1、第五章第五章 钻石的类型与颜色成因钻石的类型与颜色成因第一节第一节 钻石类型的划分钻石类型的划分钻石的化学成份是碳，在没有结构缺陷影响颜色的前提下钻石的化学成份是碳，在没有结构缺陷影响颜色的前提下,钻钻石是无色的。石是无色的。这种情况在自然界是极为罕见的。单原子单原子N,N,一个氮原子占据一个氮原子占据碳原子四面体的中间位置碳原子四面体的中间位置1 1、孤氮、孤氮一、钻石中氮的存在形式一、钻石中氮的存在形式依红外光谱确定氮的存在或类型依红外光谱确定氮的存在或类型双叫双叫A A集合体或集合体或N2,N2,两个相两个相邻的碳原子被氮所替代邻的碳原子被氮所替代2 2、双原子氮、双原子氮A A集合体会
2、导致红外光谱区集合体会导致红外光谱区1282cm-11282cm-1的吸收，但无可的吸收，但无可见光区的吸收，因而对颜见光区的吸收，因而对颜色无影响。色无影响。N3N3中心或中心或N3N3色心色心 即即3 3个氮原子环绕个氮原子环绕1 1个空穴。个空穴。N3N3中心原子结构图中心原子结构图N3N3中心能吸收从蓝色到紫外末端中心能吸收从蓝色到紫外末端的光谱，是产生黄色的主要原因，的光谱，是产生黄色的主要原因，N3N3中心越多、钻石就越黄。中心越多、钻石就越黄。3 3、N3N3中心中心在可见光蓝到紫区的在可见光蓝到紫区的415nm415nm处处有明显吸收（叫有明显吸收（叫N3N3吸收），吸收），由
3、由4-9个氮原子占据个氮原子占据C-C位置或许多氮原子沿一定位置或许多氮原子沿一定方向聚结成几个原子厚的薄层，即片晶氮，称为方向聚结成几个原子厚的薄层，即片晶氮，称为B集合体。集合体。4 4、集合体氮、集合体氮B集合体会导致红外光谱区集合体会导致红外光谱区1185cm-1的吸收，但无可见光区的吸收，因的吸收，但无可见光区的吸收，因而对颜色无影响。而对颜色无影响。大多数含大多数含B集合体的钻石同时也含集合体的钻石同时也含3氮原子集合体氮原子集合体二、钻石类型的划分二、钻石类型的划分 利用红外光的吸收及紫外光的透过能力的差异，来确定钻利用红外光的吸收及紫外光的透过能力的差异，来确定钻石的类型石的类
4、型采用的仪器为傅立叶变换红外光谱仪和紫外采用的仪器为傅立叶变换红外光谱仪和紫外可见光可见光分光光度计分光光度计实质是内部杂质元素类型和存在形式的差异实质是内部杂质元素类型和存在形式的差异根据钻石中是否明显存在氮，将钻石分为两种类型根据钻石中是否明显存在氮，将钻石分为两种类型将含氮的钻石称为将含氮的钻石称为I I型钻石，并依据存在形式进一步分为型钻石，并依据存在形式进一步分为IaIa和和IbIb型，将不含数量明显氮的钻石称为型，将不含数量明显氮的钻石称为IIII型钻石，并依据型钻石，并依据含硼情况，分为不含硼的含硼情况，分为不含硼的IIaIIa型和含硼的型和含硼的IIbIIb型型IaIa型钻石中
5、含型钻石中含A A集合体、集合体、N N3 3中心、中心、B B集合体，主要杂质氮集合体，主要杂质氮的含量可达的含量可达0.2%0.2%。大部分钻石属于这一类型。能透过。大部分钻石属于这一类型。能透过400 400 300nm 300nm的紫外光显示与的紫外光显示与N N相关的吸收带。相关的吸收带。1 1、IaIa型钻石型钻石（一）（一）I I型钻石型钻石2 2、IbIb型型以孤氮形式出现以孤氮形式出现 ,为黄、黄绿或褐色为黄、黄绿或褐色,也称也称CanaryCanary黄黄 。503503、637nm637nm存在吸收光谱，在存在吸收光谱，在1130cm-11130cm-1有红外吸收峰。有红
