化学气相沉积法再生钻石的实验室检测特征研究_唐诗.pdf

2019 年 1 月 January 2019 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 38，No． 1 62 －70 收稿日期 2018 －02 －07; 修回日期 2018 －04 －25; 接受日期 2018 －08 －10 基金项目 国家自然科学基金项目 41272086， 41473030 ; 国家珠宝玉石质量监督检验中心 NGTC 科研基金项目 NGTCBJ17007 作者简介 唐诗， 硕士， 工程师， 从事钻石鉴定研究工作。E- mail tangs ngtc． com． cn。 通信作者 苏隽， 高级工程师， 从事钻石与宝玉石鉴定研究工作。E- mail suj ngtc． com． cn。 唐诗，苏隽，陆太进， 等． 化学气相沉积法再生钻石的实验室检测特征研究［ J］ ． 岩矿测试， 2019， 38 1 62 －70． TANG Shi，SU Jun，LU Tai- jin，et al． Research on Laboratory Testing Features of Chemical Vapor Deposition in Overgrowth Diamonds ［ J］ ． Rock and Mineral Analysis， 2019， 38 1 62 －70．【DOI 10． 15898/j． cnki． 11 －2131/td． 201802070017】 化学气相沉积法再生钻石的实验室检测特征研究 唐诗1，苏隽1*，陆太进2，马永旺1，柯捷1，宋中华3，张钧1，张晓玉1，代会茹1，李海波1， 张健2，吴旭旭2，刘厚祥4 1． 国家珠宝玉石质量监督检验中心，北京 100013; 2． 自然资源部珠宝玉石首饰管理中心北京研究所，北京 100013; 3． 国家珠宝玉石质量监督检验中心，辽宁 沈阳 110013; 4． 国家珠宝玉石质量监督检验中心，上海 200122 摘要 再生钻石是使用化学气相沉积法 CVD 以天然钻石为基底再生长合成钻石层， 得到具有整体外观的 钻石产品。由于再生钻石含有天然钻石的氮杂质信息， 传统的合成钻石排查方法和检测流程已不再适用于 再生钻石的检测。本文对实验室检出的一颗再生钻石进行了详尽的宝石学测试分析， 以建立再生钻石的最 佳检测方案。结果显示 常规的显微观察、 钻石仪器排查以及红外光谱测试都不能将再生钻石检出。 DiamondViewTM多方位发光图像观察该样品呈现清晰的发光分层现象， 上层为红色荧光与蓝绿色磷光， 下层 为深蓝色荧光与惰性磷光; 红外透射光谱分区域定点扫描样品上层为 IIa 型钻石， 下层为 Ia 型钻石; 紫外可 见吸收光谱分析和光致发光光谱测试显示样品同时具有 N3 和高浓度［ Si － V］－缺陷。综合判定该样品亭部 的下半部分为天然钻石， 亭部的上半部分和冠部为 CVD 合成钻石， CVD 层厚度约 740μm。作为我国首例报 道的再生钻石， 与国外已报道的同类型样品相比， 该样品中分层界限不可见， 且合成层厚度呈现明显增长。 研究认为， 应用多方位发光图像分析及光谱测试技术是再生钻石检测的关键。 关键词 再生钻石; CVD 合成钻石; 光谱检测; 发光图像 要点 1 实验室对国内首例报道的 CVD 再生钻石进行了全面的测试分析。 2 再生钻石层的厚度约为 740μm， 与天然钻石层之间无颜色差异和分层界限。 3 传统的钻石排查与检测方法不适用， 多方位发光图像分析与光谱测试可有效区分。 中图分类号 P619． 281; P575． 4文献标识码 A 使用化学气相沉积法 CVD 在天然钻石表面 生长单晶钻石薄层的技术由来已久， 但限于技术与 成本等因素， CVD 钻石层的厚度一般不大于 10μm， 对基底天然钻石的尺寸及质量基本不产生影响。 1993 年 Fritsch 等 ［1 ］报道了在不导电的天然钻石表 面使用 CVD 法生长一层蓝灰色 IIb 型钻石薄膜， 获 得了非常类似高品质天然导电蓝色 IIb 型钻石。同 年， Yacobi 等 ［2 ］研究了在不同晶面的天然钻石基底 上生长 CVD 合成钻石单晶薄膜的技术， 侧重讨论了 基底定向对 CVD 钻石生长的影响， 发现基底的 { 100} 面为最佳生长定向晶面。