钻石的特性及与钻石仿制品的区别.doc

闵杰翔

中图分类号：P575 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）03-0325-01

一、钻石的形成

1、C的来源

钻石主要是由C组成的，钻石中C的同位素研究表明，上地幔中形成的钻石的C来源有两种：幔源碳和构造运动带到地幔的壳源碳。C在上地幔的高温、高压状态下结晶呈钻石。

2、原生矿床的形成条件和环境

研究表明，钻石形成于上地幔的两种主要岩石中：橄榄岩和榴辉岩

钻石中包裹体研究表明：

橄榄岩型（P型）钻石：形成温度900-1300℃，压力为4.5-6GPa（45-60kb），相当于地球130-180km的深度。

榴辉岩型（E型）钻石：形成温度1250℃或略高，压力为>6GPa；其来源深度更大，常为180-300km。

3、寄主岩石类型

迄今所发现的钻石生产在两类寄主岩石中：金伯利岩和钾镁煌斑岩

钻石的形成年代远早于这两种岩石，钻石是以捕虏晶的形式存在于该两类岩石中，即原生的深部的金伯利岩岩浆或钾镁煌斑岩岩浆在上升过程中穿过含钻石的橄榄岩区或榴辉岩区而将钻石携带至地球表面。

4、钻石形成时间

橄榄岩型：最古老，33亿年（南非）

榴辉岩型：Argyle——15.8亿年

二、钻石的性质

1.成分：主要成分是C，质量分数可达99.95%，及N、B、H等微量元素

2.结构：等轴晶系，具立方面心格子，常见单形有八面体、立方体和菱形十二面体

3.颜色：无色—浅黄（褐、灰）系列和彩色系列

4.光泽及透明度：天然无色透明矿物中最强的金刚光泽；纯净的钻石为透明

5.光性：均质体矿物，偶见异常消光

6.摩式硬度：自然界最硬的矿物，摩式硬度为10

7.比重：3.52（±0.01）g/cm？

8.折射率：2.417，为天然无色透明矿物中最大的折射率

9.解理：具有平行{111}方向的四组完全解理

10.色散：0.044，为天然无色透明宝石中最大的色散值

11.发光性：紫外荧光无至强，荧光强度一般长波下的强于短波下的

12.导电性：钻石越纯净，绝缘性越好。Ⅱa型钻石的绝缘性最好；Ⅱb型钻石可以导电，因为含有微量的B元素存在自由电子，是优质的高温半导体材料

13.吸收光谱：可见415nm、453nm、478nm、594nm吸收线，无色—浅黄色的钻石在415nm处有一条吸收谱带

14.其他性质：钻石的化学性质非常稳定，但热的氧化剂却可以腐蚀钻石；钻石具有亲油疏水性，对优质亲和力明显，对水具有斥水性

三、钻石的类型

（一）钻石的分类

1、Ⅰ型（含N）

①ⅠaA型：双原子N，N2中心或A集合体，N以原子对形式取代相邻的C，1282cm-1吸收峰

②ⅠaB型：环绕空穴的4个或以上的N原子集合体，B集合体，N原子可聚成小片晶

B1吸收峰1176cm-1，B2吸收峰1365-1375cm-1（B、N3）

③ⅠaAB：3原子N，N3中心，围绕空穴组合在一起的3个N原子（同时含A、B、N3中心）

④Ⅰb型：孤N，C中心，N原子以孤立形式取代相邻的C原子，1130-1特征吸收峰

2、Ⅱ型（不含N）

①Ⅱa型：纯净，不含明显的杂质

②Ⅱb型：不含N，含B，B以孤立的原子状态取代晶格中的C原子

（二）鉆石的颜色类型

1、开普系列：无色、微黄、浅黄至黄色的连续渐变系列，又称Cape或好望角系列

2、褐色系列：由微褐至褐色的连续渐变系列

3、彩色系列：具有清晰特征色彩，颜色饱和度高，吸引力强，价值高的有色钻石。

颜色成因：

1、无色钻石

纯净、无杂质、无晶格变形

2、黄色钻石

①Cape系列：N2、N3、B中心致色

②Canary黄：金黄色，孤N中心致色

③Fancy系列：深黄、棕黄色，由H3、H4（辐照损伤中心）色心所致

3、褐色、粉色

塑性变形致色：由于钻石形成及运移过程中发生的塑性变形而导致晶体结构缺陷产生颜色

4、蓝色

杂质元素致色：B原子替代C原子进入钻石晶格，其外层为3个价电子，当与C原子形成共价键时产生一个空穴，并被相邻的C原子的电子充填，电子吸收长波（红色），残余色呈蓝色。

6、黑色

矿物包体致色：可能由于其为多晶集合体或大量的暗色不透明的包裹体——微晶状铁质矿物或分子级石墨化和裂隙造成

7、绿色

辐射损伤中心致色：受长期天然辐射作用形成的颜色，天然钻石常为很薄的绿色表皮

四、钻石的包裹体

（1）内含物质包括气相、液相、固相三种相态的包裹体；

（2）生长现象包括解理、双晶、生长纹、色带等；

（3）表面特征包括断口、羽状纹、原始晶面、晶面花纹等。

五、合成钻石、优化处理钻石

（一）合成钻石

钻石的合成方法

1、静压法：静压触媒法、静压直接转变法、晶种触媒法

2、动力法：爆炸法、液中放电法、直接转变为六方钻石法

3、在亚稳定区生长金刚石方法：气相法、液相外延法、气液固相外延生长法、常压高温合成法

合成宝石级钻石主要方法：

①晶种触媒法（HTHP法）：压力50-80kb，温度1300-1800℃

②化学气相沉淀法（CVD法）

鉴别方法：结晶习性、颜色、内含物、异常消光、紫外荧光、电子探针分析、拉曼光谱、阴极发光发射光谱、红外吸收光谱、X-射线荧光分析、X-射线衍射分析、钻石确认仪、钻石观测仪等

（二）钻石的优化处理

1、颜色优化处理：传统处理、辐照改色、GE钻石、Nova钻石

2、净度处理：激光打孔、裂隙充填、

3、钻石膜

4、拼合钻石

六、钻石仿制品及鉴别

合成碳化硅：非均质体，双折射率0.043，硬度9.25、密度3.22均小于钻石，色散0.104大于钻石

合成立方氧化锆：硬度8.5小于钻石，密度5.8、折射率2.15、色散0.060均大于钻石，折射率最接近钻石

人造钇铝榴石：硬度、折射率、色散均小于钻石，密度大于钻石

铅玻璃：硬度、折射率、色散均远小于钻石，密度略大

合成金红石：非均质体，双折射率0.287，硬度小于钻石，色散0.330远大于钻石

人造钆镓榴石：硬度、折射率远小于钻石，密度大于钻石，色散0.045最接近钻石

人造铌酸锂：非均质体，硬度、折射率均小于钻石，密度、色散大于钻石

人造钛酸锶：硬度、折射率小于钻石，密度、色散大于钻石

合成尖晶石：硬度、折射率、色散均小于钻石，密度略大

水晶：非均质体，硬度7，密度2.65，折射率1.544-1.553，双折射率0.009，色散0.013

锆石（无色透明）：非均质体，硬度7.5，密度4.2-4.7，折射率1.93-1.99，双折射率0.059，色散0.039

蓝宝石（无色透明）：非均质体，硬度9，密度4.00，折射率1.76-1.78，双折射率0.008，色散0.018

托帕石：非均质体，硬度8，密度3.53最接近钻石，折射率1.61-1.62，双折射率0.010，色散0.014endprint