巴塞尔 GemFest:合成钻石有所提高,但检测技术也更加先进


Simon Lawson(西蒙·劳森)博士和 Wuyi Wang(王五一)博士在 GIA 主办的巴塞尔国际钟表珠宝展上论述合成钻石。 摄影:GIA
来自美国宝石研究院和戴比尔斯的专家在 2015 年 3 月的巴塞尔国际钟表珠宝展上齐聚一堂,介绍检测和鉴定所有合成钻石(即便是小至 0.01 克拉的钻石)的现行方法,为忧心忡忡的钻石和珠宝业注入信心。 在 GIA 主办的 GemFest 上,他们还详细地介绍了研究工作,鉴定所会在今后继续鉴定此类宝石。

在 2015 巴塞尔国际钟表珠宝展 (BASELWORLD) 上,戴比尔斯英国技术部总监 Simon Lawson(西蒙·劳森)博士以及 GIA 研发部总监 Wuyi Wang(王五一)博士探讨了市场上两种主要的合成钻石及其鉴定技术。 他们还介绍了 GIA​​ DiamondCheck、戴比尔斯的米粒钻自动筛选 (AMS) 设备、DiamondSure 和DiamondView,这些设备均用于合成钻石的鉴定。

Lawson(劳森)详细介绍了 9 亿至 35 亿年前天然钻石在地表下方 60 多英里处的形成过程,之后,他和 Wang(王)一起介绍了实验室采用高温高压 (HPHT) 和化学蒸气沉淀法 (CVD) 工艺制成合成钻石的过程。

高温高压合成工艺是对钻石的自然形成过程的复制,发明于 20 世纪 50 年代,用于工业用途。 出于研究目的,戴比尔斯在 20 世纪 80 年代制成了第一颗宝石级合成钻石。

高温高压合成钻石在压力下生长,置于中间的培养室中。 晶种被放在培养室的底部,上面覆盖着金属溶剂催化剂。 将石墨粉置于金属溶剂上方,接着对混合物加以极大的压力,将温度升至 1300-1500 摄氏度 - 稍高于天然钻石的生成温度。

天然和实验室生长条件的差异让高温高压合成钻石的外形有所不同,大部分为立方八面体,而天然钻石则为八面体或十二面体。 这一处理过程常常在宝石中留下“泄密”的金属内含物,其中的一些可能会被磁铁吸引。 在显微镜下能观察到这些内含物。

其他识别特征还包括色域,尤其是尖底周围的色域,这与晶体的生长特征有关,此外,绿色荧光也是区分标志之一。

尽管可以观察到合成钻石的指示特征,GIA​​ 的 DiamondCheck 和戴比尔斯的 DiamondSure 及 DiamondView 等设备可利用光谱分析、荧光分析和/或磷光分析,更加可靠地进行合成钻石鉴定。

Lawson(劳森)指出,戴比尔斯研制的 DiamondView 筛选设备可以精确地找到高温高压合成钻石的识别标志,且能够区分晶体结构。 此外,由于这些合成钻石仅仅经受了数天而非数百万年的高温,戴比尔斯的其它筛检设备 - DiamondSure 能够检测出宝石中氮杂质的分布。

Wang(王)补充说道,几家新的制造商正在生产高质的高温高压合成钻石,包括蓝色彩钻、无色钻石和黄色彩钻。 迄今为止,GIA 检测到的最大的高温高压合成彩钻重达 4 克拉以上。 俄罗斯生产商 New Diamond Technology(新钻石技术)已制造出 5 克拉的无色和近乎无色的高温高压合成钻石,Wang(王)指出,同时一边展示一颗 5.19 克拉  成色等级为 K 的 I1 切角矩形钻石和一颗 4.30 克拉 成色等级为 D 的 SI1 垫型钻石。

较新的合成钻石制造工艺 CVD 在过去 10 年里取得了快速发展。 微波加热气体(通常为甲烷和氢气)以形成等离子体,将碳原子沉积到基板后结晶为钻石。 钻石生成后,将合成钻石锯切成立方体或圆柱体。

