура	Часто используемые
Оранжево-желтый берилл	Исключите желтые тона из зеленого	Яркий красный	Низкий нагрев	Не часто используется
Глубокий синий или зеленый турмалин	Цвет светлеет	Синий или зеленый	Средний огонь	Часто используемые
Темно-красный турмалин	Удалите черные тона	Розовый	Низкий нагрев	Часто используемые
Дымчато-зеленый турмалин	Удалить коричневый оттенок	Ярко-зеленый	Низкое тепло	Часто используемые
Дымчатый кварц	Цвет светлеет	Белый или желтый	Низкий нагрев	Часто используемые
Немного аметиста	Коричневое отопление	Оранжево-желтый или зеленый	Низкий нагрев	Часто используемые
Зеленый или коричневый циркон	Коричневая обработка	Бесцветный или голубой	Высокая температура	Часто используемые
Агат, халцедон и др.	Разновидности ионов железа	Красный	Средне-высокая температура	Часто используемые
Кварцевый ирис	Закалка кристаллов кварца с подогревом	Можно окрашивать в различные цвета	Средний огонь	Используйте меньше
Танзанит	При нагревании прозрачный цоизит превращается в голубой	Фиолетово-синий	Средний огонь	Широко распространенный

Раздел IV Радиоактивные методы облучения

Облучение это процесс, при котором микроскопические частицы распространяются от источника излучения во всех направлениях через пространство, что может вызвать изменения физических и химических свойств материалов. В этом разделе рассказывается об оборудовании, необходимом для радиоактивного облучения, мерах предосторожности, а также о процессе образования и устранения центров окраски драгоценных камней после облучения.

1. Виды облучающих лучей и источники излучения

A источник излучения это материал или устройство, способное производить ионизирующее излучение. К распространенным типам источников излучения относятся следующие:

(1) Лучи, испускаемые радиоактивными элементами

Радиоактивные элементы испускают β- и γ-лучи в процессе распада, семь из которых в основном используются для облучения драгоценных камней. Например, радиоактивный изотоп ⁶⁰Co может служить источником γ-лучей, испуская два типа лучей с энергией 1,17 МэВ и 1,33 МэВ, с периодом полураспада 5,3 года, обычно используется в качестве источника излучения для облучения драгоценных камней; кроме того, изотоп ¹³⁷В качестве источников γ-излучения могут использоваться также элементы из цемента и отработанного ядерного топлива.

Когда радиоактивные элементы распадаются, они могут испускать два близких по энергии γ-луча. γ-лучи обладают сильной проникающей способностью и могут изменять цвет драгоценных камней; имея большой период полураспада, они могут использоваться для облучения в течение длительного времени.

(2) Лучи, производимые ускорителями электронов

An ускоритель электронов это электрическое устройство, которое ускоряет заряженные частицы до высокой энергии с помощью электромагнитных полей. Электронные ускорители в основном получают очень высокую энергию с помощью электромагнитных полей, и различные типы электронных ускорителей могут создавать пучки электронов в диапазоне от нескольких мегаэлектронвольт до 300 МэВ, включая электронные статические ускорители, рентгеновские трубки, микроволновые ускорители электронов и т.д.

(3) Лучи, производимые ядерными реакторами

A ядерный реактор это устройство или материал, который производит ионизирующее излучение в результате ядерных превращений. Нейтроны, вырабатываемые в ядерных реакторах, обычно используются для облучения драгоценных камней, а распространенной реакцией является взаимодействие α-частиц с бериллием ( ⁹Будьте + ⁴Он -> ¹²C + n) ). Поэтому смешивание естественных источников излучения α-частиц с бериллиевым порошком позволяет получить источник нейтронов с энергией, распределенной в диапазоне 0-13 МэВ, причем наиболее распространенная энергия нейтронов составляет около 4 МэВ. Таким образом, при обработке драгоценных камней облучением лучше всего использовать в качестве источника нейтронов процесс деления в ядерном реакторе.

2. Общее оборудование для облучения драгоценных камней

Для облучения обычно используются реакторы, ускорители электронов и устройства для облучения с кобальтовым источником. Для разных типов драгоценных камней используются разные типы облучательного оборудования.

(1) Реактор

Обычно используется исследовательский реактор, который может использовать радиоактивность компонентов реактора для облучения драгоценных камней. Существует четыре распространенных типа исследовательских реакторов: Тяжеловодный исследовательский реактор (HWRR), реактор в плавательном бассейне (SPR), мини-реактор с источником нейтронов и реактор на быстрых нейтронах. Мини-реактор с источником нейтронов обычно не используется для облучения драгоценных камней.

