钻石及钻石的仿制品.ppt

学习情境一 钻石及钻石的仿制品鉴定 学习提要 本章主要介绍了钻石仿制品的相关定义 性质以及与天然钻石的区别 要点 1 钻石仿制品的相关定义2 钻石仿制品的各类性质3 区别天然钻石与仿制品 项目一钻石及钻石仿制品的鉴定项目二钻石与钻石优化处理品的鉴别项目三钻石及合成钻石的鉴定 如果有一个顾客有一粒非常相似于钻石的天然宝石要求做鉴别 你如何做出判别 项目1 钻石及钻石仿制品的鉴定1 仿制品通常具有所仿天然宝石的外观 但是不具有天然宝石特征的化学成分 原子结构和物理性质的材料 钻石仿制品包括人造宝石 天然宝石 人造宝石又分人造品和合成宝石 2 人造宝石全部或部分由人工生产的无机岩矿物材料 它的化学成分 原子结构和物理性质没有天然对应的 如钇铝榴石 YAG 钆镓榴石 GGG 学习情境一 钻石及钻石的仿制品鉴定 3 合成宝石指其具有天然无机宝石相同的化学成分 原子结构和物理性质的人工产品 与天然宝石有对应物 如合成钻石 合成红宝石 合成祖母绿 4 仿钻的性质 1 硬度 仿制品H通常大于7 2 高RI 仿制品要求RI较大 以单折射为主 但有些为双折射 3 高色散 高色散仿制品其外观与钻石很相似 4 无色的外观 以无色透明为好 5 切工 钻石98 为圆多面型 仿制品绝大多数都加工成与其相似 学习情境一 钻石及钻石的仿制品鉴定 5 钻石及仿钻的性质 1 双折射钻石大多数具有异常双折射 仿钻具有双折射 金红石 锆石 蓝宝石 托帕石 绿柱石 水晶具有异常双折射 合成尖晶石 玻璃 人造宝石 CZ YAG 学习情境一 钻石及钻石的仿制品鉴定 2 RIRI与钻石相近 有锆石1 810 1 914CZ 2 15玻璃RI 目前最常见的1 76 1 82 光泽较强 光泽较低 蓝宝石 尖晶石 托帕石 绿柱石 水晶 2020 2 10 8 红宝石 祖母绿六方晶体 钻石 金刚光泽 锆石 亚金刚光泽 石榴石 强玻璃光泽 托帕石 玻璃光泽 3 体色钻石有多种颜色 除无色 黄色系列外 其它色统称彩钻 合成金红石 带有黄色色调 GGG中带灰色色调 4 色散高色散 钻石为0 044 仿钻色散与钻石接近的有锆石0 039 GGG0 045 CZ0 060 铅玻璃0 060 其它高于和低于色散较易区分 学习情境一 钻石及钻石的仿制品鉴定 2020 2 10 13 戴比尔斯集团百年纪念钻石重273克拉 5 比重钻石SG3 52 其它仿钻SG都较高 GGG最高7 00 7 09 用静水称重可区别 学习情境一 钻石及钻石的仿制品鉴定 6 荧光特点钻石荧光有变化 仿钻有荧光时 则较均匀 钻石的紫外荧光无至强 可呈现蓝色 黄色 橙黄色 粉色 黄绿色等 长波强于短波 有些可见磷光 荧光与晶格中的N元素有关 90 以上为蓝白色 蓝白色荧光会提高钻石的色级 过强会导致钻石透明度降低 荧光不同 钻石硬度略有差异 无荧光 黄色荧光 蓝白色荧光 钻石长波下的紫外荧光 合成钻石短波下的紫外荧光 由于钻石在紫外灯下的荧光颜色种类和荧光强度均有很大变化 对于群镶于一件首饰上的碎钻来说 它们的荧光颜色及强度均各不相同 而合成立方氧化锆 玻璃等仿制品通常表现出较为一致的荧光特点 日光下的颜色 紫外灯下的颜色 7 内部特征钻石与仿钻的内部特征有差异 钻石内的包裹体 学习情境一 钻石及钻石的仿制品鉴定 思考题 钻石与无色刚玉的鉴别 钻石与水晶的鉴别鉴别 钻石与无色托帕石鉴别 钻石与无色绿柱石鉴别 天然宝石作为钻石仿制品鉴定注 1 