中和鉴质检之钻石篇——合成钻石及钻石仿制品

新疆中和鉴质检 2019-01-10 13:17:59

           合成钻石及钻石仿制品
(一)合成钻石
到目前为止,已知人工合成金刚石的方法有三种:
(1)静压法包括静压触媒法、静压直接转变法、晶体触媒法;
(2)动力法包括爆炸法、液中放电法、直接转变六方钻石法;
(3)在亚稳定区域内生长钻石的方法包括气相法、液相外延生长法、气液固相外延生长法、常压高温合成法。
目前,合成宝石级钻石主要方法是静压法(属于高温超高压法,又称为HTHP法,可分为BELT法和BARS法)和化学气相沉淀法(CVD法)。
1.高温高压(HTHP)合成钻石的鉴定
  (1)颜色
  大多数HTHP合成钻石以黄色、桔黄色、褐色为主,价格很有竞争力,可以作为同种天然彩钻的替代晶。而蓝色和近无色等颜色的合成钻石由于技术难度大,成本高而极难见到。
  (2)晶形及晶面特征
  合成钻石的晶形多为八面体{111}与立方体{100}的聚形,晶形完整。晶面上常出现不同于天然钻石表面特征的树枝状、蕨叶状、阶梯状等图案,并常可见种晶,由于在合成钻石中形成多种生长区,不同生长区中所含氮和其他杂质含量不同,会导致折射率的轻微变化,在显微镜下可观察到生长纹理及不同生长区的颜色差异。
  (3)内部显微特征
  HTHP合成钻石内常可见到细小的铁或镍铁合金触媒金属包体。这些包体呈长圆型、角状、棒状平行晶棱或沿内部生长区分界线定向排列,或呈十分细小的微状散布于整个晶体中,在反光条件下这些金属包体可见金属光泽,因此部分合成钻石可具有磁性,另可见不规则状的颜色分带、沙漏形色带等。净度以P、SI级为主,个别达VS级甚至VVS级。
  (4)吸收光谱
  无色一浅黄色天然钻石具Cape线,即在415nm、452nm、465nm和478nm的吸收线,特别是415nm吸收线的存在是指示无色一浅黄色钻石为天然钻石的确切证据。合成钻石则缺失415nm吸收线。
  (5)异常双折射
  在正交偏光下观察,天然钻石常具弱到强的异常双折射,干涉色颜色多样,多种干涉色聚集形成镶嵌图案。而HTHP合成钻石异常双折射很弱,干涉色变化不明显。
  (6)紫外荧光特性
  HTHP合成钻石在长波紫外线下荧光常呈惰性,而在短波紫外光下因受自身不同生长区的限制,其发光性具有明显的分带现象,为无至中的淡黄色、橙黄色、绿黄色不均匀的荧光,局部可有磷光。
  (7)阴极发光
  HTHP合成钻石的不同生长区因所接受的杂质成分(如N)的含量不同,而导致在阴极发光下显示不同颜色和不同生长纹等特征。这些生长结构的差别导致天然钻石和合成钻石在阴极发光下具有截然不同的特征。
2CVD合成钻石的鉴别
  1)结晶习性CVD合成钻石呈板状,{111}和{110}面不发育;而HTHP合成钻石则{111}和(100)面发育;天然钻石常呈八面体晶形或菱形十二面体及其聚形,晶面有溶蚀现象。
  2)颜色多为暗褐色和浅褐色,也可以生长近无色和蓝色的产品,但非常困难。
  3)放大检查可见不规则深色包体和点状包体。可有平行的生长色带。
  4)正交偏光下CVD合成钻石在有强烈的异常消光,不同方向上的消光也有所不同。
  5)在长短波紫外线的照射下,CVD合成钻石通常有弱的橘黄色荧光。另外还可根据红外光谱、X射线形貌图、DiamondSure、DiamondPlus等仪器进行鉴别。
(二)钻石的仿制品及易混宝石的鉴别
   钻石的仿制品是很多的,因为钻石的稀少和昂贵,人们很早就在仿制钻石方面绞尽了脑汁。最古老的代用品是玻璃,后来用天然无色锆石,随后人们用简单、容易实现的方法人工制造出各种各样基本性质与天然钻石相似的钻石仿制晶。如早期用焰熔法合成的氧化钛晶体,即合成金红石,它有很高的色散,但是它硬度低,还有黄色,且色散过高而容易识别。针对合成金红石的缺点,人们又用焰熔法生长出了人造钛酸锶晶体
,它的特点是色散比合成金红石小,近似钻石的色散,颜色也比较白,但其硬度较小,切磨抛光总也得不到锋利平坦的交棱和光面。

随着科学的发展,人们又不断生产出更近似钻石的仿制品。如人造钇铝榴石,人造钆镓榴石等,尤其合成立方氧化锆是钻石理想的仿制品。它不仅无色透明,而且其折射率、色散、硬度都近似于天然钻石,为此曾在较长一段时间,迷惑过许多人。但是只要细心比较,仍可以区别。1998年美国推出的合成碳硅石其物理性质更接近钻石。总的来说,钻石的仿制品主要模仿钻石无色透明,高色散,高折射率的特点,但是它们的热学性质、硬度、密度、包体、荧光性质及吸收光谱等方面均有程度不同的差别。利用这些差异,便可以将它们区别开来。主要的鉴定方法如下:

1.热导仪法

用热导仪来鉴定钻石及其代用品,这是快速简便又较为准确的方法,尤其对于镶嵌首饰中的钻石与代用品的鉴定意义最大。需要注意的是合成碳硅石与钻石在热导仪下具有相同的反应,但结合放大检查(可见线状包体和后刻面棱重影)就不难将二者区分。
  2.密度及掂重
  绝大部分人造的钻石仿制晶的密度都比钻石大出1~2倍,因此,用密度测试甚至有时用手掂量就可以将它们区分开来。
  3.偏光镜检查
  钻石为均质体矿物,而水晶、锆石、无色蓝宝石、托帕石、合成碳硅石及白钨矿等均为非均质体,用偏光镜很容易将它们区分开来,但应注意异常消光和假消光现象。
  4.色散
  钻石的色散为0.044,而水晶、尖晶石、托帕石、无色蓝宝石等色散均小,人工的仿制品如合成金红石、人造钛酸锶、合成碳硅石等比钻石色散大得多,据色散可加以区别。
  5.折射率测定
  对于铅玻璃、水晶、托帕石等低折射率的样品,其折射率均在1.81范围内,完 全可以用测折射率法将它们区分开,但大部分人造的钻石仿制晶折射率均比较高,可用反射仪进行鉴别。