6、外吸收峰。（二）（二）IIII型钻石型钻石可透过低于可透过低于220nm220nm的紫外光的紫外光,红区无明显吸收带红区无明显吸收带,将不含将不含硼的称为硼的称为IIaIIa型型,含硼的称为含硼的称为IIb IIb a型钻石几近纯净，含可忽略不计的氮。是极佳型钻石几近纯净，含可忽略不计的氮。是极佳的热导体。的热导体。不含任何空穴或晶格变形的不含任何空穴或晶格变形的a型钻石是无色的。型钻石是无色的。不导电，具有最高导热性，在电子工业中常作为散热不导电，具有最高导热性，在电子工业中常作为散热片，自然界罕见，不到天然钻石总量的片，自然界罕见，不到天然钻石总量的1%1%。1.a1.a型型2.b2.b型
7、型b型钻石含作为主要杂型钻石含作为主要杂质的硼元素。质的硼元素。硼以孤立原子形式随机取代硼以孤立原子形式随机取代钻石晶体结构中的碳原子。钻石晶体结构中的碳原子。每个硼原子比碳原子少每个硼原子比碳原子少1个个电子，这一缺陷导致光谱红电子，这一缺陷导致光谱红端的吸收，使端的吸收，使b型钻石呈型钻石呈蓝色。蓝色。bb型钻石为半导体型钻石为半导体,1986,1986年开始，合成钻石中加入硼并排除年开始，合成钻石中加入硼并排除N N，合成出了合成出了bb型钻石。型钻石。bb型钻石不同于其他类型的钻石，它显示半导电性。电阻型钻石不同于其他类型的钻石，它显示半导电性。电阻随升温而迅速降低，对温度变化很敏感随
8、升温而迅速降低，对温度变化很敏感,作热敏电阻来测作热敏电阻来测量温度的变化。量温度的变化。bb型钻石在自然界极少见。霍普钻是最著名的型钻石在自然界极少见。霍普钻是最著名的bb型钻石。型钻石。b型钻石在长波紫外光下呈惰性，但在短波紫外光下会发型钻石在长波紫外光下呈惰性，但在短波紫外光下会发红色荧光。红色荧光。不同类型钻石的物理性质和颜色特点不同类型钻石的物理性质和颜色特点无色到带有不同浓度黄色无色到带有不同浓度黄色调的浅黄色钻石，称为开调的浅黄色钻石，称为开普系列或好望角系列。普系列或好望角系列。第二节第二节 钻石的颜色及其成因钻石的颜色及其成因一、颜色类型的划分一、颜色类型的划分1 1、无色、
9、无色浅黄色系列浅黄色系列开普系列钻石不论从原石还是成品供应量上都是居第一位。开普系列钻石不论从原石还是成品供应量上都是居第一位。在这个系列中，从在这个系列中，从D色到色到M-Z色级，黄色调逐渐增强，其色级，黄色调逐渐增强，其商业价值逐渐降低。但当黄色的饱和度超过商业价值逐渐降低。但当黄色的饱和度超过Z色级时，钻色级时，钻石已不再属于开普系列，而是进入彩色钻石系列，叫彩黄石已不再属于开普系列，而是进入彩色钻石系列，叫彩黄钻石，其商业价值很大。钻石，其商业价值很大。是自然界另一类是自然界另一类较常见的钻石，商较常见的钻石，商业上俗称咖啡钻。业上俗称咖啡钻。2 2、淡褐、淡褐-褐绿系列（咖啡系列）褐
10、绿系列（咖啡系列）极淡的褐色到褐极淡的褐色到褐色、褐绿色。色、褐绿色。各种颜色的钻石各种颜色的钻石颜色达到一定饱和度，颜色达到一定饱和度，具有清晰、特征色调具有清晰、特征色调的钻石称为彩色钻石，的钻石称为彩色钻石，3 3、彩色系列、彩色系列包括黄色、黄绿色、包括黄色、黄绿色、粉红色、紫红色和粉红色、紫红色和蓝色，红色最罕见。蓝色，红色最罕见。彩钻因其极为瑰丽、稀少彩钻因其极为瑰丽、稀少而身价百倍。而身价百倍。黄色或褐色钻石，其颜色必须达到足够深度，例如黄色或褐色钻石，其颜色必须达到足够深度，例如在在GIAGIA分级体系中必须深于分级体系中必须深于Z Z比色石，才能称为比色石，才能称为“彩彩钻钻
