碳化硼:一种新的黑色钻石仿品


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图 1. 这颗重 1.04 克拉的黑色半金属圆形明亮式宝石起初看起来像钻石,经鉴定为碳化硼。 摄影:G. Choudhary
在过去几年里,随着黑色钻石的流行,黑色合成碳硅石和结晶硅的聚晶也广受欢迎(2011 年春季刊实验注意事项,54 - 55 页)。 斋浦尔的宝石检测实验室 (Gem Testing Laboratory) 收到的一颗 1.04 克拉的黑色半金属圆形明亮式钻石(图1)样本,看起来是合成黑色碳硅石,经检测并非如此。 样本是作为钻石交给所有者的。

因为市场上和实验室中黑色合成碳硅石非常普遍,我们立即用显微镜检查了它的典型聚晶结构。 虽然粒状图案在反射光下明显可见(图 2),但它比通常出现在黑色合成碳硅石中的更密集、更细腻。 这就出现了不确定性,因此需要进行进一步的宝石学试验。 样本的折射率超出限制,比重为 2.43,莫氏硬度高于 9。 低比重值排除了合成碳硅石 (3.22) 的可能性,但没有为样品的身份提供其他线索。

图 2. 在反射光下,碳化硼样本显示出通常与陶瓷等聚晶相关的密细的粒状结构。 显微拍摄:G. CHOUDHARY;放大 48 倍。
定性 EDXRF 分析显示为 Fe,带有 Si 和 K 的痕迹。在几点上使用 532 nm 激光激发取得的拉曼光谱显示主要的峰值约为 260、320、480、532、720、1088 cm-1,较小的峰值约为 800、824、874、967、998 cm-1。 在我们的数据库中,找不到与这些功能组合匹配的数据,但大量资料发现,存在与碳化硼拉曼光谱完全匹配的数据(V. Domnich et al., “Boron carbide: Structure, properties, and stability under stress”(碳化硼:结构、属性和压力下的稳定性) Journal of the American Ceramic Society(《美国陶瓷学会杂志》),第 94 卷,第 11 期,2011,3605–3628 页)。    

碳化硼是硬度高、密度低、具备热稳定性、极耐磨的一种先进陶瓷材料,适用于核能、军事和航空应用。 通常,这种材料是通过在电弧炉中将碳和氧化硼(B2O3) 一起反应融合,然后在真空或氩气环境下(1900 -2200 oC 和 0.02 Gpa 压力)在石墨模具上进行 15-45 分钟的热压(Singhal 和 Singh,“Sintering of boron carbide under high pressures and temperatures”(高压高温下的碳化硼烧结),Indian Journal of Engineering and Materials Sciences(《印度工程与材料科学杂志》),第 13 卷,2006 年 4 月,129 - 134 页)。
    
虽然碳化硼常用于工程和材料科学中,如坦克装甲上的防刮涂层和镀层、防弹背心、挂锁,用它当作钻石仿品,我们还是首次遇到。 研究并未显示该陶瓷产品的任何宝石学用途。 可以直接根据比重来区分碳化硼与黑色钻石或合成碳硅石,但鉴定时需要拉曼光谱和参考数据。 不能排除市场渗透的可能性。

声明:Sandeep Vijay 先生(宝石检测实验室宝石学家职员)进行了彻底的文献研究

Gagan Choudhary 是印度斋浦尔宝石检测实验室副主任,《宝石与宝石学》(Gems & Gemology) 撰稿人。 您可以通过 gagan@gjepcindia.com 与他联系。