Heat Treatment of Dark Blue Sapphire from Australia
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摘要: 通过改变恒温温度、热处理气氛以及添加剂等热处理参数条件对澳大利亚深蓝色调蓝宝石进行热处理改色工艺研究, 结果显示, 在还原环境下600~800 ℃恒温12小时不利于改善蓝宝石的深蓝色调; 在添加碳粉或开放环境下600~1 300 ℃恒温12小时可以不同程度地改善蓝宝石的深蓝色调, 当热处理温度高于1 400 ℃时, 蓝宝石深蓝色调增强, 但碳粉创造的气氛环境难以掌控; 在开放环境下添加Al(OH)3和TiO2粉末以1 300 ℃恒温12小时后的改善效果最为明显, 蓝宝石的深蓝色调明显减弱且颜色变得更加明亮。相关谱学测试表明, 晶格中Fe2+、Fe3+、Ti4+等致色微量元素离子的种类、含量及晶格位置的变化与澳大利亚蓝宝石的颜色改变相关, 但紫外-可见光谱中吸收峰和吸收带的变化与热处理时气氛和温度的变化关系复杂。Abstract: In this paper, by changing the condition of heat treatment parameters, such as temperature, atmosphere and additives, the process of heat treatment of dark blue sapphire from Australia is studied. The heat treatment results show that the temperature of 600-800 ℃ under reduced environment for 12 hours is not efficient for improving the dark blue tone of sapphire. The dark blue tone of the sapphire can be improved at the temperature of 600-1 300 ℃ for 12 hours under the environment with addition of carbon powder or open environment. When the temperature is higher than 1 400 ℃, the dark blue tone of sapphire can be enhanced, but the atmosphere environment created by carbon powder is difficult to control. The improvement effect of adding Al(OH)3 and TiO2 powder at the temperature of 1 300 ℃ for 12 hours in open environment is the most obvious. Under that circumstances, sapphire's dark blue tone has weakened and the colour has brightened. The variety, content and lattice position of Fe2+, Fe3+, Ti4+ and other colorized trace elements in the lattice are related to the colour change of Australian sapphire. However, the relationship between the change of absorption peak and band in UV-Vis spectrum is complicated.
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Keywords:
- sapphire /
- heat treatment /
- colour /
- UV-Vis spectrum /
- Australia
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图 1 用于热处理的部分澳大利亚蓝宝石样品
Figure 1. Some of sapphire samples from Australia before heat treatment
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图 2 澳大利亚蓝宝石样品在还原环境不同温度下热处理前后的内部特征
a, b.样品蓝绿-1-1-3还原环境600 ℃热处理12小时前后; c, d.样品蓝-5(2)-1-3在10%H2中700 ℃热处理12小时前后; e, f.样品蓝-5(1)-1-3在10%H2中800 ℃热处理12小时前后
Figure 2. Internal characteristic of sapphire samples from Australia before and after heat treatment in reducing environment under different temperatures
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图 3 澳大利亚蓝宝石样品在还原环境不同温度下热处理前后的紫外-可见吸收光谱
a.样品蓝绿-1-1-3还原环境600 ℃热处理12小时前后; b.样品蓝-5(2)-1-3在10%H2中700 ℃热处理12小时前后; c.样品蓝-5(1)-1-3在10%H2中800 ℃热处理12小时前后
Figure 3. UV-Vis spectra of sapphire samples from Australia before and after heat treatment in reducing environment under different temperatures
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图 4 澳大利亚蓝宝石样品在还原环境不同温度下热处理前后的红外光谱
