主页 > 人工合成钻石 > 合成与处理钻石

合成与处理钻石

admin 人造钻石 2020年10月19日

  合成与处理钻石_化学_自然科学_专业资料。合成与处理钻石 的鉴定 主讲教师:袁心强 高温高压合成钻石 1、合成钻石的技术 (1)高温高压合成钻石 二面顶、六面顶、球面顶 (2)CVD合成钻石 2、合成钻石的概况 (1)美国: Gemes

  合成与处理钻石 的鉴定 主讲教师:袁心强 高温高压合成钻石 1、合成钻石的技术 (1)高温高压合成钻石 二面顶、六面顶、球面顶 (2)CVD合成钻石 2、合成钻石的概况 (1)美国: Gemesis Co.,Chatham Co. Apollo Co. (2)俄罗斯、日本 HPHT-合成钻石的设备 Novatek Corporation Gemesis Corporation HPHT合成钻石的鉴定方法 1、用显微镜观察各种可见的特征; 2、紫外荧光的图案, 阴极发光图案; 3、用X-荧光分析合成钻石中含有的助熔剂金 属成分; 4、紫外-可见-近红外光谱、红外光谱、光致 发光光谱和低温光谱技术等。 HPHT合成钻石的鉴定方法 合成钻石中金属包体 因含有金属包体而被 磁铁吸住的合成钻石 HPHT合成钻石的鉴定方法 紫外荧光图案 HPHT合成钻石的鉴定特征 签定 特征 颜 色 天然钻石 颜色柔和,色泽明亮 415nm特征吸收线nm吸收谱 线 带状、波状、斑块状,格子状 异常消光 天然矿物包襄体. 合成钻石 颜色饱和度高有时具 “砂钟”式样的色带 缺失415nm吸收线 不显示或弱的异常消光 呈现弱的黑十字交叉 亮带的异常消光 不同形状Fe—Ni合全包襄体; 呈较规则轮廓的籽晶幻影 具有几何对称生长特征。 八面体区的强度大于立方 体区,并伴有生长纹理。 吸收 光谱 异常 双折射 内含物 可以产生蓝白色荧光,且颜色 阴极发光 和发光强度均匀一致。 CVD 合成钻石及特征 CVD 装置 CVD钻石的生长条件 压力: 约0.1大气压的CH4 + H2 气体; 温度: by Plasma, flame or hot filament 支撑体:钻石晶体,如同种晶,保持在 800 - 1000 oC 生长速度:大于 1mm/hour 生长特征:生长层之间具有同构结晶的特 性 H气:H2分压易导致石墨的形成 CVD合成钻石鉴别特征 1.大小:克拉重量较大,多数约0.50克拉。 2.颜色:为近无色,色级I-J。 3.净度级别:多数为VS,可见黑色包体。 4.紫外荧光:橙色,经过HTHP处理后,长波紫外灯 下无荧光,短波紫外光下具有弱或极弱荧光。 5.DiamondView:可见橙色荧光,经HTHP处理后为 蓝绿色荧光以及蓝色磷光,具有层状生长纹理。 6.光致发光光谱:737、637、575nm发光峰。 7.红外光谱检测:为IIa型。 ? CVD合成钻石干涉色强 IIa钻石弱 CVD合成钻石的紫外荧光图案 a. 橙色的荧光和细密的 生长纹 b. 经HTHP处理后的呈 黄绿色荧光, 生长纹不变 CVD合成钻石的吸收光谱特征 橙-粉红色CVD 无色CVD CVD合成钻石 ? 无色CVD光致 发光光谱 ? 633nm激光为 激发光源 ? 736.6、736.9 的发光峰 ? Si-V色心 NV- (637nm) NV0(575nm) 光致发光光谱 Laman峰 CVD 合成钻石的NV- / NV°发光峰 CVD合成钻石特征总结 1. 颜色: 淡褐色到深褐色, 经HTHP处理后近于无色; 2. 紫外和阴极发光: 橙色或成红色,经HTHP处理后 为绿色或黄绿色; 3. 荧光图案: 细致的纹理, 尤其是在阴极发光下易于 观察; 4. 红外光谱: 8753,7354,6856,6425,5564,3323, 3123波数的和H有关的吸收峰,但经HTHP处理后 可除去, 只留下3107波数的H-C峰; 5. 钻石类型: 含有极少量孤N的IIa型。 钻石的优化处理 1.钻石的优化处理的目的 (1)彩色处理 辐照、高温高压处理方法,形成彩色钻石。 (2)提高色级处理 高温高压处理消除钻石的褐色,提高色级。 辐照处理+热处理 1、目的:把褐色钻石变为彩色钻石,从而提高价 值; 2、方法1:用中子、γ射线、高能电子、镭等进行 辐照处理,造成晶格缺陷,形成绿色色心; 3、方法2:后续热处理,加快空穴的转化速度, 形成新的空穴: (1)Ⅰa 型钻石呈黄色、桔黄色; (2)Ⅰb型钻石呈粉红,紫红色或褐色; (3)Ⅱa型钻石为褐色。 