Cât de multe știți despre proprietățile Diamond?
Ghidul diamantelor: Tipuri, culori, tăieturi și strălucire pentru bijutieri
Diamante în diferite forme cristaline
Tabla de conținut
Secțiunea I Compoziția chimică a diamantelor
Secțiunea II Clasificarea diamantelor
Cel mai frecvent oligoelement din diamante este azotul. Azotul (N) înlocuiește carbonul (C) în rețea într-o formă izomorfă; conținutul și forma de apariție a atomilor de azot (N) au un impact important asupra proprietăților diamantelor și sunt, de asemenea, baza clasificării diamantelor.
În funcție de prezența sau nu a oligoelementului azot (N), diamantele pot fi clasificate în tipul I și tipul II. În plus, în funcție de diferitele forme și caracteristici ale atomilor de azot (N) din rețea, diamantele de tipul I pot fi subdivizate în tipul Ia și tipul Ib; în funcție de prezența sau nu a oligoelementului bor (B), diamantele pot fi clasificate, de asemenea, în tipul IIa și IIb.
1. Diamante de tip Ia
Diamantele de tip Ia conțin atomi de azot (N) într-o stare de agregare ordonată în cadrul structurii diamantului. În mod specific, acestea pot fi împărțite în următoarele situații.
(1) Atomi de azot împerecheați. Atunci când azotul (N) înlocuiește simultan doi atomi de carbon adiacenți în diamant ca formă pereche și formează o stare agregată stabilă, acesta se numește diamant de tip IaA; această formă agregată se numește agregat A. Banda de absorbție caracteristică a agregatului A este o absorbție în regiunea infraroșie la 1282 cm-1.
(2) azot triatomic. Expunerea prelungită la temperaturi și presiuni ridicate poate determina agregarea azotului (N) din diamant în trei atomi de azot (N), care înlocuiesc trei atomi de carbon (C) adiacenți de-a lungul direcției (111) a cristalului de diamant. Atunci când între cei trei atomi de azot rămâne un spațiu structural vacant, acesta se numește azot triatomic. Configurația cu trei atomi de azot plus un spațiu liber se numește centru N3. Centrul N3 poate produce o absorbție puternică în regiunea violetă a luminii vizibile, la 415,5 nm; aceasta este una dintre cauzele principale pentru care diamantele prezintă nuanțe gălbui și fluorescență alb-albastră.
(3) 4~9 azot atomic. Atunci când, în structura cristalină a diamantului, 4~9 atomi de azot (N) ocupă pozițiile atomilor de carbon (C) de-a lungul anumitor direcții structurale (de obicei, patru atomi de azot plus o poziție vacantă), diamantul se numește de tip IaB; această formă agregată se numește agregat B (sau B1). O bandă de absorbție puternică caracterizează agregatul B (sau B1) în regiunea infraroșie la 1175cm-1.
(4) azot plachetar. Atunci când conținutul de azot din diamantele de tip IaB atinge un anumit nivel și se agregă în plăcuțe cu dimensiunea de 50~100nm (de obicei, straturi plate cu grosimea de câțiva atomi) care pot fi observate direct la microscopul electronic, se produce de obicei azot în plăcuțe. Plachetele mici sunt separări în două straturi de atomi de azot trivalent conectați prin legături N-N între atomi de pe planuri adiacente de-a lungul feței (100) a cristalului de diamant, înconjurate de atomi C. Această plachetă de azot este denumită de obicei centrul B2, iar principala sa caracteristică de identificare este o bandă de absorbție puternică în regiunea infraroșie la 1365~1370cm-1.
2. Diamante de tip Ib
Diamantele de tip Ib sunt rare în natură; ele conțin azot (N) sub formă de atomi izolați, ocupând în mod aleatoriu poziții de carbon (C) în structura cristalină. În spectrul infraroșu, există o bandă de absorbție puternică la 1130cm-1, iar banda de absorbție la 1130cm-1 este semnificativ mai puternică decât banda de absorbție la 1280cm-1. Aceste diamante sunt adesea de un galben aprins. La anumite temperaturi, presiuni și perioade lungi, diamantele de tip Ib se pot transforma în diamante de tip Ia.
Diamantele de tip Ia pot fi conservate pentru perioade lungi în mantaua superioară la o temperatură de 1000~1400 ℃. În aceleași condiții, diamantele de tip Ib nu rezistă mai mult de 50 de ani înainte de a se transforma în diamante de tip Ia. Prin urmare, diamantele naturale sunt în principal de tip Ia, în timp ce diamantele sintetice sunt în principal de tip Ib.
