整合版GIC钻石理论 - 图文

1)、透镜涂层

①利用真空喷涂技术,在钻石亭部涂上一层极薄的强粘结的淡蓝色膜; ②涂层后色级得到提高,但难以分色级,并常伴有灰色色调。放大20-40倍下观察可见擦痕和含气泡的表面晕彩膜,在高倍显微镜下克间一种彩虹状的表面光泽。

③薄层用坚硬针或丙铜难以去掉,需在强酸中煮沸几分钟亦可使其表面颜色褪去。 2)、涂色

在钻石的亭部涂上蓝色染料(或蓝墨水)等,可明显改善颜色色级,利用放大观察可检测出,任何强溶剂都可除去这种染剂。这种处理方法用放大镜仔细检查或用溶剂擦拭即可鉴别。 3)、镀膜处理

即化学蒸汽沉淀法(又称CVD法),在钻石和其他材料表层以较快速度生产一层钻石膜(简称DF)。膜的厚度一般为几十至几百微米,最厚可达毫米级。

① 因镀膜钻石是多晶质集合体,显微放大观察,具粒状结构,而天然钻石为单晶体,表面无此现象。 ② 若镀上彩色膜时,可将钻石置于二碘甲烷中,观察钻石表层会产生干涉色,类似于浮在水面的油膜; ③ 用大型仪器检测。如扫描电镜,X---射线形貌分析,拉曼光谱测试均能有效地将钻石膜区分开。 高温高压处理(HPHT)

较高的温度和压力下,改变晶体缺陷,从而改变钻石的颜色,也有部分缺陷解体,导致颜色改变 (1) GE POL钻石

1999年3月1日,POL美国公司宣称GE公司将褐色、灰色钻石改变成色级较高(D-E)的钻石。同年5月由LKI的子公司POL在比利时销售。后由GIA经过多次与该公司沟通,用激光在处理钻石的腰棱上打上\字样。这类钻石利用高温高压将褐色钻石改变成色级较高的钻石,处理方法的细节尚属保密。 GE-POL钻石鉴定小结

① 雾状外观、略带灰色或褐色色调 ② 愈合羽状体、内部纹理、解理 ③ 异常包裹体 ④ 异常消光 (2)诺瓦钻石

美国诺瓦钻石公司称:褐色调的Ⅰa型钻石用高温高压处理将其改变成黄绿色钻石。(检测较困难)。 经实验表明:T :(1400-2000 ℃ ),P高于8.5Gpa(7-9GPa)稳定压力下时A心等N集合体,解体产生C心。但A心吸收未减弱,可能有浓度少C心产生,当A心解体,C心扩散进入钻石格架中,或认为:Ns(片晶)解体时由片晶释放出C心。C心作为电子施主能级,将H3(503线)变为H2(986nm线),H2心视为高温高压处理的独特标记。 检测特征

① 自然界罕见的黄绿色;LW(紫外-可见光谱中)紫外光下极强的绿色荧光(H3); ② 529nm荧光谱线,986nm的吸收谱线。

③ A、B、C中心同时存在,红外测试1344cm-1处有小的C心吸收峰。 荧光对钻石的影响:

①可提高或降低色级,如钻石发蓝白色荧光,将会增进其颜色的白度,提高色级。如果钻石发黄色荧光,将会降低其外观色级。因此蓝白色荧光对钻石有利,但是,过强的荧光又会带来其它方面的不利影响。“超蓝钻”由于过强的荧光,产生油蒙蒙的外观,使钻石的透明度降低,影响到其净度级别的判定,要被列入较低的净度级别。

②在商业上,有荧光的钻石价格往往要下降。如对钻石的荧光巧加利用,会有助于钻石的销售。所以,荧光对商业并非不利。

钻石合成原理

钻石和石墨是碳的两种同质多像的变体。根据钻石-石墨的相平衡图可知,在常温常压下石墨是碳的稳定结晶形式,而钻石是一种亚稳定状态。钻石只有在高温高压下才是最稳定的,天然钻石形成并保存于上地幔高温高压的条件下充分证明了这一点。

但要在常温常压下破坏钻石中的C-C键需要很高的能量,因此,钻石不会自动转变为石墨。而在高温高压(相图中钻石稳定区的条件)下,石墨的中的碳原子会重新按钻石的结构排列,而形成钻石。 ? 高温高压下,将石墨转换成钻石的条件: 无催化剂,加热到2700℃,压力1.25×1010Pa

有催化剂,加热到1200℃,压力1.25×1010Pa(工业级)

? 高温高压下,钻石溶化在金属溶剂中,再在较低温度下围绕籽晶重新结晶成钻石(宝石级) 钻石的合成方法

1. 静压法:静压触媒法(工业级)、晶体触媒法(宝石级) 2. 动力法:爆炸法、液中放电法、直接变为六方金刚石法 3. 亚稳定区内生长钻石法 (CVD) 宝石级钻石的合成(晶体触媒法)

A将籽晶、触媒放在生长舱底部及钻石粉作为碳源放在高温高压生长舱顶部; B生长舱放在两个碳化钨砧之间,使其经受高温高压作用; C加热后生长舱底部比顶部温度略低;

