鉆石的優(yōu)化處理方法及鑒定意義

1、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）遠(yuǎn)程與繼續(xù)教育學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 鉆石的優(yōu)化處理方法及鑒定意義 姓 名： 陳俊騰 準(zhǔn)考證號(hào)：院 （系） 遠(yuǎn)程與繼教學(xué)院 專 業(yè)： 珠寶鑒定 指導(dǎo)老師： 王健行 職 稱： 講師 評(píng) 閱 人： 職 稱： 2010 年 12 月原創(chuàng)性聲明本人呈交的學(xué)位論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名： 日期： 摘 要鉆石的優(yōu)化處理

2、主要是指利用各種物理方法（放射性輻照和高溫處理），把那些不被人們喜愛(ài)的顏色（如淺黃、淺褐和褐色）改善，而得到受歡迎的白或其它彩色（黃、綠、藍(lán)、紅色）：其次，是利用激光技術(shù)對(duì)鉆石中的包裹體進(jìn)行凈度處理。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，能夠用來(lái)代替鉆石的仿制品越來(lái)越多，這其中包括天然無(wú)色寶石和人工合成寶石，它們仿鉆石的效果極好，有時(shí)用肉眼很難區(qū)分鑒定。目前，優(yōu)化處理的鉆石主要有兩種：微光鉆孔和玻璃充填。它們主要是針對(duì)鉆石凈度的處理。關(guān)鍵詞：鉆石 優(yōu)化處理 顏色 鑒定 激光技術(shù)ABSTRACT Diamond optimization mainly refers to the use of various ph

3、ysical methods (radioactive radiation and high temperature treatment, those people are not like the color (eg yellow, light brown and brown to improve, and have been popular white or other color (Yellow, green, blue, red: Second, is the use of laser technology in the inclusions in diamonds clarity t

4、reatment. With the development of science and technology can be used to replace the increasing number of imitation diamonds, which includes natural and synthetic gems colorless stones, imitation diamonds are very effective, sometimes difficult to distinguish with the naked eye identification. Curren

5、tly, the optimization of the diamond are mainly two: low-light drilling and glass filling. They are mainly for the treatment of diamond clarity.Key word: Diamond Optimization Color Identification Laser Technology目 錄1 鉆石優(yōu)化處理的歷史與發(fā)展2 鉆石的顏色成因2.1 雜質(zhì)元素致色 22.2 塑性變形致色 32.3 輻照產(chǎn)生的空穴致色 32.4 包裹體致色 33 鉆石的顏色處理3.1

6、 輻照處理 43.2 高溫高壓處理 53.3 其他處理方式 64 鉆石的凈度處理4.1 激光打孔 6結(jié)束語(yǔ) 8致謝 9附錄 111 鉆石優(yōu)化處理的歷史與發(fā)展鉆石的優(yōu)化處理技術(shù)是提升鉆石價(jià)值的重要手段，是世界各國(guó)寶石學(xué)家共同關(guān)心和研究的重要課題，也是鉆石研究中最活躍的前沿領(lǐng)域。常用的鉆石人工優(yōu)化處理的方法主要有鍍膜法+輻照與加熱處理法+激光打孔法和充填處理法。關(guān)于這些優(yōu)化處理鉆石的方法和鑒定特征一些文獻(xiàn)已作了詳細(xì)的報(bào)道。其實(shí)，人們對(duì)鉆石顏色的優(yōu)化有很長(zhǎng)的歷史了，過(guò)去用于改善鉆石顏色的辦法十分簡(jiǎn)單，比如1652年，人們就知道在鑲嵌鉆石時(shí)置薄箔于底部以提高其色調(diào)，或是用蔬菜染色劑、墨水等涂在鉆石表面

