含硅和GR1缺陷的蓝色CVD合成钻石的检测及颜色成因分析

硅相关缺陷和辐照产生的空穴缺陷均可使CVD实验室生长钻石呈蓝色。近日,对一颗蓝色方形钻石样品进行显微放大观察、发光图像观察以及光谱学测试等,发现该样品为化学气相沉积法(CVD)合成钻石,红外光谱显示,该蓝色CVD合成钻石为Ⅱa型,未检测到与氢缺陷相关的吸收;紫外-可见-近红外吸收光谱显示,除了在737 nm[SiV]^(-)和741 nm(GR1)处有非常强的吸收外,在830、856 nm和946 nm[SiV]^(0)处观察到弱吸收,GR1产生的一系列吸收使该样品在蓝区透过,最终呈蓝色;激光拉曼光致发光光谱显示存在明显辐照特征,强的503.5 nm(3H)、强的741 nm(GR1)以及515.8、533.6 nm和580 nm等发光缺陷;H3(503.2 nm)和H2(986 nm)等缺陷的存在以及596/597 nm双峰的缺失,表明样品在辐照处理前经历过高温处理。

HPHT合成黄色钻石改色实验及发光特征研究

近年来,合成钻石越来越多地活跃在市场之上,受到消费者的喜爱,因此对合成钻石的改色实验及鉴别研究也受到越来越多的关注。本文选取了27颗黄色Ⅰb型HPHT合成黄色钻石进行了辐照和热处理改色实验,并利用钻石的发光特征来鉴别HPHT合成黄色钻石的改色处理。分别对实验前后的样品进行了显微观察、红外光谱分析、光致发光光谱分析、Diamond ViewTM荧光光谱分析、三维荧光光谱分析等测试。测试结果表明:改色前后样品氮杂质类型未改变,仍为Ⅰb型;辐照可使钻石样品产生741 nm峰位的空穴色心,使钻石产生绿色调,可作为HPHT合成黄色钻石经辐照的鉴别依据,但对样品的发光特征影响不大;热处理后741 nm峰位消失,样品产生了红色调,且热处理会明显改变样品的发光样式为橘红色,原三维荧光主峰也全部消失,出现625 nm的荧光主峰,这些特征可作为HPHT合成黄色钻石热处理的鉴定特征。

天然钻石与合成钻石的特异性光谱初步研究

通过紫外-可见-近红外（UV-Vis-NIR）吸收光谱、傅里叶变换红外（FTIR）光谱及钻石观测仪（DiamondViewTM）对天然钻石、经辐照或热处理的天然钻石、高温高压（HTHP）合成钻石及化学气相沉积（CVD）合成钻石进行了较系统的谱图及微区生长结构的对比研究。结果表明：天然钻石、经辐照或高温退火处理后的天然钻石、高温高压（HTHP）合成钻石的UV-Vis-NIR吸收谱图在200~1 100nm区间谱图的反射率变化明显。相比之下,CVD合成钻石的反射率的变化相对较小。基于钻石样品的红外光谱分析,在其图谱中的800~1 600cm^-1区间,合成钻石样品、特别是CVD合成钻石在上述区间无明显的特征吸收峰位。此外,DiamondViewTM检测表明：一般而言,经HTHP处理后的CVD合成钻石出现平行的位错线,并呈现淡蓝色荧光。部分天然钻石可见典型的八面体生长线或称为树的年轮状图像,且因样品经辐照与高温高压处理后其荧光图像的颜色发生改变。高温高压合成钻石呈现出块状几何生长图像。限于钻石样品类别的多样性及合成钻石工艺的复杂且不断更新特征,天然钻石与合成钻石的UV-Vis-NIR或FTIR光谱特征存在一定的相似性,因此不具有典型天然钻石图谱特征的样品需进一步辅以DiamondViewTM、光致发光光谱等其他检测仪器予以综合分析。

