5_钻石的类型及颜色成因.ppt

1、第五章 钻石的类型与颜色成因,本 章 要 目,一、钻石的类型,二、钻石的颜色,三、钻石颜色的成因,第一节 钻石类型的划分,钻石的化学成份是碳，在没有结构缺陷影响颜色的前提下,钻石是无色的。,这种情况在自然界是极为罕见的。,单原子N , 一个氮原子占据 碳原子四面体的中间位置,孤氮原子结构图,1、孤氮,一、钻石中氮的存在形式,依红外光谱确定氮的存在或类型,双叫A集合体或N2, 两个相邻的碳原子被氮所替代,双原子氮原子结构图,2、双原子氮,A集合体会导致红外光谱区1282cm-1的吸收，但无可见光区的吸收，因而对颜色无影响。,N3中心或N3色心,即3个氮原子环绕1个空穴。,N3中心原子结构图,N3

2、中心能吸收从蓝色到紫外末端的光谱，是产生黄色的主要原因，N3中心越多、钻石就越黄。,3、N3中心,在可见光蓝到紫区的415nm处有明显吸收（叫N3吸收），,由4-9个氮原子占据C-C位置或许多氮原子沿一定 方向聚结成几个原子厚的薄层，即片晶氮，称为 B集合体。,4、集合体氮,B集合体会导致红外光谱区1185cm-1的吸收，但无可见光区的吸收，因而对颜色无影响。,大多数含B集合体的钻石同时也含3氮原子集合体,二、钻石类型的划分,利用红外光的吸收及紫外光的透过能力的差异，来确定钻石的类型,采用的仪器为傅立叶变换红外光谱仪和紫外可见光分光光度计,实质是内部杂质元素类型和存在形式的差异,根据钻石中是否

3、明显存在氮，将钻石分为两种类型,将含氮的钻石称为I型钻石，并依据存在形式进一步分为Ia 和Ib型，将不含数量明显氮的钻石称为II型钻石，并依据 含硼情况，分为不含硼的IIa型和含硼的IIb型,Ia型钻石中含A集合体、N3中心、 B集合体，主要杂质氮的含量可达0.2%。大部分钻石属于这一类型。能透过400 300nm的紫外光显示与N相关的吸收带。,1、Ia型钻石,（一）I型钻石,2、Ib型,以孤氮形式出现 , 为黄、黄绿或褐色,也称Canary黄 。,503、637nm存在吸收光谱，在1130cm-1有红外吸收峰。,（二）II型钻石,可透过低于220nm的紫外光,红区无明显吸收带, 将不含 硼的

4、称为IIa型, 含硼的称为IIb,a型钻石几近纯净，含可忽略不计的氮。是极佳的热导体。,不含任何空穴或晶格变形的a型钻石是无色的。,不导电，具有最高导热性，在电子工业中常作为散热 片，自然界罕见，不到天然钻石总量的1%。,1. a型,2. b型,b型钻石含作为主要杂 质的硼元素。,硼以孤立原子形式随机取代 钻石晶体结构中的碳原子。,每个硼原子比碳原子少1个 电子，这一缺陷导致光谱红 端的吸收，使b型钻石呈 蓝色。,b型钻石为半导体, 1986年开始，合成钻石中加入硼并排除N，合成出了b型钻石。,b型钻石不同于其他类型的钻石，它显示半导电性。电阻随升温而迅速降低，对温度变化很敏感, 作热敏电阻来

5、测量温度的变化。,b型钻石在自然界极少见。霍普钻是最著名的b型钻石。,b型钻石在长波紫外光下呈惰性，但在短波紫外光下会发红色荧光。,不同类型钻石的物理性质和颜色特点,无色到带有不同浓度黄色调的浅黄色钻石，称为开普系列或好望角系列。,无色到具有明显黄色、褐色调的钻石,第二节 钻石的颜色及其成因,一、颜色类型的划分,1、无色浅黄色系列,开普系列钻石不论从原石还是成品供应量上都是居第一位。,在这个系列中，从D色到M-Z色级，黄色调逐渐增强，其商业价值逐渐降低。但当黄色的饱和度超过Z色级时，钻石已不再属于开普系列，而是进入彩色钻石系列，叫彩黄钻石，其商业价值很大。,是自然界另一类 较常见的钻石，商 业

