实验室培育钻石全方位解析

刘亚平

实验室培育钻石全方位解析



一、优质宝石级作为一种战略性资源，在产业、科技及国防等众多领域具有重要应用，市场远景广阔。经过多年的探索与发展，人类以成功把握了合成优质实验室钻石的核心技术。目前，世界上有中国、俄罗斯、瑞士、美国、英国、日本等国家能够合成宝石级实验室钻石，巨大的贸易价值使得实验室钻石的合成技术长期以来一直受到严密的封闭与保护。

二、实验室钻石是采用人工方法模拟天然钻石结晶特点生成并制造的钻石，并在每一个方面上真正意义的钻石，在化学、物理、原子、光及所有特性与天然钻石相同的钻石品类。实验室钻石是通过科学方法生产出的人造合成钻石,而非在地质变化过程中所形成的天然钻石。目前大多数合成钻石根据其合成技术的不同是有所区分，但与天然钻石几乎完全相同，只是原子结构层面的差异。实验室钻石在晶体结构的完整性、颗粒大小、透明度、各种美丽的色彩等方面已经可以与天然钻石相媲美。从物理学角度看, 对实验室钻石的产品侧重于四个方面的指标:即颜色、折射率、色散和硬度。实验室钻石与天然钻石有着同样国际宝石鉴定标准，这就是国际通用的钻石4C鉴定标准，而这些只有由专业鉴定师在宝石鉴定实验室里才能识别出来。



三、是用人工方法制成的宝石级金刚石是用石墨或金刚石粉，或石墨与金刚石粉的混合物为碳源，将它们溶解在铁镍合金触媒中，借高温超高压反应腔温度梯度的作用使触媒中溶解的碳进入高压腔，在温度较低的金刚石种晶上沉淀而长大的宝石级金刚石。晶体可由八面体、立方体、菱形十二面体、四角三八面体组成聚形，晶面可见特异的螺旋生长纹或树枝状纹，内部可见平行晶棱或上述单形的生长纹或生长锥，甚至可呈现相应的色带或色区，以及沿层生长定向分布的或不均匀分布的铁镍合金触媒的细小包裹体。

实验室钻石的未来会得到更为广泛的应用，无论在科技与实用性方面更为多元。实验室钻石的发展体现人类社会科技的进步与人与自然和谐共存的理念。



合成钻石与天然钻石的区别

实验室生长的钻石和天然钻石始终是有区别的，因为实验室生长的钻石是在很短的时间形成，天然钻石的年龄则很长，最老的有40亿岁，最年轻的有10亿岁；而在短时间内合成的钻石，则像初出茅庐的血气方刚小伙子，相比起10亿岁老人家，合成钻石内部的生长结构、内应力方面都非常明显，有经验的实验室可以通过专门仪器来检查。有一种国产钻石确认仪，可以一秒钟就把合成钻石鉴定出来，这种仪器还可以“隔山打牛”，也就是说，哪怕是放在透明盒子里或者塑料袋里的合成钻石，仪器都可以检测出来。

还有一个最容易掌握和最直观的方法，我们可以看到合成钻石的生长纹理，化学气相沉积法的生长结构就如同千层糕一样，一层一层的。只要生长控制得好，这些横向的结构我们用肉眼是鉴别不出来的。但是如果我们用特定能量的光去照射，样品就会有一个发光效应，而这些发光的效应就可以将这些横向的生长结构充分表现出来。

这种合成钻石其实还有一些其他的特征：在紫外线的照射下，通常天然钻石会发出蓝色或者蓝白色的荧光，但老式的CVD合成钻石会发出橙红色的银光，新式的则会发出蓝紫色或者是蓝绿色的银光，但是也不能说这种方法是鉴定性的。当然，我们还可以通过一些其它方法去分辨，红外光谱分析技术、激光拉曼光谱都可以检测出合成钻石。



7种常见假钻石

钻石是高贵豪华的装饰品，镶嵌天然钻石的首饰是首饰之冠。可是，钻石由于稀少而价格昂贵，尤其是稍大粒的钻石，一般人都不敢问津。于是，用廉价宝石、人造宝石甚至玻璃来代替或冒称钻石的活动就隐秘地或公开地愈演愈烈，假钻石的生意也日益隆起来了。常见的形形色色的假钻石共有13种，现介绍7种如下：

（1）玻璃：用玻璃磨成的假钻石很容易区别，因为它的折光率低，没有真钻石那种闪烁的彩色光芒，稍有经验的人一看便知。另外，可用白瓷碗盛一碗清水，冒充钻石的无色玻璃制品漫入水中即看不清其轮廓，而真钻石暗黑的轮廓在水中显得十分清楚。

（2）人造尖晶石：它和钻石的区别是，缺少闪烁的彩色光芒，将它浸入二碘甲烷中，也会轮廓模糊，而真钻石的轮廓则十分清楚。

（3）水晶和黄玉：这两种天然矿物的透明晶体，经琢磨后也有点像钻石，但都缺少闪烁的彩色光芒。且它们都是“非均质体”，而钻石是“均质体”，用偏光仪易于区分。

（4）人造蓝宝石：无色透明的人造蓝宝石在琢磨后也可作为钻石的代用品。但它在“二碘甲烷”中几乎消失不见，而真钻石的边缘暗黑，非常清楚。

（5）锆石：在人造立方氧化锆出现之前，锆石是最佳的钻石代用品。

锆石具有很强的双折射，即它有两个折光率，并且两个折光率之间的差别较大。由此而产生了一种很特殊的光学现象，当用放大镜观察琢磨好的锆石棱面宝石时，由其顶面可以看出底部的面和棱线有明显的双影。而钻石因为是“均质体”，绝无双影现象。

