合成鉆石與鑒別方法

摘 要：鉆石是被人們所喜愛的東西，被稱為寶石之王，一直以來被人們作為財富和愛情的象征，同時因為鉆石資源有限，出現(xiàn)了供不應(yīng)求的情況。為了滿足市場需求，人們便發(fā)明了合成鉆石。本文主要對合成鉆石的方法以及合成鉆石的鑒別方法進行探討。

關(guān)鍵詞：合成鉆石 鑒別方法

中圖分類號：TS93 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）06（b）-0234-01

鉆石在現(xiàn)代的科技和工業(yè)領(lǐng)域被普遍使用到，初期進行鉆石合成因為成本高、顆粒小等原因，一直沒有非常高的商業(yè)價值。但是，在合成技術(shù)不斷的發(fā)展提高下，當(dāng)前的市場上已經(jīng)出現(xiàn)了一些比較不錯的合成鉆石品牌。這也引起鉆石行業(yè)對合成鉆石的重視。天然鉆石和合成鉆石都是有碳原子組成的，晶體排列順序也是相同的，這些特性導(dǎo)致合成鉆石和天然鉆石非常不容易被區(qū)分，所以，如何可以對合成鉆石和天然鉆石進行區(qū)分，是當(dāng)前寶石鑒定工作人員的重要研究課題。

1 合成鉆石的發(fā)展史

在18世紀(jì)，人們經(jīng)過研究證明鉆石是由碳原子構(gòu)成的，至此，便開始了合成鉆石的研究，經(jīng)過長達一個多世紀(jì)的研究，終于在瑞典的實驗室中，誕生了第一塊合成鉆石。接著，1959年，人工鉆石已經(jīng)開始商業(yè)化生產(chǎn)。目前，中國、俄羅斯、日本等國家都擁有了合成鉆石的技術(shù)。直至80年代，發(fā)明了化學(xué)氣相沉積發(fā)進行鉆石合成，使用此方法合成出來的鉆石被稱作最潔凈的鉆石。直至近代，我國科學(xué)家通過使用二氧化碳作為碳源，研究出了大顆粒的純凈鉆石，首次實現(xiàn)了二氧化碳和金剛石的轉(zhuǎn)化。在世界上引起了非常大的轟動。在科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展下，市場上出現(xiàn)了越來越多的合成鉆石，如何更加準(zhǔn)確的對自然鉆石和合成鉆石進行鑒別，是寶石鑒定工作人員的必備技能。

2 鉆石的合成技術(shù)

石墨、鉆石等都是有碳原子構(gòu)成的，通過模仿天然鉆石的形成條件，把碳原子通過特定的環(huán)境條件進行轉(zhuǎn)化，從而得到合成鉆石。理論上來說，任何形式的碳原子都可以轉(zhuǎn)變成鉆石，但是經(jīng)過試驗證明，不同類型的碳元素所形成的鉆石質(zhì)量、大小、數(shù)量是各部相同的。因為石墨轉(zhuǎn)變成鉆石所需的自由能最小，所以，石墨是合成鉆石的重要材料之一。當(dāng)前，科學(xué)家已經(jīng)掌握了幾種鉆石合成的方法，根據(jù)不同的鉆石成長環(huán)境，合成的主要方式為：亞穩(wěn)態(tài)生長的低壓化學(xué)氣相沉積法和高溫高壓條件法兩種。

2.1 亞穩(wěn)態(tài)生長的低壓化學(xué)氣相沉積法

亞穩(wěn)態(tài)生長的低壓化學(xué)氣相沉積法又叫CVD，指的是把具有揮發(fā)性質(zhì)的碳元素化合物和其他物質(zhì)進行發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而轉(zhuǎn)變成不具備揮發(fā)性的物質(zhì)，發(fā)生反應(yīng)的原子會按照特定的位置進行沉淀、集聚、硬化，然后就形成鉆石薄膜，鉆石薄膜可以切割成寶石的形狀。同時CVD還可以用來對天然鉆石進行優(yōu)化，通過在加工好的鉆石商覆蓋鉆石膜，來達到提高耐久性和顏色品級的效果。

2.2 高溫高壓法

高溫高壓法又叫做HPHT法。天然鉆石是碳原子在地下深處在地幔中經(jīng)過高溫、高壓轉(zhuǎn)化來的，所以，科學(xué)家也想到通過對自然環(huán)境中的高溫高壓進行人工的模擬，從而實現(xiàn)石墨向鉆石的轉(zhuǎn)變。即高溫高壓法。此方法通過把金屬催化劑和石墨進行組合，然后在7～9 GPa和400～1600 K的壓力下轉(zhuǎn)化成鉆石。通常使用到的金屬催化劑為Ni、Fe、Co等。這種技術(shù)得到的鉆石顆粒一般都比較小，想要使用這種方法生產(chǎn)出顆粒直徑比較大的鉆石，通常需要更高的溫度和壓力。生產(chǎn)成本非常的高，對設(shè)備要求也比較高。當(dāng)前，此技術(shù)還沒有辦法生產(chǎn)出寶石級的鉆石。

