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。

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。

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。

CVD合成钻石的层状生长结构和紫外荧光特征

最近NGTC实验室检测出多批次CVD合成钻石,这些CVD合成钻石均具有明显的鉴定特征,使用钻石观测仪(DiamondViewTM)观察可见蓝色、橙红色荧光和蓝色磷光以及细密层状生长纹理,光致发光光谱中可见737nm处的特征发光线。这些特征均与其生长结构及生长过程中进入钻石晶体中的杂质有关。笔者以最近检测过程中发现的一颗CVD合成钻石为例,使用高倍率显微技术对其层状结构的微细特征及其在钻石观测仪下的荧光特征的关系进行了详细观察和对比。结果显示,此样品与之前检测到的CVD合成钻石略有差异。此次检测到的样品在钻石观测仪(DiamondViewTM)下观察具有较宽的层状生长分区,层与层之间的分界线十分明显且在高倍显微镜下也可见到细微的生长特征。通过对样品特征的分析,了解了晶体生长过程中多阶段生长条件的变化,更直观的展现了CVD合成钻石的生长过程。

CVD合成钻石工艺中种晶预处理及其后期处理研究进展

由于钻石产量无法满足各领域对其的需求,主流的人工合成钻石方法之一——CVD合成钻石法开始出现并不断发展,其工艺是研究重点之一。CVD合成钻石中生长前处理以及生长完成后的改色处理是CVD合成钻石处理中很重要的两个方面。生长之前的种晶预处理对种晶来说是直接影响钻石成长质量的重要因素,预处理主要使用强酸煮种晶除杂、丙酮清洗除杂、酒精及去离子水除杂等工艺。生长后样品的处理是目前提高CVD钻石宝石价值的必要步骤。生长后使用等离子体刻蚀除去晶质较差以及非钻石相十分有效。在CVD钻石改色方面,目前出现的主流方法有辐照改色处理,HPHT处理和LPHT处理。

宁波晶钻公司CVD合成钻石的宝石学特征及其与国外Ⅱa公司的对比研究

近年来,国内CVD合成钻石迅速发展,生产技术水平日新月异。对宁波晶钻公司2017年生产的一批CVD合成钻石进行全面测试,并与市面上最常见的新加坡Ⅱa公司所生产的CVD合成钻石进行比较。结果表明:宁波晶钻公司生产的CVD合成钻石的基本宝石学性质与天然钻石的相同;CVD合成钻石样品中存在黑色多晶质钻石包裹体,层纹结构等结构特征;光致发光光谱显示,CVD合成钻石存在737、637、575 nm的CVD特征吸收峰,Ⅱa公司生产的CVD合成钻石除几处主要的特征峰还有766、659、607 nm的特征峰,揭示了不同厂家在合成生长条件及工艺方面存在差异。此外,对于CVD合成钻石不同区域的微区测试,解明了N杂质掺入不成功和原料脱氢不完全是CVD合成钻石边缘及局部结晶度不佳的原因所在,对于CVD合成钻石的溯源有一定的意义。

CVD合成彩色钻石的方法及其鉴别特征

近年来CVD法合成彩色钻石的颜色和克拉质量都有所进步,之前已经有CVD法合成黄钻、粉钻、蓝钻、橙钻的报道,2018年GIA更是发布了CVD法合成且未经HPHT处理的5.01粉橙色钻石和三颗经辐照处理的CVD法合成蓝绿色钻石的鉴定报告。本文综述了CVD法合成彩色钻石的主要方法,分为在合成过程中形成颜色和后期处理两大种,合成过程中可以通过加入硼生成蓝色钻石,也可以通过引入520nm吸收带形成粉色钻石,同时PDT公司通过增加硅的含量制造出因Si空穴缺陷致色的蓝色合成钻石,这种钻石特征和以往的CVD合成钻石不同,而且颜色可能在超短波紫外线照射后改变。合成钻石后期处理产生彩色钻石的方法又分为辐照退火处理,HPHT退火处理、LPHT退火处理和加热处理,这些处理方法常联合使用,总的致色机理为改变CVD法合成钻石中孤氮的存在方式,诱导产生新的结构缺陷如N-V中心、H3心、H4心等,各结构缺陷综合致色。综合GIA近年来报道的CVD法合成彩色钻石的鉴定数据和已有的CVD钻石的主要鉴定特征,总结出不同过程产生的CVD法合成彩色钻石的荧光特征,红外、紫外-可见光、光致发光光谱主要吸收峰以及DiamondViewTM下的特征。

印度的“CVD合成钻石”生长技术及产业现状

近年来,到印度采购“CVD合成钻石”的珠宝零售商逐年递增。日积月累中,印度已凭借其在全球“CVD合成钻石”产业链的中游优势,逐渐发展成为该领域全球规模最大的“CVD合成钻石”毛坏生产国和“CVD合成钻石”裸石出口国。目前,在印度从事“CVD合成钻石”的厂商,往往集生长、切磨、加工、零售于一体。

