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欺骗度超高!HPHT处理蓝宝石检测样本竟能达到“皇家蓝”色!

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说到高温高压(HPHT),相信很多人的第一反应是——针对钻石的处理技术。

诚然,在对钻石的处理上,HPHT技术就是将天然钻石经高温、高压处理,以提升钻石的等级,或者改变其颜色。

然而,这项处理技术并不仅仅用于钻石。今天小南就来和大家聊一聊,高温高压(HPHT)处理蓝宝石。

值得一提的是,HPHT这个术语在宝石中有HPHT合成(HPHT Synthetic)与HPHT处理(HPHT Treatment)两个含义,了解不深的人很容易将它们混淆。

而近年来引发热议的HPHT蓝宝石,在最初时的处理原理及使用的器材和技术与HPHT钻石非常相似,但是经由多次尝试和改变,技术参数已经截然不同。

早在2014年,就有报告称现在的HPHT蓝宝石可采用1750度以上,压力高达 90 MPa的加热条件,样本可以转化为市场欣赏的深蓝色——“皇家蓝”。

HPHT处理蓝宝石的主要目的仍然在于改变蓝宝石的颜色,与普通的加热相比,放大观察同样可见内含晶体融化、爆裂应力环等现象。

HPHT处理蓝宝石的仪器鉴别:多项实践表明,随着处理时压力的梯度增加,样品在红外光谱上于3040 cm-1至3047 cm-1处显示出渐强的吸收主峰,另有2627cm-1处显示较弱吸收肩。

这份论文中表明,主要利用1700-1800摄氏度跟1 GPa 大气压力改变刚玉内部致色元素离子的分布,让颜色显现出来或更加艳丽,中间没有添加色料跟一度烧的原理接近,所以如果宝石本身不带致色元素一样不会产生颜色,HPHT的好处是处理时间短只需要五分钟,不像一般热处理需要花上两周的时间。

从下表可以看出,选用的3颗蓝宝石都产自斯里兰卡,颜色近无色至浅蓝色,抛光程度也不尽相同。

实验中使用桂林有限公司(Guilin Co)φ420高温高压处理设备,压力设定为1GPa;温度分别设定为1700℃、1750℃、1800℃;处理时间均为5分钟,冷却3分钟。

蓝宝石的成色原理是杂质元素Fe2+和Ti4+在Al2O3取代Al3+并通过电子转移而变成Fe3+和Ti3+离子。高温高压(HPHT)处理的目的就是加速低色级蓝宝石中杂质离子Fe2+和Ti4+向Fe3+和Ti3+的价态转换,或者使其进入晶格中适当的位置从而产生色心,进而提高蓝宝石的颜色。

这一原理决定了被处理样品中必须含有一定量的致色原素Fe2+和Ti4+离子,否则不能达到预期的改色目的。

(a)显示在1700℃、1GPa压力条件下经过5分钟处理后,1#样的颜色与处理前没有发生明显的变化。推测1700℃温度过低,不能产生致色机理。

(b)显示在1750℃、1GPa压力条件下经过5分钟处理后,2#样的颜色由最初的浅绿蓝色变成了艳蓝色,改色效果十分明显。但是在在样品的边缘产生了大量的裂纹。分析原因可能是高压使内应力集中于边缘的相对较薄的部分产生的,也可能源自内部原有的裂纹,即所谓的“羽状纹”。为了防止产生裂纹建议切磨前进行HPHT处理。

(C)显示在1800℃、1GPa压力条件下经过5分钟处理后,3#样的颜色同样发生较明显的变化,但颜色变化不均匀,裂纹中心部分颜色变化较浅。

使用UV-VIS-NIR分光光度计(岛津公司,UV-3105),波长范围200〜800n,反射法,狭缝值为20和中等扫描速率。2#样品与3#样品的趋势相似,HPHT处理前的450〜550nm附近的反射率降低,而处理后的反射率显示峰值没有降低,这保持了蓝色峰的反射率使样品蓝色调增强。

显微拉曼光谱仪(Unithink Co.,UniRaman),激光器531nm,时间5秒,波长范围250〜2000cm,分析处理前后的样品。拉曼图谱显示:样品处理的特征拉曼峰没有明显变化。我们得出结论,拉曼光谱不适合分析高温高压(HPHT)处理蓝宝石。

红外光谱仪Thermo Scientific Co.,Nicloet 5700,波数400〜4000cm-1,分辨率8cm-1,扫描次数32,反射法。处理前后样品的红外吸收峰变化,结论:高温高压(HPHT)产生的色心没有红外活性,因此FT-IR分析不适合检测HPHT处理的蓝宝石。

最后得出结论:含一定量Fe2O3的无色或浅蓝色蓝宝石,在1750℃以上、1GPa压力条件下可以得到明显的颜色改善。与传统的简单热处理相比HTHP处理时间更短,拉曼仪原理仅需要5分钟便可得到明显的颜色改善。除了肉眼观察外,紫外-可见光谱(UV-VIS-NIR)及Lab色标和色差数据来量化颜色增强程度的有效方法。

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