自宝石之王的挑战——钻石、合成钻石及其优化处理的鉴定
时间: 2010-09-10 15:45:47     文章来源: GTC您专业的珠宝技术顾问  作者：未知

天然Ⅱb型钻石中，含硼有0.5ppm左右。硼以孤立原子形式随机取代碳原子。每个硼原子比碳原子少一个电子。这一缺陷导致对可见光较长波长即光谱红区末端部分的能量吸收，使Ⅱb型钻石呈蓝色。Ⅱb型钻石还是半导体，其他类型的钻石都是电绝缘体，这一性质是鉴定性的特征。Ⅱb型钻石在长波紫外光下呈惰性，但在短波紫外光下会发弱红色荧光和红色磷光。

其他缺陷和杂质：

氢：研究发现自然存在不含硼和不导电的蓝色钻石，含氢作为杂质存在，红外光谱中显示一系列尖峰（如3107cm^-1 C—H成键峰）。

空穴：在钻石失去了一个碳原子而未被其他原子替代处，碳结构中将出现空穴。这些空穴可因高速粒子将碳原子轰击出其在晶体结构中的位置而产生。放射性物质的辐射能有这种效应，并使钻石呈绿色。当高速粒子撞击碳原子时，这些粒子很少能穿到晶体结构的深处，通常只达表面以下2微米左右。这种晶体损伤导致光谱红区的吸收带，其中在741nm处有明显的线，即所谓的GR1吸收，需要用液氮冷却才能检测到（GR—General Radiation，连续辐射）。

塑性变形：可导致许多钻石呈现褐色，这种变形是晶体结构中的位错所致。塑性变形形成自由键，自由键与光相互作用，可产生对可见光谱的蓝端有较多的吸收，使钻石呈现褐色。这种颜色不是由含氮或含任何其他的杂质引起的。故不含痕量元素的钻石，如Ⅱa型钻石，也可成为褐色。

一些褐色钻石可能在吸收光谱中并无明显的吸收线，而另一些褐色钻石中可看到503nm处吸收线和一些较宽的峰，包括在494nm处的一个峰。不要把这个峰与下文中将提到的辐照处理钻石中所见的495nm吸收线相混淆。

红外光谱特征是划分钻石类型有效的手段之一。

图3： 实测红外光谱图（红色为Ⅱ型；绿色为Ⅰb型合成钻石；蓝色为Ⅰa型天然钻石）

 

    合成钻石：HPHT合成钻石大多为Ⅰb型；CVD合成钻石都是Ⅱ型的。大家都知道，使用DTC公司的DiamondSure可以快速地筛选天然钻石，不能通过测试的钻石需要使用DiamondView来测试。DiamondView利用钻石在短波紫外光下所产生荧光的不同生长区域模式图，可以有效地区分天然钻石与合成钻石。DTC发明的另一类仪器—DiamondPlus，主要用于区分改色钻石。但就从科技发展本身的规律来看，所有的仪器并不可能成为终极武器。文献资料显示，还有更多的大型仪器和研究方法用于检测合成钻石及优化处理方法，例如，液氮冷却技术用于可见光吸收检测、红外光谱检测、光致发光光谱、激光拉曼光谱、阴极发光等等。

 

图4: DiamondView下天然钻石荧光图案（蓝色荧光，非常复杂的生长区模式图，反应生长环境的变化）

 

图5:DiamondView下HPHT合成钻石荧光图案

 

图6:HPHT合成黄色钻石表面特征（可见特征的厥叶状生长纹和金属包体）

 

合成钻石与天然钻石在物理性质上的差异见下表：

特征	天然钻石	合成钻石
内部特征	含天然晶体包体；呈线、面状分布的纹理	含尘点状、微针尖状的铁、镍合金；交切状纹理
外部特征	多见八面体，表面见三角纹，网状纹	多见八面体，立方体，十二面体聚形
颜色	无色—黄色，褐色（Cape系列）	黄色，金丝鸟黄，呈块状分布，浓淡明显
磁性	无—微弱	强，可感觉到
发光性	LW无—各种荧光；SW弱	LW无；SW中—强黄—黄绿
可见光谱	415、471nm线	无415nm线
红外光谱	主峰1130cm－1，伴弱峰1282、1365和1370cm－1	只有1130cm－1主峰，无弱峰
导电性	Ⅱb型导电	导电

钻石的优化处理及鉴定特征：

辐照改色处理方法，使用放射源或高速离子束轰击钻石，产生辐照损伤，使钻石呈色。

1  回旋加速器处理

用亚原子的粒子，如：质子、氘核、α粒子，可将此类粒子放置回旋加速器中加速，钻石置于加速了的粒子通道上而被辐射。可使钻石的颜色呈绿色和暗绿色。如果处理时间过长，颜色暗得几乎呈黑色。加速了的粒子是带电的，不能深入钻石深部，仅在表层。产生的颜色通过重新抛光可去掉，不抛光可永久致色。若加热500—900℃（真空），可使绿色转变为黄色、橙色或褐色。

钻石中产生缺陷，形成N－V－N、H₃中心，可见光谱在503nm处有吸收峰。（496+503+595nm吸收峰，由N₂产生）。

2  电子处理

用加速的电子束轰击，能使钻石产生蓝到蓝绿色，其穿透深度可达2mm，无放射性带入钻石，如将改色钻石热处理（400℃），可产生桔黄色、粉红色—红、紫和褐色色调。形成原因，辐射损伤。吸收光谱，637nm强峰，523、575、593nm弱峰。

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