3. Diamante de tip IIa
4. Diamante de tip IIb
Diamantele de tip IIb pot conține cantități mici de bor (B), care conferă diamantului o culoare albastră. În spectrul infraroșu, există benzi de absorbție puternice la 2800cm-1. Diamantele de tip IIb sunt semiconductoare și sunt singurele diamante naturale care pot conduce electricitatea.
Clasificarea și caracteristicile diamantelor sunt prezentate în tabelul 1-1.
Tabelul 1-1 Prezentare generală a clasificării și caracteristicilor diamantelor
| Clasificare și bază | Tipul I: Conține o anumită cantitate de impurități de azot | Tip II: Nu conține azot, bor sau alte impurități | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I a | I b | II a | II b | ||||
| Azotul există în formă agregată | Azotul există în formă atomică unică | Fără azot, deplasarea atomilor de carbon provoacă defecte | Fără azot, conține o cantitate mică de bor | ||||
| Forma impurității Element și subtip | Azot diatomic I aA | Azot triatomic I aAB | 4 〜 9 atom Azot I aB | Azot plachetar I aB2 | Azot izolat | Substituenți dispersați de bor pentru carbon | |
| Centrul pentru Defecte de Cristal | N2 / A Centru | Centrul N3 | B/B1 Centru | Centrul B2 | N/C Centru | Centrul B | |
| Spectrul de absorbție IR / cm-1 | 1282 | 1175 | 1365 〜1370 | 1130 | Nu există absorbție între 1100 〜1400 | 2460、 2800 | |
| Spectrul de absorbție în vizibil / nm | Centrele N2, N3 absorb lumina albastră/violetă. N3 se caracterizează prin absorbția la 415 nm, de asemenea 423, 435, 465, 475 nm. B1, B2 nu absorb lumina vizibilă. | 503, 637 absorbție slabă. UV ~270 nm - Absorbție albastru-verde. | Nu absoarbe lumina vizibilă. | Nu există vârfuri de absorbție distincte în regiunea vizibilă. | |||
| Spectrul de absorbție UV / nm | Transmite lumina UV până la 330 nm. | La fel ca tipul I a | Transmite lumina UV până la 220 nm. | La fel ca tipul II a | |||
| Caracteristici de culoare | Incolor - galben deschis (de obicei, diamantele galbene naturale aparțin acestui tip) | Incolor - galben, maro (toate diamantele sintetice și un număr mic de diamante naturale) | Incolor - maro, roz (extrem de rar) | Albastru (Extrem de rar) | |||
| Fluorescență UV | Adesea fluorescență albastră; rareori verde, galbenă, roșie sau fără fluorescență. | La fel ca tipul Ia | În mare parte fără fluorescență. | La fel ca tipul IIa | |||
| Fosforescență | Cele cu fluorescență alb-albastră puternică pot avea fosforescență. | Fără fosforescență. | Are fosforescență. | ||||
| Conductivitate electrică | Neconductiv | Neconductiv | Neconductiv | Semiconductor | |||
| Altele | Reprezintă 98% din producția de diamante naturale. | Marea majoritate sunt diamante sintetice; extrem de rare în cazul diamantelor naturale. | Cantitatea este foarte mică, dar diamantele mari aparțin adesea acestui tip. | Rare, adesea albastre. | |||
Secțiunea III Structura cristalină a diamantelor
Secțiunea IV Formele cristaline ale diamantului
Figura 1-2 Diamant octaedral
Figura 1-3 Diamant rombic dodecaedral
Figura 1-4 Cristal de diamant agregat
Figura 1-5 Diamante în diverse forme cristaline
Secțiunea V Proprietățile mecanice ale diamantului
(1) Duritatea diamantului
Diamantele sunt cele mai dure substanțe din natură; pe scara Mohs, ele ocupă locul 10 și au o capacitate extrem de puternică de a rezista forțelor mecanice, cum ar fi zgârieturile, crestăturile și abraziunea. Duritatea Mohs indică duritatea relativă a pietrelor prețioase; duritatea absolută a diamantului este mult mai mare decât cea a celorlalte minerale de pe scara Mohs - de aproximativ 140 de ori mai mare decât cea a unui mineral cu duritatea Mohs 9 (corindonul) și de 1 000 de ori mai mare decât cea a unui mineral cu duritatea Mohs 7 (cuarțul).