7、或腰棱以改善其顏色或提高色級(jí)。1905年英國(guó)化學(xué)家WilliamCrookes發(fā)現(xiàn)了埋在鐳的溴化物中的鉆石可變成綠色的現(xiàn)象。這是放射性輻照改色的開始，到1932年人們終于找到了一條即可以使鉆石顏色改善，又能避免放射性對(duì)人體損傷的安全有效的改色途徑。近年來(lái)，美國(guó)通用電器公司的科學(xué)家經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究發(fā)現(xiàn)，將具有一定凈度的褐色.或棕色>系列鉆石置于高溫高壓下，改變鉆石的顏色，成功地發(fā)明了一種全新的使鉆石褪色的處理方法，并可把鉆石的顏色處理成無(wú)色或近于無(wú)色，經(jīng)這種方式處理的鉆石的顏色色級(jí)可達(dá)D級(jí)。用這種處理方法改善的鉆石顏色是穩(wěn)定的和不可逆的，且不需要經(jīng)過(guò)其它的特殊處理和維護(hù)。繼通用電器公司處理將褐

8、色系列鉆石改成無(wú)色或近于無(wú)色鉆石后，同樣用類似的方法還可將褐色+淺黃色I(xiàn)a型鉆石改成鮮艷的黃綠色或淺綠色。值得一提的是最近美國(guó)GE公司采用一種新的高技術(shù)處理方法將褐色鉆石降低色調(diào)，增強(qiáng)亮度和火彩，但并不改變鉆石自身的任何天然素質(zhì)，目前，仍未找到可行的鑒定方法。據(jù)業(yè)內(nèi)人士及科學(xué)家推測(cè)，這種新型處理技術(shù)可能是在高溫高壓下，使褐色系列且型鉆石減色。GE高技術(shù)處理鉆石由美國(guó)萊日坎普公司全球獨(dú)家經(jīng)營(yíng)，迫于輿論壓力，該公司、GE公司及美國(guó)珠寶學(xué)院(gIA于1999年4月28日簽署了一項(xiàng)協(xié)議，表示在出售的高技術(shù)處理鉆石的腰棱處用激光刻上“GE POL”字樣，GIA出具的鉆石分級(jí)證書上也在備注一欄上標(biāo)明鉆石外

9、觀經(jīng)GE公司改善。珠寶學(xué)家們正在用高科技手段對(duì)這種處理鉆石進(jìn)行研究。2 鉆石的顏色成因鉆石晶格完整時(shí)，在可見光范圍內(nèi)沒(méi)有選擇性的吸收，稱無(wú)色，但還有褐色，彩色等鉆石，引起它們的顏色的原因有：1、晶格雜質(zhì)元致色。2、天然輻照損傷致色。3、塑性變形致色。4、包裹體致色2.1 雜質(zhì)元素致色影響鉆石顏色的雜質(zhì)元素：氮（N）、硼（B）、氫（H），以氮（N）最為常見，也最為重要。a型鉆石，含N2、N3、B集合體， 隨N2、N3中心的富集，黃色加深藍(lán)區(qū)見到 415、423、435、465和478nm處的吸收 ,其中415nm為吸收強(qiáng)峰。孤氮中心，503、637nm吸收H3、H 4輻照損傷中心色心所致天然：

10、H3 503nm 、H 4 415、477、496nm吸收人工： H3、H 4 595nm吸收天然藍(lán)色鉆石B致色, B電子吸收紅色波長(zhǎng), 殘色為藍(lán)色。2.2 塑性變形致色塑性變形是在高溫高壓的環(huán)境下，使鉆石的結(jié)構(gòu)發(fā)生錯(cuò)位，使之吸收某些波長(zhǎng)而產(chǎn)生顏色, 有褐色、粉紅色。這一情況發(fā)生在地下。褐色鉆石是由子碳原子錯(cuò)位或內(nèi)部晶格變形所致褐色鉆石可見503nm強(qiáng)吸收線、537、512、494-495nm弱吸收線。從粉紅-紅紫-褐色的連續(xù)變化, 伴有塑性變形過(guò)程Ia：415、478、563nm吸收IIa：390、 396 、563 nm吸收Argyle粉紅色鉆石:415、503、563nm吸收上述以563