钻石的色心 1、N3色心:导致415nm为主的吸收,由三个 N组成面状的三角形,天然成因。 2、GR1色心(又称C色心):钻石中C缺位造 成的,导致741nm为主的吸收,天然和幅 照成因。 3、N-V色心:与1个C缺位相伴的N组成的缺 陷,如果缺陷中俘获了电子,导致637nm 的吸收,如果没有俘获电子,形成575nm 的吸收,辐照成因为主。 钻石的色心 4、H4色心:N的B集合体(环绕1个空穴的4 个N原子)俘获1个空穴,造成496nm的吸 收,主要是辐照处理成因; 5、H3色心:N的A集合体(成对的2个N原子) 俘获1个空穴,造成503nm的吸收,主要是 辐照处理成因; 6、H2色心:GR1色心与H3色心组合形成H2 色心,导致986nm的吸收,辐照+高温处理 成因; 钻石的色心 7、594色心:色心的结构不清楚,是典型的 辐照+高温处理成因; 8、H1b,H1c色心:位于红外光区的2024nm (4940cm-1)和1934nm(5170cm-1)的吸 收,594色心分别与A集合体、 B集合体结 合形成的新集合体,辐照+高温处理成因。 415N3 GR1 人工辐照处理的绿色钻石的各种色心: GR1、N3、N2,和H3的可见吸收光谱 415nm 503nm 496nm Ia型钻石经辐照处理的黄色钻石的可见光吸收光谱 Ib型钻石经辐照处理的浅红色钻石的可见光吸收光谱 辐照处理钻石鉴别特征 1、颜色伞状分布; 2、颜色饱和度高; 3、蓝色钻石不具导电性。 4、可见光吸收光谱: 741nm、637nm、575nm、595nm,504,496吸收峰; 5、红外光谱:2024nm(4940cm-1)H1b和1934nm (5170cm-1) H1c色心 6、残余放射性测试、化学成分测试。 IIa型钻石HPHT处理GE-POL 1、处理的方法 (1)1999年美国通用电器公司(GE)研制的使褐 色的IIa型钻石褪色形成白色钻石的工艺; (2)钻石在高温高压下退火处理。 2、变色机理 (1)退火消除了晶格缺陷,也产生了少量的NV色 心。 (2)N含量低于0.002wt%的IIa型钻石,才能处理 成无色钻石; HPHT处理+IIa型钻石 3. 市场问题 (1)IIa型钻石的数量少,大约占钻石总量的 1%,对市场的影响较小; (2)GE Pol 钻石的价格较同质量的钻石低 20%; Ge Pol 钻石的鉴定 4、鉴别特征 (1)钻石腰棱上有GE-POL的标记。 (2)色级和净度较高,G色级以上,重量较 大,一般都大于30分。 (3)短波紫:利用IIa型钻石能透过254nm 的紫外光的性质,可以快速地区分出IIa型 钻石。 Ge Pol 钻石的鉴定 (4)光致发光光谱 ? 未经处理的IIa型无色钻石不显示3760波 数的光致发光峰; ? 未经处理的IIa型浅褐—褐色钻石显示明显 的3760波数的光致发光峰; ? 经过处理的IIa型无色钻石显示程度不同的 3760波数的光致发光峰; ? 3760波数的光致发光峰由含有电子的V-N 空穴引起,波长为637nm。 未经处理的IIa型无色钻石的光致发光光谱 未经处理的IIa型浅褐-褐色钻石的光致发光光谱 经过处理的IIa型无色钻石的光致发光光谱 Ia型钻石的高温高压处理 1、Nova 钻石:2000年Nova公司用2000C 高温和60Kbar的高压使褐色Ia型钻石变成 黄绿色钻石; 2、处理时间:30分钟内可以处理10克2-4 克 拉的钻石; 3、原理:高温高压改造了晶格缺陷,同时也 使晶格中的N集合体产生离解,形成新的集 合体和新的色心。 Nova 钻石:HTHP处理 Nova 钻石的鉴定特征 1、黄绿色的Nova 钻石具有明显的黄绿色紫 外荧光;荧光的峰值波长约529nm; 2、具有高温处理的迹象:如在钻石台面和腰 围上的细小的裂隙;石墨化的包体边缘; 3、强烈的异常双折射的条纹(正交偏光下观 察); 4、不均运的紫外荧光或阴极发光分布,与异 常双折射的条纹类似。 包体的边缘石墨化 上图:黄绿色的 Nova钻石 右图:黄绿色 Nova钻石的紫外 荧光 高温高压处理Ia钻石- Nova钻石 (4)不均匀的紫外荧光或阴极发光分布,与 异常双折射的条纹类似。 Nova 钻石的鉴定特征 5、可见-近红外光谱:较强烈的红区吸收、 明显的蓝区吸收,以及495nm(H4), 503nm(H3)和 985nm(H2)的吸收峰, 与其他颜色成因的黄绿色钻石不同; 6、红外吸收光谱中的1421,l329,1010 波 数的谱带和拉曼光谱中的3760、2087和 796 波数拉曼位移可以作为鉴定的特征。 