（6）人造金红石：金红石是一种普通的天然矿物，它的成分是二氧化钛，由于它的折光率（2.61—2.90）比钻石（2.42）还要高，故琢磨宝石后能出现明亮耀眼的闪光，且能出现彩虹般的变化，显得非常美丽。可惜的是，天然金红石几乎全是不透明的，所以1947年才经美国铅业公司首先制出了人造金红石。其中无色透明者用作钻石代用品或假冒品，其五彩缤纷的闪光超过了真钻石，常被称为“五彩钻”或“五色钻”。但由于金红石有强烈的折光率，故与锆石一样，能用放大镜从顶面看到底部棱线的显著的双影，故易与钻石区别。

此外，“五彩钻”因闪光过分艳丽，并带有不清澈的乳白光，故有庸俗之感，远不如钻石闪光的高雅可爱。

（7）立方氧化锆：（即“苏联钻”）：这是首先由原苏联推出的最理想的钻石代用品或冒充品，是人造化合物，无天然矿物。自从立方氧化锆问世后，其他多种人造宝石原料，都只用作别的中低档宝石代用品，而不再来磨制假钻石了。这是由于立方氧化锆在折光率、色散等方面与天然钻石很接近。但它的硬度较低（8.5），比重为钻石的1.6—1.7倍，达5.6—6，且导热性远低于钻石，故仍可用仪器准确地将其与钻石区分开来。

合成钻石分两大类



HPHT（高温高压）钻石

HPHT是高温高压处理的简称，其目的是改变或改善某些特定种类钻石的天然体色，使其呈现更有价值的颜色。

过去称Pegasus钻石、GE POL钻石。之所以称为GE钻石，是因为 美国GE公司研发出来的技术，由以色列LKI子公司POL公司在1999年独家销售的新产品。

HPHT技术是将天然钻石经高温、高压处理，以提升钻石的颜色等级。一搬来说，可升级至4-6个等级。不过不是每颗钻石都能接受该技术处理，必须要有J色以上，且不含杂质、高净度的质量。在处理时，无法预测其结果。也就是说，不能确定可以提升到什么等级。同时，经过HPHT处理的钻石也有可能颜色加深或改变，成为彩钻级别。

红、蓝宝石改善技术由于天然红、蓝宝石资源的稀缺，目前已有多种改善处理新技术被应用于提高刚玉宝石的质量。这些处理技术主要包括：助熔剂热处理法、表面扩散处理法、深层扩散处理法及最新的铅玻璃充填法。

目前的助熔剂热处理法就是加入硼砂或硅土等助熔剂来愈合裂隙或充填开放裂口及空洞，以此提高宝石的硬度。表面扩散热处理法即往坩埚中添加致色化合物，将传热处理法不能处理的无色蓝宝石改色为彩色蓝宝石。钛和铁化合物通常被用来产出蓝色蓝宝石，而铬化合物被用来处理红宝石。这些过渡金属元素仅能在很浅的深度上扩散进入宝石并致色，因此这种处理方法能够很容易地通过浸油放大观察等方法检测出来。深层扩散处理法即将轻元素(如Be)由外部扩散至刚玉晶格中，Be元素已经被证明是作为黄色色心的稳定剂参与处理宝石的呈色机制。红宝石的铅玻璃充填法是最新的提高净度的处理技术，已于2004年中期出现于宝石市场上。这种处理法包括以高折射率玻璃(如铅玻璃或脱玻化玻璃)充填裂纹或开放裂隙，能很容易地被EDXRF(X射线衍射)检测出来。

核辐射技术在宝石中的应用利用核辐射技术，对天然宝石进行改色处理，已是当今应用宝石材料学和应用物理学研究领域里的前沿和热门课题。主要包括粒子辐射宝石赋色法、γ射线辐射宝石赋色法和中子辐射宝石赋色法。目前涉及到辐射赋色的宝石品种主要有钻石、蓝宝石、绿柱石、黄玉、电器石、锆石及养殖珍珠。

过去只有GE公司拥有此类技术，且处理方式被列为最高机密。然而随着世界技术水平的增加，现在在世界各地都有一些公司或机构具备对钻石进行高温高压处理的技术，成为威胁世界天然钻石产业的新现象。

消费者甚至一些鉴定实验室是无法分辨HPHT钻石与天然钻石间的差别。最简单的方式是消费者在购买时一定要索取世界权威证书，IGI鉴定证书都会在证书上和钻石腰部注明该钻石颜色经过HPHT处理，所以消费者在阅读证书时要留意该字样。

CVD（化学气相沉积）钻石

化学气相蒸镀乃使用一种或多种气体，在一加热的固体基材上发生化学反应，并镀上一层固态薄膜。所谓CVD（Chemical Vapor Deposition化学气相沈淀）钻石是以一块天然钻裸石为母石，利用高纯度甲烷、加上氢、氮等气体辅助，在微波炉中以高压方式，让甲烷中与钻石一样的碳分子不断累积到钻石原石上，经过一层层增生，可形成大至10克拉之透明钻石。为使CVD的钻石生长顺利，碳源常用已具钻石结构的甲烷。甲烷可视为以氢压出的单原子钻石。这种「长大」的钻石，品质与天然钻石几无二致，肉眼难辨。

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