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34钻石的优化处理方法及鉴定意义

中国地质大学（武汉）

本（专）科毕业论文（设计）

题目：

钻石的优化处理方法及鉴定意义

姓名：

陈俊腾准考证号：

014307210296

院（系）艺术与传媒专业：

珠宝鉴定

指导老师：

王健行职称：

讲师

评阅人：

职称：

2011年3月

原创性声明

本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。

尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。

对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。

本学位论文的知识产权归属于培养单位。

本人签名：

日期：

摘要

钻石的优化处理主要是指利用各种物理方法（放射性辐照和高温高压处理），把那些不被人们喜爱的颜色（如浅黄、浅褐和褐色）改善，而得到受欢迎的白或其它彩色（黄、绿、蓝、红色）；其次，主要是针对钻石净度的处理，分别是激光处理和玻璃充填，其中激光处理方法分为激光打孔和KM处理。

关键词：

钻石优化处理颜色净度

ABSTRACT

Diamondoptimizationmainlyreferstotheuseofvariousphysicalmethods（radioactiveradiationandhightemperaturetreatment）,thosepeoplearenotlikethecolor（egyellow,lightbrownandbrown）toimprove,andhavebeenpopularwhiteorothercolor（Yellow,green,blue,red）:

Second,istheuseoflasertechnologyintheinclusionsindiamondsclaritytreatment.Withthedevelopmentofscienceandtechnologycanbeusedtoreplacetheincreasingnumberofimitationdiamonds,whichincludesnaturalandsyntheticgemscolorlessstones,imitationdiamondsareveryeffective,sometimesdifficulttodistinguishwiththenakedeyeidentification.Currently,theoptimizationofthediamondaremainlytwo:

low-lightdrillingandglassfilling.Theyaremainlyforthetreatmentofdiamondclarity.

Keyword:

DiamondTreatmentandEnhancementColorClarity

目录

1钻石优化处理的历史与发展1

2钻石的颜色成因2

2.1杂质元素致色2

2.1.1黄色（Cape）系列2

2.1.2Canary黄（金黄色）2

2.1.3Fancy系列（深黄、棕黄色）2

2.1.4蓝色钻石2

2.2塑性变形致色3

2.2.1褐色钻石3

2.2.2粉红和红紫色钻石3

2.3辐照产生的空穴致色4

2.4包裹体致色4

3钻石的颜色处理5

3.1辐照处理5

3.1.1光谱特征5

3.1.2颜色分布特征：

6

3.2高温高压处理6

3.2.1褐色钻石的高温高压处理6

3.2.2灰色钻石的高温高压处理7

3.3其他处理方式8

4钻石的净度处理8

4.1激光打孔8

4.1.1激光打孔钻石的方法和主要过程9

4.1.2激光打孔钻石的鉴别特征9

4.2裂隙充填10

结束语11

致谢12

参考文献13

1钻石优化处理的历史与发展

钻石的优化处理技术是提升钻石价值的重要手段，是世界各国宝石学家共同关心和研究的重要课题，也是钻石研究中最活跃的前沿领域。

常用的钻石人工优化处理的方法主要有镀膜法+辐照与加热处理法+激光打孔法和充填处理法。

关于这些优化处理钻石的方法和鉴定特征一些文献已作了详细的报道。

其实，人们对钻石颜色的优化有很长的历史了，过去用于改善钻石颜色的办法十分简单，比如1652年，人们就知道在镶嵌钻石时置薄箔于底部以提高其色调，或是用蔬菜染色剂、墨水等涂在钻石表面或腰棱以改善其颜色或提高色级。

1905年英国化学家William　Crookes发现了埋在镭的溴化物中的钻石可变成绿色的现象。

这是放射性辐照改色的开始，到1932年人们终于找到了一条即可以使钻石颜色改善，又能避免放射性对人体损伤的安全有效的改色途径。

近年来，美国通用电器公司的科学家经过长期研究发现，将具有一定净度的褐色.或棕色>系列钻石置于高温高压下，改变钻石的颜色，成功地发明了一种全新的使钻石褪色的处理方法，并可把钻石的颜色处理成无色或近于无色，经这种方式处理的钻石的颜色色级可达D级。

