Hitzebehandlung bei Rubin und Saphir – Ein kleiner Überblick

Die Erkennung einer Temperaturbehandlung gehört bei uns zum Laboralltag. Immer häufiger bekommen wir die Frage gestellt, ob ein Rubin oder Saphir erhitzt wurde oder nicht. Es ist eine berechtigte Frage, denn ein unbehandelter Stein kann einen höheren Wert erzielen als ein gleichwertiger Stein der zuvor behandelt wurde. Denn nicht selten bekommen wir Steine vom Kunden, die als „nicht-erhitzt“ gekauft wurden, die dann, wie sich später herausstellte doch temperaturbehandelt waren.

Neben der Untersuchung, ist bei uns die Beratung und Aufklärung über die Praktiken der Edelsteinbehandlung ein wichtiges Anliegen, um mehr Transparenz im Handel zu ermöglichen.

Historische Einordnung

Rubine und Saphire zählen seit Jahrhunderten aufgrund ihrer Schönheit und Seltenheit zu den begehrtesten Edelsteinen der Welt. Ebenso alt wie der Handel, ist die Behandlung dieser Edelsteine.

Bereits in der Antike haben Menschen angefangen Steine mit Feuer zu behandeln, um die Farbe zu verbessern. Einer der ältesten Aufzeichnungen wurden auf einer Papyrusrolle gefunden. Plinius (23 – 79 n. Chr.) erwähnte ebenfalls in seinen Aufzeichnungen die Behandlung von Edelsteinen mit Hitze. In Sri Lanka hat das „brennen“ von Korund eine lange Tradition und wird dort seit über 1500 Jahren praktiziert. Die Korunde wurden hier zusammen mit glühender Kohle in einer Terrakottaschale bei ständiger Luftzufuhr für mehrere Stunden erhitzt.

Heute ist die Hitze- oder Temperaturbehandlung eine etablierte Methode, die Qualität von Edelsteinen zu verbessern. So kann beispielsweise ein nicht attraktiver blasser Saphir in der Farbe verbessert werden, was letztendlich zu einer Preissteigerung führt. Ebenfalls kann dadurch gewährleistet werden, dass die Nachfrage an qualitativ hochwertigen Steinen gedeckt ist.

Der Handel

Die Temperatur- oder Hitzebehandlung zählt heute zu den gängigsten Methoden bei Korunden und hat in der Moderne eine lange Tradition. Man schätz, dass nahezu 95% der im Handel erhältlichen Rubine und Saphire hitzebehandelt sind. „Gebrannte“ Korunde sind vom Markt akzeptiert. Ebenso müssen sie laut der CIBJO nicht explizit als behandelt deklariert sein, wie es beispielsweise bei bestrahltem Topas der Fall ist. Der Kunde muss lediglich beim Kauf informiert werden und alle Verkaufsdokumente müssen den Hinweis auf eine Hitzebehandlung enthalten. Die große Mehrheit in der Edelstein- und Schmuckbranche halten sich an diese Vorgaben. Jedoch gibt es auch Händler, sei es aus einer betrügerischen Absicht oder Nicht-Wissen, die behandelte Korunde als nicht-behandelt verkaufen. Der Kunde hat nicht immer die Möglichkeit diese Angaben selbst zu überprüfen. Die Erkennung einer Hitzebehandlung erfordert deshalb die Expertise eines Gemmologen und die Verwendung von speziellen Laborgeräten.  

