试述钻石的颜色成因,有哪些方法来改善钻石的颜色?怎么鉴别?
答:钻石晶格完整时,在可见光范围内没有选择性的吸收,称无色,但还有褐色,彩色等钻石,引起它们的颜色的原因有:1、晶格杂质元致色。2、天然辐照损伤致色。3、塑性变形致色。4、包裹体致色
1、 晶格杂质元致色作用:钻石中的元素主要有N、B、H。
l N:至少有五种形式存在于钻石晶格中,即孤N,A集合体,N3色心,B1集合体或B2(片晶N),B1、B2集合体仅在红外区有吸收,可见光无吸收,不影响钻石的颜色,孤 N、A集合体和N3色心是钻石呈现不同程度黄色的重要原因。钻石中孤N对可见光吸收,具503nm、637nm。吸收峰,即吸收可见光部分红色和蓝绿色,使钻石呈黄色。
l N2及N3中心能分别吸收蓝光及近紫外光波长,其中N3以H15.5nm吸收峰为特征,还要423nm、435nm465nm和475nm吸收峰 这种选择吸收使钻石呈现黄色,当N3中心的浓度越大,颜色越深,N3中心是A中心,向B中心转变过程中产生的,可理解为二者之间的过度状态,并且与A中心浓度正相关,晶格中的杂质N因核外层有5个电子,比炭多一个,当占据碳晶格位置时,其中的4个被共价键所约束而多余的一个电子受的约束力较小,只需较小的能量就能脱离氮原子,当该电子吸收可见光范围内某波段光的能量时,即可摆脱N原子而发生跃迁,这一吸收而使许多钻石呈黄色调。
l B:B的存在是钻石产生兰色的重要原因,当B代替C原子时,因硼的外层电子为3个,比碳少一个,不能满足4个原子的成键要求,因而在其共价键中产生一个空位,该空位可以被邻近其他原子中的电子运动所充填,同样,电子运动导致可见光中近红光部分被吸收,使钻石呈现浅蓝、兰色。
l H:研究发现,天然蓝钻石可能有H的参与
2:天然辐照损伤致色
自然界中,天然的a粒子的辐射作用使部分钻石晶体表层呈绿色,其颜色厚度月几十微米,经抛磨后,表层薄层即消失。因此,抛光成品的钻石中,自然辐照致色非常罕见,绝大部分绿色或兰色钻石为人工辐照致色
3:塑性变形的致色作用
研究表明,褐色、粉红色和紫红色钻石与塑性变形 相关,因绝大部分钻石来源于大于150km的上地幔中,这种高温高压的上地幔环境中或在钻石被岩浆捕获向上运移过程中,要发生不同程度的塑性变形,产生晶格滑移或位错,形成点缺陷或结构缺陷,这种缺陷不仅提高钻石中N聚集速率,还能使钻石产生不同的颜色。因塑性变形的不均匀性常使钻石的颜色不均匀,天然褐色钻石具503nm强吸收峰,在537nm、512nm494nm出有一宽吸收带。IIa型粉红色的钻石有396nm和39.nm的吸收宽带外,还有503nm和415nm的吸收峰。
4:包裹体致色作用:
目前,因含有大量包裹体而使钻石呈现颜色有墨色和橙红和褐红色两种,当钻石中含有无数的暗色不透明矿物包裹体时,呈黑色,当用强的透射光检查该钻石时,可以观察到这些包裹体,并且钻石呈现深灰色,另一种是后期次生包裹体,存在于钻石的裂缝中,当钻石裂缝发育,并充填有这些颜色的包裹体时,使钻石呈褐红色或橙红色,这种钻钻石亦称“氧化”钻石。
改变钻石的颜色的方法有:1、辐射热处理 2、高温高压处理 3、表面处理 4、拼合处理
1、 辐射热处理:通过高能粒子轰击钻石使其产生结构损伤或色心,由此达到改变钻石颜色的方法。此方法主要用于处理颜色不好的不理想或较浅的彩色钻石,使其产生其中鲜艳的颜色或颜色饱和度提高,从而提高价值,处理的方法有:回旋加速器处理,中子处理,γ-射线处理,镭处理。
1) 回旋加速器处理:用亚原子如质子、氘核等带正电荷粒子轰击钻石,结果:暗绿色表层浅部,放射性几小时消失。
2) γ-ray处理:Co60源产生γ射线辐射钻石整体改色,结果:蓝色、蓝绿色,速度慢,时间长,少用。
3) 镭盐处理:镭盐中的放射性粒子辐射钻石,结果:绿色,放射性长久,不用于首饰。
4) 电子处理:用加速器加速电子轰击钻石,深度约1mm,无放射性。
5) 中子处理:在核反应堆中,用中子轰击钻石,结果:绿色、蓝绿色,长时间变黑色,整体改色,无放射性。
这几种方法所得到的是:绿色和蓝色。带电的离子处理过的表层改色,不带电的是整体改色,经常用的是中子和电子处理。