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高温高压合成钻石的宝石学属性分析

admin 人造钻石 2020年07月06日

  □ TEXT / PHOTO 王继林 孙瑞皎 那宝成 吴来东(中国冶金地质总局山东局黄金珠宝检测站)128J ewelry connoisseurship鉴宝收藏129CHINA GEMS & JADES1 引言钻石,由单一元素 C 组成,天然常含 N、B 等杂质元素,等轴晶系,均质体,强金刚光泽,折射率 2.417,色散值为0.044,硬度为 10,密度 3.52 克 /cm 3 ,发育一组三个方向完全的八面体解理。钻石俗称“宝石之王”,以其璀璨的光芒、五颜六色的火彩著称,在人们心目中具有不可替代的地位,一直以来被人们视为财富和爱情的象征。然而自然界中天然钻石的储量有限,市场上钻石供不应求,所谓“物以稀为贵”,因此钻石的价格也高居榜首。为...

  □ TEXT / PHOTO 王继林 孙瑞皎 那宝成 吴来东(中国冶金地质总局山东局黄金珠宝检测站)128J ewelry connoisseurship鉴宝收藏129CHINA GEMS & JADES1 引言钻石,由单一元素 C 组成,天然常含 N、B 等杂质元素,等轴晶系,均质体,强金刚光泽,折射率 2.417,色散值为0.044,硬度为 10,密度 3.52 克 /cm 3 ,发育一组三个方向完全的八面体解理。钻石俗称“宝石之王”,以其璀璨的光芒、五颜六色的火彩著称,在人们心目中具有不可替代的地位,一直以来被人们视为财富和爱情的象征。然而自然界中天然钻石的储量有限,市场上钻石供不应求,所谓“物以稀为贵”,因此钻石的价格也高居榜首。为了满足珠宝市场及其他行业对钻石的需求,当今社会有无数的科研人士致力于寻找钻石廉价的替代品,如合成立方氧化锆、合成金红石等钻石仿制品和合成钻石等。早期的合成钻石粒度小、成本高,因此宝石级合成钻石一直不具备商业价值,但随着钻石合成技术的不断完善和改进,目前珠宝市场上已有宝石级合成钻石开始流通,因此合成钻石的鉴别需引起业界的高度重视。由于合成钻石的形成条件与天然钻石类似,使得二者具有相同的化学组成、化学结构和物理性质,这也导致合成钻石和天然钻石很难鉴别。因此对合成钻石的宝石学性质进行研究,挖掘出合成钻石和天然钻石的异同之处,已成为宝石鉴定工作者面临的艰巨挑战。近日,笔者有幸得到一批高温高温高压合成钻石的宝石学属性分析摘要:钻石俗称宝石之王,一直深受大众喜爱,天然钻石供不应求的现状导致了钻石合成技术的发展,合成钻石在珠宝市场的流通对宝石鉴定工作者提出了挑战。目前主要的钻石合成技术有高温高压(HTHP)法和化学气相沉淀法(CVD),通过对 8粒高温高压合成钻石进行显微特征观察、热导仪测试、EDXRF 测试和傅里叶变换红外光谱分析,总结了高温高压合成钻石的宝石学特性,为今后对高温高压合成钻石的鉴别提供部分参考。关键词: 高温高压合成钻石 微特征 热导仪反应 EDXRF 测试 傅里叶变换红外光谱 宝石学特征高压合成钻石,对其进行了显微特征观察、热导仪反应、EDXRF测试和傅里叶变换红外光谱分析,对其宝石学性质进行了总结,可为今后业界对高温高压合成钻石的鉴别提供部分参考。2 钻石合成技术人类对钻石合成技术的探索始于 18 世纪末[1] ,经过 150 多年的努力,科学家在人工合成钻石方面取得了重大进展[2] 。目前主要的钻石合成技术有:高温高压(HTHP)法和化学气相沉淀法(CVD) [3] 。2.1 高温高压(HTHP)法这一技术的理论依据是碳在深层地幔经高温高压可转变形成钻石,该方法将石墨与金属催化剂(如 Fe、Co、Ni 等)混合,在温压条件分别为 1300 ~ 1500K、6 ~ 8GPa 下生成钻石[4] 。目前这一技术合成的金刚石颗粒一般较小,且生产成本高昂,设备要求严格,还未达到大规模生产宝石级合成钻石的程度[5] 。