Behandlungsmethoden

Farbveränderung durch Temperaturbehandlung

Korunde können bei hoher Temperatureinwirkung eine Veränderung der Farbe erleben. Ein blassblauer oder sogar farbloser Saphir kann zum Beispiel ein intensives blau durch eine Temperaturbehandlung bekommen. Hier sind verschiedene Faktoren wichtig: Die Anwesenheit von Spurenelementen oder Einschlüssen können die Farbe eines Korundes bei der Temperaturbehandlung beeinflussen. Auch die Temperatur und die Redox-Bedingungen (Sauerstoff An- oder Abwesenheit) im Ofen spielen eine entscheidende Rolle für das Ergebnis der Farbe und der Reinheit. So können Rubine mit violettem Farbstich bei 1200-1400 °C temperiert werden, um die Blaukomponente zu entfernen. Rutil als Einschluss kann bei einer Hochtemperaturbehandlung aufgelöst werden und den Stein transparenter machen. Bei Abwesenheit von Sauerstoff können intensiv blaugefärbte Saphire durch Erhitzen heller gemacht werden.

Die Behandlung birgt ein gewisses Risiko, da jeder Stein anders auf eine Temperaturbehandlung reagiert. So können unerwünschte Farbreaktionen auftreten oder der Stein zerbricht während der Behandlung.

Abb. 1: Temperaturbehandelter Saphir aus Kambodscha, Pailin. Die linke Seite ist unbehandelt und wird als Referenz verwendet. Die rechte Seite wurde bei 1200 °C und bei 1750 °C für 8 Stunden behandelt. Bei 1200 C° hat die Blaukomponente abgenommen und der Stein wurde blasser. Bei 1750 °C wurde die Farbe wieder intensiver.

Rissheilung durch Temperaturbehandlung

Rissige Korunde werden bei einer Temperaturbehandlung mit einem Flussmittel behandelt, um eine künstliche Rissheilung auszulösen. Flussmittel können die Schmelztemperatur von Korund, die normalerweise bei 2040 °C liegt, senken. Beim Erhitzen verflüssigt sich das Flussmittel und dringt über die Oberfläche in den Stein ein und sorgt für eine lokale Aufschmelzung der Risse. Beim Abkühlen, rekristallisiert sich der Riss mit dem aufgeschmolzenen Korundmaterial und wird somit weniger Sichtbar. Beim Flussmittel handelt es sich häufig um Borax oder andere Oxide, die beim Abkühlen meistens glasige Rückstände hinterlassen. 

Füllung von Rissen mit Glas

Sehr rissige Korunde werden immer häufiger mit hochlichtbrechenden Gläsern gefüllt. So kann nahezu opakes Material transluzent bis transparent gemacht werden. Die Steine werden bei Temperaturen von 900 – 1400 °C vorbehandelt um Verunreinigungen innerhalb der Risse zu entfernen. Anschließend wird ein Pulver aus Silizium, Blei und Metalloxiden hinzugegeben, was bei niedriger Temperatur (ca. 900 °C) zu Glas verschmilzt und in den oberflächennahen Rissen eindringt und aushärtet. Es kommt nicht zu einer künstlichen Rissheilung, da die Temperaturen zu niedrig sind. Bei blauen Saphiren wird häufig auch gefärbtes Kobaltglas hinzugegeben, um neben der Transparenz zusätzlich noch die Farbe zu beeinflussen.

Diffusionsbehandlung

Oberflächennah können Korunde bei hohen Temperaturen und bei Zugabe von Elementen in der Farbe verändert werden. Beim Erhitzen diffundieren die Elemente in den Kristallaufbau des Korunds und sorgen chemisch für eine Veränderung der Farbe. Hierbei wird der Stein mit Pulver aus Metalloxiden wie Titan-, Eisen- Chrom- oder Berylliumoxid bei hohen Temperaturen für mehrere Stunden erhitzt.

Erkennung

Das Mikroskop ist das Werkzeug der Wahl, wenn es um die Erkennung von Behandlungen geht. Behandelte Steine zeigen im Mikroskop typische Merkmale. Häufig werden Saphire und Rubine vor der Behandlung geschliffen und erst nach der Behandlung poliert. Hier lassen sich manchmal Bereiche auf den Facetten erkennen, die noch leicht angeschmolzen und nicht komplett nachpoliert sind.