用这种处理方法改善的钻石颜色是稳定的和不可逆的，且不需要经过其它的特殊处理和维护。

继通用电器公司处理将褐色系列钻石改成无色或近于无色钻石后，同样用类似的方法还可将褐色+浅黄色Ia型钻石改成鲜艳的黄绿色或浅绿色。

值得一提的是最近美国GE公司采用一种新的高技术处理方法将褐色钻石降低色调，增强亮度和火彩，但并不改变钻石自身的任何天然素质，目前，仍未找到可行的鉴定方法。

据业内人士及科学家推测，这种新型处理技术可能是在高温高压下，使褐色系列Ⅱ且型钻石减色。

GE高技术处理钻石由美国莱日坎普公司全球独家经营，迫于舆论压力，该公司、GE公司及美国珠宝学院（gIA）于1999年4月28日签署了一项协议，表示在出售的高技术处理钻石的腰棱处用激光刻上“GEPOL”字样，GIA出具的钻石分级证书上也在备注一栏上标明钻石外观经GE公司改善。

珠宝学家们正在用高科技手段对这种处理钻石进行研究。

2钻石的颜色成因

钻石晶格完整时，在可见光范围内没有选择性的吸收，称无色，但还有褐色，彩色等钻石，引起它们的颜色的原因有：

1、晶格杂质元致色。

2、天然辐照损伤致色。

3、塑性变形致色。

4、包裹体致色

2.1杂质元素致色

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。

2.1.1黄色（Cape）系列

Ⅰa型钻石，含N2、N3、B集合体，随N2、N3中心的富集，黄色加深蓝区见到415、423、435、465和478nm处的吸收,其中415nm为吸收强峰。

图1钻石的吸收光谱

2.1.2Canary黄（金黄色）

孤氮中心，503、637nm吸收

2.1.3Fancy系列（深黄、棕黄色）

H3、H4辐照损伤中心色心所致

天然：

H3503nm、H4415、477、496nm吸收

人工：

H3、H4595nm吸收

2.1.4蓝色钻石

图2天然蓝色钻石

天然蓝色钻石B致色,B电子吸收红色波长,残色为蓝色。

2.2塑性变形致色

塑性变形是在高温高压的环境下，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。

这一情况发生在地下。

2.2.1褐色钻石

图3天然褐色钻石

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。

图4天然钻石吸收光谱

2.2.2粉红和红紫色钻石

图5天然粉红色钻石

从粉红-红紫-褐色的连续变化,伴有塑性变形过程Ia：

415、478、563nm吸收

IIa：

390、396、563nm吸收Argyle粉红色钻石:

415、503、563nm吸收上述以563nm宽吸收带为特征，人工处理粉红色钻石637吸收线。

塑性变形导致的一些褐色和粉色的钻石中可见到纹理现象。

2.3辐照产生的空穴致色

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α-粒子辐射引起。

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。

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）。

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。

图6德累斯顿绿钻

2.4包裹体致色

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。

3钻石的颜色处理

其实，人们对钻石颜色的优化有很长的历史了，过去用于改善钻石颜色的办法十分简单，比如1652年，人们就知道在镶嵌钻石时置薄箔于底部以提高其色调，或是用蔬菜染色剂、墨水等涂在钻石表面或腰棱以改善其颜色或提高色级。

1905年英国化学家William　Crookes发现了埋在镭的溴化物中的钻石可变成绿色的现象。

这是放射性辐照改色的开始，到1932年人们终于找到了一条即可以使钻石颜色改善，又能避免放射性对人体损伤的安全有效的改色途径。

3.1辐照处理

3.1.1光谱特征

1956年GIA的研究人员发现经辐照和加热处理的钻石在595nm处有吸收，而天然钻石没有，虽然后来的研究发现这一吸收峰在高温处理（大于1000℃）中可以消失，但又会出现1963nm和2024nm两处新的吸收。

