淬火裂隙雙色合成水晶

一種雙重處理的寶石材料

應用各種處理方法來提高寶石的質量和吸引力由來已久。然而，這些日子以來，這種優化處理不僅限於天然石材。
其優化處理越來越多地應用於合成材料，以生產不只單靠合成而是創造出所需的特性或使樣品具有更自然的外觀。

一些典型的例子是由泰國曼谷一家工廠生產的合成星光紅寶石和藍寶石，通過鈦擴散緊接著加熱和緩慢冷卻（Wanthanachaisaeng et al., 2022）。

這兩對雙色合成石英（14.8–23.5 克拉）展示了這種材料在有意的造成裂隙之前（頂行）和之後（底行）的外觀。M. Wildner 的合成照片。

一個有吸引力新開發的「紋理處理」合成石英。這通常由雙色材料（如圖37）製成，雙色材料通過水熱法方式生長為單色石英，然後通過在空氣中加熱該部分來改變一半樣品的顏色（例如，只需將石材一半放入熱砂中即可）。

然而，處理人員不願意透露他們的優化處理程式的細節。在我們的實驗中，我們發現將合成紫水晶加熱到300°C會導致初始褪色。
在450°C下，僅加熱 10 分鐘就足以使最初的鮮艷紫色合成石英完全脫色。事實上，合成紫水晶不會經加熱而成黃水晶色彩，這表明其致色原因不同於天然紫水晶。

從透明雙色合成石英樣品（21.8 ct；樣品厚度8.3 mm）中獲得五個FTIR吸收光譜。為清晰起見，光譜垂直偏移0.5個吸亮度單位（吸亮度值僅適用於光譜e）。注意3585和3544 cm–1處加熱引起的OH帶強度變化。

使用Bruker Tensor 27光譜儀或刻面光譜儀在透射模式下獲得羥基拉伸範圍的傅立葉交換紅外光潽 (FTIR) 透射模式（並轉換為吸收模式），從而獲得隨機取向的雙色紫色和無色樣品。龍骨邊緣經過磨平並拋光，形成一個5 mm寬的「視窗」，平行於檯面。使用放置在紅外光束中的3 mm針孔，從紫色端到無色端（圖38）依次進行五次無偏振測量。

產生的光譜主要由3437 cm–1處的寬頻峰值和幾個窄帶組成，其中最強烈的一個在3585 cm–1處。這些光譜與大多數天然石英樣品的光譜不同，通常在3378 cm–1處有一個主帶，歸屬於AlOH缺陷（Kats 1961；Stalder 2021）。

此外，我們的光譜與Kats（1961）報告的合成石英和Rovetta et al.（1989）描述的在（OH）流體中處理的天然石英的光譜相似。3437 cm–1帶的分配仍然未知，而3585 cm–1帶是由於與痕量金屬離子無關的固有缺陷，可能是孤立的（OH）組（Jollands et al.2020）。

我們的光譜中沒有3595 cm–1處的硼相關帶（Jollands et al.2020），這與它對區分天然紫水晶和合成紫水晶的有用性一致（Karampelas et al.2011）。

我們觀察到，單側加熱過程中的溫度梯度逐漸影響OH摻入：3585 cm–1帶的強度從紫色增加到無色，而以3544 cm–1帶為代價（後者，參見Balitsky et al.2004）。總OH吸亮度或多或少沒有受到影響，這表明結構OH位點發生了變化，而OH沒有太多逸出。

(a) 經熱處理和隨後淬火裂隙的合成石英的 25 μm 薄截面的交叉偏振透射光影象（寬度 250 μm）顯示由於應變和裂隙張開引起的區域性應變釋放而導致的波狀消光。

（b-d）平面偏振透射光影象（寬度 1.5 mm）顯示刻面熱處理和隨後淬火裂隙的合成石英中的各種裂縫。注意影象（d）中的部分裂隙填充殘留物。
(e) 過於強烈所造成的裂隙通常會導致耐久性問題，如這顆 20.7 克拉的合成石英所示。Chutimun Chanmuang N. 的顯微照片 (a-d) 和 M. Wildner 的照片 (e)。
顏色處理之後是「紋理處理」，在這種處理中，表面刻面的雙色材料在相當溫和的溫度下再次加熱，因為顏色不受影響。
然後，熱樣品在液體中淬火，產生接近材料彈性最大值的內部應變（通過交叉偏振光中的波浪消光識別），最終導致破裂（圖39a-d）。

然而，成功特意的造成裂隙需要經驗，因為它會帶來不穩定性，這可能會對該材料的耐久性造成問題。
造成裂隙過程中似乎涉及到大量的耗損，而且，經常會遇到這種已經解體的標本（圖39e）。

與長期以來已知的「淬火裂隙」石英相比，目前的材料是體色的，其中裂隙圖案被染色以賦予顏色。
我們沒有觀察到任何染色或其他故意填充裂縫的跡象。我們觀察到的少量填充物（圖39d）很可能是由於在液體中淬火時受到污染造成的。

淬火裂隙的合成石英具有公認的獨特外觀（圖40），使其從市場上典型的雙色透明石英、合成剛玉和仿製品中脫穎而出（Nasdala et al.2020）。未來將證明這種材料是否會受到寶石行業的歡迎，用於鑲嵌珠寶首飾。