钻石的优化处理与鉴定

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，是利用激光技术对钻石中的包裹体进行净度处理。
 
    1.钻石颜色优化处理的过去和现在

    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。

　　目前，辐照改色的途径主要有：

　　(1)镭照射处理（α粒子）（在氡气中着色更快）；

　　(2)人工产生的元素镅辐射处理(α粒子）；辐射后的金刚石进行强有力的清洗，可以不带有任何放射性痕迹；

　　(3)回旋加速器处理（质子、氘核、α粒子）；用回旋加速产生高速运动的上述粒子来轰击金刚石，使之着色；

　　(4)线性加速器（高能电子）；

　　(5)核反应堆处理（高能中子）；

　　其中后两种是较常采用的，尤其核反应堆处理得到的金刚石颜色分布比较均匀。值得注意的是采用加速器处理时，样品事先必须冷却，以防止辐射产生的热量使金刚石骤然升温造成热振荡，使样品破碎。处理的对象绝大部分Ia型，辐照的结果一般是绿色、蓝绿色，再加热处理就得到黄绿色、强黄色、橙色或橙褐色；对数量极少数的I型钻石处理的最终结果可能会得到粉红色或紫色；Ⅱ型钻石的最终处理结果是棕色。

　　热处理一般都是和辐照处理相伴进行的，单独热处理的情况不多，前人曾有过单独热处理将Ia型金刚石变成鲜明的黄色，在不同条件下处理使Ia型和Ib型金刚石相互转变的研究记录。单独热处理的关键是温度的控制和气氛的匹配。

　　我们对湖南砂矿金刚石采用吸收光谱、电子顺磁共振谱和红外光谱等手段进行的研究表明：其黄色、绿色和褐色等颜色金刚石的色心是杂质离子和放射性辐照产生的晶格空位。实验发现了孤氮中心（≥2.22ev）；N3-N2中心(2.985ev,2.596ev)；GR1中心(1.673ev)；595中心(2.086ev)；H3和H4中心(2.463ev和2.499ev)；3H中心(2.462ev)。本区金刚石的颜色本质是由于存在联合色心。其黄色或褐色金刚石的颜色是由于多种色心的叠加，此结论与中科院地化所陈丰、郭九皋等人的研究结果基本一致。本区砂矿金刚石改色虽具多变性，但只要弄清呈色机制，控制温、压和气氛等条件，完全可以提高金刚石的档次。同时在实验中我们发现金刚石中存在氢键，其具体存在方式（C-H,H2O，或OH)尚不清楚，认为它是金刚石中除N和B之外的第三种致色杂质元素，有关研究工作正在进行中。

　　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。

    2.辐照处理钻石的鉴定方法

　　对于用人工辐照配合热处理而得到的绿、蓝、黄、橙、粉红、棕色钻石可以考虑从以下几个方面予以鉴别。

　　(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。

　　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。

　　(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)放射性检测

　　用使底片感光的方法或盖革计数器可以检测出明显的残余放射性。用高纯锗γ－射线光谱仪，碘化钠γ－射线探测仪、闪烁探测仪可以检测出微量的残余放射性。

　　(4)导电性检测

　　天然蓝钻是半导体，在电导仪上的读数一般是20-70V，很少高于130V，而CVD镀膜的蓝钻常显示高于130V的读数。

    3.钻石净度的优化处理－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。