钻石的基本性质

钻石的矿物名称为金刚石，英文名称为Diamond，源自希腊语“adamant”，意思是“坚不可摧”。

钻石与红宝石、蓝宝石和祖母绿一起并称为四大珍贵宝石。目前钻石已成为结婚的信物，并被誉为四月的生辰石，象征坚韧、永恒和纯洁无瑕。

一、钻石的化学成分和分类

1化学成分

钻石是具有立方结构的碳。主要成分是C，其质量分数可达9995%，次要成分有N、B、H等。其他微量元素还有Si、Al、Ca、Mg、Mn、Ti、Cr等。

2分类

钻石的分类最早由Robertson、Fox和Martin等三人根据钻石在红外区吸收带和对紫外光透射的差异提出，他们认为Ⅰ型钻石能透过400～300nm的紫外光并在红外区显示与氮有关的吸收带，而Ⅱ型钻石可透过低至220nm的紫外光并在红外区无明显的吸收带。

1959年美国的Kaiser和Bond发现Ⅰ型和Ⅱ型钻石的差异与杂质氮有关，后来人们又发现在含氮的钻石中氮的最常见的存在形式不只一种，氮以单个氮原子分散在钻石中，称为C心、以原子对集合体出现，称为A心、3个氮形成的原子团称为N3中心，而多于4个原子的原子团则称为B集合体(B心)，也可为一些较大的有几个原子厚的扁平层偏片晶氮存在，称为D心。钻石的分类是按照是否含氮和硼及氮的聚型类型划分如下(表14-1-1)。

表14-1-1 钻石的分类

天然钻石中Ⅰa型钻石约占98%以上，Ⅱa型占1%左右，Ⅰb型和Ⅱb型很少，人工合成钻石中以Ⅰb型为主，少量为Ⅰb和Ⅰa型混合型。

二、钻石的结构与形态

1晶体结构

钻石属等轴晶系， ；a0=035595nm；Z=8，具立方面心格子，C原子位于立方体角顶和面的中心，将立方体平分为8个小立方体，在其中4个相间排列的小立方体的中心还存在C原子，呈四次配位。每个C原子以SP3外层电子构型与相邻的4个C原子形成共价键(如图14-1-1)。C—C间距为01542nm，C-C-C键角109°28′16″。

图14-1-1 钻石的晶体结构

2形态

钻石属六八面体晶类，Oh-m3m(3L44L36L29PC)，常见单形：八面体o{111}，菱形十二面体d{110}、立方体a{100}及其聚形(图14-1-2a和图14-1-2b)。

图14-1-2a 钻石的常见晶形

钻石晶体通常呈歪晶，由于溶蚀作用使晶面棱弯曲，晶面常发育阶梯状生长纹、生长锥或蚀象，且不同单形晶面上的蚀象不同，八面体晶面上可见倒三角形凹坑，立方体晶面上可见四边形凹坑，十二面体晶面上可见线理和显微圆盘状花纹。

钻石的双晶依(111)最普遍，可成接触双晶、星状穿插双晶或轮式双晶。其中三角薄片(macle)接触双晶具有典型的扁平三角形外观，在双晶两个平面结合处环绕钻石有明显的青鱼骨刺纹，在钻石贸易中称为结节。

三、钻石的光学性质

1颜色

钻石的颜色分两个系列：即无色—浅**系列和彩色系列。无色—浅**系列钻石的颜色为：无色至浅黄、浅褐；彩色系列钻石的颜色一般为深黄、褐、灰及浅至深的蓝、绿、橙黄、粉红、红、紫红色，偶见黑色。

图14-1-2b 钻石晶体不同聚形示意图

大多数彩钻颜色发暗，强至中等饱和度、颜色艳丽的彩钻极为罕见。彩钻是由于少量杂质 N、B和H原子进入钻石的晶体结构之中，形成各种色心而产生的颜色。另一种原因是晶体塑性变形而产生位错、缺陷，对某些光能的吸收而使钻石呈现颜色。

