合成钻石及鉴定电子教案.ppt

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1、六、合成钻石及鉴定（一）合成钻石的历史及作用1．1953年，瑞士工程公司（ASEA）首次合成工业用途的钻石；2．1955年，美国通用电气公司（GE）合成钻石成功；3．1959年，DeBeers的钻石实验室；4．1985年，日本住友电器工业（SumitomoE.I.）公司开始生产合成钻石；5．1990年，俄罗斯公布用BARS系统生长合成钻石成果。早期合成钻石晶体（二）合成原理、设备及过程、方法：1．原理及理论基础a．高温高压生长天然钻石的生长环境、包裹体、晶体结构和实验模拟研究表明：钻石生长于高温高压的条

2、件；合成的温压范围：50~80kb1350~1800℃钻石在常温常压下为亚稳定状态，因钻石中C-C键要转变为石墨结构需很大能量，因而钻石可以在常温、常压下可稳定存在。b．金属触媒（催化剂）作用：金属触媒：Fe、Ni、Co、Pd等合金作用：降低合成的温度、压力，提高合成效率（石墨→钻石转变率提高）。无触媒时需更高温度：设备、技术条件困难c.原料：钻石粉或石墨，合成较大颗粒的钻石需籽晶作为晶核，围绕它生长合成钻石晶体。d．合成方法：总体上有三种类型方法：（1）静压法：包括种晶触媒法、静压触媒法、静压直接转变

3、法；（2）动力法：如爆炸法、液中放电法等；（3）亚稳定区生长法：如化学气相沉淀法、常压高温合成法等。宝石级钻石合成方法：种晶触媒法种晶触媒法，又包括：压带法和俄罗斯的BARS系统（1）压带法：将钻石粉作为碳源放在生长舱内，生长舱放在两个碳化钨砧之间，再使其经受高温高压作用，生长舱底部的温度比顶部略低，顶部钻石粉溶解并朝底部运动，钻石在低温区围绕籽晶开始生长。（2）BARS系统：又称分裂球无压装置。该装置压力是通过将液体注入压力筒内获得，而不是靠水压机提供。内部反应舱内有加热装置，籽晶、钻石粉和金属触媒。

4、时间：7天左右，约5mm单晶体，时间长，大晶体e.合成钻石晶体形态：多为立方体和八面体聚形，与温压条件有关T：1300→1600℃时，晶形由立方体→截角立方体→立方-八面体→截顶八面体→八面体（三）合成钻石的特征及鉴定1．颜色：早期合成钻石多呈特征的黄色，常显沙漏状色带，现在可以合成近无色的钻石；2．多种形态的金属触媒包裹体：针尖状，面包渣状及各种不规则状的金属触媒（金属光泽）3.晶体表面有不规则树枝状生长花纹，与天然钻石表面三角生长标志或阶梯状生长纹明显不同。4.紫外荧光和磷光：短波紫外光下，合成钻石

5、具有特征的荧光，部分钻石具有磷光。5.阴极发光：合成钻石具有规则的阴极发光试样，八面体发光区和立方体发光区排列规则。天然钻石表现为复杂的发光图案。合成钻石的CL图象天然钻石的CL图象天然钻石的CL图象6.吸收光谱：合成钻石通常为Ib型，缺失415nm吸收谱。而大多数天然钻石具有415nm、452nm、465nm、478nm吸收线。如将合成钻石进行高压高温处理，亦可产生Ia型钻石。7.晶体形态差异：合成钻石大多为立方体和八面体的聚形，合成钻石的形态和合成的温度、压力相关。8.部分合成钻石具有磁性，因钻石中

6、较多的微小金属触媒包裹体所致。9．用DiamondSure&DiamondView（钻石光谱鉴定仪和钻石结构荧光鉴定仪）测试：前者测试大多数天然钻石的415nm的吸收线；后者检测合成钻石显示的立方-八面体式样的紫外荧光。10．籽晶及籽晶幻影区：某些合成钻石中存在的沿着四方形种晶向外生长延伸的，边缘由相对明亮的细线构成的锥状生长区。无论种晶是否被切磨掉，幻影区仍可存在，浸液中观察更明显。合成钻石的处理：Ib型：在1600℃,5.5Gpa以上时，Ib中的孤N→A或B中心转变；以减轻颜色。亦可合成Ⅱa型钻石但

7、合成及处理成本仍很高