合成钻石与鉴别方法 篇1
1 合成钻石的发展史
在18世纪, 人们经过研究证明钻石是由碳原子构成的, 至此, 便开始了合成钻石的研究, 经过长达一个多世纪的研究, 终于在瑞典的实验室中, 诞生了第一块合成钻石。接着, 1959年, 人工钻石已经开始商业化生产。目前, 中国、俄罗斯、日本等国家都拥有了合成钻石的技术。直至80年代, 发明了化学气相沉积发进行钻石合成, 使用此方法合成出来的钻石被称作最洁净的钻石。直至近代, 我国科学家通过使用二氧化碳作为碳源, 研究出了大颗粒的纯净钻石, 首次实现了二氧化碳和金刚石的转化。在世界上引起了非常大的轰动。在科学技术不断的发展下, 市场上出现了越来越多的合成钻石, 如何更加准确的对自然钻石和合成钻石进行鉴别, 是宝石鉴定工作人员的必备技能。
2 钻石的合成技术
石墨、钻石等都是有碳原子构成的, 通过模仿天然钻石的形成条件, 把碳原子通过特定的环境条件进行转化, 从而得到合成钻石。理论上来说, 任何形式的碳原子都可以转变成钻石, 但是经过试验证明, 不同类型的碳元素所形成的钻石质量、大小、数量是各部相同的。因为石墨转变成钻石所需的自由能最小, 所以, 石墨是合成钻石的重要材料之一。当前, 科学家已经掌握了几种钻石合成的方法, 根据不同的钻石成长环境, 合成的主要方式为:亚稳态生长的低压化学气相沉积法和高温高压条件法两种。
2.1 亚稳态生长的低压化学气相沉积法
亚稳态生长的低压化学气相沉积法又叫CVD, 指的是把具有挥发性质的碳元素化合物和其他物质进行发生化学反应, 从而转变成不具备挥发性的物质, 发生反应的原子会按照特定的位置进行沉淀、集聚、硬化, 然后就形成钻石薄膜, 钻石薄膜可以切割成宝石的形状。同时CVD还可以用来对天然钻石进行优化, 通过在加工好的钻石商覆盖钻石膜, 来达到提高耐久性和颜色品级的效果。
2.2 高温高压法
高温高压法又叫做HPHT法。天然钻石是碳原子在地下深处在地幔中经过高温、高压转化来的, 所以, 科学家也想到通过对自然环境中的高温高压进行人工的模拟, 从而实现石墨向钻石的转变。即高温高压法。此方法通过把金属催化剂和石墨进行组合, 然后在7~9 GPa和400~1600 K的压力下转化成钻石。通常使用到的金属催化剂为Ni、Fe、Co等。这种技术得到的钻石颗粒一般都比较小, 想要使用这种方法生产出颗粒直径比较大的钻石, 通常需要更高的温度和压力。生产成本非常的高, 对设备要求也比较高。当前, 此技术还没有办法生产出宝石级的钻石。
3 定合成钻石的技术
因为天然钻石和合成钻石形成的环境是不同的。合成钻石是通过高温高压产生的, 所以, 合成钻石和天然钻石是存在着一定的差异性的, 这也是鉴别合成钻石的理论基础。
3.1 晶体状态的不同
合成钻石大多数的晶体状态为八面体聚形为主体。很少会出现四角三八面体、菱形十二面体, 合成钻石的面看起来比较的平、棱角比较的尖锐。而天然钻石比较常见的为八面体单行体, 很少可以看到八面体聚形和立方体, 且晶体表面呈凸圆形, 棱角比较平滑, 外形也不对称。
3.2 放大鉴别法
(1) 因为合成钻石时会使用Co、Fe、Ni等金属元素作为催化剂, 所以在合成的钻石晶体中经常会看到黑色不透明的拉伸形或浑圆形的金属包体。在天然钻石中所含有的包体多为矿物包体。例如橄榄石、尖晶石、石墨等。而且加入合成钻石中的金属包体过大, 会受到磁铁的引力。 (2) 合成钻石的形状为八面体聚形, 而且在合成晶体时, 因为会吸收到不同的晶体, 钻石颜色会因为杂质含量的不同而出现不同的颜色。所以, 合成钻石的色带是不匀称的, 主要以暗淡的黄色为主, 几何图案的形状比较规则。而天然钻石的色带比较匀称, 个别时候晶体中心的色带颜色会比较深。 (3) 合成钻石上的纹理主要为立方体和八面体相联系的“砂钟”式纹理, 天然钻石的纹理主要是沿着八面体晶面形成的纹理。
3.3 紫外荧光鉴别法
使用紫外荧光在区分合成钻石和天然钻石方面是非常的方便的。天然钻石在受到短紫外线照射时, 会呈现出一种黄绿色的荧光。在受到长紫外线照射时, 会显示出蓝白色荧光, 荧光通常分布状态为带状, 且荧光分布是不匀称的。合成钻石不管是在短紫外线, 还是长紫外线的照射下, 均为黄绿色荧光, 不过短紫外线产生的荧光强度比较强, 八边形和十字形荧光的主要分布方式, 关闭荧光后偶尔还会有磷光现象出现。
3.4 进行分光鉴别法
当前, 黄色和褐黄色是合成钻石的主要光谱颜色, 因此, 使用台式分光镜或者手持式分光镜进行光谱检查是非常重要的。光谱颜色为淡黄色、白色的为钻石。黄色、褐黄色为合成钻石。
3.5 红外吸收光谱鉴别法
氮杂质在合成钻石和天然钻石中都包含有。氮杂质对红外线吸收非常敏感。当前, b氮是合成钻石中主要含有的氮杂质, 属于Ib型钻石。而天然钻石中含有N3, 所以, 主流的天然钻石水Ia型钻石。同时Ib天然钻石中不仅有分散钻石, 同时也含有集成形式存在的氮原子。所以, 天然钻石同时具有Ia和Ib的吸收带。依据这一特性可以对合成钻石和天然钻石进行区分。
4 结论
天然钻石在自然界中是非常的少的, 属于珍稀资源, 深受人们的喜爱, 但是却存在求大于供的情况。所以, 人们对合成钻石展开了大力的研究, 且取得了非常大的成就, 很多合成钻石已经逐步走向商业化。这也就要求鉴定人员有一个非常高的鉴定水平。考虑到每一个钻石自身的特定都是不同的, 所以在对其进行鉴定的过程中, 一定要整体、详细、系统的对其进行全面性的分析, 这样才可以得到比较准确的鉴定结果。
参考文献
[1]赵藻藩, 周性尧, 张悟铭, 等.仪器分析[M].北京:高等教育出版社, 2008.
[2]邵靖邦.钻石的合成方法[J].中国宝玉石, 1997 (2) .