高温高压合成黄色钻石颜色成因及改色机理探讨

为了从动态过程中更直观地研究黄色高温高压合成钻石的颜色成因和改色机理,本文对5颗黄色高温高压合成钻石进行高温高压改色实验,并对样品改色前后的红外光谱、光致发光光谱、DiamondViewTM图像进行了分析,发现受合成方法限制,高温高压法合成钻石所含缺陷较多,除应力缺陷外,还含有较多空穴和杂质元素,如N、Ni等,对合成钻石的品质和颜色有较大影响。同时,通过红外光谱和光致发光光谱测试得到,改色前、后合成钻石样品内的色心包括(N_V)-、(N_V)、H3、C心、(Ni_V)-、Ni_N复合体和Ni-。实验所提供的7 GPa高压及1 480℃高温条件有助于钻石晶体内部氮的聚集,从而改变合成钻石的类型,即由Ⅰb型(含少量A集合体)转变为Ⅰb+ⅠaA混合型,同时对合成钻石的颜色也产生了影响。

CVD合成钻石的红外拉曼光谱分析

用11颗高温高压合成钻石种晶在不同CH4/H2比例、温度和压强下进行CVD生长实验。对生长后样品进行了红外光谱定量分析、拉曼光谱分析及表面微形貌观察。结果表明,合成的CVD钻石有一定的内应力,晶体质量与高温高压种晶质量相似。过高的CH4/H2比例对CVD钻石的生长无明显促进作用,会增加C-H缺陷,抑制钻石的快速生长。同时,温度对CVD钻石的生长速度和生长模式起着重要的作用,适当提高合成温度有助于钻石生长台阶的形成以及生长速率的提高。

无色-近无色高温高压合成钻石的谱图特征及其鉴别方法

实验室发现大量小颗粒的无色高温高压(HPHT)合成钻石与天然钻石混杂镶嵌在各种饰品中,前人提出荧光和磷光特征是主要的快速区分特征,然而荧光、磷光特征的差异并不能完全将HPHT合成钻石与天然钻石区分开来。本文将常规的宝石学观察分析与多种高精度谱学测试相结合,对五粒不同的无色-近无色HPHT合成钻石样品进行深入研究。结果表明,五粒钻石在紫外可见吸收光谱无270 nm吸收或是只有极弱的270 nm吸收,随着颜色级别的降低,270 nm吸收越明显。红外光谱测试显示,各粒样品中都含有不等量的硼元素。光致发光光谱测试表明,HPHT合成钻石含有与微量N、Ni、Si等相关的晶格缺陷。超短波紫外光源激发下,所有的HPHT合成钻石都有强磷光,在钻石观察仪下可以观测到清晰的八面体和立方体分区特征。显然,不同的合成钻石的特征略有差异,但综合其荧光及磷光特征以及红外、紫外、光致发光光谱特征,可以准确地将无色HPHT合成钻石与对应的天然钻石区分开来。

新型GV5000宽频诱导发光测试仪的研制及其应用于筛分无色小颗粒合成钻石和天然钻石

天然钻石中普遍含有聚合氮以及复杂的生长结构,而合成钻石不含氮或含少量单氮并有典型的与合成条件有关的生长结构,利用此类性质可对天然和合成钻石进行区分。但对粒度细小或镶嵌复杂的钻石样品进行检测时,现有仪器由于局限性难以实现有效测量。本文研制了一种新型宝石发光性测试装置——宽频诱导发光测试仪(GV5000),通过对激发光源和滤光片、结构设计和测试方式的研发,实现了可同时观察多个小颗粒样品(最小为0.002 ct)的荧光特征和磷光特征,建立了一种以发光特征差异性作为筛分条件快速、准确筛分无色小颗粒天然钻石和合成钻石的分析方法。应用本方法测试了9015粒样品,并通过红外光谱、光致发光光谱等方法对筛查结果进行验证,表明97%的天然钻石具有蓝白色荧光并无磷光,而合成钻石的发光特征明显区别于天然钻石。本方法避免了样品大小和形状的影响,提高了小颗粒钻石鉴定的准确度和检测效率,对天然钻石的筛查率可达97%,对合成钻石的筛查率可达100%。