H4 H3 H2 Nova黄绿色钻石的可见光吸收光谱 HPHT合成(+处理)彩色钻石 1、查塔姆合成宝石公司(Chatham Created Gems) 出售大小达2ct的合成彩色刻面钻石(黄色、蓝色、 绿色和粉红色)。 2、根据对129粒样品的研究,这些合成钻石尽管在 宝石学性质上有很大变化,但依然显示了可供鉴 别的特征。 3、有些合成钻石显示的色调和较弱的颜色饱和度 更像天然钻石而不像以往见过的许多合成钻石。 黄色合成钻石 主要鉴定特征 1、类型:Ib 2、可见特征:色带, 金属包体,交叉状内部纹理。 3、紫外荧光:长波-无;短波-弱到强的黄绿色荧光 4、磷 光:无。 5、紫外荧光图案:砂钟状图形。 6、可见光光谱:494, 637, 658nm吸收峰。 7、光致发光光谱: 637, 727 nm 发射峰。 8、化学成分:用X荧光能谱分析能检测出Fe和Ni。 黄色合成钻石 H4 NV- 合成+处理的褐色钻石 主要鉴定特征 钻石类型:Ib 外观特征:色带、金属包裹体,纹理。 紫外荧光:长波弱红色,短波中等橙红色,无磷光。 发光图案:分带状。 可见光吸收光谱: 494,595,637,658,741nm 吸收峰。 光致发光光谱: 530, 575, 637 nm发射峰 合成+处理的褐色钻石 NV- H3 H4 GR1 蓝色合成钻石 Distinctive Visual Features 蓝色合成钻石 主要鉴定特征 类型:IIb, (+ IIa), (+ Ib) 外光特征:色带,金属包体,纹理。 紫外荧光:长波:无-微弱橙色。 短波:弱到中等绿、绿黄色、橙色荧光。 磷光:无、或者黄色、绿黄色、橙色磷光。 发光图案:分带状。 吸收光谱:无尖锐吸收峰。 光致发光:无尖锐发光峰。 8、其他:具有导电和电致发光性。 蓝色合成钻石 绿色(蓝+黄)合成钻石 绿色(蓝+黄)合成钻石 主要鉴定特征 1、类型:IIb, (+ IIa), (+ Ib)和IIb + Ib 2、可见特征:色带,金属包体,纹理 3、紫外荧光:长波-无或者很弱的成红色荧光;短波 -弱到中的绿色、黄绿色或橙色荧光 4、磷光:无或者黄色、绿黄色、橙色的磷光。 5、荧光图案:分带状。 6、可见光光谱:无尖锐吸收峰。 7、光致发光光谱:无尖锐发光峰。 8、其他:具有导电和电致发光性。 9、化学成分:X荧光能谱仪定性分析检测到Fe和Co。 绿色(蓝+黄)合成钻石 合成+处理的绿色钻石 合成+处理的绿色钻石 主要鉴定特征 1、类型:IIb, (+ IIa), (+ Ib)和IIb + Ib 2、可见特征:色带,金属包体,纹理 3、紫外荧光:长波-弱的橙色或橙红色荧光; 短波-弱到中的绿色、黄绿色或橙色荧光 4、磷光:无或者黄色、绿黄色、橙色的磷光。 5、荧光图案:分带状。 6、吸收光谱:429,470,503,595,637,741 nm吸收峰。 7、光致发光: 575, 637, 741 nm发光峰。 合成+处理的绿色钻石 绿色 合成+处理的浅红色钻石 粉红色 合成+处理的浅红色钻石 主要鉴定特征 1、类型:Ib 2、可见特征:色带,金属包体,纹理。 3、紫外荧光:长波-中到强橙色或橙红色荧光; 短波-弱到强橙色。 无磷光。 5、荧光图案:分带状。 6、吸收光谱: 575, 595, 637, 741 nm吸收峰。 7、光致发光: 575, 637, nm发光峰。 合成+处理的浅红色钻石 Distinctive Visual Features 合成+处理的浅红色钻石 粉红色 合成+处理的彩色钻石 1、类 型:大多是含氮极低的Ib 型钻石(称为Ⅱa型) 2、颜 色:黄绿色、绿色和粉红色 3、可见特征:色带,金属包体,交叉纹理 4、紫外荧光:长波-弱,红色;短波-中等,橙红色。 5、吸收光谱: (1)黄绿色:494, 595,637, 658, 741 (2)绿 色: 429, 470, 503, 595, 637, 741 (3)粉红色: 575, 595, 637, 741 6、光致发光光谱: (1)黄绿色: 530, 575, 637nm发射峰 (2)绿 色: 575, 637, 741 nm发射峰 (3)粉红色: 575, 637nm发射峰 总结 1、高温高压合成钻石-黄色与无色 2、化学沉淀法合成钻石-浅褐色 3、化学沉淀法合成钻石+高温高压处理-无色 4、高温高压处理钻石-无色与彩色 5、辐照处理彩色钻石 6、合成+辐照处理钻石 谢谢关注


人造钻石