合成钻石及改色处理钻石的实验室检测方案

针对近几年珠宝行业内的热点问题——合成钻石和改色处理钻石的检测方法进行了归纳,整理出了一套适用于珠宝检测机构的检测方案,分别使用紫外-可见光分光光度计、Diamondview和红外光谱仪等对气象沉淀法合成钻石、高温高压合成钻石、辐照处理钻石和高温高压处理钻石的各项特征进行了总结,以辅助珠宝实验室实际检测工作的顺利进行。

合成及改色钻石的特征与检测

现今市场上出现越来越多的合成钻石,为了更好地了解其特征,针对合成钻石以及辐照改色钻石的样品进行了研究,鉴于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,故通过常规肉眼检测,放大观察,紫外荧光以及DiamondsureTM,Gem-3000珠宝检测仪等仪器对钻石样本进行了分析与测量;该批钻石样品放大观察净度级别高,其重量皆小于1CT,通过DiamondsureTM检测除了天然钻石样品外皆不通过,而CVD合成钻石在Gem-3000珠宝检测仪下都有特征的271nm吸收峰。

化学气相沉积法再生钻石的实验室检测特征研究

再生钻石是使用化学气相沉积法(CVD)以天然钻石为基底再生长合成钻石层,得到具有整体外观的钻石产品。由于再生钻石含有天然钻石的氮杂质信息,传统的合成钻石排查方法和检测流程已不再适用于再生钻石的检测。本文对实验室检出的一颗再生钻石进行了详尽的宝石学测试分析,以建立再生钻石的最佳检测方案。结果显示:常规的显微观察、钻石仪器排查以及红外光谱测试都不能将再生钻石检出。DiamondViewTM多方位发光图像观察该样品呈现清晰的发光分层现象,上层为红色荧光与蓝绿色磷光,下层为深蓝色荧光与惰性磷光;红外透射光谱分区域定点扫描样品上层为IIa型钻石,下层为Ia型钻石;紫外可见吸收光谱分析和光致发光光谱测试显示样品同时具有N3和高浓度[Si-V]-缺陷。综合判定该样品亭部的下半部分为天然钻石,亭部的上半部分和冠部为CVD合成钻石,CVD层厚度约740μm。作为我国首例报道的再生钻石,与国外已报道的同类型样品相比,该样品中分层界限不可见,且合成层厚度呈现明显增长。研究认为,应用多方位发光图像分析及光谱测试技术是再生钻石检测的关键。

光致发光在钻石检测中的应用

采用光致发光系统,在297 K及80 K温度下,应用氩离子激光器(波长为488 nm和514 nm)对合成钻石、HPHT处理钻石、辐照处理钻石和天然钻石进行了测试。结果表明:在80 K低温下的测试结果要远比常温297 K温度下好,可能出现由更多的缺陷产生的吸收峰。通常情况下,对于钻石样品514 nm光源激发,可以得到较多较明显的峰,而在488 nm光源激发时,可以产生503 nm和598 nm处的峰。CVD合成钻石、HPHT处理钻石、辐照处理钻石样品在低温80 K、514 nm激发时,均会出现较为明显的575 nm、637 nm峰,而天然钻石则不会出现或仅有微弱显现及偏移,两者区别明显,可以作为鉴定依据。辐照改色的钻石样品中可见到588 nm、680 nm特征峰,而天然钻石、CVD合成钻石及HPHT处理钻石中均未出现此峰,也可作为鉴定辐照改色钻石的依据。

一种蓝白色磷光钻石的宝石学和光谱学特征研究

对一种具有蓝白色磷光钻石采用宝石显微镜、偏光显微镜以及红外吸收光谱仪、紫外可见光谱仪、光致发光光谱仪以及珠宝成像分析仪进行宝石学特征和光谱学特征研究分析,结果显示:该样品在正交偏光显微镜下具有弧形生长纹特征,傅里叶变换红外光谱分析结果为IIa型,未见与H相关的吸收峰。紫外可见光谱分析具有230 nm和270 nm吸收峰,未见415 nm吸收峰。光致发光光谱分析未见与N3相关的415 nm荧光峰,可见737 nm吸收峰。珠宝发光成像分析样品具有黄绿色荧光,并具有典型的弧形生长纹理,并伴有蓝白色磷光现象。通过上述综合测试,蓝白色磷光常作为HPHT合成钻石的主要鉴定特征之一,但测试样品并非为此类,而是CVD合成钻石。在此提醒质检人员,不能依据磷光现象来断定钻石成因问题。