Chatham合成钻石紫外阴极发光谱

用自制的阴极发光分析仪在JCXA-733电子探针上分析两批美国Chatham公司合成钻石的微区紫外-可见阴极荧光,结果表明Chatham合成钻石具有峰波长为234,268 nm等的紫外阴极荧光谱。不同批次的Chatham钻石的紫外阴极荧光谱特征也有所不同。这些紫外阴极发光谱在天然钻石和人工处理后的天然钻石中都没有发现,可能是Chatham合成钻石的特征谱,因而可能具有一定鉴定价值。经进一步完善后,紫外阴极荧光谱技术有望成为鉴别天然和合成钻石、不同公司合成钻石或同一公司不同批次合成钻石的有效方法。

国产大颗粒宝石级无色高压高温合成钻石的鉴定特征

自2015年年初以来,市场上出现大量的无色高压高温(HPHT)合成小钻石作为配石用于首饰镶嵌,这给日常鉴定带来很大的挑战,近来又见大颗粒无色HPHT合成钻石。为了更好的了解不同厂商生长的无色HPHT合成钻石的特征,笔者对收集到的20粒山东济南中乌新材料有限公司合成无色HPHT钻石样品进行了宝石学及光谱学测试。结果表明,10粒无色圆钻形抛光样品颜色级别可达到D—E,净度级别为VS及以下,含有金属包裹体并可被磁铁吸引,正交偏光显微镜下具有低干涉色和弱的异常双折射现象,而另10粒原石样品晶形主要为立方体和八面体聚形,可见部分(110)和(113)晶面,含金属包裹体,均可被磁铁吸引。紫外-可见吸收光谱数据显示弱的270nm处吸收;红外光谱测试显示所有样品为Ⅱa型,含有少量的B元素;虽然激光拉曼光致发光光谱测试未检测到特征的杂质发光峰,但在DiamondViewTM下可以观察到强蓝绿色磷光,清晰的八面体和立方体分区特征等最主要的鉴定特征。

高温高压法合成钻石的宝石学特征

采用宝石显微镜、红外光谱仪、X荧光光谱仪、紫外荧光灯、Diamond View^(TM)等对济南某公司生长的高温高压合成的黄色、无色、蓝色钻石样品进行详细地测试与分析。结果表明,高温高压合成钻石放大观察可见内部含有棒状、柱状、细小微粒状的金属包裹体,个别样品内部相对纯净,净度级别可达VS_1;红外吸收光谱测试显示,无色合成钻石为IIa型,黄色合成钻石为Ib型,蓝色合成钻石为IIb型。X荧光光谱测试显示所有钻石都具有强烈的铁峰,无色和蓝色合成钻石未检出镍,5号样品检测出铁和镍,6号样品检测除铁和镍外还有锰。无色和蓝色合成钻石在Diamond View^(TM)下具有蓝白色荧光,并具有磷光现象且发光时间可达60多秒;合成黄色钻石在Diamond View^(TM)下具有黄绿色荧光,无磷光现象。这些高温高压合成钻石都具有"黑十字"现象,并可见四边形生长环带。紫外-可见光分光光谱仪测试合成钻石,均未检测到415nm吸收线。

NGTC实验室发现未揭示的CVD合成钻石鉴定特征研究

2012年以来,国家珠宝玉石质量监督检验中心(NGTC)先后在送检的裸石和镶嵌钻石饰品中遇到未经揭示的CVD合成钻石。为了更好地了解这些新出现的CVD合成钻石的特征,NGTC实验室对接受送检中发现的所有未经揭示的样品进行了详细的分析测试。测试结果表明,这些合成钻石均呈近无色的Ⅱa型,光致发光光谱(Photoluminescence)中可见737nm发光线,钻石观测仪(DiamondViewTM)下可见蓝绿色荧光、蓝色磷光以及CVD合成钻石典型的层状生长纹理特征。因此,仅用常规的鉴定方法很难将CVD合成钻石与天然钻石区分,但结合光致发光光谱特征和钻石观测仪荧光图像特征,可以准确地鉴定这类CVD合成钻石。