Образцы драгоценных камней помещаются в реактор для облучения, при этом время и доза облучения определяются желаемым улучшением цвета. Обычно используются следующие типы реакторов:

① Исследовательский реактор на тяжелой воде (HWRR)

Тяжеловодный исследовательский реактор - это устройство для проведения изотопного облучения, тестирования топлива и материалов, нейтронного легирования монокристаллического кремния, нейтронно-активационного анализа в реакторе, облучения для модификации электронных устройств и различных физических исследований. Облучение драгоценных камней - лишь одна из областей его применения. Различные тяжеловодные реакторы имеют разные параметры.

② Реактор для плавательного бассейна (SPR)

Реакторы для плавательных бассейнов широко используются, их преимущества - высокий поток, гибкая компоновка и низкая температура подводного облучения. Помимо научных исследований, они могут обеспечить технологию облучения для сельского хозяйства, медицины, авиации, электроники и т. д., для облучения драгоценных камней и пресноводного жемчуга, электронных устройств и многого другого.

③ Реактор на быстрых нейтронах

Реакторы на быстрых нейтронах - это относительно современный тип ядерных реакторов. Коэффициент использования ядерного топлива очень высок и достигает 60%-70%, в то время как коэффициент использования уранового топлива на наших АЭС с водяными реакторами под давлением составляет всего 1%-2%; реакторы на быстрых нейтронах используют в качестве начального заряда промышленный плутоний-239, производимый реакторами с водой под давлением, превращая нелетучий уран-238 в делящееся плутониевое топливо, также известные как реакторы размножения нейтронов.

(2) Ускорители электронов

Ускорители электронов находят широкое применение в физике. Электростатический ускоритель обычно используется для облучения драгоценных камней.

① Высоковольтный умножитель

Высоковольтные умножители в основном используются для измерения ядерных данных, ядерных реакций с нейтронами и заряженными частицами, нейтронного активационного анализа и облучения различных материалов электронным пучком, например, для модификации проводов и кабелей, консервирования продуктов питания и фруктов.

Его ускоренные частицы включают протоны, водород, кислород, азот и т.д. Инжекция ниже 5 кэВ, N⁺может изменять свойства материала.

② Линейный ускоритель электронов

Линейный ускоритель электронов используется для изучения переходных эффектов облучения, радиационной модификации полупроводниковых материалов (в том числе драгоценных камней), консервирования продуктов питания и т.д. Преимуществами являются высокая энергия (10 ~ 14 МэВ) и высокая скорость проникновения.

③ Электростатический ускоритель

В число ускоряемых частиц входят протоны, дейтроны, гелий, электроны, кислород и азот. Его энергетический диапазон регулируется, в основном он используется для измерения ядерных данных, экспериментов с нейтронами и ядерными реакциями с заряженными частицами, облучения электронным пучком, ионной имплантации и т. д., и подходит только для облучения драгоценных камней с модифицированной поверхностью, таких как жемчуг.

④ Циклотрон

Циклотрон - это ускоритель с фиксированной энергией, используемый в основном для экспериментов, связанных с ядерными реакциями с заряженными частицами, для активационного анализа заряженных частиц и проверки свойств материалов, а также в редких случаях для исследования драгоценных камней.

(3) Устройство для облучения кобальтовым источником

Устройство для облучения с кобальтовым источником представляет собой инструмент, использующий излучение, испускаемое радиоактивным изотопом ⁶⁰Co и семи лучей для изучения воздействия излучения на материалы (минералы, кристаллы, органические материалы, живые организмы и т.д.) и проведения облучательной обработки этих материалов.

Этот источник облучения отличается низким энергопотреблением, минимальным загрязнением окружающей среды и отсутствием радиоактивных остатков. Он уже давно применяется для облучения драгоценных камней и особенно подходит для облучения дымчатого кварца.

3. Технология облучения

При облучении драгоценных камней камни помещаются в ящик для образцов в физическом центре реактора. Двигатель должен непрерывно вращать ящик для образцов, а для охлаждения образцов должны быть предусмотрены устройства для впуска и выпуска воды, температура которой не должна превышать 50℃. Оборудование и процесс облучения показаны на рисунке 4-19.