2014 年， Eaton － Magana［3 ］对天然钻石表面生长单晶 CVD 薄膜的持 久度和检测特征进行了研究， 发现掺硼的 CVD 薄膜 与附生的天然钻石之间无晶格错位， 持久度极好， 主 26 ChaoXing 要检测特征为异常颜色分布、 显微分析与导电性。 随着 CVD 生长技术的进步， 近期， 在天然钻石 表面所能生长的 CVD 层的厚度开始出现显著增长， 除了对钻石整体的颜色与导电性产生影响外， 还明 显影响到钻石的尺寸与质量， 对此类合成部位的属 性界定也从“覆膜” 上升为“再生” 。再生钻石的概 念由美国珠宝学院 GIA 在 2017 年首次提出， Moe 等 ［ 4 ］报道了一颗总质量为 0． 33ct 的截角长方形蓝色 钻石， 其冠部的顶层为厚度约 80μm 的 IIb 型蓝色 CVD 合成钻石， 下部为 Ia 型无色钻石。在2017 年 10 月第35 届国际宝石学会议上， 莫斯科国立大学 Serov 等 ［ 5 ］报道了5 粒莫斯科 Koh － i － noor 公司生产的在 Ia 型无色天然钻石上再生长 IIa 型 CVD 合成钻石的 样品。5 粒钻石质量范围在 0． 08 ～0．29ct， CVD 再生 层厚度均约400μm。以上两例报道显示， 钻石再生技 术已日趋成熟。再生层的厚度大幅提升， 再生层与天 然层的颜色逐渐趋于一致， 分层界限不再明显甚至不 可见， 凭借常规的放大检查已难以察觉再生层的存 在， 需借助更加全面的测试手段方能准确鉴定。但 针对该类样品的具体测试方法与测试特征， 以及各 类测试条件有效性的深入探讨仍不充分。 由于天然钻石层中 N3 色心及聚合氮杂质的存 在， 样品在常规排查仪器如 DiamondSure 下可被判 定为天然 ［6 ］; 对于不含硼的 IIa 型 CVD 再生钻石来 说， 红外混合光谱难以提供关于不同层的钻石类型 的指示性信息 ［6 ］。这些证据表明， 再生钻石作为一 种新出现的合成钻石产品， 不适用于目前宝石实验 室的检测流程及手段， 必须寻求新的检测方法与鉴 定特征。基于此现状， 本课题组对 2017 年 10 月检 出的我国首例再生钻石展开了详尽的常规宝石学测 试与大型仪器测试， 以探讨针对该类样品的准确、 有 效的实验室检测技术方案。 1实验部分 1． 1样品来源 测试样品为一粒来自客户的 0． 11 克拉的标准 圆钻型钻石， 该样品购自某珠宝展， 经追溯其生产厂 家位于国内。该样品按照处理钻石出售， 客户送检 时并不清楚其真实成因。由于样品来源的特殊性， 为了确认其准确成因， 实验室在常规检测流程的检 验项目未出现异常后， 又采取了多手段的发光图像 观察与光谱测试。 1． 2样品分析测试方法 1 显微放大观察 借助常规宝石学显微镜与 超景深高倍显微镜， 对样品进行内外部特征的放大 检查， 寻找是否存在异常包体或拼合界限等合成或 处理特征。 2 钻石排查仪器通过性分析 检验样品对于 常规钻石排查仪器的通过性。分别使用 DTC 公司 的 DiamondSureTM与国产钻石排查仪 DS2000 对样品 进行排查测试， 观察仪器结论。 3 紫外可见吸收光谱 UV － Vis 分析 分析样 品在紫外及可见光区的吸收特征， 以检验钻石中特 定色心的存在状态。使用标旗 GEM3000 型紫外可 见分光光度计， 采集样品室温下的紫外可见吸收光 谱， 测试范围为 200 ～1000nm。 4 荧光与磷光观察 在超紫外光源激发下， 观察钻石的荧光与磷光现象， 以了解其色心组成与 生 长 结 构。 使 用 DTC 公 司 的 钻 石 观 察 仪 DiamondViewTM， 采取了多方位观察方法， 分别激发 钻石的台面、 亭部、 侧面， 对样品上下层的发光差异 进行对比分析， 探究其发光成因。 5 傅里叶变换红外光谱 FTIR 分析 通过某 些特征吸收峰的出现及缺失， 研究钻石内部氮、 硼等 杂质的赋存状态， 判断钻石类型 ［6 ］。使用 Thermo Nicolet 6700 型中红外傅里叶变换光谱仪， 采用 6 Beam condensor 6 倍光速聚焦器 对样品进行透射 扫描， 扫描范围为 6000 ～ 400cm －1， 分辨率 2cm－1， 扫描次数为 1280 次。除对样品整体进行透射扫描 外， 还分别聚焦于样品的底尖及冠部进行分区域的 透射扫描， 以掌握不同区域的钻石类型的差异。 