充填工藝在珠寶玉石優(yōu)化處理中的應(yīng)用綜述

楊 佩 新疆職業(yè)大學(xué)

如今市場上通過人工優(yōu)化處理的珠寶玉石隨處可見。優(yōu)化處理分為“優(yōu)化”和 “處理”兩部分，優(yōu)化是人們可以接受的；處理是人們不可以接受的。對寶石的外觀及耐久性的改善程度主要與寶石自身的缺陷類型（縫隙、裂隙、空洞、孔隙），可填充缺陷的大小、多少、位置、充填程度，寶石的品種、品質(zhì)、大小等有關(guān)。

本文從珠寶玉石充填工藝的定義入手，分別根據(jù)充填工藝在單晶寶石、玉石、有機(jī)寶石優(yōu)化處理中的應(yīng)用，描述其不同的充填目的、發(fā)展現(xiàn)狀、充填材料及檢測方法和鑒定特征。

一、寶石充填工藝的定義

寶石充填工藝是寶石加工及優(yōu)化處理過程中對寶石表面和內(nèi)部空隙、裂隙以及空洞進(jìn)行填平彌補(bǔ)處理的一種應(yīng)用技術(shù)，通過多種工藝方法（靜態(tài)注入法、熱注入法、高壓注入法、真空注入法）以及注入不同充填材料（有機(jī)高分子材料、鉛玻璃、浸油、浸蠟等），改善寶石的光澤、亮度和透明度，同時(shí)增強(qiáng)寶石的耐久性，從而提高珠寶玉石的品質(zhì)，進(jìn)一步凸顯其整體性和鑒賞價(jià)值。

二、寶石充填工藝及充填材料分類

（一）寶石充填工藝

為改善珠寶玉石的外觀及耐久性，充填工藝存在不同的原理、方法、充填材料等。充填工藝分為靜態(tài)充填法、熱處理充填法、高壓充填法和真空充填法四類。

1.靜態(tài)充填法

靜態(tài)充填法是指用在常溫下呈液態(tài)的充填材料對珠寶玉石表面較淺的裂隙或空隙進(jìn)行彌補(bǔ)處理。靜態(tài)充填法簡單易操作，主要是將待處理的珠寶玉石浸泡在裝有充填材料的燒杯中讓充填材料在常溫常壓下滲入表面裂隙或孔隙中。但值得注意的是，在操作過程中要持續(xù)不斷地?cái)嚢璩涮钗锛氨惶幚淼闹閷氂袷?，避免出現(xiàn)凝聚或沉淀現(xiàn)象。該方法存在耗時(shí)太長、效率較低等缺點(diǎn)。

2.熱處理充填法

熱處理充填法是指在常溫下充填材料呈固態(tài)，充填前需在加熱條件下同時(shí)添加助熔劑，使其熔化成流動的熔融體后慢慢滲入珠寶玉石表面和內(nèi)部裂隙或空隙中去。熱處理充填法常用的低溫加熱設(shè)備有電爐、烘箱、干燥箱等，常用的助熔劑有硼砂、氧化鋁、氫氧化鋁、高錳酸鉀等。在實(shí)際操作過程中，要根據(jù)待處理珠寶玉石的穩(wěn)定性和充填材料本身的熔點(diǎn)選擇合理的加熱溫度，同時(shí)由于珠寶玉石受熱會出現(xiàn)內(nèi)外溫差大，應(yīng)避免其產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致的炸裂現(xiàn)象。

3.高壓充填法

高壓充填法是指在一定的高壓下，將充填物和待處理的珠寶玉石一起密封在操作容器中，在加熱的同時(shí)利用壓強(qiáng)變化快速充填珠寶玉石表面細(xì)小的裂隙和孔隙，達(dá)到縮短時(shí)間的目的，此方法成本較高，主要用于充填高檔珠寶玉石。

4.真空充填法

真空充填法是目前常用的工藝方法，主要是指在處理前需對珠寶玉石進(jìn)行酸洗，將其裂隙和孔隙中的雜質(zhì)去除后烘干，隨后把充填物和待處理的珠寶玉石一起密封在操作容器中，在真空環(huán)境下加熱的同時(shí)讓充填物熔化成液態(tài)逐漸滲入寶石裂縫中。但受環(huán)境溫度的影響，充填物可能會產(chǎn)生一定程度的結(jié)晶或者收縮，進(jìn)而再次形成裂隙導(dǎo)致進(jìn)行二次充填。