3 定合成鉆石的技術(shù)

因為天然鉆石和合成鉆石形成的環(huán)境是不同的。合成鉆石是通過高溫高壓產(chǎn)生的，所以，合成鉆石和天然鉆石是存在著一定的差異性的，這也是鑒別合成鉆石的理論基礎(chǔ)。

3.1 晶體狀態(tài)的不同

合成鉆石大多數(shù)的晶體狀態(tài)為八面體聚形為主體。很少會出現(xiàn)四角三八面體、菱形十二面體，合成鉆石的面看起來比較的平、棱角比較的尖銳。而天然鉆石比較常見的為八面體單行體，很少可以看到八面體聚形和立方體，且晶體表面呈凸圓形，棱角比較平滑，外形也不對稱。

3.2 放大鑒別法

（1）因為合成鉆石時會使用Co、Fe、Ni等金屬元素作為催化劑，所以在合成的鉆石晶體中經(jīng)常會看到黑色不透明的拉伸形或渾圓形的金屬包體。在天然鉆石中所含有的包體多為礦物包體。例如橄欖石、尖晶石、石墨等。而且加入合成鉆石中的金屬包體過大，會受到磁鐵的引力。（2）合成鉆石的形狀為八面體聚形，而且在合成晶體時，因為會吸收到不同的晶體，鉆石顏色會因為雜質(zhì)含量的不同而出現(xiàn)不同的顏色。所以，合成鉆石的色帶是不勻稱的，主要以暗淡的黃色為主，幾何圖案的形狀比較規(guī)則。而天然鉆石的色帶比較勻稱，個別時候晶體中心的色帶顏色會比較深。（3）合成鉆石上的紋理主要為立方體和八面體相聯(lián)系的“砂鐘”式紋理，天然鉆石的紋理主要是沿著八面體晶面形成的紋理。

3.3 紫外熒光鑒別法

使用紫外熒光在區(qū)分合成鉆石和天然鉆石方面是非常的方便的。天然鉆石在受到短紫外線照射時，會呈現(xiàn)出一種黃綠色的熒光。在受到長紫外線照射時，會顯示出藍白色熒光，熒光通常分布狀態(tài)為帶狀，且熒光分布是不勻稱的。合成鉆石不管是在短紫外線，還是長紫外線的照射下，均為黃綠色熒光，不過短紫外線產(chǎn)生的熒光強度比較強，八邊形和十字形熒光的主要分布方式，關(guān)閉熒光后偶爾還會有磷光現(xiàn)象出現(xiàn)。

3.4 進行分光鑒別法

當(dāng)前，黃色和褐黃色是合成鉆石的主要光譜顏色，因此，使用臺式分光鏡或者手持式分光鏡進行光譜檢查是非常重要的。光譜顏色為淡黃色、白色的為鉆石。黃色、褐黃色為合成鉆石。

3.5 紅外吸收光譜鑒別法

氮雜質(zhì)在合成鉆石和天然鉆石中都包含有。氮雜質(zhì)對紅外線吸收非常敏感。當(dāng)前，b氮是合成鉆石中主要含有的氮雜質(zhì)，屬于Ib型鉆石。而天然鉆石中含有N3，所以，主流的天然鉆石水Ia型鉆石。同時Ib天然鉆石中不僅有分散鉆石，同時也含有集成形式存在的氮原子。所以，天然鉆石同時具有Ia和Ib的吸收帶。依據(jù)這一特性可以對合成鉆石和天然鉆石進行區(qū)分。

4 結(jié)論

天然鉆石在自然界中是非常的少的，屬于珍稀資源，深受人們的喜愛，但是卻存在求大于供的情況。所以，人們對合成鉆石展開了大力的研究，且取得了非常大的成就，很多合成鉆石已經(jīng)逐步走向商業(yè)化。這也就要求鑒定人員有一個非常高的鑒定水平?？紤]到每一個鉆石自身的特定都是不同的，所以在對其進行鑒定的過程中，一定要整體、詳細、系統(tǒng)的對其進行全面性的分析，這樣才可以得到比較準(zhǔn)確的鑒定結(jié)果。

參考文獻

[1]趙藻藩，周性堯，張悟銘，等.儀器分析[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]邵靖邦.鉆石的合成方法[J].中國寶玉石，1997（2）.

[3]陳乾旺.婁正松，王強，等.人工合成金剛石研究進展[J].物理，2005.