钻石学,钻石鉴定

钻石的晶体形态：大量的单位晶胞按一定规律有序排列在一起。（可分为单形和聚形，常见：八面体，菱形十二面体，立方体，还有三角三八面体，三角六八面体，三角四六面体，四角三八面体） 双晶：是由两个以上单晶按一定的对称规律形成的规则连生。常见，接触双晶：形成简单的接触双晶和聚片双晶。贯穿双晶：两个或多个单晶贯穿形式。 蚀像：钻石晶体在形成后，受到熔（溶）蚀作用而在晶面上形成的一些规则的凹斑。 纹理：生长过程中，在晶体表面留下生长痕迹（生长纹），不同晶面上，纹理方向与图案是不一样的。 发光性：在紫外线长波下大多数钻石有蓝白，绿，黄，红色等荧光，少数在短波下有了荧光。有些可发磷光。X射线下，大多数钻石发中强的蓝白荧光。 无荧光的钻石相对最硬，黄色荧光次之，发蓝白荧光的钻石相对较软。I型钻石以蓝色—浅蓝色荧光为主；II型钻石以黄色，黄绿色荧光为主；钻石在紫外线照射下并不都有荧光，利用钻石是否有荧光以及荧光不同的颜色，可区分钻石不同磨削性；钻石在X射线作用下大多能发荧光，且荧光颜色一致，通常为蓝白色，极少无荧光，据此，常用X射线选矿。 吸收光谱：无色—淡黄褐色系列天然钻石具cape线的即在415nm有强吸收带，423、435、465、478nm有弱吸收线。褐色钻石在503nm有强吸收线。415nm吸收线的存在是指无色—浅黄色钻石的确切证据。合成钻石则缺少415nm吸收线。 金刚石抛光粉可以抛磨钻石。 金伯利岩：起源于上地幔超基性钾质岩浆岩。造岩矿物组成：橄榄石、斜方辉石、单斜方辉石、金云母。常含镁铝榴石、铬透辉石、镁钛铁矿、铬尖晶石等特征指示矿物，可含或不含金刚石。 钾镁煌斑岩：是一种超钾质岩浆岩系列的火山相或浅成相的富钾富美的煌斑岩类。造岩矿物组成：橄榄石、透辉石、富钛金云母、碱性角闪石、白榴石等，可能含有特征指示矿物：钾碱镁闪石、柱红石、钙钛矿、镁铁太矿等。 钻石鉴定：1钻石原石及成品的鉴别 ①观察光泽 钻石具金刚光泽，是区别其他无色透明矿物的重要特征。钻石毛坯表面晶面花纹十分发育，影响光泽的观察，应尽量从光滑晶面进行光泽的观察，避免产生错觉②观察钻石的外观形态和表面特征 通过观察晶体形态，可帮助辨认钻石最常见的晶体形态是八面体、菱形十二面体。二者的聚形，在无色透明矿物中这几种晶形的矿物较少。另一特征是钻石的晶面花纹，钻石的不同晶面常具有特色生长纹。 八面体晶面：常见三角形生长纹。 立方体晶面：常具正方形/长方形生长纹，与立方体平面呈45°的夹角。 菱形十二面体晶面：平行于长对角线方向的凹槽③估计钻石的密度 用手掂量，感觉不同。最适合于区分相同大小的钻石（3.52）和合成立方氧化锆（5.95） 2成品钻的鉴别 圆多面琢形的钻石要求在肉眼/10倍放大镜下能区分开 ①颜色及品种 a黄色系列：包括无色（轻微黄）至明显的黄色调的钻石，自然界产出的绝大部分钻石属此系列 b彩色钻石：最罕见是红色，其他有紫红、黄、蓝、绿、橙黄 ②观察光学特征 特有的金刚光泽，同绝大多数仿制品的玻璃光泽明显不同。特征的‘火彩’强度。③观察钻石的腰部 钻石硬度很大，加工时绝大多数钻石的腰部不抛光而保留粗面，钻石仿制品因硬度小，腰部也都不精抛光，但粗面上仍可保留打磨时的痕迹。