2.2 化学气相沉淀(CVD)法CVD 法是通过含有碳元素的挥发性化合物与其他气相物质的化学反应产生非挥发性的固相物质,并使之以原子态沉积在适当位置的衬底上,逐渐聚集和硬化,最终形成钻石薄膜。图1 1#合成钻石晶体形貌图 图2 2#合成钻石晶体形貌图图3 3#合成钻石晶体形貌图 图4 4#合成钻石晶体形貌图图5 5#合成钻石晶体形貌图 图6 6#合成钻石晶体形貌图图7 7#合成钻石晶体形貌图 图8 8#合成钻石晶体形貌图 □ TEXT / PHOTO 王继林 孙瑞皎 那宝成 吴来东(中国冶金地质总局山东局黄金珠宝检测站)128J ewelry connoisseurship鉴宝收藏129CHINA GEMS & JADES1 引言钻石,由单一元素 C 组成,天然常含 N、B 等杂质元素,等轴晶系,均质体,强金刚光泽,折射率 2.417,色散值为0.044,硬度为 10,密度 3.52 克 /cm 3 ,发育一组三个方向完全的八面体解理。钻石俗称“宝石之王”,以其璀璨的光芒、五颜六色的火彩著称,在人们心目中具有不可替代的地位,一直以来被人们视为财富和爱情的象征。然而自然界中天然钻石的储量有限,市场上钻石供不应求,所谓“物以稀为贵”,因此钻石的价格也高居榜首。为了满足珠宝市场及其他行业对钻石的需求,当今社会有无数的科研人士致力于寻找钻石廉价的替代品,如合成立方氧化锆、合成金红石等钻石仿制品和合成钻石等。早期的合成钻石粒度小、成本高,因此宝石级合成钻石一直不具备商业价值,但随着钻石合成技术的不断完善和改进,目前珠宝市场上已有宝石级合成钻石开始流通,因此合成钻石的鉴别需引起业界的高度重视。由于合成钻石的形成条件与天然钻石类似,使得二者具有相同的化学组成、化学结构和物理性质,这也导致合成钻石和天然钻石很难鉴别。因此对合成钻石的宝石学性质进行研究,挖掘出合成钻石和天然钻石的异同之处,已成为宝石鉴定工作者面临的艰巨挑战。近日,笔者有幸得到一批高温高温高压合成钻石的宝石学属性分析摘要:钻石俗称宝石之王,一直深受大众喜爱,天然钻石供不应求的现状导致了钻石合成技术的发展,合成钻石在珠宝市场的流通对宝石鉴定工作者提出了挑战。目前主要的钻石合成技术有高温高压(HTHP)法和化学气相沉淀法(CVD),通过对 8粒高温高压合成钻石进行显微特征观察、热导仪测试、EDXRF 测试和傅里叶变换红外光谱分析,总结了高温高压合成钻石的宝石学特性,为今后对高温高压合成钻石的鉴别提供部分参考。关键词: 高温高压合成钻石 微特征 热导仪反应 EDXRF 测试 傅里叶变换红外光谱 宝石学特征高压合成钻石,对其进行了显微特征观察、热导仪反应、EDXRF测试和傅里叶变换红外光谱分析,对其宝石学性质进行了总结,可为今后业界对高温高压合成钻石的鉴别提供部分参考。2 钻石合成技术人类对钻石合成技术的探索始于 18 世纪末[1] ,经过 150 多年的努力,科学家在人工合成钻石方面取得了重大进展[2] 。目前主要的钻石合成技术有:高温高压(HTHP)法和化学气相沉淀法(CVD) [3] 。2.1 高温高压(HTHP)法这一技术的理论依据是碳在深层地幔经高温高压可转变形成钻石,该方法将石墨与金属催化剂(如 Fe、Co、Ni 等)混合,在温压条件分别为 1300 ~ 1500K、6 ~ 8GPa 下生成钻石[4] 。目前这一技术合成的金刚石颗粒一般较小,且生产成本高昂,设备要求严格,还未达到大规模生产宝石级合成钻石的程度[5] 。2.2 化学气相沉淀(CVD)法CVD 法是通过含有碳元素的挥发性化合物与其他气相物质的化学反应产生非挥发性的固相物质,并使之以原子态沉积在适当位置的衬底上,逐渐聚集和硬化,最终形成钻石薄膜。图1 1#合成钻石晶体形貌图 图2 2#合成钻石晶体形貌图图3 3#合成钻石晶体形貌图 图4 4#合成钻石晶体形貌图图5 5#合成钻石晶体形貌图 图6 6#合成钻石晶体形貌图图7 7#合成钻石晶体形貌图 图8 8#合成钻石晶体形貌图 130J ewelry connoisseurship鉴宝收藏131CHINA GEMS & JADES5# 双晶,单个晶体为立方体 + 八面体聚形,双晶面平行立方体面,放大观察见钻石表面有树枝状、蕨叶状图案及三角形凹坑,内部有云雾状包体、黑色包体及晶体包体。