6 光致发光光谱 PL 分析 分析钻石内微量 元素与特征缺陷的种类与强度， 以确定钻石成因。 使用英国 Renishaw inVia 激光拉曼光谱仪， 分别用 325、 473、 532、 785 与 830nm 五个激光器采集样品在 液氮环境中的光致发光光谱， 分析不同聚焦位置下 特征谱峰的出现及强弱关系， 并设置对照组实验， 排 除系统误差。 7 切工数据测试 通过精确地测量样品的尺 寸、 亭角等切工比率数据， 对样品整体构成作出数学 分析， 估算再生层所占的厚度与质量比例。使用以 色列 Sarin 钻石切工仪对样品进行自动测量。 2结果与讨论 2． 1 样品的显微特征 放大检查是实验室检测钻石最基础的常规步 骤。在宝石显微镜与超景深显微镜下对样品进行放 大检查， 未见任何与合成、 拼合或再生有关的内外部 36 第 1 期唐诗， 等 化学气相沉积法再生钻石的实验室检测特征研究第 38 卷 ChaoXing 特征 图 1a 。钻石在颜色分布、 抛光对称、 净度特 征等方面均表现出整体的一致性。宋中华等 ［7 ］报 道了在高温高压合成无色 － 近无色钻石中常具有特 征金属包体; Wang 等 ［8 ］报道了在 CVD 合成无色 － 近无色钻石中可具特征的不规则形状的黑色包体; Moe 等 ［4 ］报道了再生钻石中可见显微镜下的分层界 面与界面处的针状深色包体; 拼合或覆膜处理的钻 石常可见拼接缝或膜层脱落等显微特征。上述这些 特征在本实验样品中均未出现， 仅可见腰围区一侧 发育有一大面积羽裂， 羽裂贯穿于冠部与亭部 图 1b 。 2． 2样品的排查仪器测试结果 放大检查未见异常后， 进而使用行业内常见的 两种钻石排查仪器， 对该样品进行排查测 试。 DS2000 钻石快速鉴定仪是为实验室快速排查合成 钻石而设计的一种便携式光纤光谱仪， 其工作原理 是测定钻石紫外光区的特征光谱， 判断钻石是否具 有 415nm 吸收峰。DiamondSureTM钻石确认仪是一 种快速的天然钻石筛选仪器， 与 DS2000 的工作原 理基本一致。实验室日常检测中使用这些仪器对无 色 － 近无色钻石进行快速初步排查 对于有 415nm 吸收的样品， 显示 Pass; 对于无 415nm 吸收的样品， 显示进一步检测。98的天然无色 － 近无色钻石为 Cape 系列， 具有 415nm 吸收， 会通过这些仪器的 Pass 测试。而剩余 2 无 415nm 吸收的天然钻石， 与合成钻石和仿钻石， 都不具有 415nm 吸收， 仪器 会提示进一步检测。使用这两台仪器对本实验样品 进行了多角度测试， 结果均显示为 Pass， 表明仪器对 该样品的判断为不需要进一步检测的天然钻石。 2． 3样品的紫外可见吸收光谱特征 尽管样品的显微特征与排查结果都未出现异 常， 但为探究其具体成因， 进一步使用 GEM3000 紫 外可见分光光度计。在常温下对样品进行 UV － Vis 光谱的采集， 发现样品中同时存在 N3 色心 415nm 的吸收与［ Si － V］－缺陷 737nm 吸收。天然钻石中 偶尔也会含有微量的［ Si － V］－缺陷， 但一般含量非 常低， 在 UV － Vis 光谱中不可见， 仅在光致发光光 谱中可以检测得到。Serov 等 ［5 ］报道了莫斯科的再 生钻石的可见近红外吸收光谱 Vis － NIR 中也出 现了 737nm 吸收， 同时还出现了弱的 596nm 吸收 峰， 本样品在可见光区虽未见 596nm 吸收， 但 N3 色 心与［ Si － V］－缺陷的同时出现， 仍是极其不同寻常 的现象， 表明该样品的成因值得怀疑。 2． 4样品的紫外发光特征 由于样品在 UV － Vis 光谱中的异常表现， 接下 来采用钻石观察仪 DiamomdViewTM 对该钻石进行 了不同方位的发光观察， 发现其具有明显的发光分 层现象。当台面朝上观察时， 为红色荧光与蓝绿色 磷光; 当亭部朝上观察时， 发现亭部为大面积区域的 深蓝色荧光与惰性磷光， 局部可见位错网格结构， 同 时顶部区域的红色荧光与蓝绿色磷光呈环状分布在 外圈; 当腰围朝上侧面观察时， 发现两层之间明显的 发光分层与清晰的界限 图 2a ， 界限处的磷光明显 强于其他区域 图 2b ， 同时在发深蓝色荧光的亭部 区域可见部分环带状结构 图 2a 。 