В процессе облучения для получения равномерно окрашенных драгоценных камней с соответствующими оттенками необходимо соблюдать следующие четыре ключевых технических момента:

(1) Для обеспечения равномерного цвета изделия необходимо обеспечить равномерное облучение, а драгоценные камни должны вращаться с постоянной скоростью или многократно переворачиваться во время облучения.

(2) Чтобы избежать растрескивания или перегрева образцов из-за повышенной температуры во время облучения, необходимо принять соответствующие меры по охлаждению. Это может включать добавление циркулирующей охлаждающей воды или периодическое выставление образцов на воздух для охлаждения.

(3) Глубина цвета должна контролироваться с помощью достаточной дозы облучения. Повторное облучение необходимо, если требуется получить более глубокий цвет драгоценного камня. До насыщения дозы облучения глубина цвета драгоценного камня пропорциональна дозе облучения; чем дольше время облучения, тем глубже цвет драгоценного камня.

(4) Цвет, улучшенный облучением, иногда нестабилен и склонен к выцветанию при воздействии света и тепла. Метод низкотемпературного нагрева позволяет удалить нестабильные цветовые центры, сохранив при этом стабильные. Однако после низкотемпературного нагрева часто происходит изменение цвета. Например, топаз может изменить цвет с коричневого на синий, а кристалл - с коричневого на желтый. Если температура нагрева плохо контролируется, он может полностью потускнеть и вернуться к цвету, который был до облучения.

4. Образование и ликвидация центров окраски при облучении

Облучение может вызвать в бесцветных кристаллах образование вакантных цветовых центров, что приводит к появлению дымчатого или фиолетового цвета. Цвет и глубина, образующиеся в кристалле после облучения, зависят от типа и содержания примесей, содержащихся в кристалле. Если бесцветный кристалл содержит Al³⁺ примесей, то после облучения он становится дымчато-черным; если он содержит Fe³⁺ примесей, он станет фиолетовым.

Глубина цвета после облучения зависит от содержания примесей в драгоценном камне. При более высоком содержании примесей цвет получается более глубоким, а при более низком - более светлым.

(1) Процесс образования и устранения цветовых центров

После облучения драгоценные камни генерируют внутри себя цветовые центры, что приводит к изменению цвета. Например, в дымчатом кварце процесс образования и уничтожения центров окраски можно увидеть на диаграммах энергетических уровней с рисунка 4-20 (a) по рисунок 4-20 (d). При образовании цветового центра электроны возбуждаются из состояния A в состояние D, а затем в состояние B, что требует больших затрат энергии. При ликвидации цветового центра или угасании электроны переходят из состояния B в состояние C, а затем в состояние A, что также требует значительных затрат энергии. Эти цветовые центры, требующие много энергии для образования и устранения, являются стабильными цветовыми центрами в видимом свете.

Существует и другая ситуация, показанная на рисунке 4-20 (e). Система формирует цветовой центр, возбуждаясь из состояния / в состояние D и затем в состояние B, что требует много энергии; однако переход из состояния B в состояние C и обратно в состояние A требует очень мало энергии. На рисунке 4-20 (f) показано, что формирование цветового центра из состояния A в состояние D и состояние B требует очень мало энергии, а переход из состояния B в состояние C и обратно в состояние A также требует очень мало энергии.

Эта энергия находится в диапазоне видимого света. Система может преодолеть энергетический барьер C и потускнеть при освещении видимым светом. Свойства поглощения света и перехода в возбужденные состояния E и F остаются неизменными, но все эти цвета могут потускнеть в видимом свете. Поэтому цветовые центры на рисунках 4-12 (e) и (f) называются нестабильными цветовыми центрами.

(2) Стабильность цветовых центров

Как правило, цвет драгоценных камней после обработки облучением может быть восстановлен до первоначального цвета путем нагревания. Драгоценные камни со стабильными цветовыми центрами требуют более высокой температуры термообработки, в то время как камни с нестабильными цветовыми центрами требуют более низкой температуры термообработки. Например, дымчатый кварц обычно требует температуры термообработки 140-280℃ для устранения дымчатого цвета (рис. 4-21), в то время как аметист требует более высокой температуры термообработки, обычно выше 400℃ (рис. 4-22). Поэтому облученный аметист более стабилен, чем дымчатый кварц.

Цветовые центры драгоценных камней не являются фиксированными; температура, при которой образцы тускнеют после облучения, варьируется в зависимости от источника излучения. Стабильность цветового центра одного и того же материала, образовавшегося по разным причинам, также различна. Например, желтый цветовой центр сапфира, образовавшийся в результате искусственного облучения, очень нестабилен и быстро выцветает в видимом свете. Однако желтый цветовой центр сапфира естественного происхождения стабилен в видимом свете и не так легко выцветает.

