钻石——颜色成因探究

钻石的颜色成因

一、钻石的颜色类型

三个系列：

1.开普系列：无色、微黄-黄色的连续渐变系列

2.褐色系列：微褐-褐色的连续渐变系列

3.花色系列：具有清晰特征色彩，颜色饱和度高，价值高的有色钻石

褐色及黄色是否作为花色系列依市场变化而定。

二、钻石中杂质类型及分类

1、钻石中N的存在形式及其特点

氮取代钻石晶格中的碳原子的形式相当的多样，不同的形式还会引起钻石物理性质的变化，目前已经知道，N 至少以四种不同的形式存在于钻石的晶格中：

（1）单原子N

a、特点：N占据彼此不相连的C原子的位置，称为孤N或者C中心

b、识别：503，637nm ，1130cm－1吸收光谱线

c、归类：Ib

注：天然的Ⅰb 型钻石很少，仅占Ⅰ型钻石总数的0.1% 左右

但是合成钻石，如不经特殊处理，都属于Ⅰb 型。

（2）双原子N（A集合体）

a、特点：两个N占据两个相邻C原子的位置并形成缔合体稳定下来，这种形式被称为A 集合体或N2中心。

b、识别：

红外区：☆1282cm－1，1365 cm－1，1175 cm－1

可见光蓝光区：478nm

c、归类：IaA

（3）三原子N（N3中心）

a、特点：三个氮原子取代三个相邻的碳原子，组成三角形的原子团，并在三角形原子团的中央产生一个结构空位，形成所谓的N3色心。

b、识别：

红外区：无特征吸收峰

可见光紫光区：415nm

c、归类：Ia型或IaA/B型

注：N3色心导致在紫光区的吸收，是钻石产生黄色体色的主要原因

（4）集合体N（B中心）

a、特点：4个N或4个以上的N原子占据相应的C原子位置，N原子亦可聚集成小片晶。

b、识别：红外区：1370cm－1

2.钻石的分类★

⏹

N 、B 能够影响钻石的颜色和性质 ⏹

最有效的研究方法：红外吸收光谱 ⏹

按用途可分为工业钻石和宝石级钻石两大类。 ⏹

按照对红外光的吸收及紫外光的透过能力差异可以确定钻石的类型。

三、天然钻石的颜色成因★

影响颜色的4个因素：（具体内容见钻石基础教程P23——25）

⏹ 杂质呈色

⏹ 塑性变形

⏹ 天然辐射损伤中心

⏹ 矿物包裹体

各种颜色的钻石的颜色成因：

1. 无色钻石：纯净，无杂质，无晶格变形

2. 黄色钻石：

（1）Cape 系列：N2、N3、B 中心

光谱：415，423，435，465，478nm

Ⅱ型:（不含N ） Ⅰ型（含N ）

Ⅱa

Ⅱb N 以小片晶形式存在于钻石晶体结构中； N 以分散状形式存在于钻石晶体结构中； 不导电，具有最高的导热性,在短波紫外光下不发磷光 半导体，短波紫外光下发磷光 Ⅰa

Ⅰb Ia 型 IaA 型 IaAB 型 IaB 型

以A 中心为主

同时有A 中心、B 中心、N 3中心

以B 中心、N 3中心为主

（2）Canary黄：金黄色，孤氮中心(杂化轨道，使带隙由5.4ev 2.2ev，吸收大量蓝、紫光，所以显金黄色)

光谱：503，637nm

（3）Fancy系列：深黄，棕黄色，由H3、H4（辐照损伤中心）色心所致

光谱：天然——H3：503nm，H4：415、477、496nm

人工——H3＋H4，595nm

3.褐色：塑性变形，碳原子位错或内部晶格变形

光谱：495、503、512、537nm

4.粉红色、紫红色：与褐色成因相似

光谱：Ia—— 415、478、560nm

IIa——390、396、560nm

Argyle粉红——415、503、560nm

5.蓝色：B原子所致，其外层为3个价电子，与C原子形成共价键时产生空穴，并被

相邻的C原子的电子充填，电子吸收长波（红色），残余色呈蓝色

6.黑色：大量暗色不透明包裹体：微晶状，铁质矿物或分子级石墨。

7.绿色：辐照损伤中心所致，天然钻石常为很薄的绿色表皮。

钻石颜色的成因

三、钻石人工致色

一、辐照处理＋热处理

辐照处理使暗淡色彩的钻石变成较为鲜艳色彩的花色钻石

方法：通过原子/亚原子、粒子轰击钻石来改变钻石的颜色,粒子通过转换C及其电子使钻石结构遭破坏，产生空位（色心），并从光中吸收能量。这些能量的一部分以可见光

的形式发射出来

具体方法：

回旋加速器处理

（1）过程：亚原子粒子在回旋加速器中加速，使粒子带电，把钻石置于回旋加速器的通道上。

亚原子粒子——质子、a－粒子，氘核

（2）形成的颜色：暗绿色，放射性几小时消失，表层显示暗色标志

注：重新抛光会去掉表皮颜色

（3）热处理：稳定或改变颜色

500－900°

（4）热处理过程：使钻石的空位活化，可与其他缺陷/杂质联结。

Eg：一个N捕获一个空位，产生503nm，595nm吸收

（5）处理证据

钻石表面上显出特征的暗色标记

A、若从亭部辐照，在台面可见一“张开的伞”环绕底面

B、若从冠部辐照：环绕腰棱可见暗色的带

C、若从侧面辐照：在腰棱上将会有一些标志

r射线处理：

⏹采用Co60产生r－ray进行辐照改色

⏹由于速度慢，目前几乎不用

⏹优点：整体改色；蓝、蓝绿色

中子处理

（1）过程

⏹在原子反应堆(核反应堆)中,利用加速的中子来轰击钻石产生绿色－蓝绿色

－黑色

（2）特点：

⏹不带电子、能穿透钻石，整体改色，永久性改色，放射性很快消失

⏹具有595nm吸收线