（二）寶石充填材料

寶石充填常用的充填物有油（有色或無色油）、有機(jī)膠、人造樹脂、石蠟、玻璃、鉛玻璃等，目的在于掩蓋裂隙和強(qiáng)化耐久性。

其中，有機(jī)充填材料通常有環(huán)氧樹脂類、丙烯酸酯類、有機(jī)硅膠及其他有機(jī)膠等；無機(jī)充填材料缺乏廣泛研究，僅在部分文獻(xiàn)中有所提及，以硅酸鈉、偏鋁硅酸鈉為主充填于翡翠中。

Pb 玻璃/Bi 玻璃一般充填于高檔珠寶玉石的裂隙中。

充填“油”一般分為浸無色油和浸有色油：一是將無色油（動物油、植物油或者礦物油）沿裂隙充填入寶石遮擋裂隙，有效改善寶石的透明度，一般屬于優(yōu)化；二是浸有色油，能一定程度上改善寶石的顏色，一般屬于處理。

充填石蠟是玉雕工藝中重要的一道工序，石蠟滲入玉石表面裂隙中，不僅可以彌補(bǔ)裂隙，而且還可以改善表面光澤及內(nèi)部質(zhì)地，得到充填蠟處理和表面處理的雙重改善。同時(shí)石蠟無色、無味、無毒，且穩(wěn)定性好等，常用作注入劑和表面上光劑。

三、充填工藝在珠寶玉石優(yōu)化處理中的應(yīng)用

充填工藝在優(yōu)化處理中的主要作用是改善珠寶玉石自身的缺陷（縫隙、裂隙、空洞、孔隙等）和增強(qiáng)耐久性。本文從單晶寶石、玉石、有機(jī)寶石三方面入手，分別綜述充填工藝應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀，以及不同珠寶玉石內(nèi)所需充填材料的種類、充填材料的檢測方法及其鑒定特征。

（一）充填工藝在單晶寶石中的應(yīng)用

1.紅寶石

紅寶石作為五大名貴寶石之一，裂隙、裂理發(fā)育普遍，俗稱“十寶九裂”。為了改善紅寶石多裂、多空洞的缺點(diǎn)，20世紀(jì)90年代初在泰國出現(xiàn)了玻璃充填的紅寶石。早期王雅玫總結(jié)了充填有色或無色的充填劑（油、石蠟、塑料、玻璃等）的紅寶石的主要鑒定特征。亓利劍等人以高鉛玻璃充填紅寶石為研究對象，總結(jié)了與傳統(tǒng)的鋁硅酸鹽玻璃、磷鋁玻璃等高溫充填處理紅寶石的表現(xiàn)特征的不同。王新民等人根據(jù)鉛玻璃充填的紅寶石內(nèi)充填物的顏色、大小、數(shù)量、位置以及充填物與紅寶石透明度之間的關(guān)系等，將其充填程度劃分為五個(gè)級別。劉學(xué)良等利用顯微共焦拉曼技術(shù)對有機(jī)-無機(jī)充填紅寶石進(jìn)行特征分析。李建軍等人采用氫氟酸浸泡去除天然紅寶石內(nèi)部輕微玻璃殘余物，并且實(shí)驗(yàn)后紅寶石可被劃歸為經(jīng)人工優(yōu)化范疇。向子涵等人以鉛玻璃充填紅寶石為研究對象，對其充填量的特征進(jìn)行了研究。

2.祖母綠

祖母綠是世界公認(rèn)的五大名貴寶石之一，其性脆，內(nèi)部裂隙顯著發(fā)育。國際上常將注油（雪松油、香柏油）、注膠（環(huán)氧樹脂）等通過加溫加壓的方式充填到裂隙中，改善其透明度和光澤。早在14世紀(jì)人們就開始使用植物油、礦物油等透明液體對祖母綠浸油，以改善其外觀和凈度；后來又發(fā)現(xiàn)雪松油和加拿大樹脂等香精油和天然樹脂更適合充填祖母綠。蘇雋等人總結(jié)了常見的祖母綠充填物，對其進(jìn)行分類并提供了有效的實(shí)驗(yàn)室鑒定方法。陸曉穎等人先后利用紅外光譜儀和激光拉曼光譜儀對不同充填物充填的祖母綠進(jìn)行分析，均得出特征光譜進(jìn)行佐證。胡靜雯等人設(shè)計(jì)并分析采用一種透光性良好的氟磷酸鹽系列玻璃（無鉛玻璃污染性小、對人體無害）彌補(bǔ)祖母綠內(nèi)部裂隙，其充填后耐酸堿性能優(yōu)異，能改善有機(jī)充填材料造成的隨時(shí)間變黃老化的缺點(diǎn)。魏然等人根據(jù)充填祖母綠的程度對其進(jìn)行了凈度優(yōu)化分級。