Искусственное облучение имеет высокую дозу и короткую продолжительность, в то время как облучение в природе имеет низкую дозу и большую продолжительность, что приводит к разной высоте энергетических барьеров C.

5. Изменения цвета драгоценных камней, вызванные облучением

Облучение оказывает различное воздействие на драгоценные камни, вызывая различные изменения в разных типах драгоценных камней. Когда облученные частицы попадают в драгоценный камень, они взаимодействуют с атомами или ионами внутри него, изменяя его структуру или ионный заряд, тем самым меняя его цвет. Изменения в драгоценных камнях, вызванные радиацией, включают следующие аспекты.

(1) В результате в драгоценном камне образуются естественные, уже открытые цветовые центры.

Облучение может создавать цветовые центры, которые уже присутствуют в природных драгоценных камнях, но они не часто встречаются в природе из-за редкости натуральных камней. Например, природный голубой топаз встречается редко. Напротив, цвет голубого топаза, полученный с помощью облучения, устойчив к воздействию света, тепла и других факторов, а механизм его образования аналогичен природному голубому топазу. Поэтому облученный голубой топаз имеет коммерческую ценность, и в настоящее время не найдено эффективного метода идентификации, позволяющего отличить природный голубой топаз от облученного голубого топаза, за исключением небольшого количества радиоактивных остатков; он имеет такую же потребительскую ценность, как и природный голубой топаз.

(2) Укрепление существующих центров цвета

Обработка облучением может усилить цветовые центры, образовавшиеся в природных драгоценных камнях, и сделать их цвет более ярким. Например, природный кварц после обработки облучением может приобретать зеленый и фиолетовый цвета. Контролируя дозировку и продолжительность облучения, можно добиться желаемого цвета, который остается стабильным при комнатной температуре и не влияет на использование и износ.

(3) Восстановление центров цвета, потускневших от нагревания и воздействия света

Облучение и термообработка являются обратимыми реакциями; как правило, цвета, образовавшиеся в результате облучения, могут быть восстановлены до цвета, существовавшего до облучения, путем термообработки. Аналогично, дальнейшее облучение также может привести к получению желаемых цветов.

(4) Улучшение и удаление цветов, не имеющих отношения к цветовому ядру

Обычно, когда драгоценные камни подвергаются облучению, цвет облученных камней можно изменить, контролируя условия облучения, такие как доза и время. Стабильность цвета после облучения является важным фактором, влияющим на ценность драгоценного камня, поэтому прилагаются усилия для достижения стабильного цветового ядра и устранения нестабильных цветовых ядер в драгоценном камне.

(5) Формирование естественных цветовых жил, которые не были обнаружены ранее

По мере того как углубляется понимание причин возникновения цвета драгоценных камней, количество видов камней, которые можно подвергать облучению, постоянно увеличивается, а цветовые вариации драгоценных камней становятся все более разнообразными. Считается, что облучение может создавать цветовые ядра, которыми не обладают природные драгоценные камни, тем самым создавая новые разновидности и формируя новые механизмы цвета драгоценных камней.

В настоящее время для облучения обычно используются многие виды драгоценных камней: алмазы, сапфиры, топазы, бериллы, цирконы, хрусталь, турмалин и жемчуг. Изменения цвета этих драгоценных камней после обработки облучением показаны в таблице 4-3.

Таблица 4-3 Типы облученных драгоценных камней и изменения цвета

Виды драгоценных камней	Изменения цвета до и после облучения
Алмаз	Бесцветный, светло-желтый, зеленый, синий или черный, коричневый, розовый, красный.
Сапфир	Бесцветно-желтый (нестабильный)
Берил	Бесцветный - желтый, розовый, золотисто-желтый, сине-зеленый и т.д.
Аквамарин	Синий - зеленый, светло-голубой - темно-синий
Топаз	Бесцветный - коричневый (нестабильный), синий; желтый - розовый, оранжево-красный
Турмалин	Бесцветный, светло-желтый, коричневый, розовый, красный, зеленый, синий и т.д.
Циркон	От бесцветного до коричневого, светло-красный
Кристалл	Бесцветный до желтого, желто-зеленый, зеленый, дымчатый, фиолетовый
Мрамор	Белый, желтый, синий, фиолетовый
Жемчужина	От бесцветного до серого, коричневого, синего или черного.