11、nm寬吸收帶為特征，人工處理粉紅色鉆石637吸收線。塑性變形導(dǎo)致的一些褐色和粉色的鉆石中可見到紋理現(xiàn)象。2.3 輻照產(chǎn)生的空穴致色高能粒子束轟擊鉆石時(shí), 將碳原子轟擊出鉆石的晶體結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷，稱色心,吸收某些可見光而呈現(xiàn)顏色。天然輻射損傷致色的鉆石有741nm吸收（GR1吸收）、許多綠色鉆石由-粒子輻射引起。整體呈綠色的鉆石很少， 德累斯頓是最有名的綠鉆石重41克拉，梨形切工。 鉆石的體色是由于天然輻射造成結(jié)構(gòu)損傷而致色。因高能粒子是撞擊碳原子，故很少能穿到鉆石晶 體的深處，通常只是表面以下0.002mm(2微米。故天然輻照產(chǎn)生的大都是具綠皮的鉆石，一旦切磨和拋光，該綠色薄層就沒(méi)有了。2

12、.4 包裹體致色一般是由無(wú)數(shù)的暗色不透明包裹體引起。當(dāng)用透射光檢測(cè)時(shí)都顯示深灰色。黑色鉆石在自然界中極為罕見。3 鉆石的顏色處理其實(shí)，人們對(duì)鉆石顏色的優(yōu)化有很長(zhǎng)的歷史了，過(guò)去用于改善鉆石顏色的辦法十分簡(jiǎn)單，比如1652年，人們就知道在鑲嵌鉆石時(shí)置薄箔于底部以提高其色調(diào)，或是用蔬菜染色劑、墨水等涂在鉆石表面或腰棱以改善其顏色或提高色級(jí)。1905年英國(guó)化學(xué)家WilliamCrookes發(fā)現(xiàn)了埋在鐳的溴化物中的鉆石可變成綠色的現(xiàn)象。這是放射性輻照改色的開始，到1932年人們終于找到了一條即可以使鉆石顏色改善，又能避免放射性對(duì)人體損傷的安全有效的改色途徑。3.1 輻照處理 1956年GIA的研究人員發(fā)

13、現(xiàn)經(jīng)輻照和加熱處理的鉆石在595nm處有吸收，而天然鉆石沒(méi)有，雖然后來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)這一吸收峰在高溫處理（大于1000）中可以消失，但又會(huì)出現(xiàn)1963nm和2024nm兩處新的吸收。因此595nm、1936nm和2024nm處的任一吸收峰是人工輻照的診斷譜線。 人工輻照成因的黃色鉆石顏色是由H3中心（引起503nm吸收峰）和H4中心（引起496nm吸收峰）導(dǎo)致，而且一般以H4為主，顯示496nm強(qiáng)峰。天然的黃色鉆石往往以H3為主，顯示503nm強(qiáng)峰。由于H4是收B氮集合體引起，因此不含B氮集合體的Ia型鉆石經(jīng)人工輻照后不會(huì)產(chǎn)生496nm強(qiáng)帶。 人工輻照致色的粉紅色鉆石可顯示595nm和637nm吸

14、收線，而且在570nm處可見熒光線。天然致色的粉紅色鉆石主要顯示563nm寬帶。 在Ia型鉆石上鍍膜的藍(lán)鉆石常顯示出N3中心和415nm吸收帶，而天然藍(lán)鉆是由硼致色，不會(huì)顯示415nm吸收峰。人工輻照致色的彩鉆常顯示與其結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的色帶，如環(huán)繞亭部的傘狀陰影，環(huán)繞冠部的深色帶及一側(cè)深一側(cè)淺的現(xiàn)象，這些分布特征在浸油中觀察更為清晰。CVD鍍膜的藍(lán)鉆在顯微鏡下可于其腰、棱附近見到白色不規(guī)則體。3.2 高溫高壓處理近年來(lái)對(duì)褐色鉆石的高溫高壓處理獲得了重大進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)室高溫高壓條件為褐色系列鉆石中的晶格缺陷提供了足夠的均向壓力和勢(shì)能。通過(guò)人為調(diào)控所處的溫度和壓力及介質(zhì)條件，有助于a型褐色系列鉆石克服其所處