④切磨质量的观察 通常成品钻‘面平棱直’，棱线锋利，比率适中，修饰度好，很好出现‘尖点不尖，尖点不齐，抛光纹’等，仿制品相对价格低廉，硬度小，棱线呈圆滑状，反射光下为一条亮线，切磨质量往往较低，很难与钻石相混 ⑤透视试验 将样品台面向下放在有线条的白色纸上，从亭部观察，看不到纸上的线条透过时，则为钻石。仅适用于标准比例的圆明亮式琢型的钻石 ⑥倾斜试验 将样品台面向上置于暗背景中，从垂直于台面方向观察开始逐渐将样品向外倾斜，当观察台面离观察者最远的区域，若出现一个暗窗，则该样品可能为仿制品，仅作为辅助试验 ⑦观察包裹体特征 ⑧发光性 包裹体，晶体，针尖，针尖群，云雾，生长纹，双晶纹及裂隙 ⑧发光性 ⑨可见吸收光谱 黄色系列钻以415.5nm谱线作为特征；褐色系列以503nm；蓝色钻可见范围内不显吸收谱线 ⑩亲油性 对油脂有很强的吸附力，当用油性笔在表面划过时可留下清晰连续的线条 ⑾托水性试验 滴水滴在样品上，若能保持很长时间，则为钻石，若很快散开，则为仿制品。 合成钻石：通过一定的技术与工艺流程制造出来的与天然钻石的化学成分，外观和晶体结构完全相同的人工材料。 人工合成金刚石的方法：静压法，动力法，在亚稳定区域内生长钻石的方法 在亚稳定区域内生长钻石的方法：液相法，三相法，常压高温法等 高温超高压合成钻石：原理 人为地模拟天然钻石的形成条件使非金刚石结构的碳转化为金刚石结构的碳。（层状结构—立方结构） 这个过程不断进行，直到中心区的细金刚石粉用完为止。若能使舱体中部与端部的温度梯度保持在30°C/cm时，晶体就能稳定在生长成宝石级大小的金刚石。又由于底部晶床晶核少，故能获得大的宝石级金刚石。实验证明只要保持温度为1370°C，压力为6.0x10^9Pa，生长一周即可获得5mm的宝石级金刚石。若在舱体中加入适量的微量元素，可改善金刚石的性能，使金刚石着色，如加入氮，可使金刚石晶体显黄色；加入硼，呈蓝色，并具有半导体的性质。 最常见的合成宝石级钻石的方法是压带法和BARS法 BARS分裂球法合成钻石工艺：原理 高温高压条件下，原料区的石墨粉迅速在热端熔融于金属溶剂中。在温度梯度的推动下，热压碳原子通过熔剂，向舱体冷端扩散，最终沉积在种晶上，结晶成为单晶体。使用这种改进的设备，生长3.5ct的合成钻石晶体大约需要80h。合成钻石中黄色的浓度及晶体的外形，对称性，透明度，均可控制在一定范围内。 BARS法合成钻石的工艺条件为:①压力 5~6.5GPa②温度 1350~1800°C③触媒 各种过渡金属④种晶 天然钻石或合成钻石⑤碳源 石墨粉或金刚石粉 BARS VS BELT ：宝石级合成钻石主要采用BARS压力机生产，该方法成本低，体积小，但每次只能合成一颗钻石。BELT压带机体积大，成本高，一次可合成多颗钻石，多用于生产工业钻石。 化学气相沉淀法合成钻石（CVD）：金刚石薄膜；钻石单晶体 CVD法合成多晶金刚石膜的原理：是以低分子碳氢化合物（甲烷CH4、乙炔C2H2、苯C6H6等）为原料所产生的气体与氢气混合，在一定的温压条件下使碳氢化合物解离，在等离子态时生成碳离子，然后在电场的引导下，碳离子在金刚石或非金刚石衬底上生长出多晶金刚石薄膜层的方法。 等离子增强PECVD法是目前金刚石薄膜采用最多的方法之一。碳氢化合物气体通常采用CH4、H2，其体积比为（0.1~1）：（0.9~9），反应过程中需要的温度为700~1000°C，压力为（0.7~2）x10^4Pa。