(2) Cleavage de diamante
Atunci când sunt lovite de o forță externă, diamantele se fractură adesea de-a lungul direcțiilor octaedrice, producând patru seturi de planuri de clivaj distincte. Diamantele finisate prezintă de obicei caracteristici de tip "pană" la nivelul centurii și crestături mici, în formă de "V", care sunt cauzate în principal de clivajul diamantului. Această proprietate a diamantelor este, de asemenea, exploatată în timpul tăierii diamantelor brute.
Deși diamantul este cea mai dură substanță naturală descoperită de oameni, acesta este foarte fragil - este susceptibil la lovituri puternice, care pot produce cu ușurință fisuri sau chiar îl pot face să se spargă.
(3) Densitatea relativă a diamantelor
Densitatea relativă a diamantelor este de 3,52. Deoarece compoziția lor este simplă, densitatea relativă este destul de stabilă. Diamantele transparente au o densitate relativă mai stabilă, în timp ce diamantele colorate tind să aibă o densitate relativă ușor mai mare; diamantele cu mai multe impurități și incluziuni prezintă ușoare variații ale densității relative.
Secțiunea VI Proprietățile optice ale diamantelor
1. Culoarea diamantelor
În general, culoarea diamantelor poate fi împărțită în trei serii: seria incoloră până la galben deschis (gri), seria maro și seria de culori fantezie.
(1) Diamante din seria incoloră până la galben deschis. Aceasta include diamantele incolore, aproape incolore, ușor alb-gălbui până la galben deschis; marea majoritate a diamantelor naturale aparțin acestei serii.
(2) Diamante din seria Brown. Aceasta include o gamă de diamante de la maro deschis la maro închis (figura 1-7).
(3) Diamante din seria de culori fantezie. Acestea sunt diamantele care prezintă nuanțe caracteristice. Diamantele de culoare fantezie pot prezenta toate nuanțele din spectrul vizibil, inclusiv galben, roz, albastru, portocaliu, roșu, verde, violet etc., roșul fiind cel mai rar (figurile 1-8-1-10). Majoritatea diamantelor de fantezie au nuanțe discrete; diamantele de fantezie viu colorate sunt extrem de rare. Culorile diamantelor fantezie provin din cantități mici de elemente impure - azot (N), bor (B) și hidrogen (H) - încorporate în structura cristalină a diamantului, care formează diferiți centri de culoare. O altă cauză este deformarea plastică a cristalului, care produce dislocări și defecte care absorb anumite energii luminoase și conferă culoarea diamantului. Diamantele colorate sunt foarte rar întâlnite în natură și sunt foarte valoroase.
Figura 1-7 Diamant maro
Figura 1-8 Diamant galben
Figura 1-9 Diamant roz
Figura 1-10 Diamant albastru
2. Luciul, transparența și indicele de refracție al diamantelor
3. Foc de diamant
Figura 1-12 Diagrama focului de diamant
Figura 1-13 Foc de diamant
Copywrite @ Sobling.Jewelry - Producător de bijuterii personalizate, fabrică de bijuterii OEM și ODM
4. Spectrul de absorbție al diamantelor
5. Luminescența diamantelor
Diamantele prezintă caracteristici luminescente diferite atunci când sunt iradiate cu ultraviolete, raze catodice și raze X.
(1) Fluorescență și fosforescență în ultraviolet. Sub iluminare ultravioletă, diamantele emit de obicei o fluorescență mai puternică sub ultraviolete cu undă lungă decât sub ultraviolete cu undă scurtă. Sub iradiere UV cu undă lungă, fluorescența poate varia de la zero la puternică, iar culorile pot apărea albastru deschis, albastru, galben, galben-portocaliu, roz, galben-verde și alb. Diamantele de tip I prezintă o fluorescență predominant albastră spre albastru deschis, în timp ce diamantele de tip II prezintă o fluorescență predominant galbenă spre galben-verzuie. Diamantele din seria incoloră până la galben deschis prezintă adesea fluorescență alb-albastră; diamantele brune prezintă fluorescență galben-verde; diamantele galben viu prezintă fluorescență galbenă. Diamantele cu fluorescență alb-albastră foarte puternică au adesea fosforescență galben deschis. Se poate stabili că, sub iradiere UV de intensitate egală, diamantele nefluorescente sunt cele mai dure, cele care emit fluorescență galbenă sunt următoarele ca duritate, iar cele care emit fluorescență albastru deschis sunt cele mai moi. Această caracteristică poate fi utilizată pe deplin în timpul tăierii diamantelor.