国内市场小颗粒无色高压高温合成钻石的鉴定特征

2015年,国家珠宝玉石质量监督检验中心(NGTC)深圳实验室先后在送检的镶嵌饰品中检测出多批次混杂在配镶副石中的无色小颗粒高压高温(HPHT)合成钻石,本文对这些饰品的特征进行了详细的测试和分析。结果表明,小颗粒高压高温合成钻石样品中可见Fe、Ni等金属包裹体,并大多具有磁性;红外光谱可检测到弱的2 802cm^(-1)跟B相关的吸收峰;钻石观察仪下可见蓝色-蓝绿色荧光的几何状生长分区以及强蓝色磷光;紫外-可见-近红外光谱可检测到与Ni相关吸收线(685,880nm);小颗粒钻石自动排查仪(AMS)测试结果均为"referⅡ型"或"refer"。虽然前人对无色高压高温合成钻石已有少量研究,但在实验室送检样品的配石中属首次发现,这应引起重视和警惕。

HPHT合成钻石在首饰中的鉴别特征

国家黄金钻石制品质量监督检验中心收到待检的百余件群镶钻石首饰中发现混有大量HPHT合成黄色钻石。采用宝石显微镜、红外光谱仪、X射线荧光光谱仪、紫外-可见光分光光谱仪、紫外荧光灯、DiamondViewTM等对HPHT合成钻石样品做了详细地测试与分析。结果表明,这些HPHT合成钻石样品具有较为统一的黄色,放大检查可见合成钻石内部含有大量棒状、柱状、细小微粒状的铁镍合金包裹体,且几乎都有磁性,有些磁性甚至较强;样品的红外反射光谱非常特征,均具有明显的1131cm-1处的吸收峰,为Ib型钻石,而Ib型钻石在天然钻石中极少见到;X射线荧光光谱测试显示有强烈的铁峰和镍峰,且在短波紫外线下多数具有绿黄色荧光。HPHT合成钻石在DiamondViewTM下具有不同程度的黄绿色荧光,部分具有黑十字现象。

合成及改色钻石的鉴定特征

近年来,多批未经揭示的高质量合成及改色钻石进入钻石市场,不仅欺骗了消费者,同时给鉴定机构带来了很大的挑战。为此,笔者对从某公司购得的一批合成及改色钻石进行了详细观察测试,包括放大观察,发光现象及光谱特征测试等。研究结果显示,化学气相沉淀法(CVD)合成钻石均近于无色,高压高温(HPHT)合成钻石均呈黄色,两者净度级别均较高,经辐照处理后钻石样品呈蓝色,但净度差;CVD合成钻石的紫外-可见吸收光谱没有显示明显特征吸收峰,辐照处理钻石显示GR1辐照损伤心;在DiamondViewTM下,合成钻石样品可见蓝色荧光和层状生长纹。用常规的鉴定方法难以将合成和天然钻石区分,需要结合紫外-可见吸收光谱,DiamondViewTM下的荧光图像等特征才能准确鉴别。

济南高压高温合成钻石的宝石学特征

采用宝石显微镜、红外光谱仪、X射线荧光光谱仪、紫外荧光灯、DiamondView^(TM)等对济南某公司生长的高压高温合成的黄色、无色、蓝色钻石样品进行详细地测试与分析。结果表明,高压高温合成钻石放大观察可见内部含有棒状、柱状、细小微粒状的金属包裹体,个别样品内部相对纯净,净度可达VS1;红外吸收光谱测试显示,无色合成钻石为IIa型,黄色合成钻石为Ib型,蓝色合成钻石为IIb型。X射线荧光光谱测试显示所有钻石都具有强烈的Fe峰,无色和蓝色合成钻石未检出Ni,5号样品检测出Fe和Ni,6号样品检测出Fe和Ni外还有Mn。无色和蓝色合成钻石在DiamondView^(TM)下具有蓝白色荧光,并具有磷光现象且发光时间可达60多秒;合成黄色钻石在DiamondView^(TM)下具有黄绿色荧光,无磷光现象。这些高压高温合成钻石都具有"黑十字"现象,并可见四边形生长环带。紫外-可见分光光谱仪测试合成钻石,均未检测到415nm吸收线。