D加热后钻石粉在生长舱顶部溶解并达到饱和状态;

E饱和溶液朝温度较低的底部运动,围绕籽晶开始生长晶体。

1.原料:碳源:钻石粉或石墨粉,籽晶:钻石碎片(天然或合成),触媒:铁镍合金 金属触媒的主要作用是

a. 作为催化剂,降低石墨向钻石转化的温度和压力条件,提高转化率。

b. 作为溶剂,钻石在HTHP下,先溶解在金属触媒中,达到饱和后,然后围绕籽晶生长 2.装置:压机:产生压力的系统

3.过程

a. 将钻石粉、籽晶、溶剂按要求放在生长舱内 b. 将生长舱放在压机中

c. 加压6×109Pa,通过碳加热器加温1300-1800℃,使生长舱顶部的温度高于底部的温度

d. 在上述条件下,由于生长舱上部的温度较高,钻石粉熔解,并通过溶剂向温度较低的底部迁移,当溶剂中的碳达到饱和时,围绕籽晶生长,形成钻石晶体

e. 生长1ct钻石晶体需要60小时左右,每次生长1-2粒 4.结果,直接产物:

Ib型:合成过程中无法排除空气中的N,故产生含孤氮的Ib型黄-褐黄色钻石 IIb型:在生长舱内加B,可产生蓝色的IIb型钻石

IIa型:加N吸收剂,如锆或铝,氮与这些元素键合比与碳键合更容易,如可阻止N与晶体中的C结合,产生无色的IIa型钻石

间接的结果:将黄褐色的Ib型钻石通过辐照+热处理,可产生粉红色和红色的钻石, 将黄褐色的Ib型钻石通过HTHP+热处理,使N聚合,可产生Ia型的钻石 化学气相沉淀法(CVD)

主要用于生产工业级,如电子工业中作为散热片的钻石。目前可以合成单晶钻石。

方法:靠微波加热一根其组成成分产生等离子体的管子,用抽气泵使甲烷和氢通过这根管子,导入反应腔,利用电热丝、微波、火焰、直流电弧等,将C从化合物分解成原子,形成等离子体,在氢的催化作用下,使每个碳与四个碳结合形成钻石结构,并沉淀生在制备的基底上,沿着{100}生成块状、粒状钻石 1. 原料:CH4 + H2 气体

2. 压力:约0.1大气压的CH4 + H2 气体;H气:H2分压易导致石墨的形成 3. 温度:根据维持等离子体的需要确定, 4. 加热器:微波发生器,用微波来加热气体

5. 支撑体:钻石晶体,如同种晶,保持在800 - 1000 ℃ 6. 生长速度:大于 1mm/hour

7. 生长特征:生长层之间具有同构结晶的特性 鉴别:

① 通常是Ⅱa型及少量Ⅱa、Ⅰb的混合型;

② 深褐色到无色,须高温高压处理之后,深褐色可进行改色; ③ 阴极发光下,显示强烈的橙黄色荧光;

④ 内部含有大量白色、黄色针尖,似面包屑也含有细小微裂纹; ⑤ LW弱(惰性)、SW较强,通常呈橙红色; ⑥ 红外光谱检测6856cm-1细小吸收峰; ⑦ 拉曼光谱1332cm-1、1435cm-1; ⑧ 可见光谱737.5nm;

高温高压合成钻石与CVD法合成钻石的主要特点有哪些 合成钻石的方法 高温高压-压带法 CVD(微波等离子体法)

高温高压 高温低压 温度 1300-1800℃ 800-1000KB℃ 气压 45-60KB 0.1个大气压 碳源 钻石粉 甲烷 籽晶 基片 加热 微波

合成钻石的意义:

钻石拥有目前已知的最高硬度、具有良好的化学稳定性、较高的折射率、较大的相对密度、较高的热导率和良好的绝缘性(IIb型除外),对于工业应用和珠宝领域都非常重要,但是天然产出的钻石毕竟有限宝石级的钻石更是稀少,所以合成钻石的出现弥补了天然钻石数量上的不足。目前工业上使用的钻石大多为合成钻砂。

合成钻石有哪些类型?产生的原因是什么?

类型 Ib型 IIa型 IIb型 产生原因 时间短,孤氮;高温高压处理可得Ia型 加入锆、铝等吸氮剂 加入锆、铝等吸氮剂,再加入硼

合成钻石的鉴别: 晶形 颜色 色带 发光性 天然钻石 多为八面体 多为Ia型开普系列,颜色从无色到淡黄色。 紫外荧光长波下反应强, 磷光:长波照射可见 阴极发光:八面体式样 矿物包体,原始晶面等 无磁性(含B钻石除外) 多显示415nm吸收线 三角凹痕,阶梯状生长纹 合成钻石 截切八面或截切立方体 Ib型钻石居多,多显淡黄褐色。呈现砂漏状或马耳他十字状色带。 紫外荧光:短波下反应强, 磷光:短波照射可见 阴极发光截角立方,八面体发光样 金属溶剂粉尘或面包渣状包裹体。 有磁性 无415nm吸收线 不规则树枝状生长花纹 高温高压法合成钻石Ib为CVD法合成钻石 包体 磁性 吸收谱 外部特征

天然钻石Ia为主

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