因此595nm、1936nm和2024nm处的任一吸收峰是人工辐照的诊断谱线。

图7辐照处理钻石

　人工辐照成因的黄色钻石颜色是由H3中心（引起503nm吸收峰）和H4中心（引起496nm吸收峰）导致，而且一般以H4为主，显示496nm强峰。

天然的黄色钻石往往以H3为主，显示503nm强峰。

由于H4是收B氮集合体引起，因此不含B氮集合体的Ia型钻石经人工辐照后不会产生496nm强带。

　人工辐照致色的粉红色钻石可显示595nm和637nm吸收线，而且在570nm处可见荧光线。

天然致色的粉红色钻石主要显示563nm宽带。

　在Ia型钻石上镀膜的蓝钻石常显示出N3中心和415nm吸收带，而天然蓝钻是由硼致色，不会显示415nm吸收峰。

3.1.2颜色分布特征：

　　人工辐照致色的彩钻常显示与其结构无关的色带，如环绕亭部的伞状阴影，环绕冠

部的深色带及一侧深一侧浅的现象，这些分布特征在浸油中观察更为清晰。

CVD镀膜的蓝钻在显微镜下可于其腰、棱附近见到白色不规则体。

3.2高温高压处理

图8高温高压改色Nova钻石

3.2.1褐色钻石的高温高压处理

近年来对褐色钻石的高温高压处理获得了重大进展。

实验室高温高压条件为褐色系列钻石中的晶格缺陷提供了足够的均向压力和势能。

通过人为调控所处的温度和压力及介质条件，有助于Ⅱa型褐色系列钻石克服其所处的势垒，并促使钻石中的位错在高温高压条件下发生攀移、重组、湮灭。

使之修复至塑性变形前的初始稳定状态，并最大限度地恢复其原本无色的面貌。

对Ⅰa型褐色系列钻石而言，由于其晶格中存在致色杂质氮原子和空位，在现有的技术条件下，要想大幅度提高其色级几乎是不可能的。

因此，在钻石现存的塑性变形和点缺陷的基础上，通过高温高压再处理（温压和介质调控条件与处理Ⅱa型褐色#褐黄色钻石的有所不同），进一步加载其塑性变形强度，促进晶体内部位错的增殖和滑移，从而达到改色的目的。