(1)黄至棕**钻石的颜色是由于N原子代替C原子而产生的。理想的钻石晶体是禁带很宽的半导体，宽的禁带避免了可见光范围内的一切可能吸收，因此理想的钻石是无色的。当N原子代替部分C原子时，由于氮外层有5个电子，代替碳原子后多余一个电子，这电子在禁带中形成一个新的能级，相当于减少了禁带宽度，从而使得晶体能吸收可见光范围内的光能而呈现颜色。N原子代替C原子有不同的形式，一种情况是孤立的N原子代替C原子，它对能量高于22eV(波长小于560nm)的入射光有明显的吸收，使钻石呈现一系列**、褐色、棕色，其颜色很鲜艳浓郁，Ⅰb型钻石的颜色往往由该种色心引起；另一种情况是金刚石内N原子可移动聚合在一起形成多个N原子集合体，这种集合体对400～425nm光有明显的吸收作用，同时对4772nm有弱吸收，由于人们对4772nm吸收反应灵敏，4772nm蓝光被吸收后，钻石呈现**。

(2)蓝色钻石：从晶体完美程度来讲，蓝色钻石是最好的，也是极罕见的。它不含N却含有微量B(wB＜1%)，属Ⅱb型钻石。正是这些B使钻石呈现美丽的蓝色。少数含H杂质的钻石也呈蓝色。

(3)粉红色钻石和褐色钻石：这两种彩钻都是由于钻石在高温和各向异性压力的作用下发生晶格变形而产生的颜色，相比之下粉红色钻石罕见得多，因而极其昂贵。这种晶体缺陷在极端情况下可形成紫红色钻石。

(4)绿色钻石：绿色和蓝绿色钻石通常是由于长期天然辐射作用而形成的。当辐射线的能量高于晶体的阈值时，碳原子被打入间隙位置，形成一系列空位-间隙原子对，使钻石的电子结构发生变化，从而产生一系列新的吸收，使钻石着色。若辐照时间足够长或辐照剂量足够大，可使钻石变成深绿色甚至黑色。辐射造成的晶格损伤有时还可形成蓝色钻石和黄褐色钻石。

2光泽

钻石具有特征的金刚光泽，金刚光泽是自然界透明矿物最强的光泽。但钻石的光泽有时会因表面不平而显得暗淡。

3透明度

钻石的透明度为透明-不透明。纯净的钻石应该是无色透明的，但由于地质条件的复杂性，常有杂质元素进入钻石的晶格或以包裹体的形式存在于钻石中，使钻石的透明度受到一定的影响。

4光性

钻石属等轴晶系，为均质体，在正交偏光下全消光，但有些钻石由于内部应变或内部含有包裹体，偶见异常消光。

5折射率

钻石为单折射宝石，在钠光(5893nm)中折射率为2417，超过了常规折射仪的测试范围，是透明矿物中折射率最大的。

6色散

钻石的色散强，色散值为0044，比天然无色透明宝石的色散都高，所以我们在切割标准的钻石表面能看到漂亮的“火彩”。

7发光性

(1)紫外荧光：钻石在紫外灯下的荧光可有不同的反应，有些钻石发光很强，有些则不发光。钻石在长短波紫外光下可呈现从无至强的蓝色、**、橙**、粉色等荧光，通常长波较短波的荧光强。

(2)X射线荧光：钻石在X射线下一般呈现蓝白色的荧光，且稳定性好，在钻石开采中可根据钻石X射线下的荧光特性，将其他砾石分选出去。

(3)阴极发光：阴极发光可揭示钻石的内部生长结构，钻石在阴极发光仪的电子束照射下，绝大多数钻石会发出阴极荧光，主要呈现蓝色、橙红色和黄绿色，天然钻石和合成钻石的生长条件不同，表现出的生长结构也不同，目前阴极发光技术已成为鉴别钻石是天然的还是合成的主要手段之一。

8吸收光谱

无色—浅**的钻石，在紫色区4155nm处有一吸收谱带；其他颜色的钻石的吸收线位于453nm，466nm和478nm处；褐—绿色钻石，在绿区504nm处有一条吸收窄带，有的钻石可能同时具有415nm和504nm处的两条吸收带。辐照改色的**钻石可能在498nm，504nm和592nm处有吸收带。