无色外观与钻石接近 锆石高色散 无色刚玉的高H 2 上术所列均为双折射 3 H大于7以上 学习情境一 钻石及钻石的仿制品鉴定 学习情境一 钻石及钻石的仿制品鉴定 锆石与钻石如何区别 很多较好的锆石与钻石用肉眼很难分辨开来 第一 锆石是非均质体 从琢磨好的锆石刻面石顶面往下看 可以见到底部的棱面具有清晰的双影 而钻石则无此双影 第二 钻石的硬度为10 而锆石的硬度为8 用锆石来刻划硬度为9的标准硬度片刻不动 便可与钻石区别 第三 钻石的比重为3 52 而锆石的比重则达4 2以上 思考题 如何区别钻石与仿玻璃制品仿钻 玻璃仿制品1 普通玻璃仿制品H小 光泽弱 色散低 为产生全反射 通常在亭部贴箔 以防止漏光 2 铅玻璃在玻璃中加PbO 有时高达40 Pb 加铅玻璃 优点 RI 色散 比重缺点 H小 钻石及钻石的仿制品玻璃仿制品鉴定 钻石 H10面平棱直 无刻划痕仿钻 H低刻面棱圆滑 表面有刻划痕宝石 H9表面无刻划痕玻璃 H低表面较多刻划痕 钻石 仿钻 其特点 1 表面易磨损 刻面棱易损 常出现贝壳状断口 2 抛光成不平 具有一定的弧度 3 棱角圆滑 铅玻璃H低 怕磨损 在镶嵌中常采取保护办法 新磨出的铅玻璃 尤其是花式琢型 需仔细观察 钻石及钻石的仿制品 合成宝石和人造宝石仿制品鉴定1 合成蓝宝石由维尔纳叶法生长 通常用纯净的AL2O3梨晶 H9 RI1 76 1 78 DR0 008 色散低 0 018 除硬度H9 接近钻石外 其它特点与钻石不接近 2 合成尖晶石由维尔纳叶法生长 成分MgO AL2O3构成 两种氧化物的比例范围从2MgO 7AL2O3到MgO AL2O3 H 8 RI 1 727单折射 色散0 020 3 合成金红石1948年开始合成 维尔生长合成 RI2 61 2 91 DR0 287 刻面棱重影明显 色散0 28 H64 钛酸锶可由维尔纳叶法生长合成RI2 41 单折射 H6 色散0 20 折射率与钻石接近 但火彩极强 约为钻石4倍多 H太低 极易磨划 合成宝石和人造宝石仿制品 5 钇铝榴石 YAG 由晶体提拉法生长 在CZ未出现之前 曾为钻石最成功的仿制品 72年生产达顶峰 产量为40千万ct RI 1 83 单折射 色散 0 028 H 8 5 SG 4 86 合成宝石和人造宝石仿制品 6 钆镓榴石由晶体提拉法生长 生产成本较高 RI 1 97 单折射 色散 0 045 H 6 色散与钻石最接近 但H低 极易磨划 主要特点 在阳光下暴晒时易变为黄棕色 1975年生产出 1976年CZ问世即被淘汰 7 立方氧化锆 CZ H 8 5 RI 2 15 2 18 单折射 色散0 065 SG6 00 5 6 6 0 退火不好时易出现异常双折射 正交偏光下出现弯曲黑带 主要特点 H大 RI高 火彩强 比重大 钻石仿制品的代用品 立方氧化锆 合成宝石和人造宝石仿制品 新的钻石仿制品 无色合成碳化硅 莫仪桑石 1 H9 25绝对硬度为3000kg mm2 钻石为8000kg mm2 红蓝宝石为2000kg mm22 RI2 648 2 691 DR0 043 十倍下可看棱面双影 3 色散为0 1044 SG 3 22 3 20 3 24 6 5mm圆钻为1ct重 6 5mm碳化硅重0 91ct5 紫外LW 橙色6 紫区425mm以下有吸收线 合成宝石和人造宝石仿制品 7 放大观察 具明显刻面棱双影线8 颜色 淡绿色调 黄色调或灰色调9 热导系数为1 6 4 8Cal