宝石改善辐照处理.ppt

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1、辐照处理,本节要点,1.熟悉辐照处理的原理及设备。2.熟悉辐照处理宝石应注意的问题。3.掌握几种常见辐照处理宝石的鉴别特征。,第一节 辐射和辐射源,辐射：波动（机械波或电磁波）或大量微观粒子从它们的发射源出发，在空间或煤质中向各方向传播的过程，有时也指波动能或大量微观粒子本身。辐照：辐射对物质体的作用过程，由辐照所引起的物质体的物理和化学反应称为辐照效应。,辐射通常指电离辐射，因为辐射在与物质作用过程中可直接或间接地通过能量转换而使被辐照物质发生电离效应。常见的电离辐射有四类：重带电粒子 高能电子 电磁辐射 中子,1、重带电粒子 常见的有：质子、氘核、粒子、裂变碎片等，带有不同数量的正电荷，质

2、量比电子大得多。粒子 24He2、高能电子 包括放射性元素核转变时释放出来的射线（电子或正电子）及电子加速器产生的能量接近单一的电子束。高能电子在通过物质时主要与电子相碰撞而损失能量，从而引起物质中原子或离子的激发与电离。速度快、穿透能力强、射程大。,3、电磁辐射 射线与x射线本质上与可见光、电磁波一样都属于电磁辐射，但来源及能量分布不同。x射线包括特征x射线和连续x射线。射线是放射性核素衰变过程中产生的波长极短的电磁辐射。电磁辐射既不带电，也没有静止质量，在物质中的穿透能力比电子强。4、中子 质量约为一个原子质量单位的不带电粒子。主要来源有核辐射源、重核裂变及轻核聚变。,辐 射 源,辐射源：

3、能够产生电离辐射的物质或装置。通过核转变产生电离辐射的装置或物质，如核反应堆和放射性元素。通过电磁场把带电粒子加速至高能量的电器装置，或可产生电离辐射的装置。,1、放射系元素辐射源放射性元素可通过衰变放射出射线和射线。宝石辐照处理中主要使用射线。放射性元素很多，主要用60Co，少量用137Cs。,Co-6辐照装置,特点：每次衰变可发射出两个能量相近的单一能量的射线，射线穿透能力强，可以很均匀的辐照宝石。半衰期长，可以稳定的长时间辐照处理宝石；来源充足，易于获取，成本较低；辐射源为金属固体，可根据需要制成各种形状，所制造的装置比较简单，操作维修方便。,2、核反应堆 是一种进行可控链式核裂变反应的

4、设备，可发射出强大的中子束和射线。,微型中子反应堆,3、电子加速器 使用电磁场是电子获得高能量的装置。主要有电子静电加速器、绝缘瓷芯变压直线加速器、微波电子直线加速器、X射线管。,2.5MV 静电直线加速器,14MeV强流电子 直线加速器,第二节 辐照处理引起宝石的变化,一、辐照使宝石颜色变化 辐照粒子照射到宝石上，高能粒子会与宝石中的原子或粒子发生相互作用，使宝石的离子电荷或晶体结构发生变化从而使颜色变化。辐照对宝石产生不同的效应，包括：1.使宝石形成天然已发现和尚未发现的色心；2.使已有的色心强化；3.恢复由于加热和光照而退色的色心；4.改进与色心无关的色彩等。,水晶理论化学式：SiO2当

5、含少量杂质铝时。出现A13+Si4+，电价不平衡。晶体场理论认为：A1-O间的静电引力弱于Si-O，受辐照后使与Al键合的O价电子会失去一个，从而产生空位色心。留下未成对的电子吸收有色光，使水晶产生颜色显示出烟色或茶色来。,实例：水晶茶、烟色,辐照引起宝石的主要变化,绿柱石 无色黄色海蓝宝石 蓝色绿色、浅蓝色深蓝色刚玉 无色黄色（不稳定）钻石 无色、浅色黄、绿、蓝色或黑、褐、粉红、红色珍珠 灰、褐、蓝或黑色石英 无色黄色、黄绿色、绿色、烟色 无色紫色、深黄色、黄绿色、紫-黄双色锂辉石 绿色（不稳定）、黄色托帕石 无色棕色（不稳定）、蓝色 黄色粉红色、橙红色碧玺 无色、浅色黄、褐、粉红、红、绿-