四、钻石的力学性质

1解理

钻石有四组八面体{111}方向的中等解理，{110}、{221}的不完全解理。图14-1-3为钻石{111}方向解理示意图。

图14-1-3 钻石{111}方向解理示意图

2硬度

钻石的摩氏硬度为10，是自然界最硬的矿物，钻石的硬度具有各向异性的特征，不同方向硬度不同，其八面体晶面的硬度大于立方体晶面的硬度，因此在钻石加工中可用钻石研磨钻石。

钻石具有很强的抗磨性能，摩擦系数小，其抗磨能力是刚玉的90倍。这种特性使钻石能高度抛光，并使每个小面边棱锐利、挺直。但值得注意的是，钻石虽硬，但常显脆性，在外力冲击作用下很容易破碎。

3密度

钻石的密度为352(±001)g/cm3，因钻石成分单一，并且纯度较高，所以钻石的密度相对很稳定。

五、钻石的内含物

钻石的内含物主要有浅色至深色矿物包体、云状物、点状包体、羽状纹和生长纹。矿物包裹体主要是钻石、橄榄石、辉石、石榴子石、锆石、刚玉、黑色石墨、暗色的赤铁矿、钛铁矿、铬铁矿、硫化物等。云状物由云雾状白色或灰色包体组成，羽状体则包括开放式裂隙和隐蔽式裂隙两种裂隙类型。此外，钻石中还可见生长纹和解理等特征。

六、钻石的电学性质和热学性质

1电学性质

Ⅰ型和Ⅱa型钻石是绝缘体，室温下电阻率为1014～1015Ω·cm。通常情况下，Ⅱb型钻石因含硼而电阻率降低，为25～108Ω·cm，为P型半导体，钻石半导体的电阻值随温度变化特别灵敏，甚至连很微小的变化(00024℃±)都能在瞬间被记录下来，这一特点被广泛应用于真空仪器和精密测温的仪器中。

2热学性质

(1)导热性：钻石具有很高的导热率，且导热率与含氮量有关。若300°K下其导热率为铜的3倍，则其含氮量＜300×10-6。Ⅰa型钻石的含氮量多高于此值，故不宜作散热元件。Ⅰb和Ⅱ型钻石含氮量低，均具有很高的导热率，适于作散热元件。其中Ⅱa型钻石的导热率最好，约比铜高6倍，在190℃则升至30倍左右。

根据钻石的高导热率，宝石鉴定中可用钻石笔(热导仪)鉴定钻石和其仿制品；若简单地对着样品哈气，如果是钻石，则表面上的那层雾气比仿制品要消失得快，这是因为钻石传热快，钻石提供的热量让水膜迅速蒸发的缘故。

(2)热膨胀性：钻石的热膨胀性非常低，温度的突然变化对钻石的影响很小，但若钻石中有裂隙或含有热膨胀性大于钻石的包裹体时，温度的突变可能使钻石发生破裂。

(3)可燃性：高温下钻石可燃，燃点在空气中为850～1000℃，钻石在氧中加热到650℃时，即缓慢燃烧而变为气体二氧化碳。燃点和钻石与空气的接触面及增温率有关，一般小颗粒钻石比大颗粒钻石易燃。激光打孔就是利用该原理在很小区域内提供集中的热量，使空气中的氧将钻石中的暗色物质烧掉。在绝氧并加压的真空条件下，钻石加热到1800℃，可转变成石墨。