cmoC 钻石0 15 1 7Cal cmoC 两者较接近 合成宝石和人造宝石仿制品 鉴定特征后刻面棱线重影 白色的线状包体 碳硅石的比重小于钻石 热导仪的使用应谨慎 热导仪是根据钻石的高导热性设计的仪器 拼合石以钻石为顶 低色散宝石作为底 如果粗略检查不易察觉 以高H 低色散材料作顶 以高色散低H 如 钛酸锶 作底 使其所仿火彩更易接近钻石 以小钻石拼合成大的钻石 以提高ct价格 裸石 1 寻找拼合面及拼合线 2 放大检测拼合面上的气泡 拼合石 石榴石拼合石 黄色蓝宝石为顶 合成蓝宝石拼合石 鉴定方法1 透视法 前提条件为圆钻切工 白纸上划线钻石 RI高 反射性强 不透切工比例高占直径60 仿钻 RI低 未按比例切工 漏光 视频 钻石与仿钻石 钻石与仿钻石 2 油滴法利用钻石亲油斥水的性质 用一支油基墨笔在钻石表面划线 钻石 表面留下一条线仿钻 表面呈油滴不连续 3 哈气实验钻石哈气后蒙上一层水汽 很快蒸发 仿钻哈气后蒙上一层水汽 相对缓慢 热导率低 不易蒸发 4 外部特征法 1 纹理 与生长纹一样 双晶线 解理裂隙 断口 原晶面 解理凹角 胡须腰 2 与钻石切磨有关 对钻石切工分级很重要 a 钻石 刻面棱锋利笔直 棱线交点较好 表面光滑如镜 底尖 尖点很尖 为钻石 钻石不同刻面的抛光痕 仿钻的刻面棱重影 b 仿钻 刻面棱圆滑或破损 破口处有贝壳状断口 冠部和亭部严重错位 棱线难相交一个点 天然钻石 仿钻 5 内部特征法钻石内有晶体针尖 针尖群 云雾 羽状裂隙 生长纹 生长线 如净度低时 SI P包体易见 有暗色包体 有时则采取激光打孔烧掉 仿钻 尤其是人工 合成 玻璃内有气泡 有未熔残渣 6 色散法CZ 看下去 色彩丰富 可见红光 当晃动时 一大片橙色闪光在亭部小面上闪烁 6点钟 一半都是橙黄色 YAG 一大片蓝色闪光在亭部小面闪烁 钻石 看下去色彩单调 晃动时 橙黄色闪光在亭部3 4个小面闪烁 色散值低 一大片蓝色闪光 7 荧光法GGG为橙色 CZ为弱黄至橙色 钻石荧光强度不均一 根据产出状态和生长各种原因 有些钻石呈蓝色 蓝白色 粉红色 黄绿色荧光 荧光强 中 弱都有 有些钻石呈惰性 对检测群镶钻石有帮助 8 热导仪专门为钻石设计的一种仪器 钻石导热性比较强 这种特性常利用在电子工业上 钻石把热敏元件中的热量传出来 钻石仿制品除碳化硅 莫伊桑石 外 导热性较差 在钻石热导仪下无反应 钻石热导仪 9 吸收光谱钻石具有415 5nm吸收线 仿钻石不具有415 5nm吸收线 10 反射仪主要针对钻石级高折射率的仿制品 CZ GGG YAG 反射仪 是测定从台面反射回来的红外光能量的一种仪器 使用局限性大 要求测定样品精细抛光 完全干净和具有一点点大小 0 10ct 和钻石反射率极相近的仿制品有钛酸鍶 珠宝反射仪 11 X 光法X 射线对轻元素透过 如钻石 碳的原子量为12 碳原子中心几乎没有对那些穿越的辐射线进行吸收的亚微粒子 因此 X 射线能轻易地穿过碳原子使下面的胶片不感光 冲洗后不留影响 如CZ中ZrO2中的Zr原子为碳原子的六倍 因此 能吸收X 射线 当X 射线照射时 使下面胶片感光 冲洗后能见影像 12 比重法贸易中常用一卡尺量出样品的直径就可知重量 如1克拉重圆钻型钻石直径约为6 5mm 对于圆钻来说 重量 ct 直径 高 h 调整系数 f W 2 h f 0 0061 0 0064 项目2 钻石与钻石优化处理品的鉴别 由于钻石的珍贵 稀有 远远不能满足人类的需要 