6、红、蓝-紫红色锆石 无色褐色、微红色大理石 白色黄色、蓝色、丁香紫色,辐照使宝石致色最主要的原理是在宝石晶体内产生各种色心：电荷缺陷色心、离子缺陷色心。,1、辐照产生的电荷缺陷色心 晶格点阵上的离子仅在带电性质上发生变化而形成的色心，而该晶格位上的离子既不增加也不减少。宝石晶体受到辐照时，辐射粒子与晶格位上离子的外层电子发生相互作用，把辐射能量传给电子，电子在吸收一定能量后克服离子的束缚而逃逸出去，这就是离子的电离或激发，从而形成电荷缺陷色心。辐照源可以是带电粒子（）、中子、射线等。,2、辐照产生的离子缺陷色心 正常晶格位的离子在位置上发生变化，形成诸如正负离子空位、空位聚集、填隙离子等缺陷。

7、辐射源有射线、电子束、热中子、原子束、离子束等。重粒子使晶格离子发生迁移比轻粒子更有效，但能量太大的重粒子在碰撞中转移给晶格离子的能量太大，从而在晶体中产生严重的凝聚缺陷。,3、宝石辐照致色的逆转 加热色心漂白 辐照和热处理综合使用，去掉不稳定色心，达到固色的目的。辐照改色与加热漂白是可逆过程。,二、辐照处理诱发的放射性 放射性指放射性原子核由于处于不稳定状态，向另一种核素转变并放出辐射和能量的过程。常见的天然放射性元素有236Ra、238U、232Th等。通过高能辐射，可使一些稳定元素发生核反应而产生放射性，这就是辐照诱生的放射性。能诱生的放射性的辐照粒子主要是中子束、高能电子束、质子束和粒

8、子束。宝石辐照处理中常用的是中子辐照。由于天然宝石或多或少含有微量杂质元素，其受到中子辐照时，常常被激活，变成放射性核素。,三、辐照处理对宝石的损坏 辐照能量过大、辐照时间过长，晶体内产生空位聚集区，对形成色心不利，使宝石产生灰色或黑色。辐照首先主要作用于表面，宝石表层的原子或离子吸收足够大的能量时可脱离晶体表面逃逸到空气中，即辐照气化作用。使宝石表面遭到破坏。辐照可能会使宝石局部在极短时间内产生高温，使宝石发生碎裂。,四、影响宝石辐照改色的因素 宝石本身的成分和晶体结构 辐射类型 辐照功率和宝石吸收剂量,宝石经辐照后所产生的残余放射性决定于：1.射线照射类型及辐照注入量；2.样品中杂质元素的

9、种类及含量；3.活化杂质的半衰期等相关。,线性加速器或核反应堆可能产生残余放射性。,辐照技术,1.把宝石放入辐照设备（如反应堆）中心处。2.样品盒由电动机带动不停转动。3.有进水、出水冷却样品，水温不超过50。,辐照宝石时要解决的技术问题？,（1）为保证颜色均匀，须转动宝石实现均匀辐照。（2）为避免样品在辐照时温度过高炸裂，应采用相应冷却措施。如加入循环冷却水等。（3）控制放射剂量或反复辐照以得到满意的色度。辐照剂量未饱和前，颜色深度与辐照剂量、时间成正比。辐照剂量饱和后，宝石的颜色便稳定不变。（4）辐照改善有时颜色不稳定，遇光、热易退色。通常辅助低温去掉不稳定色心，保留稳定色心。,辐照处理方

10、法争论最大：1.使宝石颜色得到改善，鉴别难；2.处理后的颜色对低温、光线不稳定；3.放射性残余。,被归为处理一类，在市场上要求公开。辐照处理的宝石有钻石、托帕石、锆石、石英、绿柱石及珍珠等。,第三节 辐照处理的宝石及鉴定,天然彩钻稀少，昂贵。鉴别彩钻是天然还是人工辐照处理是宝石鉴定师面临最大的挑战。辐照热处理钻石的颜色，为永久性改色。适用于：有色而且颜色不好的钻石，如褐色天蓝色、绿色：但此法不能使颜色变浅；不能提高颜色的色级。,1.钻石,钻石的辐照处理有：镭盐处理、回旋加速器处理、中子辐照和电子辐照等方法。,将钻石埋于镭盐中绿色，通过粒子表面有20m厚的绿色。主要特点：a.粒子为带电粒子，颜色

11、仅在表层；b.绿色是永久的，不褪色；c被处理样较长时间有放射性，会造成伤害。,（1）镭盐处理（粒子）,（2）回旋加速器处理（质子、氘核、粒子）轰击金刚石着色；运用回旋加速器对质子、氘核或粒子进行加速，使高速运行的带电粒子轰击钻石，产生暗绿至黑色。主要特点：a.带电粒子不能穿入钻石深部，颜色仅在表面。b.辐照产生暗绿色，处理时间长为黑色。c.经处理的钻石有短暂的放射性。d.颜色稳定，长久不褪。e.在500900加热，使绿色黄色、橙色或褐色。,加速电子轰击钻石，产生蓝至蓝绿色调。主要特点：a.电子带电，处理深度可达2mm。b.辐照时产生热量，但可以控制。c.处理的颜色不褪色，但表面分布不均匀。d.

