人工合成钻石的鉴定.ppt

人工合成钻石的鉴定,二0一六年十一月,1 宝石之王-钻石,对于钻石，我们从不陌生。自古以来，人们就对钻石充满了幻想，它自身散发出的光芒将绚丽如虹的色彩照耀在每一个人的眼中。现今，流光溢彩的钻石已经取代了金银的地位，被视为爱情与忠贞的象征，令无数人为之向往。,1 宝石之王-钻石,钻石之最,最大的钻石-非洲之星 The Cullinan 非洲之星是在1905年于南非Premier矿场中发现，重量高达3106 carats。最大者（Cullinan I）被镶嵌在英皇的权杖上，重达530.2 carats。,最神秘的钻石-海洋之心 具有鲜艳深蓝色的钻石，是稀世珍品， 大粒者世界上仅有几颗。名钻“希望”，就是其中之一，它那像迷雾一样的历史中充满神秘。在电影泰坦尼克号中也有出现。,1 宝石之王-钻石,1.1 钻石从哪里来 钻石是在地球深处，约150200公里处富含碳元素的矿层，在巨大压力和大约1200的环境下，碳的分子排列结构发生巨大变化，变成透明的钻石晶体，钻石其实是一种密度相当高的碳结晶体。在形成过程中，如有其它元素混进来，会使一些天然钻石具有多种颜色。,钻石形成地,有颜色的钻石,1 宝石之王-钻石,1.2 钻石的结构和成分 钻石的化学成分是碳，属等轴晶系。常含有0.05%-0.2%的杂质元素，晶体形态多呈八面体、菱形十二面体、四面体及它们的聚形。有强金刚光泽。硬度为10，是目前已知最硬的矿物，绝对硬度刚玉的150倍，钻石具有发光性，日光照射后 ，夜晚能发出淡青色光。钻石的化学性质很稳定，在常温下不容易溶于酸和碱，酸碱不会对其产生作用。,钻石的立方晶体结构中每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键，构成正四面体。由于钻石中的C-C键很强，所以钻石硬度大，熔点极高。,钻石的结构,石墨和钻石的成分相同，石墨结晶格架为六边形层状结构，属六方晶系，分子键为主。 石墨与金刚石、碳六十、碳纳米管等都是碳元素的单质，它们互为同素异形体。,石墨的结构,1 宝石之王-钻石,1.3 钻石的主要产地 世界各地均有钻石产出，已经有30多个国家拥有钻石资源，年产量一亿克拉左右。产量前五位的国家分别是澳大利亚、扎伊尔、博茨瓦纳、俄罗斯。 钻石单位为克拉。一克拉等于0.2毫克，因其外观，储量和加工等因素，钻石价格昂贵。,TESIRO 定制戒指 商品总重量10g 售价10719元,2 人工合成钻石,2.1 人工钻石 钻石在众多领域应用广泛，但由于价格开采因素，需求远大于供给，因此出现人工钻石。 人工钻石是一种由直径10到30nm的钻石结晶聚合而成的多结晶钻石。此外还存在其它材质的仿制钻石。由于生成环境的不同，人工钻石的分子结构并不是天然钻石的完全八面体结构而是一种复杂结构，从而会产生磷光现象。 经过科学家的改良制作方法，现在生产的人工钻石在外观上和天然钻石没有任何差异，随着人工钻石生产技术的成熟，其造价低廉，且可以制作出各种颜色的钻石而在珠宝市场上崭露头角。,2 人工合成钻石,2.2 人工合成钻石技术的发展 1954年人工钻石首次合成成功，当时，一批通用电器公司的研究员仿造钻石在自然界形成的环境，给碳加以极度的高温和高压，在实验室里制造出一颗钻石。 后来，俄罗斯研究小组在2300、15到18万个大气压的高温高压环境下，在中心放一颗很小的天然钻石作为种子，在种钻周围是高温金属液体，在金属溶液的上层是石墨，在这种环境下石墨中的碳原子会从金属原子中列队走向钻石从而形成新的钻石。这种技术可以制作大颗粒的钻石，但由于经费等问题这一课题一度停止。