人工合成鉆石的鑒定概述課件

1、人工合成鉆石的鑒定二0一六年十一月第1頁，共24頁。1 寶石之王-鉆石 對于鉆石，我們從不陌生。自古以來，人們就對鉆石充滿了幻想，它自身散發(fā)出的光芒將絢麗如虹的色彩照耀在每一個人的眼中?，F(xiàn)今，流光溢彩的鉆石已經(jīng)取代了金銀的地位，被視為愛情與忠貞的象征，令無數(shù)人為之向往。第2頁，共24頁。1 寶石之王-鉆石鉆石之最最大的鉆石-非洲之星The Cullinan 非洲之星是在1905年于南非Premier礦場中發(fā)現(xiàn)，重量高達3106 carats。最大者（Cullinan I）被鑲嵌在英皇的權(quán)杖上，重達530.2 carats。最神秘的鉆石-海洋之心具有鮮艷深藍色的鉆石，是稀世珍品，大粒者世界上僅有

2、幾顆。名鉆“希望”，就是其中之一，它那像迷霧一樣的歷史中充滿神秘。在電影泰坦尼克號中也有出現(xiàn)。第3頁，共24頁。1 寶石之王-鉆石1.1 鉆石從哪里來 鉆石是在地球深處，約150200公里處富含碳元素的礦層，在巨大壓力和大約1200的環(huán)境下，碳的分子排列結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化，變成透明的鉆石晶體，鉆石其實是一種密度相當高的碳結(jié)晶體。在形成過程中，如有其它元素混進來，會使一些天然鉆石具有多種顏色。鉆石形成地有顏色的鉆石第4頁，共24頁。1 寶石之王-鉆石1.2 鉆石的結(jié)構(gòu)和成分 鉆石的化學(xué)成分是碳，屬等軸晶系。常含有0.05%-0.2%的雜質(zhì)元素，晶體形態(tài)多呈八面體、菱形十二面體、四面體及它們的聚形。

3、有強金剛光澤。硬度為10，是目前已知最硬的礦物，絕對硬度剛玉的150倍，鉆石具有發(fā)光性，日光照射后 ，夜晚能發(fā)出淡青色光。鉆石的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，在常溫下不容易溶于酸和堿，酸堿不會對其產(chǎn)生作用。鉆石的立方晶體結(jié)構(gòu)中每個碳原子都以SP3雜化軌道與另外4個碳原子形成共價鍵，構(gòu)成正四面體。由于鉆石中的C-C鍵很強，所以鉆石硬度大，熔點極高。鉆石的結(jié)構(gòu)石墨和鉆石的成分相同，石墨結(jié)晶格架為六邊形層狀結(jié)構(gòu)，屬六方晶系，分子鍵為主。石墨與金剛石、碳六十、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)，它們互為同素異形體。石墨的結(jié)構(gòu)第5頁，共24頁。1 寶石之王-鉆石1.3 鉆石的主要產(chǎn)地 世界各地均有鉆石產(chǎn)出，已經(jīng)有30多個國家

4、擁有鉆石資源，年產(chǎn)量一億克拉左右。產(chǎn)量前五位的國家分別是澳大利亞、扎伊爾、博茨瓦納、俄羅斯。鉆石單位為克拉。一克拉等于0.2毫克，因其外觀，儲量和加工等因素，鉆石價格昂貴。 TESIRO 定制戒指商品總重量10g 售價10719元第6頁，共24頁。2 人工合成鉆石2.1 人工鉆石 鉆石在眾多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但由于價格開采因素，需求遠大于供給，因此出現(xiàn)人工鉆石。 人工鉆石是一種由直徑10到30nm的鉆石結(jié)晶聚合而成的多結(jié)晶鉆石。此外還存在其它材質(zhì)的仿制鉆石。由于生成環(huán)境的不同，人工鉆石的分子結(jié)構(gòu)并不是天然鉆石的完全八面體結(jié)構(gòu)而是一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，從而會產(chǎn)生磷光現(xiàn)象。 經(jīng)過科學(xué)家的改良制作方法，現(xiàn)在生產(chǎn)