a.样品蓝绿-1-1-3还原环境600 ℃热处理12小时前后; b.样品蓝-5(2)-1-3在10%H2中700 ℃热处理12小时前后; c.样品蓝-5(1)-1-3在10%H2中800 ℃热处理12小时前后
Figure 4. Infrared spectra of sapphire samples from Australia before and after heat treatment in reducing environment under different temperatures
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图 5 澳大利亚蓝宝石样品在低氧分压不同温度下热处理前后的内部包裹体变化
a, b.样品蓝绿-5-1-1在碳粉中1 000 ℃热处理12小时前后; c, d.样品蓝绿-6(1)-1-3在碳粉中1 300 ℃热处理12小时前后
Figure 5. Internal inclusions of sapphire samples from Australia before and after heat treatment in low oxygen environment under different temperatures
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图 6 澳大利亚蓝宝石样品在低氧分压不同温度下热处理前后的紫外-可见吸收光谱
a.样品蓝-8-1-2低氧分压环境600 ℃热处理12小时前后; b.样品蓝绿-3-1-4低氧分压环境700 ℃热处理12小时前后; c.样品蓝绿-3-1-5低氧分压环境800 ℃热处理12小时前后; d.蓝绿-5-1-1低氧分压环境1 000 ℃热处理12小时前后; e.样品蓝绿-6(1)-1-3低氧分压环境1 300 ℃热处理12小时前后; f.样品蓝绿-6(2)-1-5低氧分压环境1 400 ℃热处理12小时前后
Figure 6. UV-Vis spectra of sapphire samples from Australia before and after heat treatment in low oxygen environment under different temperatures
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图 7 澳大利亚蓝宝石样品在低氧分压不同温度下热处理前后的红外光谱
a.样品蓝-8-1-2低氧分压环境600 ℃热处理12小时前后; b.样品蓝绿-3-1-4低氧分压环境700 ℃热处理12小时前后; c.样品蓝绿-3-1-5低氧分压环境800 ℃热处理12小时前后; d.蓝绿-5-1-1低氧分压环境1 000 ℃热处理12小时前后; e.样品蓝绿-6(1)-1-3低氧分压环境1 300 ℃热处理12小时前后; f.样品蓝绿-6(2)-1-5低氧分压环境1 400 ℃热处理12小时前后
Figure 7. Infrared spectra of sapphire samples from Australia before and after heat treatment in low oxygen environment under different temperatures
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图 8 澳大利亚蓝宝石样品在氧化环境不同温度热处理前后的包裹体特征
a, b.样品蓝-3-1-1空气中900 ℃热处理12小时前后; c, d.样品蓝-4-1-2空气中1 000 ℃热处理12小时前后; e, f.样品蓝绿-6(2)-1-2空气中1 300 ℃热处理12小时前后; g, h.样品黄蓝-2-1-5空气中1 400 ℃热处理12小时前后
Figure 8. Internal inclusions of sapphire samples from Australia before and after heat treatment in oxidation environment under different temperatures
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图 9 澳大利亚蓝宝石样品在氧化环境不同温度热处理前后的紫外-可见吸收光谱
a.样品蓝-5(1)-1-5氧化环境600 ℃热处理12小时前后; b.样品蓝-2-1-4氧化环境700 ℃热处理12小时前后; c.样品蓝-3-1-3氧化环境800 ℃热处理12小时前后; d.样品蓝-3-1-1氧化环境900 ℃热处理12小时前后; e.样品蓝-4-1-2氧化环境1 000 ℃热处理12小时前后; f.样品蓝绿-6(2)-1-2氧化环境1 300 ℃热处理12小时前后; g.样品黄蓝-2-1-5氧化环境1 400℃热处理12小时前后
Figure 9. UV-Vis spectra of sapphire samples from Australia before and after heat treatment in oxidation environment under different temperatures
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图 10 澳大利亚蓝宝石样品在氧化环境不同温度热处理前后的红外吸收光谱
a.样品蓝-2-1-4氧化环境700 ℃热处理12小时前后; b.样品蓝绿-6(2)-1-2氧化环境1 300 ℃热处理12小时前后
Figure 10. Infrared spectra of sapphire samples from Australia before and after heat treatment in oxidation environment under different temperatures
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图 11 澳大利亚蓝宝石样品在不同环境不同温度热处理前后的内部包裹体特征
