刚玉宝石的人工优化处理，优化方法主要是热处理；处理方法包括染色、浸有色油、充填和扩散处理等。

一、热处理

1．刚玉宝石热处理简介

刚玉宝石的热处理历史悠久，其结果稳定、持久而被人们接受。目前市场上出售的绝大多数刚玉宝石都是经过热处理的。刚玉宝石的热处理主要应用于以下几方面：

(1)消减红宝石中多余的蓝色和削弱深色蓝宝石的蓝色 红宝石和蓝宝石中的蓝色色调大多由Fe²⁺→Ti⁴⁺电荷转移引起。在高温氧化中加热红宝石或深色蓝宝石将发生Fe²⁺向Fe³⁺的转变即4Fe²⁺+O₂一4Fe³⁺+2O_2-，样品中Fe²⁺、Ti⁴⁺离子对数量减少从而去除多余的蓝色。

(2)诱发或加深蓝宝石的蓝色 在高温还原中加热蓝宝石，使宝石中原有的Fe³⁺转换为Fe²⁺，增加样品中Fe²⁺→Ti⁴⁺的电荷转移，使样品颜色由浅变深。

(3)去除红宝石，蓝宝石中的丝状包体或发育不完美的星光 在空气中将样品加热到1600～1800℃，迅速冷却，使原以包体形式存在的金红石(TiO₂)在高温下熔融，进入晶格与Al₂O₃形成固溶体，从而达到消除星光和丝状包体的目的。

(4)产生星光。在空气中加热样品，然后缓慢冷却，使样品内以固溶体形式存在的钛分离形成金红石包体，从而产生星光。

(5)将浅黄色、黄绿色的刚玉在氧化条件下进行高温处理变成橘黄色以至金黄色蓝宝石。这是因为在高温氧化条件下，刚玉晶格内原由Fe²⁺造成的氧空位全部填满，Fe²⁺氧化成Fe³⁺使刚玉宝石形成黄至金黄色。

2．热处理刚玉宝石的鉴别

经热处理后的红宝石、蓝宝石所表现的鉴定特征大致相同。

(1)颜色：热处理后的红、蓝宝石可有颜色不均匀现象，如出现特征的格子状色块、不均匀的扩散晕。另外处理前后原色带的颜色、清晰度也会发生不同程度变化。斯里兰卡乳白色的Geudas刚玉经热处理后呈现美丽的蓝色，其蓝色常集中在一些不规则的色带和色斑里，放大检查可看到这些色带或色斑的颜色是由一些边缘模糊的蓝色质点聚集而成的雾状包体。而我国山东蓝宝石在热处理后原本蓝色的色带可转变成无色透明的色带。棕褐色色带可转变成蓝色色带，原本不显示色带的样品热处理后可显示出黄色色带。

(2)固态包体：经热处理的红、蓝宝石其固态包体将发生不同程度的变化。红、蓝宝石内的低熔点包体，如长石、方解石、磷灰石等，在长时间的高温作用下发生部分熔解，原柱状晶体边缘将变得圆滑。一些针状、丝状固态包体如金红石则随着溶解程度的不断加强转变成断续的丝状、微小的点状等形态，有时高温处理的红、蓝宝石表面可见到一种白色丝斑，是金红石高温破坏后的产物。

热处理后的蓝宝石中的“色点”现象。

热处理后的蓝宝石中的一个‘环礁’结构：因为受到高温，蓝宝石中的包裹体膨胀而出现的应力圈。

(3)流体包体：红、蓝宝石内的原生流体包体在高温作用下会发生胀裂，流体浸入新胀裂的裂隙中。

(4)表面特征：由于高温溶解作用，成品红、蓝宝石的表面全发生局部熔融，因而产生一些凹凸不平的麻坑。为了消除这些麻坑样品需二次抛光，二次抛光作用不能保证第一次抛光中刻面棱角的完整性，常使原本平直的刻面棱角出现双腰棱、多面腰棱现象。

(5)吸收光谱及荧光特征

据报道经热处理的黄色和蓝色蓝宝石在台式分光镜下观察，缺失450nm吸收带，某些热处理的蓝色蓝宝石在短波紫外光下显示弱的淡绿色或淡蓝色荧光。

二、染色处理

1．方法

将劣质刚玉宝石，即颜色浅淡、裂隙发育的刚玉宝石放进有机染料溶液中浸泡、加温，使之染上颜色。

2．检测

(1)早期染色刚玉宝石，颜色过于浓艳，给人以不真实感，包装纸上往往还留有颜色痕迹，用蘸有酒精或丙酮的棉球擦拭样品时，棉球全被染色。

(2)近期染色的刚玉宝石的颜色趋于自然，外面涂过蜡等物质，使颜色封存在裂隙中。但在放大检查时可以发现染料在裂隙中集中的现象。

(3)由于染色刚玉染料仅分布于裂隙中而未进入宝石的晶格，所以出现多色性异常，表面浓艳的宝石却没有明显的多色性。

(4)染色刚玉宝石可有由染料引起的特殊荧光，如染色红宝石可有橙黄一橙红色荧光。

(5)在红外光谱中出现染料的吸收峰。

三、浸有色油

红宝石有时使用浸有色油的方法来改善其透明度和颜色。注油处理的刚玉放大检查可以发现油充填后的裂隙有五颜六色的干涉色，当部分油挥发后可留下斑痕及渣状沉淀物，包装纸上也可留下油的痕迹。在热针试验中可有油珠被析出。