6. Влияние облучения на драгоценные камни

При облучении драгоценных камней важно учитывать влияние на них дозы и времени облучения. Для разных типов драгоценных камней следует использовать разные источники облучения, а время облучения зависит от желаемого цвета. В процессе облучения следует обратить внимание на следующие моменты:

(1) Чрезмерная энергия облучения и длительное время облучения могут негативно повлиять на образование цветовых центров в кристаллах драгоценных камней. Иногда они могут привести к агрегации вакансий, в результате чего драгоценный камень будет выглядеть серым или черным.

(2) Облучение происходит от поверхности к внутренней части, при этом цвет драгоценного камня постепенно углубляется снаружи. Если энергия облучения слишком высока, ионы на поверхности драгоценного камня могут поглотить достаточно энергии, чтобы оторваться от поверхности, что приведет к ее повреждению.

(3) Если энергия облучения слишком высока, это может быстро вызвать локальное повышение температуры в драгоценном камне, что приведет к сколам поверхности.

(4) Радиоактивные остатки, образующиеся после облучения драгоценных камней, зависят от типа облучающих лучей, дозы облучения и периода полураспада радиоактивных изотопов. Прежде чем попасть на рынок, радиоактивные остатки должны соответствовать национальным стандартам.

После облучения остаточная радиоактивность на поверхности драгоценного камня зависит от типа радиационного воздействия, количества облучения, типов и содержания примесей в образце, а также периода полураспада радиоактивных элементов. Перед поступлением в продажу облученные драгоценные камни должны быть выдержаны в течение определенного времени, а их остаточная радиоактивность должна быть ниже национальных стандартов. Согласно "Нормам радиационной защиты", разработанным Международной комиссией по радиологической защите, величина исключения для удельной активности природных радиоактивных материалов одинакова для всех стран. Удельная активность природных радиоактивных материалов должна быть менее 350 Бк/г на грамм; предельные значения для искусственных радиоактивных материалов различаются: в Великобритании они составляют менее 100 Бк/г, а в Японии, Франции и Италии предельные значения для искусственных радиоактивных материалов составляют менее 74 Бк/г. Стандарт, установленный Соединенными Штатами, является самым низким - 15 Бк.

Раздел V Метод обработки при высоких температурах и высоком давлении

Обработка бриллиантов для улучшения цвета в основном включает в себя облучение и обработку высокой температурой и давлением. С 1930 года используются коммерческие методы обработки с использованием высокоэнергетического излучения для улучшения цвета бриллиантов ювелирного качества. Поскольку остаточное излучение облученных бриллиантов потенциально вредно для человеческого организма, что ограничивает потребительское отношение к облученным драгоценным камням, геммологи работают над поиском безвредного и осуществимого метода обработки цвета бриллиантов. Метод высокой температуры и высокого давления первоначально использовался для синтетических бриллиантов, а затем было обнаружено, что имитация условий роста и окружающей среды бриллиантов может улучшить их цвет.

1. История высокотемпературной модификации цвета под высоким давлением

В природе большинство алмазов - это коричневые алмазы типа Ia, а высококачественные бесцветные и цветные алмазы в природе встречаются редко. Редкость алмазов, цвет и блеск усилили спрос на высококачественные бриллианты. Модификация цвета бриллиантов всегда была темой исследований для исследователей драгоценных камней.

С 1960-х годов такие страны, как США, Япония и Россия, последовательно проводили исследования по изменению цвета бриллиантов при высоких температурах и под высоким давлением. Компания General Electric первой предложила возможный прогноз изменения цвета бриллиантов. Впоследствии Никитин и др. (1969) использовали методы высокотемпературной обработки и обработки под высоким давлением для преобразования светло-желтых алмазов типа Ia в желтые и желто-зеленые алмазы.

Компании General Electric и De Beers опубликовали ряд глобальных методов модификации цвета природных коричневых алмазов. Однако большинство этих коричневых алмазов относятся к типу IIa, а используемые инструменты представляют собой двусторонние прессы, в результате чего обработанные алмазы в основном близки к бесцветным с небольшим серым оттенком. К концу XX века компания Nova Company, используя призматический пресс, успешно переработала коричневые алмазы типа Ia в алмазы желто-зеленого, зелено-желтого, сине-зеленого и розового цвета. В XXI веке некоторые ученые и компании применяют методы обработки при высоких температурах и высоком давлении для улучшения или изменения цвета алмазов, синтезированных методом химического осаждения из паровой фазы, в основном для придания им желтого и светло-коричневого оттенков. Ювелирные компании в таких странах, как Россия и Швеция, также успешно применяют методы высокотемпературной обработки и высокого давления для улучшения цвета бриллиантов.

