——恒鑫珠宝首饰鉴定评估(大连)有限责任公司
合成彩钻实在实验室人工合成的,具有天然钻石基本相同的物理性质、化学成分和晶体结构的人工合成钻石。目前合成宝石级钻石的方法,主要有高温高压合成法(HPHT)和化学气相沉积法(CVD)。
概述
近年来,CVD合成技术得到不断改进和发展,可以合成出的品种越来越丰富,颜色也越来越多样化,除褐色、无色外,还可合成出粉色以及蓝色。为此,我们结合市场和NGTC研究坚定地最新进展,在回顾CVD研发史的护城公园是噶不过,对彩色CVD合成钻石的鉴定特征进行了简述。
历史进展
1952年
化学气相沉积法(简称CVD法)合成钻石最早出现于1952年,开始生长速度很慢,基本达不到商业用途。
1956年
俄罗斯开始在低压下利用CVD技术合成钻石。此时,合成钻石的生长速度有所提高,并且可以在其他非钻石的物资上,生长合成钻石。、
20世纪80年代
20世纪80年代初,日本在CVD合成技术上取得了很大的成功:大大提高了合成钻石的生长速度,可达1µ m/h,该项技术引起了全世界对CVD合成钻石技术的关注。80年代末,De Beer’s元素六(Element Six)公司开始进军CVD合成钻石领域,并且很快成为了该领域的领头人。
此时,尽管CVD技术合成钻石的生长速度有了很大提高,但是以1µ m/h的速度要生长0.5克拉的CVD合成钻石原料,还需要长达18周的时间。因此,用CVD法生产保湿剂合成钻石仍是一个难题。直至20世纪90年代,CVD法主要用于合成钻石薄膜,应用于各种工业、医疗械具等领域。
20世纪90年代
CVD合成技术在宝石学方面的应用,最初仅用于在天然钻石表面生长一层有色合成钻石膜,以改变钻石的颜色。那是的单晶CVD合成钻石很薄,通常厚度小于0.1nm。1990年以后,生长厚度达到0.5nm。1993年应用微波CVD技术后,可以合成出厚达1.2mm的单晶合成钻石。
2003年
美国阿波罗(Apollo)公司利用CVD技术,生产出达到宝石级的单晶合成钻石,并开始进行商业化生产。之后,阿波罗公司改进了生产技术,合成出可以自然解析有的Ⅱ型钻石相媲美的,厚度超过2mm的高质量刻面型CVD合成钻石。同时,阿波罗公司承诺将完全公开这些合成钻石的信息,将在所有由该公司生长的合成钻石腰围上刻上激光标记。
2005年美国卡内基实验室生长出5~10克拉单晶钻石,生长速度为每小时100微米,5倍于高温高压合成钻石。
2007年
王五一报道阿波罗公司可以合成出褐粉色或褐橙粉色钻石,2010年阿波罗公司可以合成出浓度较高的粉色或粉紫色钻石。
2010年
Gemesis公司用CVD法合成出无色~近无色的合成钻石。他们在肉眼或显微镜下无法与天然钻石相区别,需借助先进的光谱学和图像技术来鉴别。这些CVD合成钻石能经过后期的热处理,改善颜色,这在无形中增加了CVD合成钻石的鉴别难度。
2013年
蓝色CVD合成钻石出现在香港和曼谷珠宝展销会上。这种合成钻石不是有硼辐照致色,而是由SIV缺陷致色。
生产原理
通常,化学气相沉积(CVD0能在高温等离子的作用下,将含碳气体离解,使碳原子在基底上,沉积成钻石膜。此基底可以是非钻石材料,但单晶钻石通常是碳原子在钻石基底上沉积而成。含碳气体则一般是指含氮、甲烷和氢的混合气体。
甲烷是合成钻石中碳原子的来源;氮可以增加生长速度;氢可以抑制石墨的形成。CVD合成钻石在低压高温条件下进行,压力一般小于一个大气压,温度在1000度左右。
基本特征
1. CVD合成钻石单晶大多都呈板状,偶尔可在边部见到小的八面体和菱形十二面体。