因此人们一方面进行人工合成钻石的研究 另一方面千方百计地优化处理钻石 这包括两方面 一是对钻石中的包体加以处理以提高钻石净度 二是改善钻石的颜色 具体处理方法有以下几种 1 颜色优化处理 1 传统的颜色优化处理的方法为了改善钻石的颜色 很古老的处理方法是在钻石表面涂上薄薄一层带蓝色的 折射率很高的物质 这样可使钻石颜色提高1 2个级别 更有甚者在钻石表面涂上墨水 油彩 指甲油等 以便提高钻石颜色的级别 也有的在钻戒底托上加上金属箔 这些方法很原始 也极容易鉴别 鉴定方法 2 辐照改色钻石及其鉴定物理改色法 也就是用放射照射的方法来改变钻石的颜色 可称为永久性改色法 利用辐照可以产生不同的色心 从而改变钻石的颜色 辐照钻石几乎可以呈任何颜色 如用中子进行辐射 褐色钻石可改变为美丽的天蓝色 绿色 值得注意的是这种辐射改色方法只适用于有色而且颜色不好的钻石 作为K色级以上的钻石 要想用此方法提高颜色的级别是办不到的 鉴定方法 辅照改色钻石的鉴定可从以下三方面进行 颜色分布特征天然致色的彩色钻石 其色带为直线状或三角形状 色带与晶面平行 而人工辐照改色钻石颜色仅限于刻面宝石的表面 其色带分布位置及形状与琢形形状及辐照方向有关 当来自回旋加速器的亚原子粒子 从亭部方向对圆多面型钻石进行轰击时 透过台面可以看到辐照形成的颜色呈伞状围绕亭部分布 见图3 1 25 在上述条件下 阶梯形琢形的钻石仅能显示出靠近底尖的长方形色带 当轰击来自钻石的冠部时 则琢型钻石的腰棱处将显示一深色色环 当轰击来自钻石琢形侧面时 则琢型靠近轰击源一侧颜色明显加深 吸收光谱原本含氮的无色钻石经辐照和加热处理后可产生黄色 据认为这种黄颜色是由H3和H4色心引起的 且以H4色心占优势 而天然黄色钻石没有H3或H4色心不明显 在吸收光谱中 见图3 1 26 由H4色心引起的吸收线的存在被认为是钻石经辐照的证据 但H4色心的缺失并不说明钻石颜色就一定是天然的 另外经辐照而成的黄色钻石还可存在595nm的吸收线 但是在样品辐照后再次加热的过程中 随着温度的不断上升 595nm吸收线将消失 与此同时在红外光谱区将出现Hlb和Hlc线 从目前的技术看 不可能做到既无595nm吸收线 又无Hlb和Hlc吸收线的辐照钻石 因此595nm或Hlb和Hlc线的出现 将是辐照钻石的鉴定依据 导电性 天然蓝色钻石由于含微量元素B而具有导电性 而辐照而成的蓝色钻石则不具导电性 3 GE钻石GE钻石为一种新的颜色优化处理的方法 1998年 美国通用电器公司 GE 采用高温高压 HTHP 的方法将比较少见的 a型褐色的钻石 其数量不到世界钻石总量的1 处理成无色的钻石 见图3 1 27 偶尔可出现淡粉色或淡蓝色 该类型又称为高温高压修复型 这些高净度的褐色到灰色钻石 经过处理后的颜色大都在D到G的范围内 但稍具雾状外观 带褐或灰色调而不是黄色调 GE钻石在高倍放大下可见内部纹理 见图3 1 28 常见羽毛状裂隙 并伴有反光 裂隙常出露到钻石表面 部分愈合的裂隙 解理以及形状异常的包体 见图3 1 29 一些经处理的钻石还在正交偏光下显示异常明显的应变消光效应 见图3 1 30 这种方法处理的钻石鉴定起来比较难 通用电气公司曾承诺由他们处理的钻石在腰棱表面用激光刻上 GEPOL 或 Bellataire 字样 4 Nova钻石Nova钻石是另外一种新的颜色优化处理的方法 1999年美国诺瓦公司 NovaDiamond 采用高温高压 HTHP 