Технология высокотемпературного и высоконапорного изменения цвета алмазов в нашей стране появилась сравнительно поздно, соответствующие исследования начались только в конце XX века. В нашей стране успешно проводятся экспериментальные исследования по высокотемпературной и высоконапорной цветовой модификации алмазов. В качестве отечественного оборудования обычно используется шестисторонний пресс, и условия давления все еще ниже, чем в передовых зарубежных экспериментальных условиях; однако при условии надлежащего контроля условий все еще возможно преобразование коричневых алмазов в бесцветные.

2. Основные типы, улучшенные под воздействием высокой температуры и высокого давления

Метод модификации цвета при высокой температуре и высоком давлении схож с условиями для синтетических алмазов; давление в образцах обычно достигает 6 ГПа, температура - около 2100℃, а продолжительность очень короткая, не более 30 минут.

На рынке существует два распространенных типа бриллиантов, подвергшихся цветовой обработке: коричневые бриллианты типа IIa с низким содержанием азота, которые после обработки превращаются в белые, с осветлением цвета, и даже могут быть изменены до цветовых классов E, F, G и т. д. Они обычно маркируются надписью "GE-POL" на поясе бриллианта с помощью лазера и обычно называются бриллиантами GE-POL или GE-treated; другой тип - бриллианты Nova, которые превращают коричневые или нечистые желтовато-белые бриллианты типа Ia, содержащие азот, в цветные бриллианты. Обработанные алмазы демонстрируют отчетливый зеленый компонент или яркий желтый цвет, в основном попадая в спектр от зеленовато-желтого до желто-зеленого, а небольшое количество - желтый или коричневато-желтый, часто сохраняя октаэдрический рисунок роста от коричневого до желтого. Условия и основные идентификационные признаки этих двух типов алмазов, обработанных при высоких температурах и высоком давлении, можно найти в разделе III (2) методов оптимизации обработки алмазов на сайте: https://sobling.jewelry/unveiling-single-crystal-gemstones-like-sapphire-beryl-and-diamond/.

С 2010 года некоторые крупные ювелирные компании начали проводить экспериментальные исследования по изменению цвета драгоценных камней сапфира с помощью методов высокой температуры и высокого давления. Давление, необходимое для обработки камней сапфира, относительно невелико по сравнению с алмазами, обычно около 100 МПа, что позволяет сделать цвет синих сапфиров более ярким. Немецкая компания первой применила низкое давление в 2,5 МПа для обработки сапфиров. В то же время берилл может получить более яркие цвета благодаря низкотемпературному нагреву и низкому давлению.

Копирайт @ Sobling.Jewelry - Пользовательские ювелирные изделия производителя, OEM и ODM ювелирный завод

Хеман

Эксперт по ювелирным изделиям --- 12 лет богатого опыта

Привет, дорогая,

Я - Хеман, папа и герой двух замечательных детей. Я рад поделиться своим ювелирным опытом в качестве эксперта по ювелирным изделиям. С 2010 года я обслуживаю 29 клиентов со всего мира, таких как Hiphopbling и Silverplanet, помогая и поддерживая их в творческом ювелирном дизайне, разработке и производстве ювелирных изделий.

Если у вас есть какие-либо вопросы о ювелирной продукции, не стесняйтесь звонить или писать мне, и давайте обсудим подходящее решение для вас, и вы получите бесплатные образцы ювелирных изделий, чтобы проверить мастерство и качество ювелирных деталей.

Давайте расти вместе!

Добавить комментарий Отменить ответ

Категории ПОСТОВ

Нужна поддержка ювелирного производства?

Отправьте запрос в Sobling

Привет, дорогая,

Давайте расти вместе!

Следуй за мной

Почему стоит выбрать Sobling?

СЕРТИФИКАТЫ

Sobling соблюдает стандарты качества

Самые новые посты

Аморфные драгоценные камни: определение, оптические и механические свойства

Хеман - эксперт по ювелирным изделиям 23 октября, 2024

Краткое содержание: Окунитесь в мир аморфных драгоценных камней, таких как опал, их уникальной игры цвета и того, как они образуются. Узнайте о типах, свойствах и о том, почему они идеально подходят для изготовления ювелирных изделий на заказ, а также о том, что ценно для всех, кто занимается торговлей драгоценными камнями и ювелирными изделиями.

