钻石 科普 如何区分和鉴定培育钻石和天然钻石


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这段时间珠宝行业最热的话题 , 必然是培育钻石了 , 有时候也被称为培育钻石或者人造钻石 。 培育钻石 , 是在实验室中模拟自然界的温度压力条件 , 利用种晶生长的钻石 , 其物理性质、化学成分 , 与天然钻石几乎完全一致 , 肉眼根本无法区分出天然与培育钻石 。
左:天然钻石颜色;中:处理后的天然钻石颜色;右:处理后的合成钻石颜色
有别于培育立方氧化锆或培育碳硅石等钻石仿制品 , 两者只是看起来像钻石 , 但具有截然不同的化学和物理特性 , 易于区分 。 而培育钻石的化学和物理特性与天然钻石几乎一致 , 相比而言更难区分 。
钻石的分类
要想区分天然与培育钻石 , 首先需要了解钻石是如何分类的:根据钻石有无氮原子 , 钻石可分为I型和II型钻石 , I型钻石含有杂质氮原子 , 而II型钻石则没有 。
根据氮原子的聚集状态 , I型钻石可进一步分为Ia型钻石和Ib型钻石 , Ia型钻石中氮原子呈聚集状态 , Ib型钻石中氮原子呈孤氮分布 。
根据有无其他杂质原子 , II型钻石可进一步分为IIa型钻石和IIb型钻石 , IIa型钻石不含其他杂质元素 , IIb型钻石常含硼原子 。
天然与培育钻石生长过程的区别
天然钻石在一系列温度和压力条件下生长 。 其温度比生长培育钻石所用的温度更高 。 在高温下 , 钻石生长为八面体晶体 , 但在较低的实验室温度下 , 它们生长为同时包含八面体和立方体晶面的晶体 。
天然钻石晶体(左)显示典型的圆形八面体形状 。 火山爆发构成了金伯利岩管(中) , 从而将这些晶体带到表面 。 天然宝石级钻石的理想晶体形状是八面体(右)
天然钻石的漫长生长时间意味着 , 大多数钻石中的氮杂质必须经过一段时间进行聚集 , 以成对或成群出现 , 从而形成大部分 , 即95%以上的Ia型钻石 。
培育钻石的生长周期非常短 , 只需要数周至一个月或更久 , 条件与地球深处的天然钻石形成条件不同 。 由于生长期非常短 , 培育钻石晶体的形状与天然钻石有很大不同 。
钻石的培育方法
传统的培育方法 , 称为高温高压(HPHT)法 , 涉及利用铁(Fe)、镍(Ni)或钴(Co)等熔融的金属合金形成钻石 。 较新的方法 , 称为化学气相沉淀法(CVD)法 , 把甲烷中碳原子分离出来形成钻石 。
高温高压培育钻石
高温高压(HPHT)钻石生长发生在装置内的一个小舱室里 , 该装置能够产生非常高的压力 。 在舱室内 , 钻石粉末原料溶解在熔融的金属助熔剂中 , 然后在晶种上结晶 , 以形成培育钻石晶体 。 结晶过程需要数周至一个月或更长时间 , 以形成一个或几个晶体 。
除了八面体表面 , HPHT培育钻石晶体通常还会显示立方体表面 。 由于天然和HPHT培育钻石晶体的形状不同 , 它们的内部生长模式也大不相同 。
打磨后的刻面培育钻石通常会展示出一些可见特征 , 例如颜色分布、荧光分区和孪晶纹 , 这都与它们的十字形生长区结构有关 , 偶尔还会显示有深色的金属助熔剂内含物 。 某些情况下 , 在关闭紫外线灯后 , 材料可以持续性地发光 , 即磷光现象 。 这些培育钻石可以通过专业鉴定技术(比如可见光和荧光光谱)来进行可靠鉴定 。
在高温高压合成中 , 压力机(左)对包含必要成分的中间生长室应用极高的压力和温度 。 这便产生了立方体和八面体表面(中和右)相结合的合成钻石晶体
大多数HPHT生长晶体呈黄色、橙黄色或褐黄色 。 几乎所有均为IIb型 , 该类型在天然钻石中也有存在 , 只是非常稀少 , 只有百分之二左右 。
制造无色HPHT培育钻石非常具有挑战性 , 因为需要修改生长条件和设备 , 以排除氮 。 此外 , 高纯度无色钻石(IIa型或较弱的IIb型)的生长率比Ib型培育钻石的生长率低 , 因此在温度和压力条件下需要更长的生长时间和更大的控制 。 虽然生长优质无色HPHT晶体一直都很困难 , 但最新发展技术已经能制造出用于超过10克拉的钻石晶体 。

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