15、的勢(shì)壘，并促使鉆石中的位錯(cuò)在高溫高壓條件下發(fā)生攀移、重組、湮滅。使之修復(fù)至塑性變形前的初始穩(wěn)定狀態(tài)，并最大限度地恢復(fù)其原本無(wú)色的面貌。對(duì)a型褐色系列鉆石而言，由于其晶格中存在致色雜質(zhì)氮原子和空位，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，要想大幅度提高其色級(jí)幾乎是不可能的。因此，在鉆石現(xiàn)存的塑性變形和點(diǎn)缺陷的基礎(chǔ)上，通過(guò)高溫高壓再處理（溫壓和介質(zhì)調(diào)控條件與處理a型褐色#褐黃色鉆石的有所不同），進(jìn)一步加載其塑性變形強(qiáng)度，促進(jìn)晶體內(nèi)部位錯(cuò)的增殖和滑移，從而達(dá)到改色的目的。由此可見。改變鉆石中的晶格缺陷、提高其色級(jí)或改變其顏色是高溫高壓處理鉆石的最終目的。國(guó)外學(xué)者對(duì)天然灰色鉆石的顏色處理機(jī)制進(jìn)行探討后發(fā)現(xiàn)，灰色鉆石經(jīng)過(guò)高

16、溫高壓處理后，其顏色和透明度都發(fā)生了顯著的改善。鉆石的灰色是由于在整個(gè)可見光范圍內(nèi)對(duì)光的均勻吸收和反射，而鉆石晶體中大量的微細(xì)石墨包裹體是引起該光學(xué)作用的主要因素。這些石墨包裹體的直徑只有幾個(gè)微米，放大觀察發(fā)現(xiàn)，它們分布于鉆石的周邊區(qū)域，晶體形態(tài)呈六方扁平狀?；疑@石中大量微細(xì)石墨包裹體的存在是由于在接近鉆石石墨平衡曲線的條件下鉆石和石墨同時(shí)結(jié)晶的結(jié)果。處理過(guò)程在鉆石穩(wěn)定的溫壓條件范圍內(nèi)進(jìn)行，即稍低于鉆石石墨平衡曲線，這樣就不會(huì)引起樣品的石墨化。實(shí)驗(yàn)過(guò)程經(jīng)歷了3個(gè)階段，每個(gè)階段持續(xù)10h，各個(gè)階段的溫壓條件范圍為：溫度為18002100，壓強(qiáng)為6.0-7.0GPa。紅外光譜測(cè)試結(jié)果顯示樣品均為

17、aA型。處理之后灰色鉆石變?yōu)辄S色。顏色的改善伴隨著2.988eV吸收線的顯著增強(qiáng)，這個(gè)現(xiàn)象是高溫高壓處理的結(jié)果。紫外和可見光區(qū)的吸收沒(méi)有明顯變化。高溫高壓對(duì)天然灰色鉆石顏色的改善是在處理過(guò)程中發(fā)生了石墨包裹體轉(zhuǎn)化為鉆石的同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變。機(jī)理如下：實(shí)驗(yàn)采用的溫度和壓力參數(shù)超過(guò)了鉆石石墨平衡曲線，石墨中CC鍵發(fā)生斷裂，結(jié)構(gòu)缺陷中的H原子自由移動(dòng)，擴(kuò)散于每個(gè)石墨顆粒周圍形成高密度的原子云。這些原子位于最近的帶負(fù)電的結(jié)構(gòu)缺陷中，紅外區(qū)3235cm和3107cm的吸收因此增強(qiáng)。H從石墨包裹體表面逃離，六邊形結(jié)構(gòu)中原子間距越來(lái)越大。最后，邊緣的C原子從石墨基體中分離，自由C原子從石墨中脫離并擴(kuò)散，被鉆石晶格