Читать далее "

гальванопластика ювелирные изделия 18k желтое золото

Как создавать легкие ювелирные шедевры с помощью электроформования

Хеман - эксперт по ювелирным изделиям 13 января, 2025

Узнайте, как сделать легкие и красивые украшения, используя крутой метод под названием гальванопластика. Это похоже на волшебство! Вы начинаете с восковой модели, а затем с помощью специальных средств превращаете ее в металлическое сокровище. В этом руководстве показаны все этапы - от изготовления формы до придания ей блеска. Отлично подходит для тех, кто делает или продает украшения, или даже если вы просто хотите сделать изделие на заказ. Суперполезно для ювелирных магазинов, студий, брендов и онлайн-продавцов!

Читать далее "

Рисунок 5-22 Восковая модель дерева, стальная колба и ковш для затирки

Как овладеть искусством литья по выплавляемым моделям

Хеман - эксперт по ювелирным изделиям 6 января, 2025

Это руководство научит ювелиров создавать идеальные формы для литья. В нем рассказывается об использовании специальных порошков, их правильном смешивании и избавлении от пузырьков. Узнайте, как запекать формы, чтобы сделать их прочными и готовыми к работе с такими металлами, как золото и платина. Отлично подходит для ювелиров, дизайнеров и всех, кто делает украшения на заказ.

Читать далее "

В чем секрет DIY handCrafed красивых ожерелий и аксессуаров для головы?

Хеман - эксперт по ювелирным изделиям 3 апреля, 2025

Это руководство идеально подходит для ювелирных магазинов, дизайнеров и брендов. В нем рассказывается о том, как разрабатывать и создавать ожерелья и серьги, используя различные материалы, такие как бисер, жемчуг и кристаллы. Узнайте советы по подбору, этапы производства и способы создания уникальных стилей. Отлично подходит для розничных торговцев, продавцов электронной коммерции и знаменитостей, которые ищут украшения на заказ.

Читать далее "

Какие основные методы обработки металла необходимы для изготовления ювелирных изделий? - Основные ремесла по изготовлению металлических изделий

Хеман - эксперт по ювелирным изделиям 22 ноября, 2024

Изучите основы обработки металла для ювелирных изделий: от резки и распиливания до обработки напильником, сверления и придания формы. Поймите, что такое отжиг, закалка и кислотная промывка для подготовки металла. Освойте сварку, сгибание и забивание для создания уникальных конструкций. Совершенствуйте свое мастерство с помощью советов по полировке для получения профессиональной отделки. Идеально подходит для ювелиров, студий, брендов, розничных продавцов, дизайнеров, онлайн-продавцов и изготовителей на заказ.

Читать далее "

Как проверить и определить искусственные камни, используемые в ювелирных изделиях? 6 признаков, на которые следует обратить внимание

Хеман - эксперт по ювелирным изделиям 7 ноября, 2024

Искусственная геммология - это наука, которая включает в себя использование различных методов искусственного улучшения цвета, прозрачности, блеска и прочности природных драгоценных камней для повышения их декоративности и экономической ценности. Улучшение качества драгоценных камней включает в себя усиление цвета, прозрачности, блеска, плотности, повышение физической и химической стабильности, а также оптическую идентификацию и определение материала. Изучение и применение искусственной геммологии имеет большое значение для ювелирной промышленности и сферы идентификации драгоценных камней, поскольку не только повышает эстетическую ценность драгоценных камней, но и способствует научным исследованиям и промышленному применению драгоценных камней.

Читать далее "

Что делает нержавеющую сталь и титановый сплав идеальным материалом для ювелирных изделий? Производственная информация и тенденции рынка

Хеман - эксперт по ювелирным изделиям 27 февраля, 2025

В этой статье описывается процесс производства ювелирных изделий из нержавеющей стали и титана, включая механическую формовку и литье по выплавляемым моделям. В ней рассматриваются особенности, тенденции рынка и распространенные типы этих материалов, что дает практическую информацию для ювелирных магазинов, студий, брендов, розничных продавцов, дизайнеров и онлайн-продавцов.

Читать далее "

Рисунок 2-2 Типичное оборудование, используемое в электропечи и реакторе высокого давления для выращивания кристаллов гидротермальным методом

Как производят синтетические драгоценные камни - 8 видов методов синтеза и подробности производственного процесса

Хеман - эксперт по ювелирным изделиям 5 ноября, 2024

Синтетические драгоценные камни совершают революцию в ювелирном мире, предлагая высококачественные альтернативы натуральным камням. Узнайте об их образовании, методах синтеза, таких как гидротермальный и флюсовый, и о том, как они меняют рынок. Незаменимая книга для тех, кто занимается ювелирным делом и стремится к инновациям и конкурентоспособности.

