化学气相沉积法再生钻石的实验室检测特征研究

再生钻石是使用化学气相沉积法(CVD)以天然钻石为基底再生长合成钻石层,得到具有整体外观的钻石产品。由于再生钻石含有天然钻石的氮杂质信息,传统的合成钻石排查方法和检测流程已不再适用于再生钻石的检测。本文对实验室检出的一颗再生钻石进行了详尽的宝石学测试分析,以建立再生钻石的最佳检测方案。结果显示:常规的显微观察、钻石仪器排查以及红外光谱测试都不能将再生钻石检出。DiamondViewTM多方位发光图像观察该样品呈现清晰的发光分层现象,上层为红色荧光与蓝绿色磷光,下层为深蓝色荧光与惰性磷光;红外透射光谱分区域定点扫描样品上层为IIa型钻石,下层为Ia型钻石;紫外可见吸收光谱分析和光致发光光谱测试显示样品同时具有N3和高浓度[Si-V]-缺陷。综合判定该样品亭部的下半部分为天然钻石,亭部的上半部分和冠部为CVD合成钻石,CVD层厚度约740μm。作为我国首例报道的再生钻石,与国外已报道的同类型样品相比,该样品中分层界限不可见,且合成层厚度呈现明显增长。研究认为,应用多方位发光图像分析及光谱测试技术是再生钻石检测的关键。     

河南产宝石级高温高压合成钻石的谱学特征及电磁性研究

为快速鉴定高温高压(HPHT)合成钻石,前人已开展了系统的发光特征和谱学特征研究,但对比性分析较少,且对电学性质和磁学性质关注不多。本文结合常规宝石学观察、高精度谱学测试以及导电性和磁性测试,对49粒无色、黄色样品进行了深入研究和对比分析。结果表明:①铁、钴、镍等金属元素的触媒残余是HPHT合成钻石的磁性来源,测试样品均能被磁强达到12000Gs的磁棒吸引。②无色HPHT合成钻石为Ⅱa+Ⅱb型钻石,硼元素的存在导致其具有良好的导电能力,且随着硼含量的增多,导电能力逐渐增强;黄色样品为Ⅰb+ⅠaA型钻石,约三分之一的孤氮转化为A集合体,揭示合成钻石在生长完成后经过了高温退火处理。③硼元素的普遍存在,以及氮元素主要以孤氮原子和A集合体的方式存在,导致了HPHT合成钻石的特征红外光谱;HPHT合成钻石中常含有氮、镍、硅等杂质元素引起的晶格缺陷,导致了特征的光致发光光谱。④无色HPHT合成钻石具有强蓝绿色荧光和磷光,黄色HPHT合成钻石具有绿色荧光,可见明显的立方体-八面体分区现象。本研究表明:谱学特征和发光特征仍然是筛查鉴定HPHT合成钻石的重要依据。现生长技术下合成的HPHT合成钻石在导电性和磁性两方面也与天然钻石存在明显差异,可以作为快速鉴定合成钻石的辅助性依据。     

钻石研究的几个问题

介绍了钻石的分级与评价，钻石的人工优化与鉴定，钻石的人工合成及其鉴别，钻石首饰镶嵌的研究现状，探讨了钻石研究的发展趋势。     

无色-近无色高温高压合成钻石的谱图特征及其鉴别方法

实验室发现大量小颗粒的无色高温高压(HPHT)合成钻石与天然钻石混杂镶嵌在各种饰品中,前人提出荧光和磷光特征是主要的快速区分特征,然而荧光、磷光特征的差异并不能完全将HPHT合成钻石与天然钻石区分开来。本文将常规的宝石学观察分析与多种高精度谱学测试相结合,对五粒不同的无色-近无色HPHT合成钻石样品进行深入研究。结果表明,五粒钻石在紫外可见吸收光谱无270 nm吸收或是只有极弱的270 nm吸收,随着颜色级别的降低,270 nm吸收越明显。红外光谱测试显示,各粒样品中都含有不等量的硼元素。光致发光光谱测试表明,HPHT合成钻石含有与微量N、Ni、Si等相关的晶格缺陷。超短波紫外光源激发下,所有的HPHT合成钻石都有强磷光,在钻石观察仪下可以观测到清晰的八面体和立方体分区特征。显然,不同的合成钻石的特征略有差异,但综合其荧光及磷光特征以及红外、紫外、光致发光光谱特征,可以准确地将无色HPHT合成钻石与对应的天然钻石区分开来。     