12、基本没有放射性。e.加热处理桔黄、粉红-红紫和褐色。,（3）线性加速器（高能电子）,是目前辐照处理钻石的主要方法。主要特点：a.中子不带电荷，可以穿透钻石，因而辐照处理产生的颜色是整体的。b.辐照先产生绿色，进一步辐照产生暗绿-黑色。c.绿色不褪色。d.辐照初期有短暂放射性，但成品无伤害。,（4）核反应堆处理（高能中子）,（5）射线处理采用Co-60，可使钻石变成蓝或蓝绿色。主要特点：a.射线穿透能力强，可使整个钻石改色。b.Co60能量较低，处理过程长，需几个月，因而目前几乎没有应用。,但射线对大多数宝石是最常用的辐照方法。射线不诱发放射性，非常安全。射线诱发少量的放射性，因此处理后的宝石必

13、须进行放射线测量。中子射线诱发一定量放射性物质，须严格检测。,辐照处理钻石的鉴定,天然彩钻，为直线状或角状色带，与晶面平行，人工致色，色带平行于琢型宝石的小面。处理产生的颜色分布集中，与琢型、轰击方向有关。亭部辐照：圆钻型底尖成环状，形成“伞状效应”；阶梯型靠近底面有与其平行的窄色带。冠部辐照：冠部刻面轮廓颜色富集；围绕腰棱的深色环。边部轰击：无特征的图案，靠近轰击源一侧颜色深。,1颜色分布,2吸收光谱：黄钻H4色心引起的吸收线 含氮无色钻石经辐照加热处理黄色（H3和H4色心），且以H4为主；天然黄钻没有H4或H4色心不明显。反之不成立。595nm或H1b和H1c线 辐照黄钻可存在595nm的

14、吸收线，但在加热处理中，随温度上升，595nm吸收线会消失，同时在红外光谱区将出现H1b和H1c吸收线。,3导电性：天然蓝钻能导电和透过短波紫外光，辐照蓝钻则不导电。,2.托帕石的辐照处理及鉴定,辐照处理托帕石具有商业价值，增强或产生粉红色、黄色、褐色和蓝色。线性加速器处理后颜色较深，再热处理去除黄色调核反应堆辐照处理蓝色，不需再经加热。中至深的灰蓝色，墨水蓝是典型反应堆辐照产物，辅助热处理去除，产生较浅、饱和的颜色。目前综合处理：,核反应堆线性加速器加热处理,根据颜色的强度和深度 大多数辐照处理的蓝色托帕石的颜色在自然界还从没有发现，到目前为止，还没有任何非破坏性办法能准确检测蓝色托帕石的颜

15、色是否经优化处理。黄色和褐色托帕石（天然或人工），光照下均可褪色。,辐照处理的蓝色托帕石,天然蓝色托帕石（巴西）,辐照彩色钻石,辐照热热处理各色托帕石,3.绿柱石的辐照处理及鉴定,绿柱石经辐照，由无色黄色（2500C以下稳定），蓝色绿色，粉红色橙黄色。无色绿柱石粉红色，无色或绿色金黄色和蓝绿色 Maxixe型无色、暗蓝色、绿色、黄色、粉色、蓝色绿柱石 射线、短波紫外线 深钴蓝色的绿柱石 辐照处理的宝石无放射性，但产生钴蓝色不稳定，较温和的加热或光照，就会使其褪色。市场上的钴蓝色绿柱石均为辐照产品。,Maxixe型辐照处理蓝色绿柱石的鉴别特征有：钴蓝色区别于海蓝宝石的天蓝色；吸收光谱在红区（69

16、5nm、655nm）有两个带，在橙区（628nm、615nm）有弱带、黄、黄绿区（581nm、550nm）有弱带，天然海蓝宝石则无。二色性，蓝色常光方向，无色非常光方向，天然海蓝宝石相反。富含稀有金属Cs、B。密度2.80g/cm3、折射率，均绿柱石。,绿柱石的辐照处理一般不易检测。,其它宝石：碧玺：主要产生粉红色、红色，得到好的颜色的同时会产生裂纹。不易检测。石英：几乎所有石英通过辐照都可以形成烟色。后再经减色处理形成所需颜色，不易检测。芙蓉石辐照后颜色加深，无色水晶辐照后成紫晶、黄晶，不易检测。长石、方柱石、锂辉石、方解石、珍珠等。,表面处理,表面处理的概念,表面处理 是采用简单的不改变宝

