鑽石Diamond-合成、優化處理及其鑑定 －略說
合成鑽石
一、HTHP高溫高壓法，又分：
1) BARS分裂球法-機器成本低體積小，每次只能合成一顆鑽石。用於合成寶石級鑽石。首飾用鑽石主產國為俄羅斯、烏克蘭、美國等國。
2) BELT壓帶法-機器成本高體積大，每次可生產多顆鑽石。用於合成工業用鑽石。
鑑定
1)顏色：黃、橙黃、褐色為主，可作為天然彩鑽的替品; 無、藍色合成鑽石因技術難度大、成本高，較少見。
2)晶形：八面體與立方體的聚形，晶形完整。晶面常見樹枝狀、蕨葉狀、階梯狀生長紋。常見籽晶。顯微鏡下可見生長紋理和不同生長區的顏色差異[1]。
3)內部顯微特徵：a. 呈長圓形、角狀、棒狀平行晶稜或沿生長區界線定向排列的鐵、鐵鎳合金包體，或呈微粒狀散佈於整個晶體。在反光下可見金屬包裹體的金屬光澤。可能因此具磁性。 b. 不規則狀顏色分帶、沙漏型色帶。c. 淨度以P, SI級為主，個別可達VS、VVS級。
4)吸收光譜：缺乏415nm Cape特徵線 。
5)ADR：ADR很弱，干涉色變化不明顯。
6)UV螢光：LW下常呈惰性，SW下的發光因不同生長區而有明顯分帶現象。無～中等，不均勻淡黃、橙黃、綠黃螢光。局部可見磷光。
7)陰極發光：因不同生長區的雜質含量不同，在陰極發光下顯示不同顏色和生長紋。
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天然 |
HTHP合成鑽石 |
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發光性 |
通常顯示相對均勻的藍-灰藍螢光。偶爾可見小塊黃色和藍白發光區。但這些發光區型態極不規則，不受某個生長區控制，分佈無規律性。 |
不同生長區發出不同顏色的螢光，具有規則幾何圖形，受生長區控制。
八面體生長區發黃綠色螢光，分佈於晶體四個角頂，對稱分佈，呈十字交叉狀;
立方體生長區發黃螢光，位於晶體中心（即八面體區十字交叉點）成正方形;
菱形十二面體生長區位於相鄰八面體與立方體生長區之間，呈藍色長方形。由於合成鑽石以立方體和八面體晶面為主，陰極射線下常顯鮮明的黃-黃綠螢光。 |
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生長紋 |
不發達。若有則常為長方形或規則的環狀（極少狀況下，生長紋非常複雜） |
發達。但生長紋特徵因生長區而異。
八面體生長區通常發育平直的生長紋，並有褐紅色針狀包體伴生（僅見於陰極發光下）;
立方體生長區沒有生長紋，但有時可見黑十字包體;
四角三八面體生長區邊緣發育平直生長紋[2]。 |
二、 CVD化學氣相沈澱法
出現於1952年，方法有微波等離子法、熱絲法、火焰法、等離子噴設法等。在低壓環境下可以在矽或金屬基底上合成多晶CVD鑽石材料（廣泛用於生產工業鑽石）。也可在單晶鑽石基底上合成單晶CVD鑽石。
鑑定
1)結晶習性：板狀
2)顏色：暗褐、淺褐為主。近無色、藍色合成困難。
3)內部特徵：放大檢查可見不規則深色包體和點狀包體。可有平行生長色帶。
4)ADR ：正交偏光下有強烈ARD現象。不同方向上消光程度不同。
5)LWUV下，常有弱橙黃色螢光。還可根據紅外光譜、X光形貌圖、DiamondSure, DiamondPlus等儀器鑑定。
鑽石的優化處理
分為兩大方向：一為改善鑽石顏色，二為處理鑽石的包裹體以提升淨度
顏色的優化處理---
一、染色＆表面塗層：在表面薄塗一層帶藍色、RI很高的物質，可使鑽石顏色提高1~2 個級別。或在鑽戒底部加上金屬箔。
二、輻照改色：可稱永久改色法。利用輻照產生不同色心，從而將鑽石改變為任何顏色。中子輻射可將褐色鑽石改變成天藍、綠色。但這種改色法僅適用於有色且顏色（K色級以下）不好的鑽石
鑑定
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天然未處理 |
輻照處理的鑽石 |
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顏色分佈特徵 |
色帶為直線狀或三角狀，與晶面平行 |
色帶侷限於表寶石表面，分佈位置及形狀與琢形及輻照方向有關。
輻射從亭部向圓明亮式切割的鑽石轟擊，透過台面可見到輻射形成的顏色呈傘狀繞亭部分佈; 以相同方向轟擊階梯式切割的鑽石，僅於靠近底尖可見長方形色帶;
輻射自冠部轟擊時，靠近轟擊源的一側顏色明顯加深。 |
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吸收光譜 |
天然黃鑽無H3色心或H4色心不明顯。
但缺少H4色心不表示鑽石一定為天然的。天然石也可有H3 和H4色心 |
含N無色鑽石輻照和加熱後可產生黃色---導因於H3和H4色心，且以H4 色心佔優勢。H4色心引起的吸收線595nm 被視為鑽石經輻照處理的證據。黃色鑽石若經輻照後再加熱，過程中595nm將隨溫度升高而消失，同時於紅外光譜區產生H1b 和H1c吸收。
