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，出現了供不應求的情況。為了滿足市場需求，人們便發明了合成鉆石。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。

關鍵詞：合成鉆石 鑒別方法

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

鉆石在現代的科技和工業領域被普遍使用到，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價值。但是，在合成技術不斷的發展提高下，當前的市場上已經出現了一些比較不錯的合成鉆石品牌。這也引起鉆石行業對合成鉆石的重視。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，這些特性導致合成鉆石和天然鉆石非常不容易被區分，所以，如何可以對合成鉆石和天然鉆石進行區分，是當前寶石鑒定工作人員的重要研究課題。

1 合成鉆石的發展史

在18世紀，人們經過研究證明鉆石是由碳原子構成的，至此，便開始了合成鉆石的研究，經過長達一個多世紀的研究，終于在瑞典的實驗室中，誕生了第一塊合成鉆石。接著，1959年，人工鉆石已經開始商業化生產。目前，中國、俄羅斯、日本等國家都擁有了合成鉆石的技術。直至80年代，發明了化學氣相沉積發進行鉆石合成，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，首次實現了二氧化碳和金剛石的轉化。在世界上引起了非常大的轟動。在科學技術不斷的發展下，市場上出現了越來越多的合成鉆石，如何更加準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

石墨、鉆石等都是有碳原子構成的，通過模仿天然鉆石的形成條件，把碳原子通過特定的環境條件進行轉化，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變成鉆石，但是經過試驗證明，不同類型的碳元素所形成的鉆石質量、大小、數量是各部相同的。因為石墨轉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。當前，科學家已經掌握了幾種鉆石合成的方法，根據不同的鉆石成長環境，合成的主要方式為：亞穩態生長的低壓化學氣相沉積法和高溫高壓條件法兩種。

2.1 亞穩態生長的低壓化學氣相沉積法

亞穩態生長的低壓化學氣相沉積法又叫CVD，指的是把具有揮發性質的碳元素化合物和其他物質進行發生化學反應，從而轉變成不具備揮發性的物質，發生反應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過高溫、高壓轉化來的，所以，科學家也想到通過對自然環境中的高溫高壓進行人工的模擬，從而實現石墨向鉆石的轉變。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的壓力下轉化成鉆石。通常使用到的金屬催化劑為Ni、Fe、Co等。這種技術得到的鉆石顆粒一般都比較小，想要使用這種方法生產出顆粒直徑比較大的鉆石，通常需要更高的溫度和壓力。生產成本非常的高，對設備要求也比較高。當前，此技術還沒有辦法生產出寶石級的鉆石。

3 定合成鉆石的技術

因為天然鉆石和合成鉆石形成的環境是不同的。合成鉆石是通過高溫高壓產生的，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。

3.1 晶體狀態的不同

合成鉆石大多數的晶體狀態為八面體聚形為主體。很少會出現四角三八面體、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含量的不同而出現不同的顏色。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，關閉熒光后偶爾還會有磷光現象出現。

3.4 進行分光鑒別法

當前，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

氮雜質在合成鉆石和天然鉆石中都包含有。氮雜質對紅外線吸收非常敏感。當前，b氮是合成鉆石中主要含有的氮雜質，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。依據這一特性可以對合成鉆石和天然鉆石進行區分。

4 結論

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，很多合成鉆石已經逐步走向商業化。這也就要求鑒定人員有一個非常高的鑒定水平。考慮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、系統的對其進行全面性的分析，這樣才可以得到比較準確的鑒定結果。

參考文獻

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