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含氮杂质的CVD合成钻石

admin 人造钻石 2020年08月03日

  近几年来,化学气相沉积法(CVD)生长的人造金刚石已成为珠宝行业的一个重要的话题。这些钻石可以在低压和中高温(大约800到900摄氏度)下合成,在珠宝中得到了更广泛的应用。化学气相沉积合成钻石几乎总是棕色或无色的IIa型钻石,几乎不含有氮或硼杂质元素。从而合成得到了稀有的Ib或IIb型钻石。

  最近,一个不寻常的0.94 ct花色黄褐色翡翠切割(图1)被提交给GIA的合成钻石分级报告。它包含一团黑色针状包裹体,出现在一个平面上(图2),在光纤照明下显示出微弱的绿色透射。在交叉偏振光下,人造钻石呈现出黑白斑驳的应变图案,其外观与天然IIa型钻石中通常出现的交叉“塔塔米”图案有些相似(图15,右)。红外光谱显示,它是IAa型,晶格中大约有10 ppm聚集的氮原子对(图16)。钻石视图成像显示在CVD合成钻石中常见的红色荧光和平面生长模式(图17)。光致发光光谱检测到在化学气相沉积生长过程中引入的硅空位缺陷(未见图),进一步研究红外光谱发现在3123厘米处有一个很弱的峰。(再一次,见图3),证实这是一颗正在生长的化学气相沉积合成钻石。

  图2.在人造金刚石中观察到一团针状包裹体(左,放大50×).侧视图清楚地显示云被限制在一个平面上(中心,放大45×)。在交叉偏振光下,可见斑纹和交叉应变图(右,放大15×)。

  这标志着GIA首次对含有聚集的氮杂质的CVD合成金刚石进行了检测。在HPHT处理过程中,虽然某些CVD合成物经过HPHT处理以去除棕色调,但在2000℃以上的温度下,氮原子通常开始聚集成对,光谱学证据表明,该样品没有进行过这种处理。目前还不清楚氮杂质是如何进入聚集状态的。一种IAA型天然金刚石可能被用作多阶段CVD生长的种晶,并保留在目前的宝石中,从而产生FTIR结果。然而,没有发现这种情况的明确证据。目前正在进行更多的研究,以了解这种含有聚集的氮杂质的不寻常CVD合成钻石。

  图3.红外光谱显示CVD合成金刚石为IAA型,具有聚集的氮原子对,这是第一个CVD合成金刚石GIA看到的这种结构的氮杂质。3123厘米–1峰值证实这是一颗生长良好的CVD钻石。


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