3其他性质

(1)表面性质：钻石表面具有亲油性和疏水性。由于钻石由非极性的碳原子组成，对水的H+和(OH)-不产生吸附作用，即水对钻石不产生极化作用，故钻石具有疏水性。

(2)化学稳定性：钻石对任何酸都是稳定的，甚至在高温下，酸对钻石也不显示任何作用，但在含氧盐类和金属熔体中，钻石很容易受侵蚀。

钻石4 C便是这最好的鉴定方法。

1、大部分钻石的色泽，可归纳为无色透明至接近无色，当中最高色泽无色透明以英文字D开始命名，直至Z色级淡

**钻石。钻石的颜色相当于女孩的皮肤，“一白遮百丑”，因此越接近无色的钻石价格越贵。

2、在无色钻石的颜色分

级 里 ， D - G 属 于 无 色 级 别 、 G - J 属 于 近 无 色 级 别 ， 从 K 以 下 钻 石 就 会 逐 渐 偏 黄 。

3、 国 际 珠 宝 界 对 钻 石 颜 色 的 分 级 十 分 颜

色，各国也都有相应的评价标准，判断钻石的颜色级别只有以未镶嵌的裸钻作为鉴定对象，在专业实验室的分级环境

中，专业的技术人员将待分级钻石与标准色泽比色石反复对比而确定。已镶嵌好的钻石，由于受到金属底托的影响，

不易做出正确客观的判断。

01

根据GIA标准，钻石的净度分为十一个等级，从高到底依次是FL、IF、VVS1、VVS2、VS1、VS2、SI1、SI2、I1、I2、I3。其中FL属于无暇等级，非常的稀有。从IF到SI2等级，钻石都是有肉眼看不见微小瑕疵。从I1到I3等级，钻石都有肉眼可见的瑕疵。

钻石净度为钻石视觉上的洁净程度，为钻石4C标准之一。影响其等级的瑕疵分为二者，内部的瑕疵称为内含物，表面的缺陷称为表面瑕疵。评鉴钻石净度的准则，包括了上述瑕疵的数量、大小、种类、位置、明显度等对钻石整体外观的影响程度。钻石净度的评级必须在十倍放大镜（Triplet lens）检视下进行。

内含物可能为包覆在钻石内的其他矿物晶体，或者本生的晶体缺陷呈现雾状白色。而大部分的钻石都含有极细微的内含物，不影响钻石本身的美感，也无法由肉眼观察。但较大的内含物会阻碍光线在钻石内穿透，影响钻石的闪耀程度。靠近或延伸至表面的裂纹有可能受应力而加长增深，甚至崩裂。净度等级越高，钻石的价格也就随之增高。此外，内含物记载钻石形成时的地质环境，并可作为分辨真伪、天然或合成钻石的依据。

GIA钻石净度标准，分为6个类型，11个等级，从高到底依次是FL、IF、VVS1、VVS2、VS1、VS2、SI1、SI2、I1、I2、I3。其中FL属于无瑕级，在10倍放大镜下观察，钻石没有任何内含物或表面瑕疵。IF属于内无瑕级，在10倍放大镜下观察，钻石内部没有任何内含物，而表面有微不足道的瑕疵，可借由磨光去除。VVS属于极轻微内含级，在10倍放大镜下观察，钻石内部有极微细的瑕疵，即使是专业鉴定师也很难看到。VS属于轻微内含级，在10倍放大镜下观察，钻石的瑕疵可见，但非常微小。SI属于微内含级，在10倍放大镜下观察，钻石有清晰可见的瑕疵。I属于内含级瑕疵，在10倍放大镜观察下非常明显，肉眼观察亦可看见，并且影响了钻石的坚固度或透明度和闪亮度。

1．蓝白钻

一种纯净得像水一样的无色透明钻石，其中尤其带淡蓝色为最佳。如"世纪之星(Centenary)"等。

2．红钻

一种粉红色到鲜红色的透明钻石，其中尤以鲜艳且深红者为稀世珍品。澳大利亚是其主要来源。 ( 在红色彩钻分级上只有一级就是Fancy Red，没有Fancy Intense、Vivid、Light Red)

3．蓝钻

一种天蓝色，蓝色到深蓝色的透明钻石，其中以深蓝色者为最佳。这种钻石与所有其他颜色的钻石不同，它含有硼的元素且具导电性能。因其特别罕见，故为稀世珍品。如世界名钻"希望(The Hope)"等，南非普里米尔矿山是其主要来源。

4．绿钻

一种淡绿色到绿色的透明钻石，大多因为晶体结构变形而产生，颜色通常只在钻石表面，绿色钻石不容易有草原绿茵般的明亮色彩，其中以鲜绿色者的价值最为不斐。如名钻"卓士登(The Dresden)"是世界最大的绿色钻石。