2. 早期的CVD合成钻石颜色多为暗褐色或浅褐色。而近期发现的CVD合成钻石被证明:曾经过后期高温热处理,颜色或为无色或近无色。
3. CVD合成钻石内部包体较少,个别可见到针点状、黑色不规则包体。但是,这并不能作为区别天然钻石、HTHP合成钻石的依据。
4. CVD合成钻石中不会出现金属包体,因此不具有磁性。
鉴定特征
随着CVD合成技术的不断改进和发展,市场上可见到的CVD合成钻石品种越来越丰富,重量接近1分甚至小于1分,大到几克拉,颜色也由原来的褐色,发展到现在市场上可见的无色、粉色以及蓝色,这给鉴定工作带来了很大的挑战。国家珠宝玉石质量监督检验中心目前具有鉴别各种合成钻石以及处理合成钻石的能力,可以为广大消费者提供技术支持和消费保障。
褐色、黄褐色
早期宝石级CVD合成钻石多呈褐色或暗褐色,内部可见深色点状不规则包体,拉曼光谱测试结果证明包体是非钻石或石墨。
1. 可见特征的深灰色内部纹理
2. 呈现橙色到橙黄色荧光,短波强于长波;DiamondView下可见红色到橙红色的荧光,并且可见层状生长纹理。颜色深浅和氮含量有一定的关系。
3. 部分样品的红外光谱可以检测到1344和1130吸收,多数可见与氢有关的吸收3123,偶见3323吸收。在拉曼光致发光光谱中,几乎所有的样品都有737nm发光线。大部分褐色CVD合成钻石的紫外可见光吸收光谱中可见270nm宽吸收带,以及500nm到短波吸收渐变增强,部分可见520nm宽吸收带。
4. 近期新发现的CVD合成钻石具有光绿色荧光,短波强于长波,具多具有磷光。在超短波紫外灯下,CVD合成钻石具有典型的层状生长结构,是CVD合成钻石的主要鉴定特征。
5. CVD合成钻石多是Ⅱa型,大部分CVD合成钻石的光制发光光谱中有737nm的双线。
粉色CVD合成钻石
CVD合成粉色钻石的之色成因有两种,一种主要是由520nm致色,另一种主要是由 637nm吸收致色。
由520nm致色的粉色CVD合成钻石颜色一般较浅,并带有褐色调或褐橙色,可见弱到中等的637nm吸收,但是637nm不是主要致色因素。637nm致色的粉色CVD合成钻石一般色调较浓,常伴有紫色调,可怜强的637nm和575nm吸收峰,是钻石呈粉色的主要原因。红外光不可见1344cm-1,1450cm-1,1502cm-1以及弱1323cm-1,近红外可怜6902cm-1,5892cm-1等与氢有关的吸收。
CVD合成粉色钻石具有以下共性:
1. SW以及LW下具有强到中等的橙色或橙红色荧光。
2. DiamondView下有橙色或橙红色荧光,并具有平行层状生长纹理。DiamondView下的特征是区别于其他成因的粉色钻石的主要特征。
3. 拉曼光致发光谱中有明显的737nm双线。
蓝色CVD合成钻石
目前已知的蓝色CVD合成钻石主要有两种成因:
其中一种是在合成过程中加入气体乙硼烷时,合成出含硼的淡灰蓝到深蓝色的钻石。他们的红外检测为Ⅱb型,长波紫外灯下无荧光,短波下游绿蓝色荧光,并有蓝色磷光。蓝色磷光是所含硼蓝色钻石的特征。
另一种,是在2013年9月曼谷和香港珠宝展览会上发现的新型蓝色合成钻石。他们在长波和短波紫外荧光灯下均呈惰性,且不具有合成和天然蓝色钻石的磷光特征。红外光谱测试结果为典型的Ⅱa型。其致色原因主要是硅缺陷中心在红区产生强烈吸收。而天然合成蓝色钻石主要是由硼致色。由硅缺陷致色的CVD合成蓝色钻石不具导电性。因此可以根据导电性来鉴别这种新型CVD蓝色合成钻石和硼致色蓝色钻石。