在 Moe 等 ［4 ］的报道中， 样品台面朝上观察时为 蓝绿色荧光与磷光， 台面朝下观察时为深蓝色荧光 无磷光; 而 Serov 等 ［5 ］所报道的再生钻石， 未说明 DiamondView 下的紫外发光特征， 但表现出阴极发 光的分区， 亭部为蓝色与绿色的荧光与八面体同心 环带生长结构， 冠部为惰性发光。 在紫外至超紫外光源激发下， 大部分天然钻石 由于含有 N3 色心而表现为特征的深蓝色荧光 ［9 ］， 也有少量天然钻石由于含有 H3 色心、 480nm 宽带、 N － V 色心等而呈现绿色、 橙黄 － 红色等荧光， 但很 少具有明显的磷光 ［10 ］。一般来说， 天然钻石的发光 结构比较多变， 常见的有环带状、 区块状、 网格交错 状， 有时也表现为均匀的无明显结构特征的发光。 而合成钻石的发光则从颜色到结构都与天然钻石有 明显差异。据前人研究， HPHT 合成无色钻石一般 含有微量硼元素， 发蓝绿色 － 灰蓝色的荧光与强磷 光， 常见立方 － 八面体生长分区结构 ［7 ］。而 CVD 合 成钻石则根据氮与硅等杂质的赋存状态与合成处理 条件的不同， 表现出多种发光情况 ［11 ］。 原生 CVD 合成钻石一般含有少量孤氮， 表现出 橙红 － 紫红色荧光， 磷光一般为强弱不一的蓝绿或 绿色等 ［11 －13 ］; 而对含微量氮的 CVD 合成钻石进行 后期高温高压处理以消除褐色调提高色级后， 由于 孤氮相关的 NV 中心在高温下朝 H3 中心发生转化， 钻石的荧光颜色也发生红黄绿蓝绿等的变 化， 其变化程度与处理的温度有关 ［11， 13 ］， 并常观察 到特征的层状生长结构。对本实验样品上下区域的 不同发光现象进行分析可知， 上下层钻石的发光特 征存在截然的差异， 上层的发光以 NV 色心为主， 非 常类似原生的 CVD 合成; 而下层的发光以 N3 色心 为主， 表现为典型的天然特征。 46 第 1 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2019 年 ChaoXing 图 1样品在超景深显微镜下 a 与宝石显微镜下 b 的放大图像 Fig． 1Magnificent observation under a super- depth high- powered microscope and b standard gem microscope 图 2再生钻石的 DiamondViewTM荧光 a 与磷光 b 图像 Fig． 2 a Fluorescence image and b phosphorescecne image of the overgrowth diamond viewed under the DiamondViewTM 2． 5样品的红外光谱特征 为探究紫外发光差异的具体成因， 对样品的发 光差异部位进行定点红外透射扫描， 以确认其钻石 类型是否连贯。首先对钻石进行常规的整体红外扫 描， 出现聚合氮吸收， 为 Ia 型光谱 ［6 ］。随后借助 Beamcondensor 附件对该样品的亭部与冠部分别进 行红外透射扫描分析， 得到了钻石不同区域的中红 外光谱 亭部 靠近底尖区域 为 Ia 型， 含有聚合氮 1282cm －1、 1368cm－1 处的吸收， 其中 1282cm －1 为 A 型氮吸收， 1368cm －1 为片晶氮吸收; 冠部为 IIa 型， 在 1100 ～1400cm －1范围内未见与氮杂质有关的吸 收， 也未见与硼杂质相关 2800cm －1、 1290cm－1 等吸 收 ［6 ］ 图 3 。在 Moe 等［4 ］报道的再生钻石中， 红外 光谱特征为 Ia IIb 混合型， 同时存在聚合氮、 片晶 氮与硼杂质吸收; 而在 Serov 等 ［5 ］所报道的再生钻 石中， 红外光谱为 IaAB 型。以上两位学者所做的红 图 3再生钻石不同部位的红外光谱谱图 Fig． 3FTIR spectra of different areas of the overgrowth diamond 56 第 1 期唐诗， 等 化学气相沉积法再生钻石的实验室检测特征研究第 38 卷 ChaoXing 外光谱均为整体扫描， 均未对样品的不同部位的红 外光谱进行测试或说明， 因此无法对不同部位的类 型信息进行有效分析。 98的天然钻石为含有聚合氮的 Ia 型钻石 ［6 ］。 