和高温高压 (HPHT) 合成钻石不同,CVD 工艺制成的钻石没有明显的内含物,因此,和高温高压合成钻石一样,可以通过红外光谱或可以检测其吸收特征的 DiamondSure 将其筛检出来。 然后用 DiamondView 确定鉴定结果,该设备可以显示 CVD 合成钻石独特的光谱荧光图案。 此外,有人指出,尽管 CVD 合成钻石热锻(高温加热处理)可以去除一些特征性发射谱线,但目前 CVD 合成钻石中常见的一种含硅杂质(在天然钻石中相当罕见)非常难以去除。

由于 CVD 合成钻石的生长不同于天然钻石,因此,在放大镜下可以观察到明显的条纹图案,同时它们还会发出明显的橙色荧光。 而经过热锻处理(高温加热)的钻石在生成后通常发出绿色的荧光。  

Wang(王)指出,虽然目前市场上天然钻石仍占主导地位,但随着合成钻石数量和质量的不断提升,信息披露成为一种必要。 他说,宝石鉴定所在信息披露方面发挥着至关重要的作用。

作为示例,他展示了重量从 0.10 到 0.30 克拉不等的 CVD 合成钻石,它们生产于 2003 年,呈现出独特的褐色。 短短三年内,生产商就研制出近无色钻石,到 2011 年,他们可以得到 1 克拉左右的近无色钻石。 如今,一些近无色 CVD 合成钻石的重量可以达到 3 克拉。

Wang(王)还介绍了 CVD 合成钻石生产者通过控制生长过程中氮的含量,制造彩色钻石的方法。 作为示例,他展示了几颗实验室培养的褐粉红色和粉红色钻石。 他还指出,不同生厂商制造的 CVD 合成钻石拥有各自不同的区分特征。

Lawson(劳森)指出,戴比尔斯对 DiamondSure 和 DiamondView 进行了持续改进,以提高检测能力,尤其是应对合成钻石生产方法的不断变化。 DiamondSure 的自动版 AMS 现已上市,它可以以更加经济的方式检测小至 0.01 克拉的米粒钻。

Wang(王)说道,合成钻石的鉴定可能面临多重挑战,尤其是当它们和米粒钻混合在一起时。 他展示了一张吊坠的图片,吊坠上面镶嵌了 104 颗非常小的彩黄色钻石,其中一颗就是 0.004 克拉的合成钻石。

他说道,GIA 筛检设备 GIA DiamondCheck 可以识别从 0.01 至 10 克拉的所有可能的合成或经过处理的钻石及非钻石仿制品。 DiamondCheck 采用光谱分析,能够快速筛检无色及黄色钻石。 该设备还可以有效地筛检粉红色钻石,如果这些钻石首先在酸性溶液中经过了煮沸处理以去除任何可能的涂层。  DiamondCheck 还可以鉴定经过高温高压处理的天然钻石及非钻石仿品。

DiamondCheck、DiamondSure 和 AMS 筛检设备能快速识别可能的合成钻石。 DiamondView 能进行更具体的光谱分析,这需要训练有素的技术员来操作,从而确定钻石是天然还是合成。

两位研究员都强调了合成钻石在尺寸、质量上的持续改进及其外形更贴近天然钻石所带来的挑战。 自 1971 年成功制造首颗宝石级合成钻石样本起,GIA 40 多位在职科学家便一直在进行合成钻石研究。 他们还强调了自己对戴比尔斯和 GIA 能紧跟合成钻石的发展步伐并准确鉴定的信心。

“我们的研究不仅可以加深全世界对宝石的了解,还能为买卖宝石的人提供保护。”Wang(王)总结道。


戴比尔斯英国技术部总监 Simon Lawson(西蒙·劳森)博士介绍了天然钻石的形成过程,以及使用高温高压 (HPHT) 和化学蒸汽沉淀法 (CVD) 工艺制造合成钻石的流程。 摄影:GIA

Russell Shor(罗素·绍尔)是 GIA 在卡尔斯巴德的资深行业分析师。