,2 人工合成钻石,为降低试验条件，节约成本，科研工作者开始采用CVD（化学气相沉积）的方法，在很低压力和相对低的温度下，将碳从含碳的混合气体沉积成钻石基体。 实验过程：将天然气和氮气加热后，在洗碗机大小的压力室里形成一种碳等离子体，该等离子体不断沉积在压力室底部的碳底层上，并逐渐积聚和硬化，形成钻石薄片，进而切割成宝石形状。 现今，人工钻石技术更加成熟，涌现出蒸汽沉积、冷坩埚融壳法和射频加热技术等方法。总体而言，人工钻石技术可被归为HPHT（高温高压法）和CVD（化学气相沉积法）两大类。HPHT钻石和CVD钻石与天然钻石几乎完全相同，仅在原子结构层面存在差异。,2 人工合成钻石,2.3 其它种类的人工钻石 其它人工钻石还有：合成碳硅石、立方氧化锆、钛酸锶、合成金红石、仿钻火石玻璃（铅玻璃的一种）等。这些物质之所以能作为人工钻石，主要是因为它们都有较高的折光率和明显的色散，使得这些人工钻石在外观光学特征上与钻石 非常相似。,立方氧化锆,以假乱真的人工钻石,2 人工合成钻石,另外还有一些更为低劣的仿冒品，包括有：无色尖晶石、无色刚玉、无色黄玉、无色水晶和石英玻璃等，由于它们的折光率和色散明显低于钻石，肉眼直观鉴定很容易鉴定很容易区分。 目前市场常见的人工钻石是立方氧化锆， 因为这种人工合成品的物理性质与钻石很接 近，成本也很低。最近新出现的合成碳硅石， 光学性质更接近钻石，是比立方氧化锆更好 的钻石仿制品，价格为同等效果钻石的5-10%。,碳化硅戒指,碳化硅(carborundum)，多为人工合成，天然的非常稀少，仅出现在陨石坑内，其颜色多为暗绿色、黑色。一些碳化硅带有浅绿色色调，碳化硅的外观与钻石极为相同。,2 人工合成钻石,2.4 人工钻石带来的问题 现在，随着科学技术的发展，人工生产钻石的技术已经越来越强 ， 在天然钻石嵌入了更多的人工加工的痕迹，钻石产业变得参差不齐，而且，天然钻石中可能嵌入了人工钻石的成分，这就使得钻石业的真假程度变得难以判定。天然钻石和人工钻石一起混淆于市场中，消费者极易上当受骗。这直接导致了人们不得不寻求专门的技术来鉴别天然钻石和人工钻石，,3 人工钻石鉴定方法,3.1 早期鉴定方法-磁石吸引 最早的时候时候由于人工钻石技术不够精良，钻石商可以用非常简单的方法确认钻石是否在实验室里面合成的，他们采用的是强力磁铁，因为人工钻石内部有培养过程中残留的金属结晶，强力磁铁便能将钻石吸起。 但随着人工技术的发展，金属残留量越来越少，该方法因而失效。,to no effect,鉴定方法有哪些?,3 人工钻石鉴定方法,3.2 鉴定方法 时至今日，人工钻石技艺日益精湛，其制成的合成钻石，几乎可以假乱真，然而与天然钻石相比，它的价值要逊色许多，在很多地方存在差异，我们可以从如下几个方面通过物理和化学手段来检测钻石是属于人工钻石还是天然钻石。 （1）颜色 绝大多数合成钻石呈黄色、渴黄色，其颜色往往比天然钻石更为浓郁鲜亮；而天然钻石为无色、浅黄及其它颜色。但是无色透明的钻石鉴别就比较困难了，其鉴别往往需要通过复杂的工艺。不过，无色透明钻石合成也比较困难，数量并不多。,3 人工钻石鉴定方法,（2）吸收谱线 人工钻石缺失天然钻石中无色浅黄色系列在415nm的特征谱线。另外绝大部分天然钻石为a型，而合成钻石主要为b型，少数情况下有双原子集合体氮存在。 （3）异常双折射 正交偏光下，天然钻石因生长及运移过程的复杂性表现出复杂的异常双折射特征，如不规则带状、波状、斑块状和格子状等，而人工钻石异常双折射表现较弱，某些人工钻石呈十字形交叉的亮带。 （4）晶形及表面特征 人工钻石常以八面体和立方体聚形为主体，并且可发育成菱形十二面体、四角三八面体或三角三八面体晶面。