无色 － 近无色 CVD 合成钻石中一般不含氮， 或仅含 极少量的孤氮， 在红外光谱中可出现孤氮有关的 N 的吸收 1332cm －1， 有时也出现 3123cm－1处 NVH 的特征吸收， 添加杂质硼的 CVD 钻石为蓝色的 IIb 型 ［12 －13 ］。与 Moe 等［4 ］与 Serov 等［5 ］报道的再生钻 石一样， 本样品中也未出现 1332cm －1 与 3123cm －1 吸收， 而 DiamondViewTM的红色荧光现象证明样品 中有孤氮的存在， 这说明孤氮的含量过低， 未达到红 外光谱仪的测试最低范围。样品上下层表现为不同 的钻石类型， 说明该样品上下层成因可能不一致， 下 层 Ia 型钻石可确定为天然成因， 而上层 IIa 型钻石 的成因则未知。 图 4液氮温度下使用 532nm、 830nm 和 325nm 激光器采集的再生钻石的光致发光光谱 Fig． 4PL spectra of the overgrowth diamond collected with 532， 830， 325nm laser at liquid nitrogen tempreture 2． 6样品的光致发光光谱特征 为确认样品上层 IIa 型钻石的成因， 使用五个 不同的激光器， 在液氮温度下采集样品的光致发光 PL 光谱。 532nm 激光器下， 可见强的 737nm 发光双峰与 较弱的 596nm/597nm 发光双峰 图 4a， b ， 两个双 峰均为 CVD 合成钻石的特征 PL 谱峰， 其中 737nm 双峰为［ Si － V］－缺陷， 为硅杂质与空穴结合带负电 荷所形成， 是 CVD 合成钻石中最常见的一种缺陷与 鉴定特征 ［11 －14 ］; 596nm/597nm 双峰结构不明， 在高 温下不稳定， 经历高温处理后会消失 ［11 －13 ］， 仅出现 在原生 CVD 合成钻石中。737nm 特征峰在 Moe 等 ［4 ］与 Serov 等［5 ］报道的再生钻石的 PL 光谱中均 有出现; 596nm/597nm 双峰在 Serov 等 ［5 ］报道的俄 罗斯再生钻石样品中也有出现， 并且强度较弱。 473nm 激光器下， 可见 503nm 与 482nm 峰。其 中 503． 2nm 峰为 H3 色心， 为 A 型氮捕获一个空穴 所致 ［15 －16 ］， 在含有氮杂质的天然及合成钻石的 PL 光谱中都经常出现。482nm 峰可能与 CVD 有关， 但 具体成因不明。 325nm 激光器下， 出现了 415nm 强峰与较弱的 389nm 峰 图 4d 。N3 中心是由三个氮原子围绕一 个空穴所形成的， 常出现在天然 Ia 型钻石中 ［15 ］ ， 截 至目前， 未见有合成钻石中存在有 N3 色心的研究 报道。389nm 峰为一个辐照损伤峰， 可出现在所有 66 第 1 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2019 年 ChaoXing 类型的钻石中， 同时也是 CVD 合成钻石常见的一个 谱峰， 与单原子氮有关， 在 Ib 型钻石中强度最强， 而 在含氮量低的 IIa 型钻石中一般比较弱。该峰的模 型为 单 取 代 氮 与 填 隙 子 碳 原 子 连 接 而 成 CN ［17 －18 ］。 在 785nm 和 830nm 激光器下， 出现了 883nm/ 885nm 双峰 图 3c 。883nm 双峰为 1． 40eV 缺陷， 是高温高压合成钻石的特征峰， 与镍杂质有关， 为沿 ＜111 ＞ 方向产生的 Ni 填隙子所致 ［19 ］。883nm 双 峰在含有镍杂质的天然钻石中也会时常出现， 但强 度一般较弱 ［20 ］。在 CVD 合成钻石中， 由于合成环 境中不含镍杂质， 所以一般检测不到 883nm 双峰出 现 ［21 ］。同时出现的还有成因不明的 878nm 峰、 833nm 峰以及 829/830/831nm 多峰。 结合 PL 光谱中强的 Si － V 和 596nm/597nm 特 征峰信息， 以及上层钻石的 IIa 型钻石类型和紫外 红色荧光与蓝绿色磷光， 可综合判断该样品的上层 为未经历合成后的高温颜色处理的 CVD 合成钻 石 ［21 ］， 这也与样品较为明显的褐色调所一致; 而下 层钻石表现出的深蓝色荧光、 天然生长结构、 Ia 型 钻石类型以及 415nm 强峰， 说明该样品为天然钻 石。