钻石学基础2123.

第二讲纯洁永恒的宝石之王：钻石一、钻石是什么？金刚石(Diamond)与钻石钻石是以天然矿物金刚石为原料加工而成的。金刚石是以天然产出的以碳原子组成的具有立方面心晶体结构的一种矿物。见图1图1金刚石的形态与结构一、钻石是什么？金刚石(Diamond)与钻石它的硬度极大(摩氏硬度10)，是最硬的物质；有一定的晶形，一般为八面体(见图1)；灿烂夺目，五彩缤纷；自然界产出极为稀少(每开采250吨矿石才能有1ct宝石级金刚石)；因此它最符合宝石的四条标准，即：自然产出；耐久(广告词有“钻石恒久远，一颗永流传”)，硬度大，不磨损；美观；稀少。不愧有“宝石之王”的美称。一、钻石是什么？钻石(Diamond)定义钻石是以天然金刚石为原料，经人工切割、加工、琢磨而形成的各种款式的装饰品、珍藏品、陈列品。现在人们常把钻石和金刚石两名词混为一谈。四、钻石的类型按用途可分为工业钻石和宝石级钻石两大类。按特性目前分为Ⅰ型和Ⅱ型，再细分为Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa和Ⅱb型。见表1特性Ⅰ型Ⅱ型ⅠaⅠbⅡaⅡb含氮量高，0.25-0.1%较少，0.1-0.01%极少，0.01%几乎不含N，而含B红外吸收7000-10000nm强吸收7000-10000nm不吸收颜色白~黄，变化多常呈琥珀黄白，偶见粉色常呈蓝色导热性好好极好好导电性不导电不导电半导体可见光吸收415nm强415nm弱415nm极弱萤光强度小，蓝~浅蓝居多不发光强度大，黄、红占比例天然钻石的98%少量(人工合成的大部分)少量少量，罕见表1钻石按特性分类表五、金刚石(钻石)的晶体结构、性质及其与宝石特征的关系晶体结构碳原子按立方面心结构排列，原子之间以键力很强的的共价键相连结，形成一种稳定的架状结构(见图1)，因此金刚石的结构是非常坚固的。这决定了金刚石的各种物理、化学性质及形态。图6金刚石的晶体形态形态金刚石的天然晶体常呈八面体、立方体、菱形十二面体及四面体，都是等轴晶系的形态。这与其立方晶体结构有关。五、金刚石(钻石)的晶体结构、性质及其与宝石特征的关系硬度金刚石的摩氏硬度为10，是最硬的物质。这种10级硬度计是相对的。实际上它比硬度为9的刚玉的绝对硬度大100倍，比硬度为7的水晶大1000倍。金刚石的硬度还有一个特点，即异向性。就是晶体不同方向硬度有一定差异，(111)(110)(100)……(用立方模型表示)。这给钻石的加工带来了方便.金刚石的高硬度保证了钻石的耐久，永不磨损。密度金刚石的密度3.54g/cm3。若含杂质或裂隙，可能稍低3.2。它的密度比一般的砂子(石英、长石，2.6~2.7)大，因此早先人们在淘金时，有时会淘出金刚石。在砂矿中采金刚石就用淘洗法。五、金刚石(钻石)的晶体结构、性质及其与宝石特征的关系解理当金刚石晶体受到强大外力撞击时可能会沿一定的结晶方向裂开成一平面，这种性质就称为解理。金刚石具有中等解理。这是钻石的唯一缺点。所以说钻石“不怕磨，但怕打(击)”，因此佩带钻饰时要注意不要受硬物碰击。但这同时也是优点，加工师可借此将钻石劈开。解理的方向就平行于八面体的面，共四组，因此称为八面体(111)解理。(结合图及模型)解理发生在那些结合力较弱的面网之间，如面网间距较大者。五、金刚石(钻石)的晶体结构、性质及其与宝石特征的关系颜色纯洁的钻石应该是透明无色的(习惯称白色)。因经常含有杂质或结构缺陷，钻石可呈现各种颜色，如白、黄、橙、棕、绿、蓝、红、紫、烟灰和黑色及乳白色。钻石的颜色可分为三个系列：①普通系列(开普系列)：主要为Ⅰa型钻石。颜色白-黄-棕，含氮愈高，颜色愈黄。这内容在下面4C标准中还要详细讲。②彩色系列：如蓝色主要分布在Ⅱb型。因含B而呈色。如第一大钻“库利南”和“希望之星”都是罕见的蓝色。粉色及浅紫色钻石也较罕见。我国辽宁及澳大利亚都有产出，大多为Ⅱa型，可能是含少量锰(Mn)的原因。彩钻因美观罕见，其价值比白色钻高得多。