6# 单晶,呈立方体 + 八面体聚形,放大可见云雾状包体及暗色金属包体。7# 双晶,单个晶体为立方体 + 八面体聚形,双晶面平行立方体面,放大可见云雾状包体及暗色包体。8# 放大可见云雾状包体和暗色金属包体。3.2 热导仪反应利用热导仪对上述 8 粒合成钻石进行测试,均显示为钻石区。3.3 EDXRF测试对高温高压合成钻石进行了 EDXRF 分析,测试仪器为 EDX3000 能量色散 X 荧光光谱仪,EPP 基地址为378,管压为 40kV,管流为 318UA,放大倍数为 56(粗参考文献[1] 刑旺娟.合成钻石及其常规鉴别.山西科技,2011,26(2):135-136.[2] 杨如增.合成钻石及其鉴别技术的进展. 上海地质,1998,2:4-8.[3] 吴月华.合成钻石与鉴别方法.科技资讯,2013,12:234.[4] 林冰. 合成钻石的鉴别. 中山大学研究生学刊自然科学版,1999,20(1):91-94. [5] 薛源,何雪梅,谢天琪. 高温高压合成黄色钻石颜色成因及改色机理探讨.岩石矿物学杂志,2014,33(增刊):120-130.[6]汤红云,涂彩,陆晓颖,钱伟吉.钻石的红外吸收光谱特征及其在钻石鉴定中的意义. 上海计量测试,2013,1:2-6.[7] 朱红伟,李婷,李桂华. HTHP合成钻石在首饰中的鉴别特征. 宝石和宝石学杂志,2014,5:28-33.3 样品特征对获得的 8 颗高温高压合成钻石进行了显微特征观察、热导仪反应、EDXRF 测试、傅里叶变换红外光谱分析[6]、[7] ,测试结果分别如下。3.1 显微特征7 粒为原石,1 粒为圆刻面型钻石,将其顺序编号为 1# ~ 8#,具体显微特征依次如下:1# 双晶,单个晶体为 2 个八面体 + 立方体聚形,双晶接合面平行于立方体面,放大可见云雾状包体、黑色金属包体及应力裂纹。2# 单晶,2 个八面体 + 立方体聚形,放大可见云雾状包体和晶体包体。3# 双晶,单个晶体为立方体 + 八面体聚形,双晶面平行于立方体面,放大可见云雾状包体、黑色包体及羽状纹,有磁性。4# 单晶,立方体 + 八面体聚形,放大可见云雾状包体、晶体包体及暗色六方环状包体。 调)和 107(精调)。测试图谱出现 Fe 和 Ni 峰,说明合成钻石中富含 Fe、Ni 元素。3.4 傅立叶变换红外光谱分析对 5# 和 6# 合成钻石进行傅立叶变换红外光谱分析,测试仪器为尼高力 380 型傅里叶变换红外光谱仪,检测器为 DTGS KBr,分光束为 KBr,红外光源,扫描次数为 10 次,分辨率为 8。两个样品均出现了 1130cm -1 和 1347cm -1 附近的谱峰,表示其结构中含有孤氮,指示其为 Ib 型钻石。4 结论(1)高温高压合成钻石含微量元素异常,可含 Fe、Ni 等杂质元素;(2)镜下观察,高温高压合成钻石可含有六方环状包体、树枝状、蕨叶状图案及三角形凹坑、金属包体等;(3) 高温高压合成钻石可具有磁性;(4) 高温高压合成钻经红外光谱仪测试常为 Ib 型钻石,而天然钻石中 Ib 型钻石则较少。图10 5#(蓝线#(红线)合成钻石傅里叶变换红外光谱图图9 6#合成钻石利用EDX3000能量色散X荧光光谱仪测试结果 130J ewelry connoisseurship鉴宝收藏131CHINA GEMS & JADES5# 双晶,单个晶体为立方体 + 八面体聚形,双晶面平行立方体面,放大观察见钻石表面有树枝状、蕨叶状图案及三角形凹坑,内部有云雾状包体、黑色包体及晶体包体。6# 单晶,呈立方体 + 八面体聚形,放大可见云雾状包体及暗色金属包体。7# 双晶,单个晶体为立方体 + 八面体聚形,双晶面平行立方体面,放大可见云雾状包体及暗色包体。8# 放大可见云雾状包体和暗色金属包体。3.2 热导仪反应利用热导仪对上述 8 粒合成钻石进行测试,均显示为钻石区。