11、”。至于其他颜色的钻石，虽颜色较浅或颜色饱。至于其他颜色的钻石，虽颜色较浅或颜色饱和度较低，仍可称为和度较低，仍可称为“彩钻彩钻”。在彩钻中，红色和绿色是最罕见的，其次是红紫色、在彩钻中，红色和绿色是最罕见的，其次是红紫色、紫色、橙色、蓝色、粉红色和黑色，而黄色和褐色紫色、橙色、蓝色、粉红色和黑色，而黄色和褐色较常见。较常见。各种各样颜色的钻石饱和度饱和度 Fancy Light Fancy Fancy Intense Fancy VividFancy Light Fancy Fancy Intense Fancy Vivid色色 （浅彩）（浅彩）（彩）（彩）（浓彩）（浓彩）（强彩）（强彩）F
12、ancy DarkFancy Dark （暗彩）（暗彩）调调 Fancy DeepFancy Deep （深彩）（深彩）对于较少见的颜色，如蓝色和粉红色等，其与近无色钻石对于较少见的颜色，如蓝色和粉红色等，其与近无色钻石M-ZM-Z色级相当的部分可描述为色级相当的部分可描述为faint(faint(轻微轻微)、very light(very light(很浅很浅)和和light(light(浅浅)，也就是说，这些彩钻可分级和描述为：，也就是说，这些彩钻可分级和描述为：Faint Very light Light Fancy Light Fancy etc.Faint Very light Li
13、ght Fancy Light Fancy etc.(微弱微弱)()(很浅很浅)()(浅浅)()(浅彩浅彩)()(彩彩)()(等等等等)各各 种种 颜颜 色色 的的 钻钻 石石紫色钻紫色钻棕色钻棕色钻金黄钻金黄钻橙色钻橙色钻粉红钻粉红钻绿钻绿钻蓝钻蓝钻二、颜色的成因二、颜色的成因 辐射致色辐射致色矿物包裹体致色矿物包裹体致色塑性变形致色塑性变形致色 杂质元素致色杂质元素致色1 1、杂质元素致色、杂质元素致色1)黄色黄色(Cape)系列系列aa型钻石，含型钻石，含N2N2、N3N3、B B集合体，集合体，随随N2N2、N3N3中心的富集，中心的富集，黄色加深黄色加深影响钻石颜色的杂质元素：氮（影
14、响钻石颜色的杂质元素：氮（N N）、硼（）、硼（B B）、氢（）、氢（H H），），以氮（以氮（N N）最为常见，也最为重要。）最为常见，也最为重要。蓝区见到蓝区见到 415415、423423、435435、465465和和478nm478nm处的吸收处的吸收 ,其中其中415nm415nm为吸收强峰。为吸收强峰。黄色系列钻石在光谱蓝区末端的吸收黄色系列钻石在光谱蓝区末端的吸收孤氮中心，孤氮中心，503503、637nm637nm吸收吸收H3H3、H 4H 4辐照损伤中心色心所致辐照损伤中心色心所致天然：天然：H3 503nm H3 503nm、H 4 415H 4 415、477477、4
15、96nm496nm吸收吸收人工：人工：H3H3、H 4 595nmH 4 595nm吸收吸收2)Canary2)Canary黄黄 (金黄色金黄色)3)Fancy系列系列(深黄、棕黄色深黄、棕黄色)天然蓝色钻石天然蓝色钻石B致色致色,B电子吸收红色波长电子吸收红色波长,残色为蓝色。残色为蓝色。4)蓝色钻石蓝色钻石塑性变形是在高温高压塑性变形是在高温高压的环境下，使钻石的结的环境下，使钻石的结构发生错位，使之吸收构发生错位，使之吸收某些波长而产生颜色某些波长而产生颜色,有褐色、粉红色。有褐色、粉红色。2 2、塑性变形致色、塑性变形致色这一情况发生在地下。这一情况发生在地下。褐色钻石是由子碳原子错位
