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宝石在热处理过程中内部会发生很多变化，热处理的基本原理就是通过反复试验、反复修正寻找和利用那些有利于显示珠宝玉石潜在美的变化。
根据宝石在热处理过程中内部变化的机理将热处理的原理分成以下几类详加说明：
（1）使宝石中致色元素改变而产生颜色的变化。
这些化学成分可以是宝石的主要成分，
也可以是宝石的微量致色元素。
例如：对于有机宝石如珍珠、象牙、珊瑚、琥珀等，加热处理会使其中的有机质氧化，温度过高会使颜色慢慢变暗变黑，若继续加热即出现“碳化”现象。人们经常利用这个特点，掌握好温度实施有机宝石的“仿旧”处理。对于宝石，加热处理往往将其中的低价态阳离子氧化成高价态，从而使颜色产生变化。最典型的例子就是带绿色调的海蓝宝石在空气中加热去除绿色，使颜色变成蓝色。
（2）使宝石原有的色心被破坏而引起颜色的变化。
有些宝石的颜色主要是由色心引起的，色心是能够产生颜色的结构缺陷，可以理解为“掉到空穴陷阱中的电子，吸收可见光中某一能量，产生电子跃迁而显示颜色”的中心。空穴陷阱的浓度不一样，显示出来的颜色也不一样，如果不同深度的空穴陷阱同时存在，颜色会显示混合色。加热这类宝石，相当于给落入陷阱的电子增加一定能量，使色心中的电子可以被激发到更高的能级。若外界给与的能量超过陷阱能时，陷阱中的电子将跳出陷阱而发生逃逸，该陷阱能的色心即被破坏，颜色消除。人们利用这个原理，掌握好加热温度和时间，将陷阱能的色心颜色消除掉，留下陷阱能高的色心颜色，以达到改善颜色的目的。
例如辐照法改色蓝黄玉，当无色黄玉利用辐照处理法得到的样品是褐-棕褐色，这是因为不同陷阱能的色心产生的不同颜色混在一起造成的，通过热处理消除低陷阱能的色心，就可以得到漂亮的海蓝色。粉红色黄玉变黄色，紫水晶变黄或绿色，烟水晶变黄绿或无色，也是热处理改变色心造成的。
（3）使宝石中的杂质扩散或改变存在状态而改变颜色。
有些宝石中存在着致色离子，但由于存在状态不好，使宝石颜色不好或不能致色，加热可以使致色离子在宝石内均匀扩散，进入晶格质点位置或晶格缺陷，从而改变宝石的颜色。如褐色红宝石加热变成红色红宝石，白色蓝宝石加热变成蓝色蓝宝石；有些宝石中的致色离子呈聚合态而使颜色不漂亮，经加热扩散后可形成漂亮的颜色。
如斯里兰卡产出的一种原石叫“究打”（Geuda）刚玉，没有处理前是一种半透明、乳白色、有丝绢光泽的刚玉，称不上宝石，常被用来铺垫花园小径、装点花床等，这种刚玉中钛元素以金红石矿物形式存在，若进行高温加热，可以使金红石矿物熔化（此时刚玉矿物不熔化）掌握好操作工艺，使钛元素均匀扩散，就能变成透明、颜色漂亮的蓝色蓝宝石。
（4）使一些含水的宝石发生脱水作用而引起颜色
的变化。
有些宝石中不仅存在吸附水，而且还含有结构水，在热处理优化过程中，若温度不破坏结构水，则能完成改色任务；若加热温度过高会将结构水驱赶出来，使宝石发生脱水作用，从而破坏宝石的结构稳定。当然，有些宝石在此时也会变色，但这种变色往往是人们不希望的。如漂亮的欧泊若加热到
300℃左右就会失水，从而破坏它的变彩效应。所以，在采用热处理优化珠宝玉石颜色时必须掌握好加热温度。粉红色玉髓变橙，红或褐色；虎睛石加热产生深褐至红褐色与脱水作用有关。
（5）使某些宝石发生结晶构型的变化。
有些宝石随着温度的升高，晶格结构类型会发生变化，从而发生颜色变化。
例如加热可使低型锆石转化成高型锆石，颜色由褐-褐红色变成无色透明，人们常用此法获得折光率高的无色锆石作为钻石仿制品；若在还原环境下加热，还可以得到迷人的浅蓝色-蓝色锆石。
（6）使某些宝石发生重组、再生和净化而达到优化
的目的。
对于有机宝石如琥珀，在较低的温度下热处理就可以使它软化或熔融，冷却后成透明度高、质地较纯的琥珀，若在软化时加压，还会出现美丽的爆裂花形图案，通常称之为“太阳光芒”。
（7）消除宝石中的包裹体，提高宝石的透明度和净度。
宝石中经常存在包裹体，不仅影响宝石净度，有时还影响宝石的透明度。高温热处理（常接近宝石的熔点）能把宝石中的不纯包裹体杂质熔解或消除，以达到提高提宝石的透明度和净度的目的，如红宝石的热处理可去除丝光。
据资料表明，市场上销售的高档红宝石和蓝色蓝宝石，许多都是经过高温处理的。
（8）温度骤变可能引起珠宝玉石内部产生裂纹。
由于绝大部分珠宝玉石是热的不良导体，热膨胀系数比较小在加热速度太快或冷却过程太快时产生内应力，容易产生裂纹；另外，有些玉石中含有较多的气-液包裹体，在高温下可能是这些包裹体发生爆裂，从而产生裂纹或指纹状包裹体。
例如蓝宝石中包裹体周围的“晕”。我们还经常利用宝石的这一特性制造许多效果，例如晕彩石英。
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