表面可能显示树枝状生长纹或不规则的小丘或瘤状物，这与天然钻石不同。,3 人工钻石鉴定方法,（5）发光特征 不同方法合成的钻石，晶型还是有一些特征，使用现代仪器是很容易辨别出来的，如紫外、红外、X光等。 1）紫外荧光检测：有些人工钻石在长波紫外光下呈惰性，在短波紫外光下显示中等至强的黄绿色荧光，并且具分带现象，与天然钻石的荧光特征不同。 2）阴极发光仪（电子激发下）： 人工钻石：颜色：黄色-黄绿色，规则分区（主方体、八面体区不同）。 天然钻石：蓝色为主，层状生长或复杂的生长形式。,3 人工钻石鉴定方法,3.3 立方氧化锆和碳化硅鉴定方法 对于立方氧化锆和碳化硅等市场上常见的人工钻石，在色散、硬度、比重等方面和钻石有较大区别。,三种宝石参数对比,3 人工钻石鉴定方法,3.3 立方氧化锆和碳化硅鉴定方法 1）碳化硅人工钻石鉴定方法： 从视觉来看，碳化硅与钻石无法分别，甚至连仪器也区分不出，但碳化硅的七彩火光比钻石更强。在专业仪器下测试，碳化硅的火光是钻石的2.5倍。在火光上，钻石是0.044， 碳化硅是0.104；在折射度上，钻 石是2.417，碳化硅是2.65，碳化 硅的火光及折射度都超过钻石。,碳化硅石(左)和钻石(右)的火彩测试， 碳化硅石的火彩要优于钻石。,3 人工钻石鉴定方法,2）比重：碳化硅比钻石轻，即它们的比重不同，钻石的比重为3.52，而碳化硅的比重仅3.22。对未镶嵌的材料，用甲基碘比重液（比重3.32）很容易将两者区分。 3）硬度：碳化硅的硬度小于钻石，因此用钻石硬度计在碳化硅表面作刻划试验会留下划痕，而刻划计不会在钻石表面留下划痕。 4）导电性：据GIA的报告，80%的碳化硅均为电导体（天然钻石中仅蓝色、蓝灰色IIb型钻石具导电性）。常见的白/浅黄色系钻石是不导电的，因此可用电导仪或者莫桑仪鉴别钻石与碳化硅。 5）折光率：碳化硅的折光率与钻石不同，碳化硅的反光特征也不同于钻石，有经验的钻石鉴定人员可将二者区分；此外，碳化硅具双折射，因此仔细观察不难看出碳化硅棱线及底尖的重影，此时变换观察角度，重影仍会出现。,3 人工钻石鉴定方法,2）立方氧化锆人工钻石鉴定方法 立方氧化锆的鉴定方法和碳化硅类似，鉴定难度比碳化硅较低，主要从比重、色散、硬度等方面鉴定： 色散：立方氧化锆的色散为0.060，高于钻石的0.044。因此立方氧化锆看来比钻石更为熣灿。 硬度：立方氧化锆的摩氏硬度为8.5至9.0，钻石为10。 比重：立方氧化锆比钻石重1.7倍。立方氧化锆的手感更重。但是这特点只能用来分别未镶嵌的宝石。 折射率：立方氧化锆的折射率为2.176，稍低于钻石的2.417。 传热：立方氧化锆与钻石的导热性为两个极端。立方氧化锆是上佳隔热材料，可被用作喷射引擎隔热。而钻石则是最佳导热体之一，其导热能力超越铜。只要使用适合的器材，这性质最能分辨两者。,3 人工钻石鉴定方法,3.4 鉴定机构 通过HPHT（高温高压）或者CVD（化学气相沉积法）制备的人工钻石与天然钻石几乎完全相同，只有在原子结构层面存在差异，鉴定非常困难，一般情况下很难鉴定，这些人工钻石的鉴别需要专门的鉴定机构和鉴定仪器才能实现，目前国际上人工钻石鉴定最权威的机构是IGI国际宝石学院和GIA美国宝石学院。 目前正规市场上的钻石都必须经过IGI和GIA权威鉴定才能销售，GIA对每一颗送检钻石进行检测，以鉴定其是否为天然钻石。针对实验室合成的钻石，GIA会出具与标准的钻石鉴定证书完全不同的合成钻石鉴定证书。,“钻石恒久远，一颗永流传”中国大陆最为经典的钻石广告语，如同一次爱情核爆炸，响彻全球。在古老东方中国这句话更