16、或内部晶格变形所致褐色钻石是由子碳原子错位或内部晶格变形所致 褐色钻石可见褐色钻石可见503nm503nm强吸收线、强吸收线、537537、512512、494-495nm494-495nm弱弱吸收线。吸收线。褐褐 色色 钻钻 石石 光光 谱谱 图图1)褐色钻石褐色钻石从粉红从粉红-红紫红紫-褐色的连续褐色的连续变化变化,伴有塑性变形过程伴有塑性变形过程IaIa：415415、478478、563nm563nm吸收吸收IIaIIa：390390、396 396、563 nm563 nm吸收吸收ArgyleArgyle粉红色钻石粉红色钻石:415415、503503、563nm563nm吸收吸收
17、2)2)粉红和红紫色钻石粉红和红紫色钻石上述以上述以563nm宽吸收带为特征宽吸收带为特征人工处理粉红色钻石人工处理粉红色钻石637637吸收线吸收线塑性变形导致的一些褐色和粉色的钻石中可见到塑性变形导致的一些褐色和粉色的钻石中可见到纹理现象。纹理现象。高能粒子束轰击钻石时高能粒子束轰击钻石时,将碳原子轰击出钻石的晶体结构，将碳原子轰击出钻石的晶体结构，产生结构缺陷，称色心产生结构缺陷，称色心,吸收某些可见光而呈现颜色。吸收某些可见光而呈现颜色。天然辐射损伤致色的钻石有天然辐射损伤致色的钻石有741nm741nm吸收（吸收（GR1GR1吸收）、许多绿吸收）、许多绿色钻石由色钻石由-粒子辐射引起
18、。粒子辐射引起。3 3、辐照产生的空穴致色、辐照产生的空穴致色整体呈绿色的钻石很整体呈绿色的钻石很少，少，德累斯顿是最有德累斯顿是最有名的绿钻石名的绿钻石重重4141克拉，克拉，梨形切工。梨形切工。钻石的体钻石的体色是由于天然辐射造色是由于天然辐射造成结构损伤而致色。成结构损伤而致色。故天然辐照产生的大都是具绿皮的钻石，一旦切磨和抛光，故天然辐照产生的大都是具绿皮的钻石，一旦切磨和抛光，该绿色薄层就没有了。该绿色薄层就没有了。因高能粒子是撞击碳原子，故很少能穿到钻石晶因高能粒子是撞击碳原子，故很少能穿到钻石晶 体的深体的深处，通常只是表面以下处，通常只是表面以下0.002mm(20.002mm
19、(2微米微米)。一般是由无数的暗色不透明包裹体引起。当用透射光检测一般是由无数的暗色不透明包裹体引起。当用透射光检测时都显示深灰色。时都显示深灰色。黑色钻石在自然界中极为罕见。黑色钻石在自然界中极为罕见。4 4、包裹体致色、包裹体致色请请 你你 回回 答答 钻石中的杂质氮以什么样的形式存在于钻石中的杂质氮以什么样的形式存在于 钻石中。钻石中。描述钻石中氮和硼对钻石物理性质的影响。描述钻石中氮和硼对钻石物理性质的影响。用什么性质将钻石划分为用什么性质将钻石划分为IaA、IaB、IIa和和 IIb型，详述之间差别。型，详述之间差别。详述钻石颜色的成因。详述钻石颜色的成因。说明下列钻石黄色（开普顿黄色）、说明下列钻石黄色（开普顿黄色）、鲜黄色、蓝色、绿色带皮、粉红色。鲜黄色、蓝色、绿色带皮、粉红色。在低温下用分光镜测定在在低温下用分光镜测定在(a)具具415nm (b)496、503和和595nm (c)637nm (d)741吸收带，解释吸收带，解释 这些吸收线是由于什么引起，预期每个钻石的这些吸收线是由于什么引起，预期每个钻石的 颜色。颜色。钻石的蓝白色荧光与什么吸收有关。钻石的蓝白色荧光与什么吸收有关。请请 你你 回回 答答