5、的人工鉆石在外觀上和天然鉆石沒有任何差異，隨著人工鉆石生產(chǎn)技術(shù)的成熟，其造價低廉，且可以制作出各種顏色的鉆石而在珠寶市場上嶄露頭角。 第7頁，共24頁。2 人工合成鉆石2.2 人工合成鉆石技術(shù)的發(fā)展 1954年人工鉆石首次合成成功，當時，一批通用電器公司的研究員仿造鉆石在自然界形成的環(huán)境，給碳加以極度的高溫和高壓，在實驗室里制造出一顆鉆石。 后來，俄羅斯研究小組在2300、15到18萬個大氣壓的高溫高壓環(huán)境下，在中心放一顆很小的天然鉆石作為種子，在種鉆周圍是高溫金屬液體，在金屬溶液的上層是石墨，在這種環(huán)境下石墨中的碳原子會從金屬原子中列隊走向鉆石從而形成新的鉆石。這種技術(shù)可以制作大顆粒的鉆石，

6、但由于經(jīng)費等問題這一課題一度停止。 第8頁，共24頁。2 人工合成鉆石 為降低試驗條件，節(jié)約成本，科研工作者開始采用CVD（化學(xué)氣相沉積）的方法，在很低壓力和相對低的溫度下，將碳從含碳的混合氣體沉積成鉆石基體。實驗過程：將天然氣和氮氣加熱后，在洗碗機大小的壓力室里形成一種碳等離子體，該等離子體不斷沉積在壓力室底部的碳底層上，并逐漸積聚和硬化，形成鉆石薄片，進而切割成寶石形狀。 現(xiàn)今，人工鉆石技術(shù)更加成熟，涌現(xiàn)出蒸汽沉積、冷坩堝融殼法和射頻加熱技術(shù)等方法?？傮w而言，人工鉆石技術(shù)可被歸為HPHT（高溫高壓法）和CVD（化學(xué)氣相沉積法）兩大類。HPHT鉆石和CVD鉆石與天然鉆石幾乎完全相同，僅在原子

7、結(jié)構(gòu)層面存在差異。第9頁，共24頁。2 人工合成鉆石2.3 其它種類的人工鉆石其它人工鉆石還有：合成碳硅石、立方氧化鋯、鈦酸鍶、合成金紅石、仿鉆火石玻璃（鉛玻璃的一種）等。這些物質(zhì)之所以能作為人工鉆石，主要是因為它們都有較高的折光率和明顯的色散，使得這些人工鉆石在外觀光學(xué)特征上與鉆石非常相似。立方氧化鋯以假亂真的人工鉆石第10頁，共24頁。2 人工合成鉆石 另外還有一些更為低劣的仿冒品，包括有：無色尖晶石、無色剛玉、無色黃玉、無色水晶和石英玻璃等，由于它們的折光率和色散明顯低于鉆石，肉眼直觀鑒定很容易鑒定很容易區(qū)分。 目前市場常見的人工鉆石是立方氧化鋯， 因為這種人工合成品的物理性質(zhì)與鉆石很接

8、近，成本也很低。最近新出現(xiàn)的合成碳硅石，光學(xué)性質(zhì)更接近鉆石，是比立方氧化鋯更好的鉆石仿制品，價格為同等效果鉆石的5-10%。碳化硅戒指碳化硅(carborundum)，多為人工合成，天然的非常稀少，僅出現(xiàn)在隕石坑內(nèi)，其顏色多為暗綠色、黑色。一些碳化硅帶有淺綠色色調(diào)，碳化硅的外觀與鉆石極為相同。第11頁，共24頁。2 人工合成鉆石2.4 人工鉆石帶來的問題 現(xiàn)在，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人工生產(chǎn)鉆石的技術(shù)已經(jīng)越來越強 ， 在天然鉆石嵌入了更多的人工加工的痕跡，鉆石產(chǎn)業(yè)變得參差不齊，而且，天然鉆石中可能嵌入了人工鉆石的成分，這就使得鉆石業(yè)的真假程度變得難以判定。天然鉆石和人工鉆石一起混淆于市場中，消費