如澳大利亚AK岩管产出的一颗3.5ct的粉钻，价值350万美圆，比白钻贵数十倍。③使人不喜欢的颜色：如乳白色、灰色、烟色、黑色，是因为钻石内含有微小气泡、石墨包体等杂质造成的。五、金刚石(钻石)的晶体结构、性质及其与宝石特征的关系发光性钻石在高能量射线(如紫外光)照射下可以产生不同的色光，如Ⅰ型常呈蓝~浅蓝的占65%，另有黄、橙、白、绿，也有不发光的；Ⅱ型70%发黄绿色光。如果照射停止发光也立即消失，称为萤光。照射停止后，钻石还能继续发光一段时间，称为磷光。自古人们传说有“夜明珠”的宝物，其中可能就有发磷光的钻石(白天受阳光的紫外光照射，夜晚继续发光)。五、金刚石(钻石)的晶体结构、性质及其与宝石特征的关系折射率宝石的折射率(N)定义为光线在空气中的传播速度V与其在宝石中的传播速度Vg之比：钻石的折射率N=2.417，在透明矿物中最高。光泽光泽就是宝石对光线反射能力。也就是说折射率愈高，光泽必然愈强。钻石属金刚光泽，为透明矿物中光泽最强的。正是由于它光泽强的特性使钻石光亮夺目。从以下几个例子可以了解折射率与光泽的关系：钻石(2.417)，锆石(1.98)皆属金刚光泽；蓝宝石(1.77)，水晶(1.54)皆属玻璃光泽。锆石因折射率高，有人拿来冒充钻石。五、金刚石(钻石)的晶体结构、性质及其与宝石特征的关系光性均质体光线进入宝石晶体有的可分解为振动方向互相垂直的两条折射光(偏振光)。两者有不同的传播方向和速度，称双折射。此等宝石称光性非均质体，如水晶N=1.544-1.553。若光线进入宝石晶体，只有唯一的一条折射线，而各方向N均相等，称光性均质体，如钻石。此现象对鉴定钻石极为有用。均质体反映背面影象为单影，非均质体为双影。五、金刚石(钻石)的晶体结构、性质及其与宝石特征的关系全反射光线进入宝石，当投向另一界面时，不再穿过界面，而是全部反射回原介质(空气)中，这种现象称为宝石的全反射。当钻石产生全反射时，人们看到钻石内部好象有无数个镜面反光，亮光闪闪。根据物理学定义得知，若光线自钻石内部射向空气，当折射角等于90°时的入射角称为临界角。一旦入射角大于临界角，光线就不再折射，而全部反射，称全反射，因此临界角愈小，愈容易产生全反射。与其它透明宝石相比，钻石的临界角最小。钻石的临界角为24°25´，蓝宝石34°35´，水晶40°22´……，因此钻石最容易产生全反射效果。但是否能达到最佳的全反射效果还要看钻石加工琢磨的水平。以后还将介绍。注：当光线自宝石内射向空气时，入射角应小于折射角。五、金刚石(钻石)的晶体结构、性质及其与宝石特征的关系色散(出火)色散是白光经折射后分解成不同波长色光的现象。物质色散程度取决于对长波(红)与短波(紫)的折射率之差，称色散系数。色散系数愈高，色散程度也愈大。如钻石为0.044(2.452(紫)-2.408(红)=0.044)。锆石为0.038，蓝宝石为0.018，水晶为0.010。可见钻石最容易产生色散效果。因此琢磨好的钻石会呈现五彩缤纷，又光亮又美丽。锆石色散系数与钻石相近，这也是它可被用来冒充钻石的一个条件。导热性钻石具有极高的热导性能。Ⅱa型钻石的热导为铜的5倍。下面列出几种物质的相对热导率。钻石70~212尖晶石1银44水晶0.81金31金红石0.45红、蓝宝石2.6玻璃0.088高热导率是钻石的一个重要特性。它可以作为鉴别钻石的有效依据。五、金刚石(钻石)的晶体结构、性质及其与宝石特征的关系亲油性、疏水性钻石极易粘上油污。用油性的墨水可轻易在钻石表面划上痕迹，相反不易粘上水。这种亲油性可用来在加工钻石时划线，还是钻石选矿的一种方法—油选法。“钻石之谷”的传说也和亲油性有关。还可利用亲油、疏水性来选矿。化学性质钻石对所有的酸都是稳定的。钻石受强碱、强氧化剂如NaClO4、KClO4长时间作用可有轻微腐蚀。钻石在空气中850℃时开始燃烧，发出蓝色光，表面出现雾状膜，后逐渐变小。所以镶嵌加工钻石时要小心，佩带时也应注意。