1、第12卷 第3期 宝石和宝石学杂志 V0112 No32010年 9月 Journal of Gems and Gemmology Sep 2010俄罗斯高温高压处理钻石特征王健行1，陈美华1，王礼胜2(1中国地质大学珠宝学院，湖北武汉430074f 2石家庄经济学院宝石材料与工艺学院，河北石家庄050031)摘 要：采用显微观察、红外光谱、可见吸收光谱和低温光致发光谱等分析方法，对9颗俄罗斯高温高压处理钻石样品进行了研究。结果表明，该类钻石样品的内部多见石墨化现象，尤以彩色钻石样品更明显；金黄色、紫红色、黄绿色样品为IaAB型，浅黄色样品为laB型，近无色样品为lIa型；样品的可见吸收光谱因
2、颜色不同而差异显著。其中金黄色样品可见475 nm处的吸收宽带，紫红色样品可见638，614，595 nm处的吸收峰，黄绿色和浅黄色样品可见415，475，503 am处的吸收峰，近无色样品则为较光滑的平直曲线。此外，该类样品在低温光致发光谱中可见575 nm与637 am处强发光峰。这些特征为探讨该类钻石的晶格缺陷与呈色机理提供了一定的科学依据。关键词：钻石；高温高压处理；红外吸收光谱；可见吸收光谱；光致发光谱；俄罗斯中图分类号：TS93 文献标识码：A 文章编号：1008214X(2010)03000504Characteristics of HTHPTreated Diamonds fr
3、om RussiaWANG Jian-xin91，CHEN Meihual，WANG Lishen92(1Gemmological Institute，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China；2College of Gemmological and Material Technics，Shijiazhuang University ofEconomics，Shijiazhuang 050031，China)Abstract：In the paper，the nine HTHP-treated diamond samples from
4、 Russia are test by Using the microexamination，FTIR，visible absorption spectrum，lowtemperature photoluminescence spectrum and some other methodsThe results show that the diamond samples reveal the obvious graphitization，especially the fancy colour diamond samplesThe goldenyellow，purplishred，yellowis
5、hgreen samples are I aAB-type；light yellow sample is I aB-type and the near colourless samples are H atypeThe visible absorption spectra of the samples are very different by the coloursThe golden yellow sample reveals the wide absorptionband at 475 nm；purplishred samples reveal the absorption peaks
6、at 638，614，595 am；theyellowishgreen samples reveal the absorption peaks at 4 1 5，503 nm and the absorption bandat 475 nm；the near colourless samples in the visible region are almost smoothBesides，thestrong luminescent peaks of the samples at 575 am and 637 am are observed in the low-ternperature(77
7、K)PL spectraThese characteristics above could provide the foundations forthe study on the defects in the crystal lattice and the colouring mechanism of the HTHP-treated diamondKey words：diamond；HTHP treatment；FTIR absorption spectrum；visible absorption spectrum；photoluminescence spectrum；Russia收稿日期：