合成钻石及其鉴别技术的进展

简介了合成钻石的历史及其钻石合成技术的发展过程,分析认为合成钻石和天然钻石晶面形态特征的差异是鉴别合成钻石的理论基础。总结了常规鉴别方法和现代仪器测试技术。鉴定测试一种钻石材料往往需要多种手段综合分析后,才能得出确切的结论。笔者采用宝石显微镜结合紫外灯检测鉴别合成钻石具有一定的实用意义。

查塔姆合成无色钻石──一种Ⅱa～Ⅱb混合型品种

由美国查塔姆公司近期推出的合成无色钻石的色级接近F，净度最高达SI1级，晶体主要由｛ill｝、｛100｝、｛211｝单形组成聚形，｛110｝单形一般发育不全。晶面上发育有特征的枝叶脉状生长花纹。吸收光谱测试结果表明，这种合成钻石晶格内几乎不含杂质氮原子，但存在少量的硼原子（2800cm-1），属Ⅱa～Ⅱb混合型。室温下，特征的紫外吸收峰出现在271nm处，紫外吸收限＜235nm。在阴极射线的激发下，该合成钻石发射强蓝白荧光，并显示出独特的几何对称生长分区及镶嵌结构。阴极发光谱主峰位于432.5nm处，且伴随有弱的575系发光。与触媒剂成分相关的合金包裹体形态各异，主化学成分为Fe（65％～72％），次为Cu（10％～12％），并含不等量的S，Si等元素。提出在常规检测条件下鉴定查塔姆合成无色钻石的途径。

浅谈我国合成钻石鉴定与分级标准研制

目前合成钻石行业迅猛发展,大量合成钻石投放市场,对天然钻石的生产和销售产生了很大冲击,同时合成钻石质量参差不齐,行业急需合成钻石鉴定和分级的标准。在此背景下研制出的地方标准和行业标准各有侧重,分级尺度也不统一。本文分析了各个标准的特点,针对行业现状建议合理使用这些标准,并呼吁在后续国家标准的研制过程中要吸收当前各标准的优点,完成标准的统一。

HTHP合成钻石在首饰中的鉴别特征(上)

采用宝石显微镜、红外光谱仪、X荧光光谱仪、紫外-可见光分光光谱仪、紫外荧光灯、Diamond View等对HPHT合成钻石做了较详细的测试与分析。结果表明:这些HTHP合成钻石具有较为一致的黄色,放大检查可见合成钻石内部含有大量棒状、柱状、细小微粒状的铁镍合金包裹体,这些合成钻石几乎都有磁性甚至有些磁性较强。HTHP合成钻石的红外反射光谱非常特征均具有明显的1131cm-1的吸收峰,为Ib型钻石(此类钻石在天然钻石中极少见到)。HTHP合成钻石在X荧光光谱仪下有强烈的铁峰和镍峰,并且在短波紫外线下多数具有绿黄色荧光。HTHP合成钻石在Diamond View下具有不同程度的黄绿色荧光,个别具有黑十字现象。

HTHP合成钻石在首饰中的鉴别特征(下)

采用宝石显微镜、红外光谱仪、X荧光光谱仪、紫外-可见光分光光谱仪、紫外荧光灯、Diamond View等对HPHT合成钻石做了较详细的测试与分析。结果表明:这些HTHP合成钻石具有较为一致的黄色,放大检查可见合成钻石内部含有大量棒状、柱状、细小微粒状的铁镍合金包裹体,这些合成钻石几乎都有磁性甚至有些磁性较强。HTHP合成钻石的红外反射光谱非常特征均具有明显的1131cm-1的吸收峰,为Ib型钻石(此类钻石在天然钻石中极少见到)。HTHP合成钻石在X荧光光谱仪下有强烈的铁峰和镍峰,并且在短波紫外线下多数具有绿黄色荧光。HTHP合成钻石在Diamond View下具有不同程度的黄绿色荧光,个别具有黑十字现象。