3.鉆石

鉆石是世界上公認(rèn)的最堅(jiān)硬的天然寶石，但裂隙卻是鉆石最常見的瑕疵之一，直接影響鉆石的凈度及價(jià)值。鉆石裂隙充填技術(shù)始于20世紀(jì)80年代初，由以色列鉆石專家Zvi Yehuda 首先研究出；之后Daniel Koss 在其基礎(chǔ)上于1991年研究出Koss 法充填彩色鉆石，并提出其原理是在高溫、高壓下將高折射率玻璃注入具有開放性裂隙或激光孔的鉆石裂隙內(nèi)起到彌補(bǔ)作用。何軍在早期對玻璃充填鉆石的鑒別做出證明：充填裂隙部分會在顯微鏡暗域下顯示黃橙色或紫粉色閃光效應(yīng)的同時(shí)，裂隙的其他部分在顯微鏡亮域下顯示黃藍(lán)色或黃綠色閃光效應(yīng)。陸太進(jìn)詳細(xì)介紹了金融危機(jī)前后的鉆石鑒定及國內(nèi)外研究的進(jìn)展，綜合論述了利用高溫高壓和裂隙充填、表面鍍膜和裂隙充填多過程處理彩色鉆石的鑒別依據(jù)。

4.碧璽

碧璽是一種顏色豐富的中檔寶石，內(nèi)部含有大量的包裹體和裂隙。為了更好地提升碧璽的透明度、顏色和火彩強(qiáng)度，常常采用高分子聚合材料作為充填物彌補(bǔ)碧璽瑕疵。王雅玫等人對中低檔充填碧璽進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室分析，其充填物大多是有機(jī)物，并得出2 962 cm-1、2 927 cm-1、2 865 cm-1處的紅外光譜特征可作為充填碧璽的輔助性佐證。馬瑛等人分析工廠及市場上常見的充填碧璽，得出充填物主要是人工合成樹脂和三乙醇胺的聚合物，同時(shí)對充填物中對人體有害的元素進(jìn)行了探討。魏然等人將水滴型素面琢形的充填碧璽作為研究對象，從Diamond View TM熒光圖像和光譜方面考慮，對碧璽充填物的分布特征進(jìn)行了初步分級。邵曉蕾等人對無機(jī)充填物鉛玻璃充填的碧璽進(jìn)行了探討。鮑雪等人采用表面接觸角的測量及表面張力的方法對充填碧璽進(jìn)行了探討。王鐸等人系統(tǒng)地分析了不同體積比例充填碧璽的紅外光譜，提出有機(jī)膠充填碧璽的凈度分級標(biāo)準(zhǔn)。遲一帆等人梳理了碧璽常見的充填處理材料及其鑒別特征。

5.其他單晶寶石

有機(jī)膠充填技術(shù)普遍應(yīng)用于寶石加工中。李建軍等人發(fā)現(xiàn)注膠暈長石及其鑒定方法。王鐸等人在其研究中提到市場上的水晶（包括發(fā)晶、芙蓉石等）、海藍(lán)寶石、石榴石、尖晶石、堇青石、黝簾石、綠簾石、磷灰石、透輝石、鋰輝石、藍(lán)晶石、柱晶石等充填處理過。