四、充填处理

红宝石是一种裂隙非常发育的宝石品种，充填技术的应用将很大程度上改变红宝石的外观和价值。红宝石的充填是将充填材料注入或填充到红宝石的裂隙、孔洞和空隙中，以掩盖其裂隙缺陷，减少内反射，进而达到提高宝石的亮度、透明度和改善红宝石颜色的效果。

1．充填材料与工艺

20世纪80年代初，泰国市场上就出现了充填处理的抹谷红宝石。红宝石的充填处理并不是最近才出现的新技术，但在充填材料方面却进行了很多年的尝试，试图找到合适的充填物质。用于红宝石充填的材料主要有硼盐、水玻璃、石蜡、塑料、硅土、高铅玻璃及其他相关的溶剂等。

红宝石的充填一般是在真空条件下通过加热来完成，一般分为以下几个步骤：

处理前 挑选待处理的样品，用酸清洗，去除红宝石裂隙中的各种金属离子和其他杂质并烘干。

加热充填处理 将充填物质与待充填的红宝石置于充填装置中，力口热使充填物质熔化成玻璃态或液态在真空环境下渗人红宝石裂隙中，充填物质既作为填充剂，也起助熔剂作用。

冷却和再充填 充填结束后，慢慢降至室温。在冷却过程中充填物质变为固态物质并可能出现部分结晶和流动特征。由于充填物质冷却收缩，可能需要再次充填。

表面处理 充填过程完成后，往往要对红宝石进行表面处理，包括酸洗和重新打磨和抛光。

红宝石的充填过程中，可以加入一些着色剂(一般为Cr₂O₃，以改善无色或浅色刚玉宝石的颜色，使之更鲜艳。

除了真空充填工艺外，溶胶一凝胶工艺也被应用到红宝石充填中来，采用二元或三元组分配制溶胶，并充填到红宝石裂隙或孔洞中，冷却后溶胶变为凝胶，从而填补了红宝石的裂隙和空洞，掩盖了红宝石的瑕疵。 

2．传统充填处理红宝石的鉴别

(1)注胶处理的刚玉宝石其裂隙处的光泽不同，胶的光泽低于刚玉主体的光泽，裂隙较大时，针尖触之，胶可被划动。红外光谱中可出现胶的吸收峰。

(2)玻璃充填的刚玉宝石往往裂隙十分发育，用表面反射光观察裂隙内玻璃的光泽明显低于刚玉主体光泽，大的裂隙处充填玻璃平面往往凹陷，红外光谱检验也可能发现玻璃的存在。充填过程往往会在裂隙或空洞中留有气泡，见下图：

 3．新型铅玻璃充填处理红宝石

从2004年3月日本宝石协会(GAAJ)首次检测到铅玻璃充填红宝石以来，世界上一些著名的宝石实验室(AGTA、GIA)也陆续遇到了同样方法处理的红宝石。经EDXRF分析这种充填处理的红宝石含有过高的铅(Pb)，此外还有Si、P、Ca和Ti等元素，而有些轻元素如硼，使用EDXRF是检测不到的。拉曼光谱分析也证实了宝石的充填物与一种含铅硼酸盐玻璃很相似。放大检查发现充填物为黄色透明物质，光泽明显高于红宝石主体的光泽，并存在大量扁平气泡（见下图左）和小空隙（见下图右）：

在所有的观察方向上，充填裂隙的可见度非常低，但在充填的裂隙上会呈现弱到中等程度的蓝一紫一橙红色闪光，在某些方向上观察，裂隙会变得很模糊。所有充填空洞表面抛光都较差，因为充填物的硬度明显 低于刚玉本身的硬度。

红宝石触及表面的裂缝可以使用熔铅玻璃填充，减少裂缝的可见性。

在高能短波紫外光辐射下，充填物具有强蓝色荧光，与红宝石的红色荧光对比明显；而红宝石中传统充填的玻璃一般呈惰性或具弱的灰色荧光。

五、表面扩散处理

1．传统表面扩散处理刚玉宝石

20世纪80年代，人们致力于利用高温进行钛和铬（用作刚玉着色剂）的扩散试验，但收效甚微，只在表面晶格形成薄的扩散层，颜色难以充分渗入宝石。

2．新型铍扩散处理刚玉宝石

2003年，非常鲜艳的彩色蓝宝石开始出现在市场上，再次引起对晶格扩散处理的怀疑。结果发现，确实经过晶格扩散处理，不过是采用了一种新的元素Be（铍）。相比钛或铬，铍的原子要小得多，能够完全扩散至蓝宝石内。甚至在大颗蓝宝石中，也能成功地改变其成色。很快发现，红宝石经过这种处理，其颜色也可得到加强。

未经处理的蓝宝石位于左侧（第一组），经扩散处理、未磨光（第二组），磨光后需要重新扩散处理（第三组），以及成功完成扩散处理（第四组）。

3．铍扩散处理刚玉宝石的鉴别

(1)大型仪器检测 判定刚玉是否经铍扩散处理的科学方法是采用大型仪器来测定刚玉中铍的含量。

(2)其他证据 铍扩散处理所需要温度远高于刚玉的一般热处理的温度，如果存在这样的证据，红蓝宝石颜色的来源值得怀疑。

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3、本文引用参考资料：系统宝石学、GIA。