的方法将常见的Ia型褐色钻石处理成鲜艳的黄色一绿色钻石 该类型钻石又称为高温高压增强型或诺瓦 Nova 钻石 见图3 1 32 该类型钻石发生强的塑性变形 异常消光强烈 显示强黄绿色荧光并伴有白垩状荧光 实验室内通过大型仪器的谱学研究 可把Nova钻石和天然钻石区分开 这些钻石刻有Nova钻石的标识 并附有唯一的序号和证书 2 净度处理 1 激光打孔激光打孔处理的钻石 由于在钻石表面留下永久性的激光孔眼 而且因为充填物质硬度永远不可能与钻石相同 往往会形成难以观察的凹坑 但对有经验的钻石专家来说 只要认真仔细观察钻石的表面 鉴别它并非很困难的事情 2 新的 KM 内部激光打孔方法KM处理方法在2000年引入 KM KiduahMeyuhad 是西伯来语 特别打孔 的意思 可有两种处理方法 A 破裂法 裂化技术 低质量的钻石有明显的近表面包体 并伴有裂隙或裂纹 激光将包体加热 产生足够的应力以使伴生的裂隙延至钻石表面 这种次生裂隙看起来与天然裂隙相似 见图3 1 34 但这种处理方法掌握不好容易使钻石破裂 B 缝合法 裂隙连接技术 采用新的激光孔可将钻石内部的天然裂纹与表面的裂隙连接起来 在钻石的表面产生平行的外部孔 看起来像天然裂纹 然后通过裂隙对钻石内部的包体进行处理 2 裂隙充填对有开放裂隙的钻石 可以对其进行充填处理 以改善其净度及透明度 充填钻石的鉴定可以从以下几个方面人手 1 显微镜观察A 闪光效应 a 薄膜虹彩效应区别这两种效应的特征是 未充填裂隙的虹彩效应一般在近于垂直裂隙的方向表现得最明显 而充填裂隙的闪光效应则在几近平行裂隙的方向表现最明显 另一个重要的区分特征是其裂隙结构 c 辐照斑点裂隙中的辐照斑点也会误当作为棕色的闪光效应 尽管少见 但这种斑点像铁质斑点一样能在很多角度看见 而不像闪光效应那样 另外辐照斑点可以从裂隙延伸到钻石内部 b 天然色斑钻石开放裂隙中的橙黄色色斑 有时易被误认为是橙色的闪光效应 这种色斑是由铁质微粒浸染而成 在很宽的角度范围均可见 B 流动构造充填裂隙内常保留充填物充填过程中的流动构造 C捕获气泡充填物内的空洞 即未完全充填的区域可能会很大 捕获的气泡看上去像一组指纹状包体 也可能很小 而呈亮点 这都是裂隙充填的很好证据 D 絮状结构充填物质过厚时可产生一种絮状结构 有时这种絮状结构又可演变成一种网状结构 絮状结构容易在激光孔的充填物中发现 E 在一些充填裂隙中 发现有白色近于平行的细线 可能是裂隙中的微小裂隙 这一特征很微弱 仅在光纤灯的强光照明下才能观察到 F 充填物颜色充填物比较厚时 能见到浅棕色至棕黄色或橙黄色充填物的颜色 这种充填物的体色在充填的空洞和激光孔中也能看到 G 不完全充填不完全充填裂隙通常极细窄 看上去像细白的划痕或暗域下的擦痕能是钻石蒸洗时部分充填物被去除造成的 H 表面残余部分充填物残留于钻石表面 残留于裂隙人口处呈雾状 残留于表面 就像抛光过程留下的烧痕 这种表面残余物与烧痕的区别在于 烧痕一般分布面积较大 与裂隙无关 不重新抛光去不掉 2 用X光照相和X荧光能谱仪鉴定A X光照相B X荧光能谱 3 钻石膜 2 镀膜钻石的鉴定天然钻石是单晶体矿物 钻石膜是多晶体 因此可用鉴定单晶 多晶体的方法区别它们 有两种无损伤的鉴定方法 1 仔细观察其钻石膜表面 具有粒状结构 而天然钻石通常不存在粒状结构 2 用仪器测定 可利用拉曼光谱测定 天然钻石和镀膜钻石的拉曼光谱特征具有很大差异 见图3 1 38 