上下层成因不同， 无拼合特征， 故该样品为 CVD 合成钻石直接生长于天然钻石之上的再生钻 石， 未经历合成后改色处理。Ia 型天然钻石中的聚 合氮在高温环境下容易分解产生孤氮， 从而增强钻 石的黄色调 ［16， 22 ］。因此， 不太可能是对 Ia 型与 IIa 型混合的再生钻石进行后期高温改色处理。但如果 再生钻石选择天然 IIa 型无色钻石作为基底， 则进 行后期处理改色将变得可行 ［23 －24 ］。 在以上 PL 测试中， 分别从样品的台面与底尖 处进行采集， 但谱峰的出现并无明显差异， 即在天然 钻石部位可采集到 CVD 合成钻石的 737nm 等特征 谱峰， 在 CVD 合成钻石部分也可采集到天然钻石的 415nm 峰等信息。为验证该现象是否由于激发信号 穿透深度过深所致， 本项目组设置了一组对照实验， 将一厚度与本文样品中 CVD 层接近的片状的 CVD 合成钻石研究样品覆盖在一粒天然钻石台面上， 随 后聚焦至 CVD 样品表面， 进行 325nm 激光器的 PL 光谱测试。测试光谱显示存在清晰的 415nm 峰， 由 于该峰显然来自下层的天然钻石， 因此可证明本文 样品的 PL 测试数据， 亦为上下两层混合光谱。但 在 785nm 与 830nm 激光器的测试中， 883/885nm 双 峰在底尖位置要明显强于台面位置， 这说明混合光 谱中特征谱峰的强弱可起到一定参考作用。 2． 7样品的切工测量与整体分析结果 为了确定再生层的具体厚度及其对钻石尺寸及 质量的影响， 使用 Sarin 钻石切工测量仪对样品进行 了精确的切工测量， 得到各部分的尺寸及角度数据， 并结合天平称量结果与 DiamondViewTM发光图像中 各部分所对应的比例估测结果， 对样品的整体情况 分析如下。 该样品质量0． 0237g 0． 11ct ， 为标准圆钻型切 工， 色级约为 L， 带褐色调， 净度级别为 P1［22 ］。样品 全深为 1． 90mm， 上层 CVD 合成钻石层厚度约 0． 74mm， 下层天然钻石层厚度约 1． 16mm 图 5 ， 合 成钻石厚度是钻石整体厚度的 1/3 ～ 1/2。亭角为 40． 6， 因此， 两层界限处的半径约为 1． 35mm。将 天然钻石部分近似为一个圆锥体， 则可计算其体积 为 V 1/3 “π “1． 35mm2“1． 16mm 0． 00221cm3 ; 钻 石的比重为 3． 52g/cm3， 因此天然钻石部分的质量 约为 3． 53 “V 0． 0078g， CVD 合成钻石部分的质量 则约为 0． 0237g －0． 0078g 0． 0159g， 大约占该样品 总质量的 2/3。 图 5样品外观示意图 Fig． 5Appearance and structure diagram of the sample 3结论 本研究对一粒外观和颜色均正常的钻石样品， 在常规的宝石学显微观察与排查流程未提示异常的 情况下， 增加了紫外可见光谱测试、 DiamondViewTM 发光测试、 红外光谱测试与光致发光光谱测试。测 试中， 采取了多方位与分区域的创新测试方法， 得到 了样品的准确成因信息， 为该类样品的进一步研究 提供了充分的参考信息。研究发现， 该样品为一层 740μm 厚的无色 － 近无色 IIa 型 CVD 合成钻石再 生长于相同颜色的天然 Ia 型钻石之上， 是一种新型 的合成钻石产品。 76 第 1 期唐诗， 等 化学气相沉积法再生钻石的实验室检测特征研究第 38 卷 ChaoXing 作为目前我国首例发现的再生钻石， 该样品中 再生层质量占钻石总质量的 2/3 左右， 其厚度远大 于国外机构的报道。该样品的检测特征也与已有报 道不同， 主要表现在显微分层特征与包体特征的缺 失， 以及再生层与天然层的颜色均一化。这些变化， 意味着再生钻石作为一种新的合成钻石产品， 在技 术上已有明显进步， 再生层已显著提升了钻石的整 体尺寸与质量， 同时与天然层具有更加优异的晶格 匹配与物理衔接。这种技术进步提升了再生钻石对 市场的冲击潜力， 也提高了实验室检测的难度。 对于再生钻石的鉴定， 不应拘泥于传统的检测 流程， 不能依赖单一的检验依据， 应考虑到多种成因 出现在同一样品上的可能性。另外， 除了测试手段 和仪器的切换外， 还应考虑测试方位与测试光路带 来的局限或影响。