高温高压处理褐色钻石改色机理分析

采用红外光谱仪、拉曼光谱仪对经六面顶压机进行高温高压处理的褐色钻石进行了光谱分析,并在此基础上进行了改色机理分析。结果显示,含有氮杂质的Ⅰa A、Ⅰa AB型钻石样品在5.6 GPa、1 650℃的高温高压环境下,实验时间从30 min开始钻石样品的颜色由褐色改变成鲜艳的黄色,这种现象主要与H3心、H4心、N3心和孤氮有关;样品随着处理时间的增加呈现鲜艳的黄绿色,这种现象主要与H2心、H3心有关。     

高温高压改色处理Ⅰa型褐色钻石的光谱鉴定特征

Ⅱa型钻石的高温高压改色及褪色研究已开展了大量工作,然而对Ⅰa型Cape系列褐色钻石在高温高压处理条件下的行为尚不明确。为解析实验室钻石鉴定工作中遇到的黄色钻石颜色成因问题,本文选取了Ⅰa型Cape系列褐色钻石作为研究对象,进行高温高压改色处理实验,并对处理前后的样品的紫外可见吸收光谱、红外吸收光谱以及光致发光光谱等谱学特征进行对比分析。结果表明:经高温高压改色处理后,钻石颜色由灰褐色变为褐黄色,钻石的紫外可见吸收光谱、红外吸收光谱和光致发光光谱也发生了很大改变。经处理的褐色钻石,其紫外可见吸收光谱中除原有的415nm和477nm吸收外,还产生503.2nm吸收,同时550nm至短波的吸收增强,钻石因此由原来的灰褐色变为褐黄色;红外吸收光谱中,1498、1520、1547cm~(-1)三个峰变为一个以1498cm~(-1)为中心的吸收宽峰;光致发光光谱中,产生了明显的H3(503.2nm)以及H2(986.2nm)缺陷。本研究获得的光谱变化特征为准确鉴定高温高压改色处理的Cape型钻石提供了依据,也为更好地理解晶格中氮、氢等相关的格子缺陷在高温高压条件下的变化机理提供了实验数据和分析。     

高温高压合成黄色钻石颜色成因及改色机理探讨

为了从动态过程中更直观地研究黄色高温高压合成钻石的颜色成因和改色机理,本文对5颗黄色高温高压合成钻石进行高温高压改色实验,并对样品改色前后的红外光谱、光致发光光谱、DiamondViewTM图像进行了分析,发现受合成方法限制,高温高压法合成钻石所含缺陷较多,除应力缺陷外,还含有较多空穴和杂质元素,如N、Ni等,对合成钻石的品质和颜色有较大影响。同时,通过红外光谱和光致发光光谱测试得到,改色前、后合成钻石样品内的色心包括(N_V)-、(N_V)、H3、C心、(Ni_V)-、Ni_N复合体和Ni-。实验所提供的7 GPa高压及1 480℃高温条件有助于钻石晶体内部氮的聚集,从而改变合成钻石的类型,即由Ⅰb型(含少量A集合体)转变为Ⅰb+ⅠaA混合型,同时对合成钻石的颜色也产生了影响。     

基于氮赋存状态转变计算金刚石形成年龄的相关问题分析

研究表明,金刚石晶体中存在氮、硼、氢、氧等多达一百多种杂质元素,其中以氮、硼和氢元素含量最多,对其研究也相对较为全面透彻;事实上,人们正是利用金刚石晶格中氮、硼杂质的含量及其赋存状态,将金刚石划分为Ⅰa型、Ⅰ     

湖南发现天然产出的Ⅰb型金刚石

正金刚石结构是由两个面心立方点阵沿立方晶胞的体对角线偏移1/4单位嵌套而成的晶体结构。按N含量和N聚集类型,金刚石一般分为Ⅰa型、Ⅰb型、Ⅱa型和Ⅱb型(含B元素)。研究证实,金刚石形成时杂质N主要以孤N(C中心)形式存在,在一定条件下,孤N逐渐转变为双原子N(A中心),这一转变过程所需时间较短,因而在自然界中Ⅰb型金刚石较少见。Ⅰb型金刚石以孤原子氮的存在形式被作为合成金刚石的证据。目前,华北和扬子地区金刚石矿产调查二级项目组在湖南发现了8粒Ⅰb型金刚石,     

