铍扩散刚玉宝石的呈色机理和鉴定特征

根据相关的资料现将刚玉宝石铍扩散的一些情况介绍如下： 
　　一、关于刚玉宝石铍改善的工艺 
　　在刚玉宝石高温铍扩散工艺中，铍离子（Be2+）的引入是通过绿柱石（BeAl2O2）粉末实现的，其工艺方法基本有两种。 
　　１、助熔剂法 
　　在含有硼、磷的助熔剂中加入重量百分含量2%-4%的金绿宝石粉末，表面涂上助熔剂的宝石在１８００。C的氧化气氛中加热２５小时。 
　　２、粉末法 
　　将含２％－４％金绿宝石粉末与高纯度氧化铝粉末混合，然后将宝石埋入其中在１７８０。C的氧化气氛中加热６０－１００小时。将０.８％的氧化铍加入氧化铝粉末，效果相同。 
　　在铍的高温扩散过程中，铍元素可以扩散到整个宝石中。各种颜色的蓝宝石和红宝石的颜色都可通过铍扩散得到非常好的改善。助熔剂法处理的宝石显示出极好的表面颜色一致性，而粉末法处理的宝石颜色几乎扩散到整个宝石。 
　　二、致色机理 
　　１、铍离子的作用——铍离子不是产生黄色的直接原因，其主要作用是作为高温下产生的铁氧捕穴缺陷色心的稳定剂，使得它们在降低到室温时，仍能稳定存在。铍改善蓝宝石主要是对光谱中的蓝区普遍强吸引，从而产生了强烈的黄色调。 
　　２、铁离子的作用——宝石中铁离子的含量对于铍改善的工艺过程起着重要的作用，与蓝宝石的黄色有着直接的关系，铁离子是形成橙黄色的主要离子，其呈色机理是形成铁氧捕穴缺陷色心。铁含量低的样品处理后呈棕色，而铁含量中等及高的样品经处理后则呈现出黄色。 
　　３、氧分压作用——与其它宝石相似，蓝宝石晶体内存在一定的氧分压，使得晶体内Fe2+Fe3+比值保持恒定。在高温氧化条件下，当环境中的氧分压大于晶体中的氧分压时，外来的氧原子沿空位向晶体扩散，导致晶格中杂质铁离子价态及能级发生改变，原有点缺陷的平衡态被破坏。当阳离子空位捕获一个电子时容易导致邻近空位的氧离子失去一个电子并与Fe3+结合而形成Fe-O捕穴缺陷色心。捕穴缺陷色心的吸收强度对温度和氧分压的吸收强度越大。 
　　４、高温的作用——Be2+的离子半径（r=0.034mm）远小于Al3+，正常情况下难以置换Al3+离子，高温环境有助于外来的Be2+离子遵循对角线法则不等价取代Al3+，在置换过程中易产生大量的阳离子空位。 
　　综上所述，高温、氧化气氛及铍稳定剂是使橙色蓝宝石致色的主要外因条件，Fe-O捕穴缺陷色心、宝石中的Cr3+和Fe3离子组合是导致橙色蓝宝石致色的主要内因条件。 
　　三、铍改善宝石的特征及鉴定 
　　１、颜色——颜色不同的宝石经铍改善后可以会产生不同的颜色，一些样品铍改善后得到的颜色见下表，样品改善后其颜色不同程度地呈现黄—橙黄色调。 
　　铍改善刚玉宝石的颜色 
　　改善前　　　　　　　　　　　　　　　改善后 
　　无色　　　　　　　　　　　　　　　　黄色橙黄色 
　　粉红色　　　　　　　　　　　　　　　橙黄色—粉红色—橙黄色 
　　暗红色　　　　　　　　　　　　　　　鲜红色—橙黄色—红色 
　　黄色绿色　　　　　　　　　　　　　　黄色 
　　蓝色　　　　　　　　　　　　　　　　黄色或没有明显效果 
　　紫色　　　　　　　　　　　　　　　　橙黄色—红色 
　　２、物理性质——表面特征：在许多情况下，热处理过程会使蓝宝石表面熔融或再结晶，在改善宝石未被抛光前可看到，重新抛光后刚玉宝石表面也留有小麻点。
　　包裹体特征：铍改善方法需要样品中出现，如针状矿物晶体的熔化、矿物包体周围形成的应力圈、气液包裹体的炸裂现象等。另外也可能出现一些特殊的内外部特征。如一颗４.７５克拉、浅黄色、八角形明亮式的铍改善蓝宝石，在显微镜下可看到十分明显的色域及一个小型部分愈合的裂缝（指纹状）。将此颗宝石浸入二碘甲烷后，可看到在无色中心区域的外围有着一圈局限于表层的黄色域。宝石内部有多个外形不寻常的半圆形带状的 
包裹体，是由许多微小的白色颗料所组成。在天然或合成蓝宝石中都未曾发现此类型的包裹体，这些包裹体可能就是铍改善过程中所留下的。 
　　３、发光性——通过铍改善的蓝宝石在发光性方面与天然蓝宝石或传统热处理蓝宝石并没有特别的差异，天然、合成或传统热处理红宝石具有或强或弱的红色荧光，但铍迁移或扩散的红宝石不具荧光性，在紫外光照射下往往不发荧光。 
　　４、颜色分布特征——铍改善的刚玉宝石总是带些黄色或橙黄色调，扩散刚玉宝石的黄色或橙黄色富集于宝石的表面或裂隙中，将宝石浸于高折射率的液体中，现象更为明显。而内部铍迁移改善的红蓝宝石颜色非常均匀。 
　　通过对大量的铍改善的刚玉原石及刻面宝石的研究表明，尤其是由铍扩散方法产生的颜色均匀红、蓝宝石，目前还没有十分有效的常规检测方法。（白汝仑）