本研究认为， 对于钻石的鉴定， 传 统的排查仪器由于测试光路穿透整个样品， 天然钻 石层的存在使得合成层的信息被掩盖， 无法有效地 将再生钻石筛选出来; 分区域红外光谱透射也可提 供有效信息， 但测试难度较大; 需采取更加全面的紫 外可见吸收光谱及紫外发光分析等方法; 最有效的 检测手段为 DiamondViewTM下发光分层及界面的多 方位观察， 以及 CVD 合成钻石特征［ Si － V］－缺陷 等谱峰的多手段鉴别。 致谢 感谢国家珠宝玉石质量监督检验中心 NGTC 信息部主任沈美冬对此文给予的宝贵指导。 4参考文献 ［ 1］Fritsch E， Phelps A W． Type IIb diamond thin films deposited on tonear- colorless naturalgem diamonds［ J］ ． Diamond ＆ Related Materials， 1993， 2 2 －4 70 －74． ［ 2］Yacobi B G， Lebens J， Vahala K J， et al． Preferential incorporation of defects in monocrystalline diamond films［J］ ． Diamond ＆ Related Materials， 1993， 2 2 － 4 92 －99． ［ 3］Eaton- Magana S． Long- term durability of CVD synthetic film on natural diamond［ J］ ． Gems ＆ Gemology， 2014， 50 2 152． ［ 4］Moe K J， Johnson P， D’ Haenens- Johansson U， et al． A synthetic diamond overgrowth on a natural diamond ［ J］ ． Gems ＆ Gemology， 2017， 53 2 237 －239． ［ 5］Serov R， Shelementiev Y， Serova A． Hybrid Diamonds Natural Diamonds Overgrown with CVD Synthetic［ C］/ / TheProceedingsof35thInternationalGeological Congress． 2017 51 －53． ［ 6］Christopher M， Breeding， Shigley J E． The‘type’classi- fication system of diamonds and its importance in gemology［ J］ ． Gems ＆ Gemology， 2009， 45 2 96 －111． ［ 7］宋中华， 陆太进， 苏隽， 等． 无色 － 近无色高温高压合 成钻石的谱图特征及其鉴别方法［J］ ． 岩矿测试， 2016， 35 5 496 －504． Song Z H， Lu T J， Su J， et al． The spectral characteristics andidentificationtechniquesforcolorlessand nearcolorless HPHT synthetic diamonds［J］ ． Rock and Mineral Analysis， 2016， 35 5 496 －504． ［ 8］Wang W， Johnson P， Moe K S， et al． CVD synthetic diamonds from gemesis corp［J］ ． Gems ＆ Gemology， 2012， 48 2 80 －97． ［ 9］Moses T M， Reinitz I M， Johnson M L， et al． A contri- bution to understanding the effect of blue fluorescence on the appearance of diamonds［ J］ ． Gems ＆ Gemology， 1997， 33 4 244 －259． ［ 10］ Shigley J E， Breeding C M． Optical defects