18、中的空穴、位錯(cuò)等捕獲。同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變的結(jié)果是，微細(xì)石墨包裹體完全消失，灰色調(diào)消除，鉆石透明度增強(qiáng)。3.3 其他處理方式鍍膜：CVD鍍膜是鉆石顏色優(yōu)化的一項(xiàng)新技術(shù)，一般在Ia型刻面鉆石的冠部用化學(xué)氣相沉積法鍍上一層厚幾個(gè)到幾十個(gè)微米的天藍(lán)色合成金剛石膜來(lái)仿造天然藍(lán)鉆石。4 鉆石的凈度處理除了顏色優(yōu)化之外，設(shè)法提高其凈度也是目前鉆石優(yōu)化處理的一個(gè)重要方面。天然鉆石中包裹體和裂縫會(huì)影響其凈度。人們利用激光高能量、細(xì)光束，高準(zhǔn)直度的特點(diǎn)，除去鉆石內(nèi)部的包裹體，提高其凈度。4.1 激光打孔自1970年以來(lái)就采用激光對(duì)鉆石進(jìn)行優(yōu)化處理（激光打孔），而且激光打孔已被鉆石界廣泛認(rèn)可。激光打孔主要初衷是淡化鉆石中

19、的深色包裹體，減弱其可見程度，以明顯改善鉆石的外觀。 鉆石常用激光打孔的方式以減少深色包裹體的明顯影響。用激光束燒出直徑小于 0.02mm的非常細(xì)的孔穿過(guò)鉆石到達(dá)包裹體。包裹體可用激光束燒掉或用酸去除。隨后可用玻璃或環(huán)氧樹脂將孔充填以防止塵埃進(jìn)入。新近已開始采用一種稱為“KM激光處理”的新類型。這種新的處理方法用激光加熱包裹體，使應(yīng)力裂隙延伸到鉆石的表面。這時(shí)可用酸處理這些裂隙以去除深色包裹體。這種處理，主要用于深色包裹體靠近鉆石表面。如果包裹體原先張性環(huán)繞它，那將是較為理想的。這種處理通常留下一個(gè)“之”字形橫向管道，達(dá)到表面的裂隙。具體過(guò)程如下： （1）選取需處理的鉆石樣品，確定暗色包裹體方

20、位。 （2）確定離暗色包裹體最近的刻面。 （3）垂直刻面，發(fā)射脈沖激光，激光燒蝕孔到達(dá)包體后停止。 （4）加熱沿激光孔擴(kuò)充裂隙，使裂隙到達(dá)表面。 （5）將鉆石放入HF、H2SO4或HCl中煮沸，包體被溶蝕。 （6）將激光孔或裂隙用高折射率玻璃填充。 激光處理過(guò)的鉆石按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定是必須注明"處理"字樣的，鑒別激光處理要注意區(qū)分：激光處理和沒(méi)有處理的樣品；以及激光孔道和天然溶蝕孔道。注意利用不同光源條件，如暗域、亮域、頂光源和光纖燈等，主要在顯微鏡下進(jìn)行觀察。對(duì)處理鉆石實(shí)際上不可能忽略其激光孔的存在，在鉆石凈度分級(jí)過(guò)程中能容易地觀察到。多數(shù)激光處理的鉆石是從冠部打孔的。激光孔