以目前技術難以達到既無595nm也無H1b , H1c的輻照鑽石---494nm, H1b, H1c為輻照鑽石特徵吸收線。 |
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電性 |
天然藍鑽含B有導電性 |
輻照藍鑽不具導電性。 |
三、GE鑽石
1998年，美國GE公司採用HTHP法將IIa型高淨度的褐～灰色鑽石（其數量不及世界鑽石總量的1%）處理成無色，偶呈淡粉色或淡藍色的鑽石。此類鑽石又稱高溫高壓修復型。
鑑定
1) 顏色：經處理後的顏色多在D~G等級，但稍具霧狀外觀，帶褐或灰色而非黃色調。
2) 內部特徵：GE鑽石在高倍放大下可見內部紋理、常見伴有反光的羽狀裂隙（常露出到鑽石表面）、部分愈合的裂隙、解理以及形狀異常的包體。
3)ADR：某些在正交偏光下顯示異常明顯的ADR。
4) 一般鑑定較困難，GE公司曾承諾由他們處理的鑽石在腰稜表面用激光刻上GE POL 或Bellataire字樣。
四、Nova鑽石
1999美國 NovaDiamond公司以HTHP法將常見的Ia型鑽處理成鮮豔黃-綠色鑽石。該鑽石又稱為高溫高壓增強型或Nova鑽石。
鑑定
1) ADR：Nova鑽石伴有強的塑性變形，ARD強烈
2) 顯示強黃綠色螢光並伴有白堊狀螢光。
3) 通過實驗室大型譜學研究，可鑑定Nova鑽。
4) 這些鑽石刻有Nova標誌，並附有唯一的序號和證書。
淨度處理---
五、激光打孔
1) 傳統技術：20世紀60年代引進。藉鑽石的可燃性，利用激光在高溫下對鑽石打孔，後以化學劑灌入激光孔道清除有色包體，並充填玻璃或其他無色透明物質。
鑑定
鑽石表面永久留下的激光孔，由於其中充填物的硬度不同於鑽石，會形成不易觀察的凹坑。激光技術的發展已可達激光孔徑0.015mm，使激光孔的觀察更困難。
2) KM技術：2000年引入，KM (Kiduah Meyuhad)希伯來語意指「特別打孔」。可有兩種處理方法：
A. 破裂法（裂化技術）：應用於低質量、有明顯近表面包體，伴有裂隙裂紋的鑽石。以激光加熱包體，產生硬力，使裂隙延伸至鑽石表面。這種次生裂隙與天然裂隙相似，但處理不得要領易使鑽石破裂。
B. 縫合法（裂隙連接技術）：用新的激光孔將鑽石內部天然裂紋與表面裂隙連接起來。在鑽石表面產生平行的外部孔，狀似天然裂紋。然後通過裂隙處理鑽石的包體。
鑑定
1) 蜈蚣狀包體出露鑽石表面，呈不自然彎曲的裂隙。垂直包體的兩側伸出很多裂隙。
2) 激光處理的連續裂隙中有未被完全處理掉的零星黑色殘留物，為KM處理鑽石的典型特徵。
六、裂隙充填
對有開放裂隙的鑽石進行充填以改善淨度和透明度。
第一個商業性的裂隙充填鑽石出現於20世紀80年代。由以色列Ramat Zvi Yehuda生產，商業上稱為「吉田法」; 90年代初，以色列Koss Shechter 鑽石公司生產相似產品，稱為「告斯法」，在鑽石裂隙中充填透明材料; 紐約也產生了奧德法(Goodman Oved) 的裂隙充填鑽石。裂隙充填鑽石不列入鑽石分級[3]。
鑑定
1)顯微鏡觀察
A. 閃光效應： 顯微鏡下可見明顯閃光效應。
暗域照明下常見橙黃、紫紅、粉、粉橙色;
亮域照明下常見藍綠、綠、綠黃、黃色。
同一裂隙不同部位可表現出不同閃光顏色，隨樣品轉動而變化。
鑽石體色會影響閃光效應。無～微黃體色鑽石，閃光效應較明顯。當閃光效應的色調與鑽石體色不同時，較易被觀察。如黃色鑽石中的藍色閃光效應。反之則觀察困難，如深黃～棕色鑽石的橙色閃光效應、粉色鑽石中的粉色～紫色閃光效應。
閃光效應與未充填裂隙鑽石中所見的易混淆現象區別：
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成因 |
未充填裂隙特徵 |
已充填裂隙閃光效應特徵 |
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薄膜虹彩效應 |
未充填裂隙薄膜對入射光干涉所致。 |
顯示光譜色。 |
顯示相對單一的顏色。 |
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在近乎垂直裂隙的方向最明顯。 |
在近乎平行裂隙的方向上最明顯。 |
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裂隙結構一般有羽狀外觀，可見度高。 |
裂隙結構可見度低，不藉助閃光效應很難發現。 |
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偏光照明下[4]，隨偏光片轉動而產生顏色變化。 |
偏光照明下，偏光片轉動只有明暗變化，無顏色改變。 |
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天然色斑 |