5．紫钻

一种淡紫色到紫色的透明钻石，比无色钻石贵三倍，其中尤以紫红色者为稀世珍品，前苏联是其主要来源。

6．彩黄钻

一种金色的透明钻石，是有色钻石中的常见品种，若颜色呈现金黄亮彩“金丝雀黄”，如第凡尼名钻(The Tiffany)其价值惊人，1983年当时估计已有1200万美元。

7 橘色钻

橘色乃黄和红色的混和体，通常色调较深呈棕色的感觉，而纯橘色于天然彩钻中至为稀少罕见。1977年10月纽约苏富比拍卖上，554ct的Fancy Vivid Orange(Pumpkin Diamond)以一百三十多万美元的高价售出。

8．黑钻

黑色金刚石通常不能作为宝石级钻石，但世界名钻"黑色奥洛芙(The Black Orloff)"据传是印度圣庙中镶于圣象上的钻石，又称梵天之眼。钻石的4C标准指的是:钻石重量(Caratage),钻石切工(Cut),钻石颜色(Color),钻石净度(Clarity)应从以下四个方面考虑(4C)：

（1）颜色(Colour)：以无色为最好，色调越深，质量越差。在无色钻石的颜色分级里，顶级颜色是D色，依次往下排列到Z，我们在这里只说从D到J的颜色级别，D-G是无色级别，G-J是近无色级别，从K往下就基本没有收藏和佩戴意义了。因为从K往下钻石就会逐渐偏黄，我们选钻的时候，尽量选H 以上的颜色，I-J的级别虽然也在近无色的范畴，但多少也能察觉到一丝微黄．具有彩色的钻石，如：红、粉红、绿、蓝色等，又属于钻石中的珍品，价格昂贵。其中又以红钻最为名贵

（2）净度（Clarity)：净度分级的依据是内含物的位置，大小和数量的不同来划分的．净度级别由高到低详细可分为FL,IF,VVS1,VVS2,VS 1,VS2,SI1,SI2,SI3,P1,P2,P3应在十倍显微镜下仔细观察钻石洁净程度，瑕疵越多，所在位置越明显，则质量越差，价格也相应地要降低。

（3 克拉重量(Carat)：在其他三C相同的情况下，钻石的价格与重量的平方成正比，重量越大，价值越高。钻石的重量是以克拉为单位的。1克拉（ct）=02克(g)。把一克拉平均分成一百份，每一份是一分，商场价签上标的03ct，04ct就是我们说的30分40分．

（4) 切工(Cut)：一颗钻石的原石，即使扔到大马路上也不会有人去注意，是切工赋予了它第二生命，让它有着绚丽的火彩．切工是指成品裸钻各种瓣面的几何形状及其排列的方式．切工分为切割比例，抛光，修饰度三项。每一项都有五个级别，由高到低依次是EXCELLENT,VERY GOOD,GOOD,FAIR,POOR一般我们所见的都是标准圆钻型切工。顶级切工的石头，它对于光线的反射可以达到一个最接近完美的比

合成钻石虽然早在1955年就已出现，但由于技术上的原因，在当时和稍后的一段时间里，人们只能合成用于工业上的一些显微粒级的钻石，1970年后，终于研制出了大颗粒宝石级钻石。当时由于合成成本过高，而无法与天然钻石竞争，只好深居闺中人不识。随着合成技术的不断改进，成本不断降低，从而取得了挑战天然钻石的能力。

在这方面，前苏联的技术进展最令人瞩目。虽然人们怀疑早在70年代中期，前苏联合成的钻已经问鼎市场，但其严密的保密措施，使人们得不到可靠证据。

苏联解体以后，原来的保密措施也被抛到九霄云外。90年代初，美国查塔姆公司率先宣布把100粒合成钻石投入市场，大小为020－070克拉，来源是俄罗斯。

稍后，96年泰国又宣布，与俄罗斯联合建立泰罗斯公司，生产彩色钻石。据说最初每月可生产10－20颗，97年6月后可增至每月千粒左右。今年初，又有另一批自俄罗斯合成的无色宝石级钻石在美国市场上露面。

显然，这些相继问世的合成钻石，向人们鼓响了警钟；当心！不要把合成钻石当作天然钻石购入。因为合成钻石是不具有保值价值的，它随着技术的不断改进，而愈来愈贬值。