利用吸收和发光光谱技术分析高温高压天然富氢钻石的鉴定特征

对不同类型褐色钻石进行高温高压处理和结构特性研究是钻石研究中的难点和重点之一。前人对富氢钻石的研究主要集中于其特殊的生长结构以及其形成环境的探讨,而对富氢钻石经高温高压处理后的变化特征鲜有涉及。本文对经高温高压处理前后的富氢钻石的红外光谱、紫外可见吸收光谱以及光致发光光谱等谱学特征进行了对比,研究其鉴定特征。结果表明:高温高压处理前后的富氢钻石的光谱特征具有明显差异,特别是红外光谱,经处理后的钻石中与氮氢有关的吸收峰如3310 cm~(-1)、3232 cm~(-1)、3189 cm~(-1)等明显减弱甚至消失,并出现与孤氮有关的新的2688 cm~(-1)吸收峰;紫外可见光吸收光谱中,经处理的褐色钻石中的无选择性吸收(钻石呈褐色的原因)变为孤氮的典型吸收,即550 nm至短波的吸收以及N_3中心(415 nm)的吸收均明显增强,因此钻石也由原来的褐色变为黄色。钻石经处理前后的光致发光光谱中,与氮原子有关的缺陷类型、峰的强度以及缺陷组合也有变化。本文获得的光谱变化特征,为准确鉴定高温高压处理的黄色富氢钻石提供了依据,也为解释与氢和氮相关的晶格缺陷在高温条件下的变化机理提供了理论基础。     

贵州金刚石特征

天然金刚石以其中氮、硼含量、赋存形式分为Ⅱb,Ⅱa、Ⅰb、Ⅰa型;金刚石的成分是碳,含杂质元素50余种;其晶体特征:Ⅰ型比Ⅱ型透明度好,颜色浅,晶体完整,Ⅰ型多八面体,Ⅱ型菱形十二面体多,Ⅰ型包体少色斑多,Ⅱ型包体多色斑少.砂矿金刚石特点亦类似.     

我国某金伯利岩管中混型金刚石的紫外形貌和光谱特征

众所周知,金刚石按含氮量分成Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型含氮高,氮浓度大于0.01％;Ⅱ型一般不含氮,氮浓度小于0.001％。Ⅰ型中,含顺磁氮的称为Ⅰb型,其余为Ⅰa型。根据红外吸收光谱中7—10微米范围内各吸收峰的出现情况及强度差别,Ⅰa型又分为ⅠaA型和ⅠaB型。Ⅱ型中具有半导体性能的称为Ⅱb型,其余为Ⅱa型。1973年,S.托兰斯基(Tolansky)发表了采用紫外照相法在南非普雷米尔(Premier)等三个矿区中发现了混型金刚石的论文。所谓混型金刚石,指的是同一颗金刚石晶体     

山东蒙阴褐色金刚石的透射电镜特征分析

山东蒙阴褐色金刚石的颜色由多个原因导致,为了验证褐色与塑性变形存在着一定的关系,同时为了分析褐色金刚石在透射电镜下的特征,本研究选取采自山东蒙阴胜利1号岩管的褐色金刚石样品,利用透射电镜和X射线能谱仪对褐色金刚石的位错组态、位错密度以及矿物包裹体进行了实验研究。实验结果表明,样品中存在片晶氮,一定意义上表明山东蒙阴褐色金刚石中的位错组态以及位错间的相互作用、位错反应的类型是非常丰富的,而这些都是以位错的运动为前提的;位错密度从一定意义上表明该类金刚石样品均具有一定程度的塑性变形,为褐色与塑性变形的关联提供一定的量化参考。     

郯庐断裂西侧大井头钾镁煌斑岩中金刚石激光拉曼和红外光谱特征研究

大井头岩体为郯庐断裂带西侧首个发现的含金刚石钾镁煌斑岩。笔者对其中的金刚石进行了激光拉曼和傅里叶可变红外光谱研究。其激光拉曼和红外光谱特征研究表明,测试的6颗金刚石可分为1a型和Ⅰb型2类,部分Ⅰb型金刚石叠加有Ⅰa型金刚石所特有的1 175cm-1或1 182cm-1吸收谱峰。根据测试金刚石的外貌特征和Ⅰb型初生金刚石向1a型金刚石转换的机制,认为大井头钾镁煌斑岩中的金刚石并非岩浆结晶成因,而是金刚石于地幔中率先形成,其后被超深源岩浆携带至地表,应属地幔捕掳晶成因。结合大井头地区优越的构造地质条件、金刚石重砂矿物异常及多处钾质超基性岩、火山角砾岩体的出露,认为该地区有望成为鲁西地区第四金刚石原生矿带。     

金刚石的同步辐射X射线单色光形貌研究

采用激光装置调节晶体取向的新方法,首次在我国成功获得金刚石的同步辐射X射线单色光形貌图,对天然褐色,白色,淡黄色金刚石,黄绿色高温高压处理金刚石与金黄色辐照处理金刚石进行了研究。实验收集三个主要晶面方向（111）,（400）与（220）,以及衍射摇摆曲线不同位置的单色光形貌图。单色光形貌提高了实验的分辨率,反映了金刚石中位错,滑移系,孪晶等缺陷的空间取向与特征的明确信息。实验中发现衍射摇摆曲线能够反映金刚石的塑性变形程度。     