(2) fluorescență cu raze catodice. Fenomenul prin care un diamant emite lumină vizibilă atunci când este excitat de electroni catodici de mare energie se numește luminescență catodică. Aceasta se manifestă în mod specific sub formă de galben-verde și albastru de intensități diferite; modelele de distribuție a zonelor luminescente și neluminescente în interiorul diamantului și a zonelor luminescente de culori diferite diferă, ceea ce face ca acesta să fie un factor important în distingerea diamantelor naturale de diamantele sintetice.
(3) fluorescență cu raze X. Indiferent de tipul de diamant, acesta poate deveni fluorescent sub iradiere cu raze X, iar culoarea fluorescentă este constantă, de obicei alb-albăstrui. Clasificatorul de diamante cu raze X proiectat folosind această caracteristică este foarte eficient în sortarea diamantelor, fiind atât sensibil, cât și precis.
Secțiunea VII Alte proprietăți ale diamantelor
(1) Proprietățile termice ale diamantelor. Diamantele au o conductivitate termică excelentă; conductivitatea termică a diamantului este de multe ori mai mare decât cea a argintului și a cuprului și este cea mai mare dintre pietrele prețioase transparente, depășind cu mult toate celelalte pietre prețioase. Cu alte cuvinte, diamantele conduc căldura foarte rapid, motiv pentru care se simt reci la atingere. Oamenii au folosit această proprietate pentru a proiecta și fabrica un instrument specializat - testerul de conductivitate termică - pentru a distinge diamantele de simulanții de diamante.
(2) Umectabilitatea diamantelor. Diamantele au o afinitate pronunțată pentru uleiuri și resping apa. Proprietatea de umectare a unui diamant se referă la natura sa iubitoare de uleiuri și respingătoare de apă; diamantele au o capacitate puternică de a adsorbi uleiuri. În procesul de valorificare a diamantelor, se poate utiliza o masă de scuturare a uleiurilor pentru adsorbția și captarea diamantelor. Hidrofobicitatea diamantelor înseamnă că apa nu poate forma un film subțire pe suprafața diamantului și poate exista doar sub formă de picături. Un stilou pentru testarea diamantelor utilizează această afinitate pentru ulei și această hidrofobie pentru a identifica diamantele: conține o cerneală uleioasă specială care lasă o urmă continuă atunci când este trasă pe suprafața unui diamant, în timp ce pe imitațiile de diamante lasă o urmă discontinuă.
Secțiunea VIII Caracteristicile de incluziune minerală ale diamantelor
Secțiunea IX Stiluri de tăiere a diamantelor
Forma unui diamant după tăiere, fațetare și șlefuire se numește stilul de tăiere al diamantului, adică stilul diamantului finit. Acesta include, în general, două elemente: în primul rând, conturul geometric al centurii diamantului, văzut de sus, cum ar fi rotund, în formă de inimă, marquise, oval etc.; în al doilea rând, forma geometrică a fațetelor diamantului și dispunerea lor, incluzând în principal tăieturi strălucitoare, în trepte și mixte. Fațetele unui diamant cu tăietură strălucitoare sunt în principal triunghiulare și în formă de zmeu, dispuse radiant spre exterior de la fațetele de masă mici de la pavilion; fațetele unui diamant cu tăietură în trepte sunt în principal trapezoidale, dreptunghiulare și triunghiulare, dispuse în straturi paralele atât pe partea superioară, cât și pe cea inferioară a centurii; atunci când un diamant prezintă caracteristici atât ale tăieturii strălucitoare, cât și ale tăieturii în trepte, acesta este denumit tăietură mixtă.
Cea mai frecventă tăietură a diamantului este tăietura standard rotundă strălucitoare (numită și stilul rotund strălucitor).
1. Tăietură rotundă briliant standard
Tăietura rotundă strălucitoare standard a evoluat treptat din tăieturile de masă anterioare.
Tăierea de masă a apărut aproximativ la începutul secolului al XV-lea. Această tăietură simplă folosea pe deplin caracteristicile de formă ale diamantului brut octaedral, pur și simplu șlefuind un vârf de colț al diamantului brut octaedral, formând astfel o masă cu o fațetă pătrată relativ mare pe coroană și patru fațete de pavilion înclinate natural. Tăietura de masă a fost prima formă de tăiere regulată care a apărut după tăierea diamantului (Fig. 1-17). Având în vedere nivelul de productivitate de la acea vreme, mașinile primitive de șlefuit erau foarte rudimentare; culetul diamantului era vizibil uzat, creând o culetă relativ mare, ceea ce a dus la o strălucire scăzută. În același timp, existența culetului reducea foarte mult gradul de rupere a diamantului.