Читать далее "

Ювелирный завод, изготовление ювелирных изделий на заказ,Ювелирный завод Moissanite,Ювелирные изделия из меди,Полудрагоценные ювелирные изделия,Синтетические драгоценные камни,Пресноводный жемчуг,Стерлинговое серебро CZ ювелирные изделия,Полудрагоценные камни на заказ,Синтетические драгоценные камни ювелирные изделия

ИЗВЕСТНЫЕ ПРОДУКТЫ

категория товаров

категория материалов

Как сделать оптимизацию драгоценных камней? Руководство по разблокировке 5 методов и снаряжения

Как сделать оптимизацию драгоценных камней? Руководство по разблокировке 5 методов и снаряжения

Оптимизация драгоценных камней Используемые методы и основное оборудование

Оглавление

Раздел I Метод химической обработки драгоценных камней

1. Окрашивание и колорирование

(1) Требования к материалам, красителям и растворителям

① Требования к материалам для драгоценных камней

② Требования к красителям (включая красители и пигменты)

③ Требования к растворителям красителей

(2) Факторы, влияющие на эффект окрашивания драгоценных камней

① Обработка кислотной промывкой

② Температура нагрева и время обработки красителем

(3) Идентификационные характеристики окрашенных драгоценных камней

2. Отбеливание

3. Инъекционное наполнение

(1) Заделывание трещин

(2) Повышение стабильности драгоценных камней

(3) Улучшение яркости цвета и экономической ценности драгоценных камней

Раздел II Физические методы обработки драгоценных камней

1. Покрытие поверхности

2. Покрытие поверхности

3. Переросток

4. Прослойка и подложка

5. Композит

Раздел III Метод термической обработки

1. Оборудование для термообработки

1.1 Основное оборудование

(1) Обычная печь для термообработки

① Печь сопротивления

② Печь для плавки соли:

③ Топливные печи:

(2) Печь с контролируемой атмосферой

① Рабочая печь с контролируемой атмосферой:

② Устройство для создания контролируемой атмосферы

(3) Вакуумная печь для термообработки

(4) Устройство для термообработки лазером и электронным лучом

1.2 Вспомогательные инструменты и устройства для термообработки

(1) Термопара

① Принцип измерения термопары:

② Структура и типы термопар:

Рисунок 4-11 Структура термопары

③ Компенсационный провод для термопары:

(2) Радиационные термометры и оптические термометры

① Радиационный термометр:

② Оптический пирометр:

Рисунок 4-14 Условия прицеливания оптического пирометра (Wu Ruihua, 1994)

(3) Крусибл

2. Принципы термической обработки для улучшения качества драгоценных камней

(1) Изменение содержания или валентного состояния ионов хромофора в драгоценных камнях путем термической обработки

(2) Изменение состава органических драгоценных камней путем термической обработки

(3) При термической обработке образуются центры цвета

(4) Термическая обработка приводит к изменению цвета драгоценных камней, содержащих гидрофобные вещества, из-за эффекта обезвоживания

(5) Термическая обработка вызывает изменения в кристаллической структуре

(6) Термическая обработка улучшает шелкоподобные включения и эффект звездного света в драгоценных камнях

3. Условия для термической обработки

(1) Скорость нагрева до более высокой температуры

(2) Самая высокая температура, достигнутая во время термообработки

(3) Время удержания

(4) Кривая охлаждения

(5) Атмосфера в печи

(6) Давление в печи

4. Тепловые эффекты при термообработке

Таблица 4-1 Механизм и примеры теплового воздействия

5. Окислительно-восстановительные процессы и диффузия газов

(1) Редокс

(2) Диффузия газа

6.Классификация методов термической обработки

(1) Обычный метод термической обработки

(2) Метод обжига с химическими реагентами

(3) Метод электролиза расплавленной соли

Рисунок 4-18 Схема эксперимента по электролизу расплавленной соли

7. Распространенные методы термообработки для улучшения состояния драгоценных камней

Таблица 4-2 Условия термической обработки распространенных драгоценных камней

Раздел IV Радиоактивные методы облучения

1. Виды облучающих лучей и источники излучения

(1) Лучи, испускаемые радиоактивными элементами