a.样品黄蓝-4-1-3添加Na2CO3+Al(OH)3+TiO2在空气中1 300 ℃热处理12小时前后; b.样品蓝-1-1-4添加Al(OH)3+TiO2在碳粉中1 300 ℃热处理12小时前后; c.样品黄蓝-6-1-5添加Na2CO3+Al(OH)3+TiO2在空气中1 400 ℃热处理12小时前后
Figure 11. Internal inclusions of sapphire samples from Australia before and after heat treatment in different environment under different temperatures
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图 12 澳大利亚蓝宝石样品在不同添加剂环境下热处理前后紫外-可见吸收光谱
a.蓝绿-3-1-2添加TiO2+Al(OH)3在10%H2氛围热处理800 ℃; b.黄蓝-3-1-5添加Na2B4O7+Na2CO3+Al(OH)3+TiO2在碳环境中热处理1 300 ℃
Figure 12. UV-Vis spectra of sapphire samples from Australia before and after heat treatment with different additives
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图 13 澳大利亚蓝宝石样品在不同添加剂环境下的红外吸收光谱
a.蓝绿-3-1-2添加TiO2+Al(OH)3在10%H2氛围热处理800 ℃; b.黄蓝-3-1-5添加Na2B4O7+Na2CO3+Al(OH)3+TiO2在碳环境中热处理1 300 ℃
Figure 13. Infrared spectra of sapphire samples from Australia before and after heat treatment with different additives
表 1 热处理实验方案
Table 1 Experiment schemes of heat treatment
实验组别 气氛 温度/℃ 时间/h 样品号 添加剂 预处理 温度及气氛组 10%的H2+90%的Ar
(质量分数百分比)600 12 蓝绿-1-1-3 / / 700 12 蓝-5(2)-1-3 800 12 蓝-5(1)-1-3 碳粉 600 12 蓝-8-1-2 / / 700 12 蓝绿-3-1-4 800 12 蓝绿-3-1-5 1 000 12 蓝绿-5-1-1 1 300 12 蓝绿-6(1)-1-3 1 400 12 蓝绿-6(2)-1-5 敞口 600 12 蓝-5(1)-1-5 / / 700 12 蓝-2-1-4 800 12 蓝-3-1-3 900 12 蓝-3-1-1 1 000 12 蓝-4-1-2 1 300 12 蓝绿-6(2)-1-2 1 400 12 黄蓝-2-1-5 添加剂组 10%的H2+90%的Ar
(质量分数百分比)800 12 蓝绿-3-1-2 TiO2+Al(OH)3 用表面活性剂浸泡3.5 h 碳粉 1 300 12 黄蓝-3-1-5 Na2B4O7+NaHCO3+Al(OH)3+TiO2 空气 1 300 12 黄蓝-4-1-3 Na2CO3+Al(OH)3+TiO2 碳粉 1 300 12 蓝-1-1-4 TiO2+Al(OH)3 空气 1 300 12 蓝-2-1-2 碳粉 1 400 12 黄蓝-6-1-4 TiO2+Al(OH)3 空气 1 400 12 黄蓝-6-1-5 
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[1] 韩孝朕, 郭守国, 康燕, 等.铁和钛在山东昌乐深蓝色蓝宝石中的致色作用[J].硅酸盐学报, 2018, 46(10):1 483-1 488. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXYB201810021.htm [2] 郑郁竹.山东蓝宝石的致色及改色研究[D].昆明: 昆明理工大学, 2015. [3] 亓利剑, 袁心强, 林嵩山, 等.高温热处理橙色蓝宝石的赋色机制[J].宝石和宝石学杂志, 2002, 4(4):1-5, 55. doi: 10.3969/j.issn.1008-214X.2002.04.001 [4] 季金华.苏鲁蓝宝石呈色机理和改色试验研究[J].江苏地质, 1999(3):36-40. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSDZ199903006.htm [5] 谢意红.蓝宝石的紫外-可见光谱及其致色机理分析[J].宝石和宝石学杂志, 2004, 6(1):9-12. doi: 10.3969/j.issn.1008-214X.2004.01.003 [6] Schwarz D, Pardieu V, Saul J M, et al. Rubies and sapphires from Winza, central Tanzania[J]. Gems & Gemology, 2008, 44(4):322-347.
[7] 李晓潇.山东昌乐蓝宝石颜色成因及谱学特征[J].中山大学研究生学刊(自然科学·医学版), 2015 (4): 60-73. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YJSK201504008.htm [8] 杨良锋.山东蓝宝石(刚玉)热处理改善研究[J].地球学报, 1998(1):68-76. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXB801.008.htm [9] 沈美冬, 杨良锋.蓝宝石3 310 cm-1红外吸收峰的鉴定意义[J].地球学报, 2000(3): 294-299. doi: 10.3321/j.issn:1006-3021.2000.03.010
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