9、者極易上當受騙。這直接導(dǎo)致了人們不得不尋求專門的技術(shù)來鑒別天然鉆石和人工鉆石， 第12頁，共24頁。3 人工鉆石鑒定方法3.1 早期鑒定方法-磁石吸引 最早的時候時候由于人工鉆石技術(shù)不夠精良，鉆石商可以用非常簡單的方法確認鉆石是否在實驗室里面合成的，他們采用的是強力磁鐵，因為人工鉆石內(nèi)部有培養(yǎng)過程中殘留的金屬結(jié)晶，強力磁鐵便能將鉆石吸起。 但隨著人工技術(shù)的發(fā)展，金屬殘留量越來越少，該方法因而失效。 to no effect 第13頁，共24頁。鑒定方法有哪些?第14頁，共24頁。3 人工鉆石鑒定方法3.2 鑒定方法 時至今日，人工鉆石技藝日益精湛，其制成的合成鉆石，幾乎可以假亂真，然而與天然鉆

10、石相比，它的價值要遜色許多，在很多地方存在差異，我們可以從如下幾個方面通過物理和化學(xué)手段來檢測鉆石是屬于人工鉆石還是天然鉆石。（1）顏色絕大多數(shù)合成鉆石呈黃色、渴黃色，其顏色往往比天然鉆石更為濃郁鮮亮；而天然鉆石為無色、淺黃及其它顏色。但是無色透明的鉆石鑒別就比較困難了，其鑒別往往需要通過復(fù)雜的工藝。不過，無色透明鉆石合成也比較困難，數(shù)量并不多。第15頁，共24頁。3 人工鉆石鑒定方法（2）吸收譜線 人工鉆石缺失天然鉆石中無色淺黃色系列在415nm的特征譜線。另外絕大部分天然鉆石為a型，而合成鉆石主要為b型，少數(shù)情況下有雙原子集合體氮存在。（3）異常雙折射 正交偏光下，天然鉆石因生長及運移過程

11、的復(fù)雜性表現(xiàn)出復(fù)雜的異常雙折射特征，如不規(guī)則帶狀、波狀、斑塊狀和格子狀等，而人工鉆石異常雙折射表現(xiàn)較弱，某些人工鉆石呈十字形交叉的亮帶。（4）晶形及表面特征 人工鉆石常以八面體和立方體聚形為主體，并且可發(fā)育成菱形十二面體、四角三八面體或三角三八面體晶面。表面可能顯示樹枝狀生長紋或不規(guī)則的小丘或瘤狀物，這與天然鉆石不同。第16頁，共24頁。3 人工鉆石鑒定方法（5）發(fā)光特征 不同方法合成的鉆石，晶型還是有一些特征，使用現(xiàn)代儀器是很容易辨別出來的，如紫外、紅外、X光等。1）紫外熒光檢測：有些人工鉆石在長波紫外光下呈惰性，在短波紫外光下顯示中等至強的黃綠色熒光，并且具分帶現(xiàn)象，與天然鉆石的熒光特征不

12、同。2）陰極發(fā)光儀（電子激發(fā)下）：人工鉆石：顏色：黃色-黃綠色，規(guī)則分區(qū)（主方體、八面體區(qū)不同）。天然鉆石：藍色為主，層狀生長或復(fù)雜的生長形式。第17頁，共24頁。3 人工鉆石鑒定方法3.3 立方氧化鋯和碳化硅鑒定方法 對于立方氧化鋯和碳化硅等市場上常見的人工鉆石，在色散、硬度、比重等方面和鉆石有較大區(qū)別。折射率色散光澤指數(shù)莫式硬度韌性比重鉆石2.420.04417.2%10好3.52碳化硅2.65-2.690.10420.4%9.25優(yōu)秀3.21立方氧化鋯2.170.06017.2%8.25好5.80三種寶石參數(shù)對比第18頁，共24頁。3 人工鉆石鑒定方法3.3 立方氧化鋯和碳化硅鑒定方法1