開放裂隙中的鐵染現象。易被誤判為橙色閃光效應。 |
可見於很寬的視角範圍。 |
僅見於很窄的視角範圍 |
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若色斑較厚，透明度將降低，使裂隙更明顯 |
有較高的透明度。 |
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輻照斑點 |
裂隙中的輻照斑點。易被誤判為棕色閃光效應（少見）。 |
可見於很寬的視角範圍。 |
僅見於很窄的視角範圍 |
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可從裂隙延伸至鑽石內部。 |
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B. 流動構造：充填裂隙常保留充填物充填過程中的流動構造。
C. 捕獲氣泡：充填物內的空洞（未完全充填處）可能很大，捕獲的氣泡狀似一組指紋狀包體，也可能很小，呈亮點。為裂隙充填的極佳證據。
D. 絮狀結構：充填物質如過厚，會產生一種絮狀結構或演變為網狀結構。易見於激光孔洞的充填物中。
E. 白色平行細線：見於一些充填裂隙中，可能是微小裂隙，需以光纖燈強光照方得見到。
F. 充填物體色：充填物較厚時，可見淺棕～棕黃或橙黃充填物的體色。也見於充填物內空洞和激光孔洞。
G. 不完全充填裂隙：常極細窄。狀似細白劃痕或暗域下的擦痕。可能是蒸洗鑽石時去除部分充填物致。
H. 表面殘餘：部分充填物殘留於鑽石表面。殘留於裂隙入口處，呈霧狀; 殘留於表面，狀似拋光過程留下的燒痕。真正的燒痕：分佈面積一般較大，與裂隙無關，非重新拋光無法去除。
2) 用X光照相和X光螢光能譜儀
A. X光照相：可準確檢測出鑽石充填裂隙，並定出充填處理的程度與充填物因首飾修理過程加熱被破壞的位置。鑽石在X光下呈高度透明，充填物近不透明（因含Pb, Bi等元素），充填區域在X光照片中呈白色輪廓。
充填方向與X光底片的關係：
充填裂隙平面垂直底片時，X光被充填物吸收，曝光底片上的充填區清楚可見。
充填裂隙平面很薄且平行底片時，X光較無法被充填物吸收，曝光底片上的充填區較不清楚。
B. X螢光能譜儀
能檢測充填物中的微量元素（特別是Pb）並提供可靠證據。
六、鑽石膜DF---
鑽石膜DF指用CVD方法生長，由C原子組成具鑽石結構、化性、光性的多晶質材料。
20世紀50年代開發出低壓氣相法製成鑽石，但生成速度過慢。80年代初日本以CVD法快速製成鑽石膜DF，引起重視。
DF生長基本原理：化學氣相法---利用能量（如熱能、電能、光能）使碳氫化合物（如甲烷、乙醇）氣體離解，產生活化的C離子。這些C離子在一定條件下沈積在同質或異質基底（如立方氧化硼、矽、鉬或碳化矽）上形成鑽石膜。
DF在寶石業的應用：
1) 提高＆維持寶石的品位與級別，如在0.99ct的鑽石上以CVD法生成DF，使其達到1ct而大大提高鑽石價格。
2) 提高寶石耐久性：在不耐磨的寶石如魚眼石、坦桑石、藍晶石上沈積一層DF; 或用來密封於蛋白石表面，以防脫水龜裂。
3) 提高仿寶石的水平：如在CZ上生長一層無色透明DF以提高仿鑽水平
4)改善寶石色彩：在接近無色的天然鑽石上生長一層藍色DF，以提高鑽石顏色級別。
鑑定
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天然鑽石 |
DF鑽石 |
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表面特徵 |
為單晶質，表面無粒狀結構 |
鑽石膜為多晶質，表面有粒狀結構 |
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拉曼光譜 |
特徵吸收峰為1332cm-1 |
優質DF鑽石吸收峰為1332 cm-1附近（多晶及內應力皆會造成拉曼峰的頻移）; 劣質DF鑽石吸收峰頻移大，強度弱，甚至在1500cm-1附近出現一個寬峰。 |
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鑽石筆、導熱儀 |
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可以鑑定CZ或其他導熱性差的寶石上的DF |
七、拼合鑽石---
以鑽石為頂、水晶或人造無色藍寶石為底黏製而成。
鑑定
1) 在寶石桌面上置一小針尖，可見兩個反射像（天然鑽石無）。一個來自桌面、一個來自接合面。
2) 天然鑽石在各個角度上都因其反光閃爍，不會被看穿; 拼合石底部為RI低的寶石，反光能力差，有時甚可透光。
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