上述工艺条件下，碳氢化合物气体粒子分解，碳原子沉积。 CVD法合成钻石单晶体：原理 将CH4、H2导入反应腔→碳化合物分解为原子，形成等离子体，CH4中的C已具备4个键的结构→（H2催化作用）每个C与4个C结合形成钻石结构，并逐渐沉淀生长在预先制备好的“基座”上。 CVD法合成钻石的优点：1在钻石籽晶和各种材料的基座上都可沉淀 2低温低压技术，0.01~1大气压，700~1000°C，更经济 3产品可为多晶质钻石，可随机排列，韧性更好，更易合成大面积钻 4可在各种材料表面生长钻石膜。 合成钻石的鉴定 高温高压合成钻石的鉴定1）颜色 大多数HTHP合成钻石以黄色、橘黄色、褐色为主，价格很有竞争力，可作为同种天然彩钻的替代品。而蓝色和近无色等色的合成钻石由于技术难度大，成本高极难见到 2）晶形及晶面特征 合成钻石的晶形为八面体（100）的聚形，晶形完整。晶面上常出现不同于天然钻表面特征的树枝状、阶梯状等图案，并常可见种晶 3）内部显微特征 HTHP合成钻石内常可见到细小的铁或镍铁合金触媒金属包体。在反光条件下这些金属包体可见金属光泽 4）有些合成钻石在长波紫外光下呈惰性，短波紫外光下显示中等至强的黄绿色荧光，并具分带现象 5)颜色分带 大多数天然钻石分布是均匀的，而大多数合成钻的颜色分布是不均匀的，常显“砂钟”式几何图形，还可有四边形，八边形等色带 6）吸收谱线 天然钻中无色—浅黄色系列的415nm最为特征吸收线。合成钻石缺失 7）磁性特征 合成钻中常有合金包裹体，在磁场中有磁性反应，将钻石系在一条丝线上，挡住气流，磁铁靠近，合成钻则有摆动现象 8）异常双折射 在正交偏光下，可以看到异常双折射：如不规则带状、波状、斑块状和格子状等，合成钻异常双折射较弱，某些合成钻呈现十字形交叉的亮带。 CVD合成钻石的鉴别：1）结晶习性 CVD合成钻石呈板状，（111）和（110）面不发育，天然钻常呈八面体晶形或菱形十二面体及聚形，晶面有溶蚀现象 2）多为暗褐色和浅褐色，也可以生长近无色和蓝色的产品 3）放大检查 可见不规则深色包体和点状包体，平行的生长色带 4）正交偏光下CVD合成在有强烈的异常消光，不同方向上的消光也有所不同 5）在长短波紫外线的照射下，CVD合成钻常有弱的橘黄色荧光 钻石的优化处理：1颜色处理：覆膜处理、辐照处理、HPHT处理 2净度处理：激光钻孔、充填处理 覆膜处理：方法 a覆膜与着色：覆膜是在钻石表面涂上一层带色的高折射率物质，来改善钻石的颜色。着色是给钻石增加颜色，特别是腰部。B表面增生（钻石膜）用CVD法，在钻石表面沉淀一层钻石膜。 覆膜处理的鉴定：b钻石膜的鉴定：钻石膜为多晶质体，具粒状结构 辐照处理：用高能射线辐照钻石，使其颜色发生改变的一种方法。常用方法：r射线辐照处理：大都采用钴作为r射线源进行珠宝玉石的辐照处理，因钴的r射线能量较低，所以，辐照处理后的样品不带放射性；高能粒子：粒子能量较低时，辐照后的样品没有放射性，粒子能量较高时，辐照后的样品有人工放射性；中子辐照：会产生核反应，辐照后的样品有人工放射性，需放置较长时间，让放射性衰变。 辐照处理的鉴定：a颜色分布 辐照处理的钻在面棱处颜色变深，一般颜色仅在表层，且颜色分布与辐照方向有关。从亭部方向对