in diamond A quick reference chart［J］ ． Gems ＆ Gemology， 2013， 49 2 107 －111． ［ 11］ Tang S， Su J， Lu T J， et al． A melee- size CVD synthetic diamond in pearl and diamond jewelry［J］ ． Gems ＆ Gemology， 2017， 53 3 382． ［ 12］ Wang W， Moses T， Linares R， et al． Gem- quality synthe- tic diamonds grown by the chemical vapor deposition ［J］ ． Gems＆Gemology，2003，39 4 268 －283． ［ 13］Eaton- Magana S， Shigley J E． Observations on CVD- grown synthetic diamonds A review ［J］ ． Gems ＆ Gemology， 2016， 52 3 222． ［ 14］ 宋中华， 兰延， 沈美冬， 等． NGTC 实验室发现未揭示 的 CVD 合成钻石鉴定特征研究［ J］ ． 宝石和宝石学 杂志， 2012， 14 4 30 －34． Song Z H，Lan Y，Shen M D，et al． Identification characteristics of undisclosed CVD synthetic diamonds found recently by NGTC［J］ ． Journal of Gems and Gemmology， 2012， 14 4 30 －34． ［ 15］Collins A T． Colour centers in diamond［J］ ． Journal of Gemmology， 1982， 18 35 －75． ［ 16］Collins A T． The colour of diamond and how it may be changed ［J］ ．JournalofGemmology，2001，27 341 －359． ［ 17］Collins A T， Stanley M， Woods G S． Nitrogen isotope effects in synthetic diamonds［ J］ ． Journal of Physics D Applied Physics， 1987， 20 7 969 －974． ［ 18］Collins A T． Intrinsic and extrinsic absorption and luminescence in diamond［J］ ． Physica B Condensed 86 第 1 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2019 年 ChaoXing Matter， 1993， 185 1 －4 284 －296． ［ 19］Collins A T， Kanda H， Burns R C． The segregation of nickel- related optical centers in the octahedral growth sectorsofsyntheticdiamond ［J］ ．Philosophical Magazine B， 1990， 61 5 797 －810． ［ 20］Tang S， Song Z H， Lu T J， et al． Two natural type IIa diamonds with strong phosphorescence and Ni- related defects［ J］ ． Gems ＆ Gemology， 2017， 53 4 476 －478． ［ 21］Song Z H， Lan Y， Shen M D， et al． Identification characteristics of undisclosed CVD synthetic diamonds found recently by NGTC［J］ ． Journal of Gems and Gemmology，