高温高压合成钻石晶体表面微形貌观察及其成因探讨

我国作为世界上最大的合成钻石生产国,其产量占据世界总产量的90%以上,其中以高温高压法(HPHT)合成钻石为主。国内外学者对于HPHT合成钻石物性的测试方法和性质分析较为完备,但是对HPHT合成钻石生长完成后的酸洗过程以及酸洗后留下的内外部微形貌亟待研究。本文采用激光共聚焦显微镜和超景深三维显微镜对118粒产自我国的HPHT合成钻石进行内外部特征观察,并配合激光拉曼光谱仪对这些微细结构内的包裹残余进行定性分析。发现了三类特征的结构类型:成一定夹角的阶梯型生长结构,揭示了HPHT合成钻石聚型晶的结晶学特质;近平行线状划痕,反映了生长腔体内钻石晶粒间的接触关系;通过独特的"绳捆纹"结构进行观察和分析,认为这一结构反映了HPHT合成钻石的生长速率。这些钻石表面的微形貌反映了HPHT合成钻石梯度高温和持续高压的生长条件和环境,对于HPHT合成钻石的鉴别具有指导意义。     

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。     

HPHT合成钻石在首饰中的鉴别特征

国家黄金钻石制品质量监督检验中心收到待检的百余件群镶钻石首饰中发现混有大量HPHT合成黄色钻石.采用宝石显微镜、红外光谱仪、X射线荧光光谱仪、紫外可见光分光光谱仪、紫外荧光灯、DiamondView^TM等对HPHT合成钻石样品做了详细地测试与分析.结果表明,这些HPHT合成钻石样品具有较为统一的黄色,放大检查可见合成钻石内部含有大量棒状、柱状、细小微粒状的铁镍合金包裹体,且几乎都有磁性,有些磁性甚至较强;样品的红外反射光谱非常特征,均具有明显的1 131 cm^-1处的吸收峰,为Ⅰb型钻石,而Ⅰb型钻石在天然钻石中极少见到;X射线荧光光谱测试显示有强烈的铁峰和镍峰,且在短波紫外线下多数具有绿黄色荧光.HPHT合成钻石在DiamondView^TM下具有不同程度的黄绿色荧光,部分具有黑十字现象.     

新型GV5000宽频诱导发光测试仪的研制及其应用于筛分无色小颗粒合成钻石和天然钻石

天然钻石中普遍含有聚合氮以及复杂的生长结构,而合成钻石不含氮或含少量单氮并有典型的与合成条件有关的生长结构,利用此类性质可对天然和合成钻石进行区分。但对粒度细小或镶嵌复杂的钻石样品进行检测时,现有仪器由于局限性难以实现有效测量。本文研制了一种新型宝石发光性测试装置——宽频诱导发光测试仪(GV5000),通过对激发光源和滤光片、结构设计和测试方式的研发,实现了可同时观察多个小颗粒样品(最小为0.002 ct)的荧光特征和磷光特征,建立了一种以发光特征差异性作为筛分条件快速、准确筛分无色小颗粒天然钻石和合成钻石的分析方法。应用本方法测试了9015粒样品,并通过红外光谱、光致发光光谱等方法对筛查结果进行验证,表明97%的天然钻石具有蓝白色荧光并无磷光,而合成钻石的发光特征明显区别于天然钻石。本方法避免了样品大小和形状的影响,提高了小颗粒钻石鉴定的准确度和检测效率,对天然钻石的筛查率可达97%,对合成钻石的筛查率可达100%。     

钻石与合成立方氧化锆的简易鉴别

钻石与合成立方氧化锆外观相似，在没有鉴定仪器的条件下，使用10倍放大镜和肉眼观察颜色、光泽、色散、瑕疵、加工工艺、腰围等，辅以透字试验、亲油性实验、称重、测量直径等简单方法即可将钻石与合成立方氧化锆快速鉴别。     

新型紫外光致发光图像高速采集装置的研制及其在筛分天然钻石中的应用

为了提高批量小颗粒钻石的筛查效率和准确性,研制了一种新型紫外光致发光图像高速采集装置——珠宝首饰观察鉴定仪(DDO),通过对激发光波长、工业相机等的选用和结构设计技术突破,以及对发光现象采集方式进行创新,实现了批量观察不同宝石间的光致发光现象和发光延迟现象差异等,从而实现对宝石高效检测。对20 000粒以上无色天然钻石、合成钻石和钻石相似品进行的DDO测试结果表明,98%~99%的无色天然钻石在紫外光激发光停止后的0.1~10 ms内可观察到的碧蓝色磷光现象,为天然钻石典型特征,合成钻石和其他无色宝石的发光特征(发光颜色、强度、持续时间、结构分区)明显区别于天然钻石,由此建立了一种通过观测包括荧光、衰减时间在100 ms内的连续发光(磷光)特征差异性作为筛分条件快速、准确筛分无色天然钻石的新方法。本装置提高了钻石鉴定的准确度和检测效率,对天然钻石的筛查通过率可高达99%,对合成钻石和仿钻石的筛查准确性可达100%。     