8、20091230 修回日期：20100802作者简介：王健行(1986一)，男，FGA，GIC，中国地质大学(武汉)珠宝学院宝石学专业硕士研究生。万方数据6 宝石和宝石学杂志 2010芷通过高温高压(HTHP)处理，可使褐黄色钻石转变为近无色、黄绿色、金黄色钻石，少见粉红色和蓝色钻石1。1999年3月，美国GE公司和LKI公司宣布，经过HTHP处理，可以显著改善钻石的颜色。其处理钻石的类型99为IIa型，处理后通常为无色一近无色，80为DG色级；净度级别较高，61为IF或VVS。级别2_。1999年美国诺瓦公司(Nova Diamond)采用HTHP处理将常见的Ia型褐色钻石处理成鲜艳的黄绿色
9、一绿色钻石4。此外，开展这项工作的还有俄罗斯、瑞典、韩国、日本的一些公司，有些尚未公开的机构和院所也已成功地处理出这种钻石。在HTHP处理中使用的条件参数与天然钻石生长环境的压力和温度(1 2001 300)相似，但为了缩短聚集所需的漫长时间，在HTHP处理中使用了更高的温度(1 4002 000或更高)和压力(70 000大气压)5。随着技术的日趋完善，若在HTHP处理后，配以辐照处理和低温退火处理可以产生紫色、玫瑰色、棕色钻石等6，丰富了彩色钻石市场。1样品与方法本次研究样品为在泰国珠宝展会上由俄罗斯专业公司提供的9粒俄罗斯HTHP处理刻面型钻石(图版一1)，重003018 ct，颜色为金
10、黄色(2粒，样品RDl和RD-2)、紫红色(2粒，样品R肛3和Rn4)、无色(2粒，样品R肛5和R肛6)、浅黄色(1粒，样品RD-7)和黄绿色(2粒，样品RD8和R肛9)。笔者主要采用宝石显微镜、正交偏光镜、紫外荧光灯对样品进行了基本特征观察。同时，还采用红外光谱仪、微型光纤光谱仪、拉曼光谱仪对样品进行了测试。2分析与测试21基本特征HTHP处理钻石在其表面容易留下石墨化特征，可在实验用烤箱内加热几百摄氏度，数分钟后予以去除，对表面留下的溶蚀特征，通常需要抛光去除5。在宝石显微镜下。部分样品中可见深色包裹体(图版-2)，大多数呈黑色、深色片状，且周围通常环绕有明显的应力裂缝，这在彩色处理样品中
11、表现得更突出。在正交偏光镜下，近无色和浅黄色样品表现为整体趋于全暗，局部可见清晰的两组明暗相间、断续排列的似格子状图案。在HTHP处理条件下，将原本为lIa型褐黄色钻石修复至塑性变形前的初始稳定状态，虽然HTHP处理消除了褐色调，但塑性变形特征并未完全消失。大多数彩色样品显示似波纹状或近平行条带状异常双折射图案(图版一3)，且整体趋于全亮。将黄绿色(图版lI一3a)和金黄色样品(图版lI一3b)转动360。，其异常双折射几何图案基本保持不变，局部伴有强干涉色出现，且整体趋于全亮。在长波紫外光下，黄绿色样品发强黄绿色荧光，近无色样品发蓝色荧光，而在短波紫外光下则强度稍弱，其余样品则表现为惰性，可
12、能与处理方法有关。22红外光谱采用Nicolet550型傅里叶红外光谱仪，在中国地质大学(武汉)珠宝学院测试了样品的红外光谱。测试范围为4 000400 cm，分辨率为4 cm，采用64次扫描均值，透射法测试，室温。由图1可知，样品RDl，ID3和RD8存在明显的l 282，1 175 era-1处的吸收峰，表明为IaAB型钻石，部分样品(I渺3)存在3 107 crn-1处的弱CH键伸缩振动峰，资料表明，经HPHT处理后，CH键吸收峰的强度急剧减弱，在处理过程中CH键遭受了明显的破坏7。样品RD-3存在1 450 am-1处的弱峰，该峰由辐照处理加上退火处理造成8。样品RD-7可见1 175
13、，1 332 cm叫处的吸收峰，可知此为IaB型钻石。样品Rn5在l 400 1 100 cm_1范围内几乎无吸收，为a型钻石。可见，由于钻石类型的不同，经HTHP处理后其颜色不同。彩色钻石集中于Ia型表明，实验室利用Ia型褐色、褐黄色和棕色钻石现存的缺陷，通过温压条件的变化进一步加载其塑性变形图I样品的红外吸收光谱Fig1 IR absorption spectra of samples万方数据第3期 王健行等：俄罗斯高温高压处理钻石特征 7强度，促进晶体内位错的增殖和滑移，从而达到改色的目的。23可见吸收光谱采用美国海洋光学公司产USB4000微型光纤光谱仪测试了样品的可见吸收光谱，结果见
14、图2。选用该仪器配套的D65光源，测试范围为380750 nm，室温。瑙骤靛霉图2样品的可见吸收光谱Fig2 Visible absorption spectra of sampls样品RD-6的可见吸收光谱总体表现为较光滑的平直曲线。样品RD-7可见415 am处的吸收峰，整体趋势为向短波方向快速吸收。样品胁1显示出450 nm处的吸收宽带，即对蓝紫光区大量吸收，以黄色为主的其它颜色光子则透过钻石而使其显现明亮的金黄色。样品RD-9可见475 nm处的吸收宽带及415，494，503 nm处的弱吸收峰。样品RD-3可见638 nm(NV)_1)处的主吸收峰，耦合谱带位于黄绿区560 am处附