21、非常窄而且較直，從單個(gè)包體延伸至鉆石表面。然而，當(dāng)激光的聚焦點(diǎn)需轉(zhuǎn)到鉆石相同區(qū)域的另一個(gè)包體時(shí)，有些激光孔會(huì)顯得彎曲和長(zhǎng)度變化。通常激光孔的外觀像一個(gè)直徑基本均勻的微白色細(xì)小針狀管道。在觸及鉆石表面的地方，窄小的管道顯得較寬，截面較圓，在反射光下，沿激光孔開口會(huì)有一小凹緣，用10倍放大鏡從鉆石側(cè)面仔細(xì)觀察，可看出這些孔道。但鉆石鑲在首飾中將會(huì)掩蓋孔口，使激光處理的鉆石檢測(cè)難度增大。4.2 裂隙充填除了顏色優(yōu)化之外，設(shè)法提高其凈度也是目前鉆石優(yōu)化處理的一個(gè)重要方面。天然鉆石中包裹體和裂縫會(huì)影響其凈度。人們利用激光高能量、細(xì)光束，高準(zhǔn)直度的特點(diǎn)，除去鉆石內(nèi)部的包裹體，提高其凈度。八十年代以色列YA

22、HUDA公司發(fā)明了鉆石的裂隙充填技術(shù)。他們首先用激光打孔至鉆石內(nèi)部暗色包裹體，用強(qiáng)酸將內(nèi)含物溶出，再用其它折射率相近的物質(zhì)將孔填上。填充后的鉆石，其凈度可提高2-3個(gè)級(jí)別。填充的材料有兩種：一種是“有彩光充填”，這種傳統(tǒng)的充填方法是以鉆玻璃做為充填材料，填充后裂隙處保留有彩光，但這種彩光不象未充填之前的七色彩光，而總是呈現(xiàn)七彩光中兩種相鄰的顏色（比如黃綠、藍(lán)紫等）。另一種是無(wú)彩光充填，裂隙處沒(méi)有因充填而呈現(xiàn)雙色彩光，是由C、H、O等元素組成的新的填充材料，研究者認(rèn)為是一種透明的樹膠。由于這種充填裂隙處不再有彩光，很難被發(fā)現(xiàn)，更具有隱蔽性。結(jié)束語(yǔ)綜上所述，鉆石的優(yōu)化處理主要是指利用各種物理方法（

23、放射性輻照和高溫處理），把那些不被人們喜愛(ài)的顏色（如淺黃、淺褐和褐色）改善，而得到受歡迎的白或其它彩色（黃、綠、藍(lán)、紅色）：其次，是利用激光技術(shù)對(duì)鉆石中的包裹體進(jìn)行凈度處理。致謝經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的努力，我的論文終于完成了，感謝給予我?guī)椭笇?dǎo)的老師。首先我感謝學(xué)校給了我們資料信息豐富的期刊室，那里有專業(yè)的理論雜志，有開闊創(chuàng)新的文章，還有電子閱覽室，以它獨(dú)特的數(shù)據(jù)庫(kù)資源給我提供了極大的幫助，正是有了如此豐厚的條件，才使我的論文如期完成。其次，謝謝在論文寫作中給予我極大幫助的老師，他每次耐心的一個(gè)一個(gè)指導(dǎo)我們，對(duì)我們寫作中存在的問(wèn)題做詳細(xì)的講解，并對(duì)我們觀點(diǎn)中的一些錯(cuò)誤思路糾正，對(duì)一些我們想不到的觀點(diǎn)加以指撥，啟發(fā)我們創(chuàng)新觀點(diǎn)思路。從論題選擇、開題報(bào)告、具體寫作、修改稿件、定稿，老師一直孜孜不倦的輔導(dǎo)我們，現(xiàn)在我的論文終于完成了，真心的謝謝老師。老師，您辛苦了！參考文獻(xiàn)1 王雅玫等，鉆石，中國(guó)地質(zhì)出版社，1997：1471502 3劉厚祥，“人工處