13、）碳化硅人工鉆石鑒定方法： 從視覺來看，碳化硅與鉆石無法分別，甚至連儀器也區(qū)分不出，但碳化硅的七彩火光比鉆石更強。在專業(yè)儀器下測試，碳化硅的火光是鉆石的2.5倍。在火光上，鉆石是0.044，碳化硅是0.104；在折射度上，鉆石是2.417，碳化硅是2.65，碳化硅的火光及折射度都超過鉆石。碳化硅石(左)和鉆石(右)的火彩測試，碳化硅石的火彩要優(yōu)于鉆石。第19頁，共24頁。3 人工鉆石鑒定方法2）比重：碳化硅比鉆石輕，即它們的比重不同，鉆石的比重為3.52，而碳化硅的比重僅3.22。對未鑲嵌的材料，用甲基碘比重液（比重3.32）很容易將兩者區(qū)分。3）硬度：碳化硅的硬度小于鉆石，因此用鉆石硬度計在

14、碳化硅表面作刻劃試驗會留下劃痕，而刻劃計不會在鉆石表面留下劃痕。4）導(dǎo)電性：據(jù)GIA的報告，80%的碳化硅均為電導(dǎo)體（天然鉆石中僅藍色、藍灰色IIb型鉆石具導(dǎo)電性）。常見的白/淺黃色系鉆石是不導(dǎo)電的，因此可用電導(dǎo)儀或者莫桑儀鑒別鉆石與碳化硅。5）折光率：碳化硅的折光率與鉆石不同，碳化硅的反光特征也不同于鉆石，有經(jīng)驗的鉆石鑒定人員可將二者區(qū)分；此外，碳化硅具雙折射，因此仔細觀察不難看出碳化硅棱線及底尖的重影，此時變換觀察角度，重影仍會出現(xiàn)。第20頁，共24頁。3 人工鉆石鑒定方法2）立方氧化鋯人工鉆石鑒定方法 立方氧化鋯的鑒定方法和碳化硅類似，鑒定難度比碳化硅較低，主要從比重、色散、硬度等方面鑒

15、定：色散：立方氧化鋯的色散為0.060，高于鉆石的0.044。因此立方氧化鋯看來比鉆石更為熣燦。硬度：立方氧化鋯的摩氏硬度為8.5至9.0，鉆石為10。比重：立方氧化鋯比鉆石重1.7倍。立方氧化鋯的手感更重。但是這特點只能用來分別未鑲嵌的寶石。折射率：立方氧化鋯的折射率為2.176，稍低于鉆石的2.417。傳熱：立方氧化鋯與鉆石的導(dǎo)熱性為兩個極端。立方氧化鋯是上佳隔熱材料，可被用作噴射引擎隔熱。而鉆石則是最佳導(dǎo)熱體之一，其導(dǎo)熱能力超越銅。只要使用適合的器材，這性質(zhì)最能分辨兩者。第21頁，共24頁。3 人工鉆石鑒定方法3.4 鑒定機構(gòu) 通過HPHT（高溫高壓）或者CVD（化學(xué)氣相沉積法）制備的人工鉆石與天然鉆石幾乎完全相同，只有在原子結(jié)構(gòu)層面存在差異，鑒定非常困難，一般情況下很難鑒定，這些人工鉆石的鑒別需要專門的鑒定機構(gòu)和鑒定儀器才能實現(xiàn)，目前國際上人工鉆石鑒定最權(quán)威的機構(gòu)是IGI國際寶石學(xué)院和GIA美國寶石學(xué)院。 目前正規(guī)市場上的鉆石都必須經(jīng)過IGI和GIA權(quán)威鑒定才能銷售，GIA對每一顆送檢鉆石進行檢測，以鑒定其是否為天然鉆石。針對實驗室合成的鉆石，GIA會出具與標準的鉆石鑒定證書完全不同的合成鉆石鑒定證書。 第22頁，共24頁。 “鉆石恒久遠，一顆永流傳”中國大陸最為經(jīng)典的鉆石廣告語，如同一次愛情核爆炸，響徹全球。在古老東方中國這句話更是意味深長，