高强度粗颗粒金刚石的合成技术研究

在高温高压下,六方晶格的石墨转变为立方晶格的金刚石。选用灰分含量少、气孔分布均匀的T621A石墨为碳源,选择化学成分范围偏值小、杂质含量少的镍锰钴合金为触媒以及优质粉压叶腊石为传压介质,在高温、适压、长时间及其它条件下,合成高强度粗颗粒的优质金刚石取得了良好的效果。     

基于红外光谱-拉曼光谱研究山东郯城砂矿的金刚石及包裹体类型

对山东郯城砂矿中的金刚石开展了傅里叶红外光谱和显微激光拉曼光谱的测试,结果显示,红外光谱均可见C—C的本征峰;绝大多数可见氮的吸收峰:双氮的吸收峰、聚合氮的吸收峰和氮片晶的吸收峰;部分可见氢的吸收峰:C—H的吸收峰、C—N的吸收峰和H2O的吸收峰.郯城金刚石以Ⅰa型金刚石为主,有ⅠaA、ⅠaB、ⅠaAB型,而Ⅱa型仅1粒;氮类型包括双氮(A心)、聚合氮(B心)及氮片晶(B'心),说明金刚石中的孤氮(C心)已经转化为双原子氮,但部分双原子氮未完成进一步的聚形.金刚石拉曼峰值集中在1131 cm–1,拉曼位移漂移程度较小,说明金刚石内部应力发生小幅的变化.在郯城金刚石中首次发现柯石英包裹体,出现139 cm–1、152 cm–1、212 cm–1、272 cm–1、328 cm–1、356 cm–1、428 cm–1和529 cm–1左右的拉曼峰值.在1粒金刚石中柯石英包裹体数量多达十余个,直径几μm至几十μm,呈针状、哑铃状、浑圆状和短柱状等多种形态.郯城金刚石中柯石英包裹体的出现,可作为郯城地区存在榴辉岩型金刚石的可靠标志,也佐证了该地部分金刚石的来源可能和洋壳循环或者俯冲过程有关.镁橄榄石包裹体上覆分散的黑色石墨斑点,与山东蒙阴、辽宁和湖南金刚石中的镁橄榄石等不同种类包裹体具有相似特征,推测这些石墨斑点是晶体包裹体形成后,由于外部环境温压条件的变化产生.     

西藏罗布莎橄榄岩与中国大陆科学钻探主孔(CCSD-MH)榴辉岩中金刚石的红外特征初探

大别苏鲁超高压变质带上的大陆科学钻探主孔(CCSD-MH)中榴辉岩中的金刚石形成于大陆深俯冲作用过程,西藏雅鲁藏布江缝合带罗布莎蛇绿岩铬铁矿中的金刚石来自深部地幔,两者的形成背景和机制可能不同.本文对两地的金刚石样品开展了傅立叶变换红外光谱(FT-IR)定性分析.结果表明,西藏罗布莎金刚石样品为ⅠaA型;而CCSD-MH金刚石为ⅠaAB型,既表明其杂质氮的聚集形式和演化路径上存在着差异.红外光谱特征不仅仅表明两者属天然金刚石常见类型,并且超高压变质带中的金刚石形成时间可能更久远.     

超深金刚石包裹体:对深部地幔物理化学环境的指示

超深金刚石及其包裹体是探究深部地幔组成及物理化学环境的重要样本。梳理了超深金刚石中新发现的典型矿物包裹体及其组合,并结合前人高精度原位分析、高温高压合成金刚石实验的研究成果,综述分析了超深金刚石矿物包裹体及其组合指示的深度范围、微量元素与温压条件之间的关系,超深地幔水的赋存矿物相、金属相以及强还原环境新认识,残留的俯冲洋壳可能是深部地幔水的重要储库,超深金刚石及其包裹体对深俯冲及深部碳循环的指示等研究进展。指出我国学者虽然在华北、扬子克拉通金刚石中也发现了指示超深来源的矿物包裹体,在超高压金刚石形成及蛇绿岩型金刚石成因研究方面获得了某些重要进展,但对超深金刚石包裹体的研究仍然有待深入。     

不同类型彩色金刚石的谱学研究及其意义

对25颗不同类别的彩色金刚石进行了傅里叶显微红外光谱、紫外—可见—近红外吸收光谱、光致发光谱、拉曼光谱和X光荧光谱等谱学方法的研究。通过对近200张谱图的综合分析得到天然、合成、高温高压处理和人工辐射处理等彩色金刚石的特征谱,为金刚石类别的鉴定提供了标型,为研究彩色金刚石晶体缺陷引起的晶格畸变、晶格重组,以及色心的产生和消亡提供了新的证据。     