Mit der Zeit entwickelte sich die Temperaturbehandlung immer weiter. Die Methoden werden immer raffinierter und die Erkennung schwieriger. Niedrigtemperaturbehandlungen können nur noch sehr schwer bis gar nicht im Mikroskop erkannt werden. Diffusionsbehandlungen mit leichten Elementen wie Beryllium können im Mikroskop ebenfalls nicht erkannt werden. Hierzu sind spezielle Laborgeräte wie Infrarotspektrometer oder Massenspektrometer notwendig.

Einschlüsse

Die Temperaturen beeinflussen nicht nur den Korund, sondern auch die Einschlüsse im Stein. Durch die thermische Ausdehnung können Mineralkörner wie z.B. Zirkon oder Uraninit radialartige Sprengrisse erzeugen, die bei Auflicht im Mikroskop spiegeln.

Abb. 2: Runde spiegelnde Sprengrisse in einem erhitzten Saphir.

Rutil kommt häufig in Form von nadelartigen Mineralen vor, die sich entlang der Wachstumsrichtung von Korund einlagern. Bereits bei niedrigen Temperaturen von ca. 1200 °C können sich diese Nadeln zu Staub auflösen. Im Mikroskop lässt sich das aufgelöste Rutil sehr gut erkennen und ist ein Hinweis auf eine Temperaturbehandlung.

Rubin
Rechts: Aufgelöstes Rutilstaub entlang der Wachstumsrichtung bei einem erhitzten Saphir aus Sri Lanka.

Künstliche Rissheilung

Eine künstliche Rissheilung mit Flussmittel kann anhand von „würmchenartige“ Strukturen in den Rissen erkannt werden. Hierbei handelt es sich um Flussmittelrückstände.

Glasfüllung

Glasfüllungen können im Mikroskop einfach erkannt werden. Häufig zeigen glasgefüllte Korunde im Mikroskop einen blauen oder roten Schimmer entlang der Risse. Dieser „Flash-Effekt“ wird durch das Glas innerhalb der Risse verursacht. Kreisrunde Luftblasen in der Kombination mit Natürlichkeitsmerkmalen sind auch typisch für glasgefüllte Korunde.

Abb. 5: Blaue Lichtschleier (Flash-Effekt) und Gasblasen in einem glasgefüllten Rubin.

Fazit

Auch wenn die Temperaturbehandlung bei Rubinen und Saphiren vom Handel akzeptiert ist, müssen diese erkannt werden. Der Kunde muss auf die Möglichkeit einer Behandlung hingewiesen werden. Mit einer Temperaturbehandlung, kann die Farbe und die Reinheit eines Steins verbessert werden. So kann die Qualität von Steinen mit minderer Wertigkeit gesteigert werden. Die Erkennung ist in vielen Fällen mit dem Mikroskop möglich. Manche Behandlungsmethoden wie die Tieftemperatur- oder Diffusionsbehandlung können nur aufwendig mit speziellen Laborgeräten erkannt werden.

Quellen

Emmet JL (1999) Fluxes and the Heat Treatment of Ruby and Sapphire. Gems & Gemology Fall:90-92

Häger T, Wehrmeister U (2021) Edelsteine – Bestimmung, Eigenschaften und Behandlung. 2. Aufl. Springer-Verlag, Berling

Hughes R (1995) History of Ruby & Sapphire Heat Treatment. https://www.ruby-sapphire.com/articles/830-brief-history-heat. Zugegriffen: 22. Mai 2022

Nassau K (1994) Gemstone enhancement. Butterworth Heinemann, Oxford

Notari F, Hainschwang T, Caplan C, Ho K (2018) The Heat Treatment of Corundum at Moderate Temperature. InColour 42:15-23

Stepahn T, Huaysan B, Müller S (2020) Heat Treatment Experiments of Corundum – Development of a before/after collection. Gem Guide July/August:1-6