17、玉石基本性质，改善质量的一类物理修饰法。宝石的表面处理有很长的历史。主要特点是用一些无色或有色的薄膜状物质均匀附于宝石表面，以达到改善宝石颜色状和表面光洁度，增强宝石光泽及掩盖宝石表面缺陷（坑、裂、擦痕等）的目的。,宝石的表面处理分为：涂层法、镀膜法和贴箔法。,涂 层 法,涂色 将颜料或染料涂于宝石表面以改善宝石颜色外观的方法。涂层 将有色膜或具有强反射的膜涂于宝石表面、亭部刻面或底面以改善它们的颜色或亮度的方法，也称为覆膜。,涂色和涂层处理都具有欺骗性，应予以公开。,涂 色,涂色是一种古老的改色技术，主要用于无色、颜色很浅或颜色不佳的宝石成品。如带黄色调的钻石，在其亭部或腰棱处涂上蓝色，因为

18、蓝色与黄色互补，使钻石的黄色调抵消，看起来更白。涂色也曾用在色浅的绿色绿柱石上以仿祖母绿。由于涂色效果不持久，现在已经很少采用。,涂色宝石的鉴别特征,鉴定方法与染色的鉴定相同。观察宝石的光谱、查尔斯滤色镜下颜色的变化、颜色分布、试剂擦拭等都是鉴定涂色有效的手段。涂色处理的钻石，在颜色分级时可能会发现很难定色级，这时要注意检察其亭部和腰棱表面的颜色，和用蘸试剂的棉球擦拭。,涂 层,涂层的物质称涂层剂，常见有蜡、油漆、无色清漆及混合染料的各种树脂胶等，目前采用的新材料有金属及其氧化物等。透镜涂层 是在宝石表面涂一层氟化镁，类似照相机镜头表面的防反射膜。淡蓝色氟化镁膜极薄，粘性强。黄色调钻石经透镜涂

19、层处理，可以抵消黄色调，提高色级。用坚硬的针或丙酮都无法除去薄层。水色气息 是1988年出现在水晶、无色托帕石及其他无色透明材料表面涂层处理的新方法。利用真空喷涂技术在晶体或宝石表面涂一层非常薄而透明的纯金（或铂、银）膜，使其表面呈蓝-蓝绿色，伴有似铜的表面晕彩，天然宝石无此效果。涂层耐久性好，不影响各项宝石学性质。,涂层宝石的鉴别特征,（1）宝石亭部涂层用表面反射照明，在20-40X放大下观察可以发现划痕、涂层剥落的斑痕及含气泡的表面晕彩斑。（2）涂层宝石的折射率很难测出。（3）用钢针刻划在膜上会留下痕迹。（4）用热针测试，塑料膜会有异味反应。（5）透镜涂层的钻石会带有明显的灰色调，与比色石

20、比较时，很难定其色级。,镀 膜 法,镀膜法是现代技术在宝石表面处理中的应用。镀膜 在分子或原子层次上运用沉淀技术、喷镀技术、晶体生长技术等高新技术，在宝石表面铺设多层分子或原子膜，厚度从几-几百nm。薄膜一般是透明的，带有所需的颜色，不仅可以填平宝石表面的凹点擦痕，使宝石极光洁、平整，光泽度提高；且可以增加宝石的颜色浓度或加色，镀膜处理一般都会影响宝石的透明度。镀膜宝石的光泽、折射率与未镀膜宝石不同；荧光下镀金属膜的宝石显示强虹彩效应，如钻石的火彩。,贴 箔 法,贴箔也称“背衬”、“底衬”，是一种古老的方法。现在这种方法已较少使用。宝石底面或亭部刻面上贴有色或强反射的箔片，改善颜色或外观。贴有

21、色箔的处理也称为色衬（color backing）。经贴箔处理的宝石常常被封闭镶嵌于首饰上，加以掩盖。贴箔处理的宝石必须公开。,贴箔宝石的鉴别特征,放大：不平而褶皱的箔片，箔片表面的划痕；有时可见到脱落的箔。观察宝石的颜色和亮度分布特征也可以揭示贴箔处理。,例如祖母绿为加深颜色，在底部衬一层绿色的簿膜或锡铂，放大检察其底部有接合缝，接合缝处可有气泡残留，有时会有簿膜脱落，起皱等现象。二色性不明显或没有二色性，无Cr吸收光谱。,1.什么是辐照处理？什么是涂层、镀膜和贴箔？2.辐照处理有几种类型？设备有哪些？3.辐照处理钻石有哪些工艺方法？有哪些鉴别特征？4.列举常见辐照处理的宝石及其鉴别？5.表面处理有哪几种方法？有何异同？6.涂层、镀膜和贴箔宝石各有何鉴别特征？,复习思考题,