（二）充填工藝在玉石中的應(yīng)用

1.翡翠

充填翡翠在市場上隨處可見，本文主要針對近些年的充填翡翠進(jìn)行綜述分析。王亦帆等人采用實(shí)驗(yàn)室法對環(huán)氧樹脂、浸膠及凍膠（浸膠、凍膠屬于丙烯酸酯類膠水）充填翡翠進(jìn)行鑒別對比，發(fā)現(xiàn)丙烯酸酯類聚合物充填翡翠較環(huán)氧樹脂膠充填翡翠在外觀特征上與天然翡翠相近，但對環(huán)境的要求較高，充填處理溫度較低，耗時(shí)且成本最高。楊春梅等人進(jìn)一步研究了無機(jī)物充填翡翠，實(shí)驗(yàn)室采用硅酸鈉充填翡翠，經(jīng)過真空、高壓條件充填后再加熱固化，結(jié)果表明固化性能良好，其親水性減弱并且不易老化，這改善了有機(jī)環(huán)氧樹脂材料不耐高溫、易老化發(fā)黃的缺點(diǎn)，能夠提高漂白處理翡翠的硬度和耐久性。楊春梅等人利用應(yīng)用鉆石觀測儀-紅外光譜儀-激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀鑒定無機(jī)材料充填翡翠，在實(shí)驗(yàn)室通過無機(jī)材料充填翡翠認(rèn)識其鑒定特征，對今后實(shí)驗(yàn)室鑒別無機(jī)充填翡翠的思路、理解翡翠的優(yōu)化處理機(jī)理具有重要的指導(dǎo)意義。

2.綠松石

綠松石常見的充填物是石蠟、油脂和礦物油、含雙酚A型環(huán)氧樹脂膠黏劑、丙烯酸酯類膠黏劑等。曲雁對“微沁”處理的綠松石進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，充填物往往只在鐵線、裂隙等結(jié)構(gòu)缺陷處富集，而在結(jié)構(gòu)較緊密的藍(lán)色松石部分則沒有殘余的有機(jī)物成分。左銳等人對丙烯酸酯類聚合物充填綠松石進(jìn)行了紅外光譜特征分析，得到1 730 cm-1附近C=0 伸縮振動吸收峰和3 000~2 800 cm-1CH2、CH3 的振動吸收峰。胡靜梅等人對浸油綠松石進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室對比，同時(shí)也與聚丙烯酸酯類充填綠松石進(jìn)行了對比。鄧謙等人將近些年出現(xiàn)的“加瓷”綠松石作為研究目標(biāo)，分析出“加瓷液”為水玻璃，處理效果一般，且水玻璃溶于水，處理后樣品的穩(wěn)定性不好。徐豐舜等人利用綠松石熒光特征，采用三維熒光光譜儀、X射線熒光光譜儀對浸膠和注膠充填處理綠松石進(jìn)行對比，測試簡便、快捷、有效。

3.其他玉石

目前硅孔雀石常見充填方法是在孔洞和裂隙中充填無色的環(huán)氧樹脂。張瑜晨等人對進(jìn)行過人造樹脂充填的重晶石質(zhì)玉進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)室儀器測試，得到了較為全面的寶石學(xué)特征。陳宗正等人對新疆“金絲玉”的常見充填物及其充填方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，充填目的是改變透明度及耐久度。朱世超等人對浸蠟、浸無色油充填青金石表面及內(nèi)部進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室鑒定。

（三）充填工藝在有機(jī)寶石中的應(yīng)用

充填工藝在有機(jī)寶石的應(yīng)用以充填琥珀為主。充填目的是最大限度地保持琥珀成品的重量和保持外觀的完美。亓利劍等人以三維熒光分光光度計(jì)為主要測試分析方法，對具有熒光性質(zhì)的以不飽和酯為主的醇酸類樹脂或長鏈共軛類處理琥珀和飽和烷烴類為主的共聚物處理琥珀處理琥珀的三維熒光光譜進(jìn)行了剖析。李海波等人對市場常見的三種充填琥珀進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，放大檢查是檢測充填琥珀最快速有效的手段；紫外熒光是輔助手段；紅外光譜檢測能準(zhǔn)確區(qū)分琥珀及其充填物。林慶春等人對騰沖市場常見的充填緬甸琥珀進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)充填方式主要有人造樹脂充填和人造樹脂混合琥珀粉末充填兩種。

四、總結(jié)

充填工藝本意是彌補(bǔ)天然珠寶玉石的不足，同時(shí)充填材料從原來傳統(tǒng)的油、石蠟發(fā)展到現(xiàn)在的其他化合物以及復(fù)合材料。本文綜述了近些年珠寶玉石市場上常見的各類單晶寶石、玉石、有機(jī)寶石（琥珀）的充填工藝方法、充填物以及不同珠寶玉石的充填特征及其鑒別特征，為后續(xù)研究人員的工作帶來了便利和啟示。