15、近；此外，伴有614，595 nm处的弱吸收峰，并可见紫区吸收。638，595 nm处的吸收峰是高温热处理的有力证据，638 nm是1b型钻石遭受辐射损伤后在700800退火后形成，但Ia型钻石有时也含有少量的I b型钻石的成分，同样会产生638 nm处的吸收峰；595 Nm中心常出现在人工辐照和800退火的Ia型钻石中【9j。当包含有空位的钻石被加热到800时，空位开始迁移。在I型钻石中，空位被N捕获形成新的色心。在Ib型钻石中主要是带负电的N一空位心(NV)-1)，(NV)_1产生了637 nm的零声子线和短波区的吸收带，赋予钻石粉红色。24光致发光谱采用Renishaw显微系统1000型
16、拉曼光谱仪，使用5145 nm氩离子(Ar+)激光在液氮低温(77 K)下测试了HTHP处理钻石样品的光致发光谱(PL)，结果见图3。激光诱导的光致发光谱可用于研究钻石的结捌暖rim图3样品的低温光致发光谱Fig3 Low-temperature photoluminescencespectra of sampls构与呈色。由5145 nm氩离子(Ar+)激光产生的钻石拉曼光谱中的本征峰位于1 332 cm_1处，即5524 am处的发光峰，有时因钻石荧光太强而使其减弱甚至完全消失。经HTHP处理的彩色钻石样品均显示了637 nm(NV)_1)和575 nm(NV)o)处的发光峰，且637 n
17、m处的峰强于575 nm处的，近无色样品的则较弱。此外，样品R胁l，RD-3，RD-7和RD-9在637 nm处的峰伴有以658 nm处为最大值的宽发光峰带以及588，535 nm处的弱发光峰。俄罗斯HTHP处理样品均显示了575，637 nm处的发光锋，且彩色样品的发光峰更明显。3讨论商业上钻石颜色的改善始于20世纪30年代n引，俄罗斯在20世纪90年代初便成功地通过HPHT处理方法将75粒钻石的褐色调变浅1。Christopher PSmith等11对比了俄罗斯HTHP处理无色样品与GE公司的样品，发现两者的鉴定特征基本相似。此外，褐黄色Ia型钻石能被处理成黄色、金黄色和黄绿色1州，FDe
18、 Weerdt等Is的研究资料表明，H3荧光(最大值在529 nm)使HTHP处理钻石的颜色呈黄绿色一绿色，近红外区的H2(986 nm)导致钻石具有更明显的绿色。NV缺陷通常造成天然钻石呈粉红色、红色或紫色n引，有关资料表明，实验室可在HTHP环境下(67 GPa，高于2 150)对I a型钻石进行处理，并予以高能电子辐照和大于l 000的真空万方数据8 宝石和宝石学杂志 2010生退火处理，使钻石中的孤N聚集，最终形成红色系列的处理钻石引。笔者通过图谱对比发现，此次俄罗斯样品中的褐红色钻石可能采用了相似的处理方法。4结论通过分析测试研究，可以得出以下结论：1俄罗斯HTHP处理钻石样品的颜色
19、丰富，镜下特征表明，大多数彩色钻石样品主要以深色片状包裹体为主；在正交偏光镜下，近无色和浅黄色样品表现为局部可见似格子状图案，而大多数样品则为似波纹状或近平行条带状图案；在长波紫外光下，黄绿色样品发强黄绿色荧光，近无色样品发蓝白色荧光，其余则表现为惰性；2俄罗斯HTHP处理钻石样品的类型丰富，金黄色、紫红色、黄绿色样品为IaAB型钻石，紫红色样品可见l 450 cm-1处的弱吸收峰；浅黄色样品为IaB型钻石；近无色样品为a型钻石；3俄罗斯HTHP处理钻石样品的可见吸收光谱因其颜色不同而差异显著，其中金黄色样品可见475 nm处的吸收宽带，紫红色样品可见638，614，595 nm处的吸收峰，黄
20、绿色和浅黄色样品可见415，475，503 am处的吸收峰，近无色样品则为较光滑的平直曲线；4俄罗斯HTHP处理钻石样品的光致发光谱表明，575 am和637 nm处的峰值(且637 am575 rim)可作为该类HTHP处理彩色钻石的辅助特征。尽管HTHP处理钻石的研究有如此多的进展，但对于日常检测工作来说仍然是个挑战，随着处理技术的不断改善和复杂，该类钻石将会变得更为普遍。参考文献：1张蓓莉系统宝石学(第二版)M北京：地质出版社。20066196202Thomas M Moses，James E Shigley，Shane F McClure E AObservations on GEpr
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22、Christopher P Smith;Matthew S Hall Treated-color pink-to-red diamonds from LucentDiamonds Inc外文期刊 2005(01)7.陆宇刚;买潇;覃勇 高温高压处理褐色钻石的实验探索期刊论文-宝石和宝石学杂志 2007(11)8.Johnson P;Breeding C M Treated fancy red diamond 20099.谢先德 中国宝玉石矿物物理学 199910.James E Shigley High-pressure-high-temperature treatment of gem di
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