金刚石紫外影像分选仪在成都地质学院研制成功

金刚石由于晶格杂质和构造缺陷不同,被分为Ⅰ型和Ⅱ型。天然金刚石中Ⅱ型比例很少。但Ⅱ型金刚石具有特殊的光学性质、热传导性质和半导体特性,其使用价值大大高于Ⅰ型。对Ⅱ型金刚石的鉴定十分重要,在生产中对大量金刚石进行分型鉴定已成为迫切的问题。金刚石紫外影像分选仪的研制成功填补了国内在这方面的空白,而且提供了一种快速、准确和简便的金刚石分型鉴定手段。     

金刚石呈色机制初探

金刚石按颜色一般可分为正常颜色系列和彩色金刚石系列。前者为无色到淡黄或褐色系列,色调越淡越佳,纯净无色的为上乘品［１］。彩色金刚石为具清晰、特征色调的金刚石,以淡蓝色、蓝色为上品,粉红色更珍贵,艳红色为最珍稀者。与无色金刚石相比,彩色金刚石的产量甚微。其产出原因主要是杂质和缺陷综合作用的结果［２］,如普遍认为氮是引起黄色,而硼则使钻石显蓝色。我们在研究中又发现氢是钻石中极其重要的第三种杂质,可能使钻石呈现灰色,也可能是几乎所有的钻石都带有或多或少的其他色调的原因（另文论述）。在地幔中形成的金刚石…     

金刚石分类、组成特征以及我国金刚石研究展望

金刚石由于其独特的物理化学性质,在经济生产与科学研究中均具有重要价值.金刚石形成于地球大于150 km的深度范围内,是人类可以获得的来自地球深部地幔乃至核幔边界的最直接的样品,因此可以为研究地球深部物质组成和物理化学条件提供重要的素材.金刚石由碳元素组成,还含有微量的杂质元素（如氮、硼、氢、氧等）,其中氮和硼元素对于划分金刚石的晶体结构类型发挥着重要的作用.根据金刚石的产出类型,金刚石可以划分为幔源型、超高压变质型、陨石相关型以及蛇绿岩型金刚石.全球约百分之一的幔源型金刚石含有包裹体,对这些包裹体的研究显示,金刚石主要来源于地球150~200 km深度的岩石圈地幔.这些含有包裹体的金刚石中,仅有1%的金刚石来自于地球深部的软流圈、地幔过渡带、下地幔、甚至核幔边界.我国的金刚石产出类型多样,但是,目前仅山东蒙阴、辽宁复县的金伯利岩矿床以及湖南沅水的砂矿具有经济价值.蛇绿岩型金刚石是近年来金刚石研究领域取得的重要进展,该类型金刚石分布在全球多个造山带不同时代、不同构造属性的蛇绿岩地幔橄榄岩和铬铁矿中,被认为是一种新的金刚石的产出类型.相对于其他国家和地区的金刚石的研究,我国的金刚石领域的研究程度相对较低,缺乏对金刚石结构、化学组成以及包裹体组成的系统研究,制约了对我国金刚石成因的认识,限制了我国的金刚石的找矿工作.因此,亟需结合先进的分析手段对我国的金刚石及其围岩做进一步的研究,以期揭示金刚石的形成过程,为金刚石的找矿提供理论基础.      

华北克拉通南缘碱性基性岩金刚石成因探讨——来自红外光谱的证据

我国最主要的金刚石产地均位于华北克拉通。目前在华北克拉通苏皖北部的碱性基性岩中发现大量的微粒金刚石,经确认这是一种不同于母岩为金伯利岩和钾镁煌斑岩的新类型金刚石。本文利用傅里叶可变红外光谱对这些金刚石进行测试和分析。研究结果表明,大多数金刚石中包含单原子氮（C心）,少部分包含双原子氮（A心）和聚集氮（B心）,其中Y心（1145~1150cm-1）与C心伴生,指示了这些金刚石大多为天然的Ib型、Ib/IaA型和IaAB型,其中以Ib型为主。N元素是金刚石中最常见的与晶格缺陷有关的杂质。该地区出土的金刚石N的含量普遍不高,通过对其中IaAB型金刚石的计算,认为该区IaAB型金刚石在地幔中赋存时间为550Ma左右,温度在1225℃左右,相当于地下150km深度。而大量Ib型金刚石的出现,说明在金刚石的初生阶段就被带出稳定区域。导致了N元素没有发生向A心的转化。