宝石级钻石鉴定的回顾

概括地评述了天然钻石、实验室处理的钻石、人造钻石以及钻石仿制品的宝石学鉴定特征。     

钻石鉴定和研究的进展

2009年中国已成为世界第二大钻石消费国,在国内市场上能见到各类颜色或净度经过处理的钻石及合成钻石。以国检中心（NGTC）近年来在钻石鉴定方面的部分成果为基础,综合论述了国际上钻石鉴定与研究的进展,并介绍了国内、外珠宝实验室鉴定多过程处理钻石的指标。     

人造金刚石在中国地质钻探中的应用

人造金刚石于７０年代开始在我国地质钻探中推广应用。除人造金刚石单晶外，还采用了聚晶，复合片以及其它烧本或镶嵌体。所有这些大大地推动了我国钻探工程的技术进步。     

新型钻石仿制品——合成碳化硅

合成SiC是新型钻石仿制品,其硬度、折光率、色散值、热导系数均与钻石极其相近,用常规钻石检测方法难以鉴定;但合成SiC为非均质体,具较高双折射率,内含物及颜色也具特殊性,且其可见光吸收光谱、红外线吸收光谱、X射线荧光能谱均与钻石不同,依据这些特征可准确鉴定.     

金刚石中微量元素的同步辐射X射线荧光分析

利用同步辐射X射线荧光技术,对人工合成金刚石以及产自山东、辽宁、湖南的天然金刚石进行了微量元素的测试分析。结果表明,在合成金刚石中,检测到了第四周期的元素(除As、Ge、Kr和Br外)和Pb;其中Fe、Co、Ni相对含量高,可能是合成时触媒的混入引起的。天然金刚石中检测到的微量元素有Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、W、Au和Pb,但相对含量比合成金刚石中相应的微量元素相对含量低。不同产地的天然金刚石中的微量元素种类及含量存在差异,反映了金刚石地幔生长环境的不同及岩浆对金刚石生长过程的影响。     

Luminescence spectroscopy and microscopy applied to study gem materials: a case study of C centre containing diamonds

The methods of luminescence spectroscopy and microscopy are widely used for the analysis of gem materials. This paper gives an overview of the most important applications of the analysis of laser and UV excited luminescence by spectroscopy and visually by microscopy with emphasis on diamond, and specifically natural type Ib diamond, little studied so far. Luminescence based techniques are paramount to the gemmological analysis of diamond, in order to determine whether it is natural, treated or synthetic. The great sensitivity of luminescence helps detect some emitting centres that are undetectable by any other analytical method. Hence, especially for diamond, luminescence is an enabling technology, as illustrated by its pioneering use of imagery for the separation of natural and synthetic diamond, and of spectroscopy for the detection of High Pressure–High Temperature treatment. For all other gemstones the applications are at the moment less numerous, but nevertheless they remain highly important. They provide quickly information on the identification of a gem material, and its treatment. Besides the study of broad band emissions caused by various colour centres, the typical PL-causing trace elements (amongst others) are chromium, manganese, uranium and rare earth elements. In pearls the study of broad band luminescence can be useful, and particularly the study of pink to red porphyrin luminescence in pearls from certain species such as Pinctada and Pteria and others can help identify the pearl-producing mollusc, or if a pearl has been dyed or not. Type Ib diamonds are representative of the importance and complexity of the analysis of luminescence by microscopy and spectroscopy. They show a wide range of sometimes very complex emissions that result in luminescence colours from green to yellow to orange or red. These emissions show generally very inhomogeneous distribution. They are caused by a range of defects, however only a few of them are well characterized.     

黑色合成碳硅石在群镶钻石首饰中的鉴定特征

近期,在珠宝市场上的一件＂黑白钻＂首饰中发现混有黑色合成碳硅石,该情况应引起国内外各珠宝检测机构的足够重视。采用宝石显微镜、红外光谱仪和拉曼光谱仪等测试方法对黑色合成碳硅石样品做了较详细测试与分析。结果显示,放大检查可见黑色合成碳硅石的表面粗糙,棱角圆钝,并伴有各种生长缺陷,部分可见残留的单晶硅;黑色合成碳硅石的红外反射光谱非常特征,且其拉曼散射光谱也缺失钻石位于1 332cm-1处的特征峰,可与黑色钻石相区别。     

以碳酸盐为碳源生成金刚石的实验研究

本世纪五十年代初,在金属触媒物质的参与下,由石墨得到金刚石的成功,标志着人工合成超硬材料及高温高压技术两方面的巨大突破。三十年来的科学研究和生产实践推动着这一领域不断地向纵深发展,并提出了建立在不同理论基础上的金刚石生成方法,如爆破法、晶种法、气相生长法、常压高温法、薄膜推移法等等。     

人造金刚石合成片中的特殊产物

在人造金刚石合成片内,常见矿物为金刚石、再结晶石墨和金属碳化物.此外,在与叶腊石接触的局域空间,发现了新的特殊产物锰铝榴石、锰辉石和锰橄榄石,为人造金刚石用非金属催化剂的合成工艺提供了启示.