3.3 EDXRF测试对高温高压合成钻石进行了 EDXRF 分析,测试仪器为 EDX3000 能量色散 X 荧光光谱仪,EPP 基地址为378,管压为 40kV,管流为 318UA,放大倍数为 56(粗参考文献[1] 刑旺娟.合成钻石及其常规鉴别.山西科技,2011,26(2):135-136.[2] 杨如增.合成钻石及其鉴别技术的进展. 上海地质,1998,2:4-8.[3] 吴月华.合成钻石与鉴别方法.科技资讯,2013,12:234.[4] 林冰. 合成钻石的鉴别. 中山大学研究生学刊自然科学版,1999,20(1):91-94. [5] 薛源,何雪梅,谢天琪. 高温高压合成黄色钻石颜色成因及改色机理探讨.岩石矿物学杂志,2014,33(增刊):120-130.[6]汤红云,涂彩,陆晓颖,钱伟吉.钻石的红外吸收光谱特征及其在钻石鉴定中的意义. 上海计量测试,2013,1:2-6.[7] 朱红伟,李婷,李桂华. HTHP合成钻石在首饰中的鉴别特征. 宝石和宝石学杂志,2014,5:28-33.3 样品特征对获得的 8 颗高温高压合成钻石进行了显微特征观察、热导仪反应、EDXRF 测试、傅里叶变换红外光谱分析[6]、[7] ,测试结果分别如下。3.1 显微特征7 粒为原石,1 粒为圆刻面型钻石,将其顺序编号为 1# ~ 8#,具体显微特征依次如下:1# 双晶,单个晶体为 2 个八面体 + 立方体聚形,双晶接合面平行于立方体面,放大可见云雾状包体、黑色金属包体及应力裂纹。2# 单晶,2 个八面体 + 立方体聚形,放大可见云雾状包体和晶体包体。3# 双晶,单个晶体为立方体 + 八面体聚形,双晶面平行于立方体面,放大可见云雾状包体、黑色包体及羽状纹,有磁性。4# 单晶,立方体 + 八面体聚形,放大可见云雾状包体、晶体包体及暗色六方环状包体。 调)和 107(精调)。测试图谱出现 Fe 和 Ni 峰,说明合成钻石中富含 Fe、Ni 元素。3.4 傅立叶变换红外光谱分析对 5# 和 6# 合成钻石进行傅立叶变换红外光谱分析,测试仪器为尼高力 380 型傅里叶变换红外光谱仪,检测器为 DTGS KBr,分光束为 KBr,红外光源,扫描次数为 10 次,分辨率为 8。两个样品均出现了 1130cm -1 和 1347cm -1 附近的谱峰,表示其结构中含有孤氮,指示其为 Ib 型钻石。4 结论(1)高温高压合成钻石含微量元素异常,可含 Fe、Ni 等杂质元素;(2)镜下观察,高温高压合成钻石可含有六方环状包体、树枝状、蕨叶状图案及三角形凹坑、金属包体等;(3) 高温高压合成钻石可具有磁性;(4) 高温高压合成钻经红外光谱仪测试常为 Ib 型钻石,而天然钻石中 Ib 型钻石则较少。图10 5#(蓝线#(红线)合成钻石傅里叶变换红外光谱图图9 6#合成钻石利用EDX3000能量色散X荧光光谱仪测试结果 高温高压合成钻石的宝石学属性分析作者: 王继林, 孙瑞皎, 那宝成, 吴来东作者单位: 中国冶金地质总局山东局黄金珠宝检测站刊名:中国宝玉石英文刊名: China Gems & Jades年,卷(期): 2015(1) 参考文献(7条)1.邢旺娟 合成钻石及其常规鉴别[期刊论文] - 山西科技 2011(2)2.杨如增 合成钻石及其鉴别技术的进展 19983.吴月华 合成钻石与鉴别方法[期刊论文] - 科技资讯 2013(17)4.林冰 合成钻石的鉴别 1999(1)5.薛源;何雪梅;谢天琪 高温高压合成黄色钻石颜色成因及改色机理探讨 2014(Z)6.汤红云,涂彩,陆晓颖,钱伟吉 钻石的红外吸收光谱特征及其在钻石鉴定中的意义[期刊论文] - 上海计量测试 2013(1)7.朱红伟,李婷,李桂华 HPHT合成钻石在首饰中的鉴别特征[期刊论文] - 宝石和宝石学杂志 2014(5) 引用本文格式:王继林.孙瑞皎.那宝成.吴来东 高温高压合成钻石的宝石学属性分析[期刊论文] - 中国宝玉石 2015(1)


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