由此可见。

改变钻石中的晶格缺陷、提高其色级或改变其颜色是高温高压处理钻石的最终目的。

图8高温高压处理钻石的红外光谱

3.2.2灰色钻石的高温高压处理

国外学者对天然灰色钻石的颜色处理机制进行探讨后发现，灰色钻石经过高温高压处理后，其颜色和透明度都发生了显著的改善。

钻石的灰色是由于在整个可见光范围内对光的均匀吸收和反射，而钻石晶体中大量的微细石墨包裹体是引起该光学作用的主要因素。

这些石墨包裹体的直径只有几个微米，放大观察发现，它们分布于钻石的周边区域，晶体形态呈六方扁平状。

灰色钻石中大量微细石墨包裹体的存在是由于在接近钻石—石墨平衡曲线的条件下钻石和石墨同时结晶的结果。

处理过程在钻石稳定的温压条件范围内进行，即稍低于钻石—石墨平衡曲线，这样就不会引起样品的石墨化。

实验过程经历了3个阶段，每个阶段持续10h，各个阶段的温压条件范围为：

温度为1800﹣2100℃，压强为6.0-7.0GPa。

红外光谱测试结果显示样品均为ⅠaA型。

处理之后灰色钻石变为黄色。

颜色的改善伴随着2.988eV吸收线的显著增强，这个现象是高温高压处理的结果。

紫外和可见光区的吸收没有明显变化。

高温高压对天然灰色钻石颜色的改善是在处理过程中发生了石墨包裹体转化为钻石的同质多象转变。

机理如下：

实验采用的温度和压力参数超过了钻石—石墨平衡曲线，石墨中C—C键发生断裂，结构缺陷中的H原子自由移动，扩散于

每个石墨颗粒周围形成高密度的原子云。

这些原子位于最近的带负电的结构缺陷中，红外区3235cm和3107cm的吸收因此增强。

H从石墨包裹体表面逃离，六边形结构中原子间距越来越大。

最后，边缘的C原子从石墨基体中分离，自由C原子从石墨中脱离并扩散，被钻石晶格中的空穴、位错等捕获。

同质多象转变的结果是，微细石墨包裹体完全消失，灰色调消除，钻石透明度增强。

3.3其他处理方式

镀膜：

CVD镀膜是钻石颜色优化的一项新技术，一般在Ia型刻面钻石的冠部用化学气相沉积法镀上一层厚几个到几十个微米的天蓝色合成金刚石膜来仿造天然蓝钻石。

4钻石的净度处理

除了颜色优化之外，设法提高其净度也是目前钻石优化处理的一个重要方面。

天然钻石中包裹体和裂缝会影响其净度。

人们利用激光高能量、细光束，高准直度的特点，除去钻石内部的包裹体，提高其净度。

4.1激光打孔

自1970年以来就采用激光对钻石进行优化处理（激光打孔），而且激光打孔已被钻石界广泛认可。

激光打孔主要初衷是淡化钻石中的深色包裹体，减弱其可见程度，以明显改善钻石的外观。

图9激光打孔

4.1.1激光打孔钻石的方法和主要过程

钻石常用激光打孔的方式以减少深色包裹体的明显影响。

用激光束烧出直径小于0.02mm的非常细的孔穿过钻石到达包裹体。

包裹体可用激光束烧掉或用酸去除。

随后可用玻璃或环氧树脂将孔充填以防止尘埃进入。

新近已开始采用一种称为“KM激光处理”的新类型。

这种新的处理方法用激光加热包裹体，使应力裂隙延伸到钻石的表面。

这时可用酸处理这些裂隙以去除深色包裹体。

这种处理，主要用于深色包裹体靠近钻石表面。

如果包裹体原先张性环绕它，那将是较为理想的。

这种处理通常留下一个“之”字形横向管道，达到表面的裂隙。

具体过程如下：

（1）选取需处理的钻石样品，确定暗色包裹体方位。

（2）确定离暗色包裹体最近的刻面。

（3）垂直刻面，发射脉冲激光，激光烧蚀孔到达包体后停止。

（4）加热沿激光孔扩充裂隙，使裂隙到达表面。

（5）将钻石放入HF、H2SO4或HCl中煮沸，包体被溶蚀。

（6）将激光孔或裂隙用高折射率玻璃填充。

4.1.2激光打孔钻石的鉴别特征

激光处理过的钻石按国家标准规定是必须注明"处理"字样的，鉴别激光处理要注意区分：

激光处理和没有处理的样品；以及激光孔道和天然溶蚀孔道。

注意利用不同光源条件，如暗域、亮域、顶光源和光纤灯等，主要在显微镜下进行观察。

对处理钻石实际上不可能忽略其激光孔的存在，在钻石净度分级过程中能容易地观察到。

多数激光处理的钻石是从冠部打孔的。

激光孔非常窄而且较直，从单个包体延伸至钻石表面。

然而，当激光的聚焦点需转到钻石相同区域的另一个包体时，有些激光孔会显得弯曲和长度变化。

通常激光孔的外观像一个直径基本均匀的微白色细小针状管道。

在触及钻石表面的地方，窄小的管道显得较宽，截面较圆，在反射光下，沿激光孔开口会有一小凹缘，用10倍放大镜从钻石侧面仔细观察，可看出这些孔道。

但钻石镶在首饰中将会掩盖孔口，使激光处理的钻石检测难度增大。

4.2裂隙充填

除了颜色优化之外，设法提高其净度也是目前钻石优化处理的一个重要方面。

天然钻石中包裹体和裂缝会影响其净度。

人们利用激光高能量、细光束，高准直度的特点，除去钻石内部的包裹体，提高其净度。

八十年代以色列YAHUDA公司发明了钻石的裂隙充填技术。

他们首先用激光打孔至钻石内部暗色包裹体，用强酸将内含物溶出，再用其它折射率相近的物质将孔填上。

填充后的钻石，其净度可提高2-3个级别。

填充的材料有两种：

一种是“有彩光充填”，这种传统的充填方法是以钻玻璃做为充填材料，填充后裂隙处保留有彩光，但这种彩光不象未充填之前的七色彩光，而总是呈现七彩光中两种相邻的颜色（比如黄绿、蓝紫等）。

另一种是无彩光充填，裂隙处没有因充填而呈现双色彩光，是由C、H、O等元素组成的新的填充材料，研究者认为是一种透明的树胶。

由于这种充填裂隙处不再有彩光，很难被发现，更具有隐蔽性。

图10玻璃充填钻石的闪光效应

结束语

综上所述，钻石的优化处理主要针对净度和颜色进行处理，目前主要指利用各种物理方法（放射性辐照和高温处理），把那些不被人们喜爱的颜色（如浅黄、浅褐和褐色）改善，而得到受欢迎的白或其它彩色（黄、绿、蓝、红色）：

其次，主要是利用激光打孔和充填技术对钻石中的包裹体进行净度处理。

致谢

经过一个多月的努力，我的论文终于完成了，感谢给予我帮助指导的老师。

首先我感谢学校给了我们资料信息丰富的期刊室，那里有专业的理论杂志，有开阔创新的文章，还有电子阅览室，以它独特的数据库资源给我提供了极大的帮助，正是有了如此丰厚的条件，才使我的论文如期完成。

其次，谢谢在论文写作中给予我极大帮助的老师，他每次耐心的一个一个指导我们，对我们写作中存在的问题做详细的讲解，并对我们观点中的一些错误思路纠正，对一些我们想不到的观点加以指拨，启发我们创新观点思路。

从论题选择、开题报告、具体写作、修改稿件、定稿，老师一直孜孜不倦的辅导我们，现在我的论文终于完成了，真心的谢谢老师。

老师，您辛苦了！

参考文献

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