宝石学与宝石鉴定论文

华东理工大学2011-2012学年本科生第二学期《宝石学与宝石鉴定》课程论文 2012.4 班级：学号：姓名：

开课学院：材料学院任课教师：郭守国史凌云成绩：

钻石

摘要：钻石是指经过琢磨的金刚石，世人把它视为勇敢、权力、地位和尊贵的象征。如今，钻石不再神秘莫测，更不是只有皇室贵族才能享用的珍品。它已成为百姓们都可拥有、佩戴的大众宝石。本文着重阐述了钻石的物化性质（化学成分及类型、力学性质、光学性质及其他性质），并介绍了其资源成因、加工工艺、优化改善工艺、市场前景和最新科技。

关键字：钻石、物化性质、综述。

1.资源成因

1.1钻石的形成条件

原生金刚石的形成与古老地台及有利的控矿构造有关，这样的地质条件可以提供形成金刚石的高温高压环境和较稳定的还原条件。橄榄岩型金刚石形成的温度为900℃~1300℃，压力为4.5~6*109Pa；榴辉岩型金刚石的形成温度为1250℃，压力为4.5~6*109Pa；而合成钻石的温度为1500~1650℃。当温压条件改变时，金刚石和石墨可以相互转化，火山喷发时，压力降低，部分金刚石变成石墨，体积膨胀的同时释放压力。

1.2形成钻石的碳源

橄榄岩型金刚石的碳源主要为CH1-4、CO2和单质碳，而榴辉岩型金刚石的碳源则主要为CaCO3。

1.3金刚石的形成时间

根据包裹体的研究，南非金伯利岩橄榄岩型金刚石大约形成于33亿年前，澳大利亚、博茨瓦纳的榴辉岩型金刚石的形成时间分别为15.8亿年和9.9亿年。金刚石在地幔中形成后经过生长—溶蚀—再生长，最后沿深大断裂上升到地表附近成矿。

2. 物化性质

2.1化学成分及类型

钻石的化学成分是C，常用有N、B、Al等微量元素，有时也含有Be、Si、Ca、Mg、Ti、Cr、S、惰性气体元素及稀有元素等微量元素。其中N、B等微量元素的含量决定了钻石的类型、颜色及部分物化性质。

氮元素与碳元素的原子序数相差1，原子半径相似，氮常以类质同象形式替代碳而进入钻石的晶格中，含量一般为0.001~0.25%，有时可达0.50%。根据钻石中是否含有氮和碳元素及其含量把钻石分为Ⅰ型钻石和Ⅱ型钻石，具体分类见表7.1。

1175cm-1、1282cm-1、1365cm-1和1370cm-1红外峰值。根据氮的存在形式，把Ⅰ型钻石分为Ⅰa型和Ⅰb型，其中Ⅰa型钻石中的氮原子以多原子的形式存在，如N2、N3、N s等；Ⅰb型钻石中氮原子以孤氮的形式存在于晶格中。天然钻石以Ⅰa型为主，而合成钻石以Ⅰb型为主。

Ⅱ型钻石在自然界中较少见，Ⅱ型钻石中基本上不含氮，能透过200nm以下的紫外光。根据钻石中是否含有硼原子即是是否具有导电性，把Ⅱ型钻石分为Ⅱa型和Ⅱb型。Ⅱa型钻石不导电，但可含有小于0.001%的氮，其中氮以自由状态存在，Ⅱa型钻石常因碳原子位错而造成缺陷，具有良好的导热性能。Ⅱb型钻石中含有少量的硼，为半导体，是天然钻石中唯一导电的品种，红外吸收2800cm-1峰值。

2.2 钻石的力学性质

2.2.1密度

钻石的密度为3.47~3.55g/cm3。一般透明钻石的密度较稳定，为3.52 g/cm3。

2.2.2硬度

钻石的摩氏硬度为10，是已知天然宝石中硬度等级最高的。其绝对硬度（压入测试法）为刚玉的140多倍，钻石的磨蚀硬度为YAG的3000倍，影响钻石硬度的因素有：

①杂质

a.包体越多，硬度越小。

b.不同产地的钻石所含杂质的类型和含量不同，硬度也有差异，一般而言，产于澳大利亚的钻石硬度大于南非的钻石。

②晶体结构

a.晶形

不同晶形的金刚石硬度也有一定的差异，一般来说，八面体晶形的钻石>菱形十二面体钻石>立方体钻石的硬度。

b.面网密度

垂直面网密度大的方向硬度大。

c.同一晶面上不同方向的硬度不同

八面体晶面上平行棱的方向硬度最大，儿垂直棱的方向硬度最小；立方体晶面上平行棱的方向硬度最大，儿对角线方向的硬度最小；棱形十二面体晶面上，长对角线方向的硬度最大，而短对角线方向的硬度最小。

③解理

钻石发育{111}八面体解理，中等到完全，可利用解理进行劈钻，同时钻石在腰棱打磨时沿解理方向易出现“胡须”。

④脆性与韧性

重击时钻石易碎，钻石的韧性比水晶、帕托石等一般宝玉石好，但比刚玉、软玉、硬玉差。

2.3钻石的光学性质

2.3.1光泽典型的金刚光泽。

2.3.2透明度钻石具有很好的透明度。

2.3.3光性均质体

2.3.4颜色钻石的颜色可分为两大类，一类是无色-黄色、褐色系列，即好望角系列；另是一类是花色钻石，包括黄色、褐色、粉红色和红紫色、黑色、蓝色，即彩钻系列。

2.3.5色散钻石的色散值为0.044。

2.3.6发光性部分钻石在长波紫外光下发荧光，极少数钻石在短波紫外光下发荧光。无色-黄色系列钻石略发荧光一般为蓝白色荧光，褐色钻石发黄绿色荧光，鲜黄色钻石发黄色荧光，少数发磷光；大多数钻石在X射线下发蓝白色荧光。2.3.7光谱无色-黄色系列钻石具有415.5nm吸收谱线。

2.3.8可透性钻石由碳元素组成，透过X射线照射在底片上不留任何痕迹。

2.4 钻石的其他性质

2.4.1稳定性钻石的稳定性很好，不溶于强酸和强碱。钻石在氧化条件下温度达到650℃，开始缓慢氧化，生成二氧化碳，这一性质用于激光打孔和切磨；在500℃是硝酸钠或硝酸钾对钻石有一定的腐蚀。

2.4.2膨胀性钻石的热膨胀率很低，温度的突然变化对钻石的影响很小。不含包裹体和无裂缝的钻石在真空中加热到1800℃之后再快速冷却，不会对钻石带来任何伤害。

2.4.3导热性钻石是所有物质中导热性最好的，利用这种性质形成了一种专门用于检测钻石的仪器——钻石导热仪。

2.4.4导电性钻石一般不导电，Ⅱb型钻石因含硼（B）元素而为半导体，用于热敏电阻，灵敏度高，合成钻石隐含触媒（Fe、Ni）能导电。

2.4.5亲油性和疏水性钻石具有较好的亲油性和疏水性，一种油性的钻石笔可用来鉴定钻石，钻石的亲油性常用作钻石的选矿，钻石表面不湿润的性能也常用于钻石的鉴别。

3．加工工艺