Odată cu îmbunătățirea continuă a productivității și cu progresele științifice și tehnologice, utilajele utilizate pentru prelucrarea diamantelor au fost, de asemenea, îmbunătățite continuu, iar contururile diamantelor au început să evolueze de la neregulate la regulate. În 1919, Marcel Tolkowsky (1899-1991), fondatorul tăieturii standard rotunde strălucitoare, folosind principii optice și calcule matematice, a propus o tăietură cu un total de 58 de fațete, precum și proporțiile standard care pot afișa pe deplin focul și strălucirea diamantului, pe care a numit-o American Brilliant Cut, și a publicat celebra carte Diamond Design (1919). Aceasta a fost prima carte care a calculat proporțiile diamantelor pe baza principiilor optice.
Deoarece nu a fost stabilit un standard comun universal acceptat pentru proporțiile diamantelor rotunde, au apărut diferite "tăieturi ideale" în diferite țări, regiuni și instituții. Pe scurt, tipurile reprezentative sunt următoarele.
(1) American Brilliant Cut. Proporțiile standard propuse pentru această tăiere sunt: raportul lățimii mesei de 53%, raportul înălțimii coroanei de 16,2%, unghiul coroanei de 34°30', raportul adâncimii pavilionului de 43,1%, unghiul pavilionului de 40°45' [figura 1-18(a)].
(2) Tăiere fină practică. Concepută și inventată de germanul W. F. Eppler în 1949. Proporțiile standard propuse pentru această tăietură sunt: raportul lățimii mesei de 56%, raportul înălțimii coroanei de 14,4%, unghiul coroanei de 33°10', raportul adâncimii pavilionului de 43,2%, unghiul pavilionului de 40°50' [figura 1-18(b)]. În prezent, în Europa, diamantele de calitate superioară sunt adesea tăiate în acest stil. Prin urmare, această tăietură este denumită și European Fine Cut.
(3) IDC Cut. Concepută și promovată de Consiliul Internațional al Diamantului. Proporțiile standard propuse pentru această tăietură sunt: raportul lățimii mesei de 56%~66%, raportul înălțimii coroanei de 11,0%~15,0%, unghiul coroanei de 31°0'~37°0', raportul adâncimii pavilionului de 41,0%~45,0%, unghiul pavilionului de 39°40'~42°10' [Figura 1-18(c)].
(4) Scanare. D. N. Cut. Introdusă în 1970 de către Comitetul Scandinav al Diamantului. Proporțiile standard eliberate pentru această tăietură sunt: raportul lățimii mesei de 57,5%, raportul înălțimii coroanei de 14,6%, unghiul coroanei de 34°30', raportul adâncimii pavilionului de 43,1%, unghiul pavilionului de 40°45' [Fig. 1-18(d)].
2. Tăieturi fanteziste
3. Tăiere mixtă
4. Tăieri noi
(1) "Cele opt inimi și cele opt săgeți" (denumită și Cupidon). Tăietura "Eight Hearts and Eight Arrows" face parte din familia briliantelor rotunde; această tăietură necesită proporții de tăiere și simetrie foarte ridicate și produce un fenomen vizual observabil cu ajutorul unui vizor special (Firescope). Modelul standard "Eight Hearts and Eight Arrows" constă din două părți: inimi și săgeți. Din pavilion (vedere de jos), sunt vizibile opt inimi simetrice, numite "inimile eterne"; din coroană (vedere de sus), sunt vizibile opt săgeți simetrice, numite "săgețile lui Cupidon". Ambele radiază spre exterior în opt direcții; imaginea de ansamblu este completă și clară, proporțiile sunt adecvate, iar simetria strictă este menținută (Fig.1-21).
(2) Tăietura "Nouă inimi, o floare". Tăietura "Nine Hearts One Flower" (numită și Estrella), din spaniolă însemnând "o stea strălucitoare pe cer". Această tăietură constă din 100 de fațete, dintre care 37 de fațete coroană și 63 de fațete pavilion; efectul de model trebuie văzut și cu o lupă specială. Privind direct la masă, în centrul mesei apare un model floral compus din nouă fațete, în timp ce din coroană se pot vedea nouă fațete principale, dispuse uniform în jurul perimetrului mesei. După refracție, lumina poate produce fenomenul "Nouă inimi o floare" (Fig.1-22).