天然钻石的特征峰是在1332cm 1处 因为它是单晶 所以峰的半高宽 FWHM 窄 优质DF钻石膜的特征峰在1332cm 1附近 多晶及内应力都会造成Raman峰的频移 半高宽 FWHM 宽 质量差的DF钻石膜的特征峰频移大 强度减弱 甚至在1500cm 1附近出现一个宽峰 对于立方氧化锆或其他低热导率宝石上的DF 只要它很薄仍可用 钻石笔 测其热导率来加以鉴定 4 拼合钻石鉴定钻石拼合石是由钻石 作为顶层 与廉价的水晶或人造无色蓝宝石等 作为底层 粘合而成的 粘合技术非常高 可将其在镶嵌在首饰上将粘合缝隐藏起来 使人不容易发现 在这种宝石台面上放置一个小针尖 就会看到两个反射像 一个来自台面 另一个来自接合面 而天然钻石不会出现这种现象 仔细观察 无论什么方向 天然钻石都因其反光闪烁 不可能被看穿 而钻石拼合石就不同 因为其下部分是折射率低的矿物 拼合石的反光能力差 有时光还可透过 到目前为止 已知人工合成金刚石的方法有三种 1 静压法包括静压触媒法 静压直接转变法 晶体触媒法 2 动力法包括爆炸法 液中放电法 直接转变六方钻石法 3 在亚稳定区域内生长钻石的方法包括气相法 液相外延生长法 气液固相外延生长法 常压高温合成法 目前 合成宝石级钻石主要方法是静压法 属于高温超高压法 又称为HTHP法 可分为BELT法和BARS法 和化学气相沉淀法 CVD法 项目三 钻石及合成钻石的鉴定 2 高温高压 HTHP 合成钻石的鉴定HTHP合成钻石其主要物理 化学性质与天然钻石类似 其主要区别在于 1 颜色大多数HTHP合成钻石以黄色 桔黄色 褐色为主 价格很有竞争力 可以作为同种天然彩钻的替代晶 而蓝色和近无色等颜色的合成钻石由于技术难度大 成本高而极难见到 2 晶形及晶面特征 合成钻石的晶形多为八面体 111 与立方体 100 的聚形 晶形完整 见图3 1 16 晶面上常出现不同于天然钻石表面特征的树枝状 蕨叶状 阶梯状等图案 见图3 1 17 并常可见种晶 见图3 1 18 由于在合成钻石中形成多种生长区 不同生长区中所含氮和其他杂质含量不同 会导致折射率的轻微变化 在显微镜下可观察到生长纹理及不同生长区的颜色差异 3 内部显微特征HTHP合成钻石内常可见到细小的铁或镍铁合金触媒金属包体 这些包体呈长圆型 角状 棒状平行晶棱或沿内部生长区分界线定向排列 或呈十分细小的微粒状散布于整个晶体中 在反光条件下这些金属包体可见金属光泽 见图3 1 19 图3 1 20 因此部分合成钻石可具有磁性 另可见不规则状的颜色分带 沙漏形色带等 净度以P SI级为主 个别达VS级甚至VVS级 4 吸收光谱无色一浅黄色天然钻石具Cape线 即在415nm 452nm 465nm和478nm的吸收线 特别是415nm吸收线的存在是指示无色一浅黄色钻石为天然钻石的确切证据 合成钻石则缺失415nm吸收线 5 异常双折射在正交偏光下观察 天然钻石常具弱到强的异常双折射 干涉色颜色多样 多种干涉色聚集形成镶嵌图案 而HTHP合成钻石异常双折射很弱 干涉色变化不明显 6 紫外荧光特性HTHP合成钻石在长波紫外线下荧光常呈惰性 而在短波紫外光下因受自身不同生长区的限制 其发光性具有明显的分带现象 为无至中的淡黄色 橙黄色 绿黄色不均匀的荧光 局部可有磷光 7 阴极发光HTHP合成钻石的不同生长区因所接受的杂质成分 如N 的含量不同 而导致在阴极发光下显示不同颜色和不同生长纹等特征 这些生长结构的差别导致天然钻石和合成钻石在