六、钻石评价的标准(4C标准)所谓钻石评价的4C标准，即克拉重量CaratWeight，净度Clarity，颜色Colour和切工Cut。四项标准都是以英文字母“C”开头，故名。4C标准是全世界公用的。1.钻石的重量：以克拉(Carat)计算，缩写“ct”。1ct=200mg。据说1ct大约相当于地中海东岸生长的一种豆角树种子的重量。宝石级钻石的价值与一颗钻石的重量有密切关系。不是等差级数，而是随重量的增加以平方的速率增加。有以下关系：P=W2xk。(W：重量ct，k：每克拉的原始价)。如1ct价3万元，一颗3ct的价为32x3=27万元。圆钻重量与其直径的关系(大致)见图7(下页)，也可按下式算出来:：W=(d/6.5)3，d：直径2.钻石的净度：钻石中常含有多少不等的杂质(内含物)，如其它矿物石墨、橄榄石、石榴石、硫化物等的包体，气泡或裂隙等，影响了钻石的美观和质量。当然杂质愈多，质量愈差。人们对净度规定以下的分级。见图8的说明。观察净度一般用10倍放大镜或肉眼。图7圆钻的重量与直径图8钻石的净度六、钻石评价的标准(4C标准)3.钻石的颜色：这里只介绍有关4C标准中涉及的普通系列。作为评价钻石质量的内容，该系列是从完全无色至黄色，见图9。该系列分级由白至黄，以英文字母D、E、F、G、H……顺序表示。我国也采用由数字100、99、98、97、96……顺序表示，见图9。对已镶嵌的钻石可分级为：优白(D-G,100-97)，白(H-J，96-94)，浅黄白(K-N，93-90)，黄(O-P，89-87)，褐黄(R-S，86-85)……观察颜色分级时，最好在晴天背阳光的地方为宜，也可在标准的白色日光灯下进行。另外专业鉴定人员需要用比色法，准确定出钻石的色级。该法是与一套事先备好的标准色级钻石相比较。图9钻石的颜色分级图10钻石的切工六、钻石评价的标准(4C标准)4.钻石的切工：钻石经过完美的切割、琢磨，可体现出其璀璨光辉的形象，见图10。切磨的款式—琢型有多种，如图11自左至右有梨形、橄榄形、正方形、心形、祖母绿形、三角形、楔形和长方形，但最常采用的是上面的圆形(标准圆钻形)。图11各种琢形的钻石六、钻石评价的标准(4C标准)为使钻石光芒尽现，必须精工雕琢。钻石上的面、棱、角都有按光学原理的严格要求。下面以圆钻为例加以说明。标准圆钻现设计共57个面，如图12。a台面(1)，b星刻面(8)，c风筝面(8)，d上腰面(16)，e下腰面(16)，f亭面(8)，一共57个面。如下尖顶也磨一小面，称为底面，则共58个面。钻石的各部位要求有一定相对尺寸和比例。若以腰的宽度(直径)为100%，则台宽比53-66，冠高比11-16，腰厚比2-4.5，亭深比41-45，底尖比2，全深比56-63，冠角(α)30.7-37.7°，亭角(β)40-42°。按上面要求琢磨，并且面要平，无划痕，棱要直，尖顶上各棱要交于一点，整体要对称，面上的抛光纹要不明显。图12钻石切割（圆钻）切工侧视示图图9钻石的颜色分级图10钻石的切工六、钻石评价的标准(4C标准)前面曾经讲到钻石全反射，能否达到全反射效果切割比例至关重要，如图10右侧的示意图，1和2的切割比例都不合要求。前者太浅，后者太深。上面射入的光线可能穿过钻石而漏掉(漏光)。1产生一种鱼眼效应，2则产生黑底效应，只有3是正确的，上面射入的光线经过亭面或下腰面的几次全反射后完全返回，同时还产生色散，因此使钻石透出多彩闪光耀眼的光芒。切工的质量鉴别比较困难，因为涉及因素太多。简单地说。基本达到以上要求的为“很好”，不能完全达到者可按满足的程度再分“好”和“一般”，完全达不到者为“差”或“极差”。近来国际上推出一种顶级切工(极完美)。据说目前全球只有少数几家的不足百十个熟练技师可以掌握这种精湛切琢技术。这种完美切工的钻石用一种特制镜观察钻石可以见到奇异影象，即八颗心和八支箭，见图13。图13顶级切工钻石中的影象六、钻石评价的标准(4C标准)关于已镶嵌钻石的质量级别，国家1997年公布的评级标准如下：表2镶嵌钻石综合品质等级