6、上俗称咖啡钻。,黄色、绿色和褐色钻,2、淡褐-褐绿系列（咖啡系列）,极淡的褐色到褐 色、褐绿色。,各种颜色的钻石,颜色达到一定饱和度， 具有清晰、特征色调 的钻石称为彩色钻石，,3、彩色系列,包括黄色、黄绿色、 粉红色、紫红色和 蓝色，红色最罕见。,彩钻因其极为瑰丽、稀少而身价百倍。,黄色或褐色钻石，其颜色必须达到足够深度，例如在GIA分级体系中必须深于Z比色石，才能称为“彩钻”。至于其他颜色的钻石，虽颜色较浅或颜色饱和度较低，仍可称为“彩钻”。,在彩钻中，红色和绿色是最罕见的，其次是红紫色、紫色、橙色、蓝色、粉红色和黑色，而黄色和褐色较常见。,饱和度 Fancy Light Fancy Fa

7、ncy Intense Fancy Vivid 色 （浅彩） （彩） （浓彩） （强彩） Fancy Dark （暗彩） 调 Fancy Deep （深彩）,对于较少见的颜色，如蓝色和粉红色等，其与近无色钻石M-Z色级相当的部分可描述为faint(轻微)、very light(很浅)和light(浅)，也就是说，这些彩钻可分级和描述为：,Faint Very light Light Fancy Light Fancy etc. (微弱) (很浅) (浅) (浅彩) (彩) (等等),各 种 颜 色 的 钻 石,二、颜色的成因,1、杂质元素致色,1) 黄色(Cape)系列,a型钻石，含N2、N3

8、、B集合体， 随N2、N3中心的富集，黄色加深,影响钻石颜色的杂质元素：氮（N）、硼（B）、氢（H），以氮（N）最为常见，也最为重要。,蓝区见到 415、423、435、465和478nm处的吸收 ,其中415nm为吸收强峰。,黄色系列钻石在光谱蓝区末端的吸收,孤氮中心，503、637nm吸收,H3、H 4辐照损伤中心色心所致,天然： H3 503nm 、H 4 415、477、496nm吸收,人工： H3、H 4 595nm吸收,2) Canary黄 (金黄色),3) Fancy系列(深黄、棕黄色),天然蓝色钻石B致色, B电子吸收红色波长, 残色为蓝色。,4) 蓝色钻石,塑性变形是在高温高

9、压的环境下，使钻石的结构发生错位，使之吸收某些波长而产生颜色, 有褐色、粉红色。,2、塑性变形致色,褐 色 钻 石,这一情况发生在地下。,褐色钻石是由子碳原子错位或内部晶格变形所致,褐色钻石可见503nm强吸收线、537、512、494-495nm弱吸收线。,褐 色 钻 石 光 谱 图,1) 褐色钻石,从粉红-红紫-褐色的连续 变化, 伴有塑性变形过程,粉红色钻石,Ia：415、478、563nm吸收 IIa：390、 396 、563 nm 吸收Argyle粉红色钻石: 415、503、563nm吸收,2) 粉红和红紫色钻石,上述以563nm宽吸收带为特征,人工处理粉红色钻石637吸收线,塑

10、性变形导致的一些褐色和粉色的钻石中可见到纹理现象。,高能粒子束轰击钻石时, 将碳原子轰击出钻石的晶体结构，产生结构缺陷，称色心,吸收某些可见光而呈现颜色。,天然辐射损伤致色的钻石有741nm吸收（GR1吸收）、许多绿色钻石由-粒子辐射引起。,3、辐照产生的空穴致色,整体呈绿色的钻石很少， 德累斯顿是最有名的绿钻石重41克拉，梨形切工。 钻石的体色是由于天然辐射造成结构损伤而致色。,德累斯顿绿钻,故天然辐照产生的大都是具绿皮的钻石，一旦切磨和抛光，该绿色薄层就没有了。,因高能粒子是撞击碳原子，故很少能穿到钻石晶 体的深处，通常只是表面以下0.002mm(2微米)。,一般是由无数的暗色不透明包裹体引起。当用透射光检测时都显示深灰色。,黑色钻石在自然界中极为罕见。,4、包裹体致色,请 你 回 答, 钻石中的杂质氮以什么样的形式存在于 钻石中。, 描述钻石中氮和硼对钻石物理性质的影响。, 用什么性质将钻石划分为IaA、IaB、IIa和 IIb型，详述之间