什么是单晶质宝石

问题一：单晶质宝石 多晶质宝石 有什么区别 分别有哪 些宝石呢 5分 矿物分为单晶体矿物和多晶体矿物。

整块物质都由原子或分子按一定规律作周期性重复排列的晶体称为单晶体

整个晶体是由很多具有相同排列方式但位向不同的很多小晶体组成的则称为多晶体。

单晶矿物宝石例如水晶 ，红宝石，蓝宝石 ，钻石 。单晶体矿物宝石一般透明度高，玻璃光泽。

多晶体一般是玉石类，例如翡翠，软玉，岫玉等。

问题二：单晶宝石有什么 宝石一般是单晶的、或者玻璃体的。

问题三：五大单晶宝石分别是 钻石，红宝石，蓝宝石，祖母绿，金绿猫眼是举世公认的五大单晶珍贵宝石。

问题四：什么是单晶？ 所谓单晶，即结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、同期性地排列，或者常晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。

单晶的特点：一定外形、长程有序。

如铜的单晶，硅的单晶等。很多取向不同而机遇的单晶颗粒可以拼凑成多晶体。

晶体中具有短程有序和长程有序，具有规则的外形，表现出各向异性。

问题五：单晶宝石多还是双晶宝石多 单晶宝石多。

问题六：宝石的宝石分类 在宝石的界定上，除琢磨之外未经任何人处理的宝石，均可称为天然宝石。　天然宝石的种类极多，按其珍贵和保值度可划分为珍贵宝石和半宝石两大类别。　（1）珍贵宝石的种类　钻石、红宝石、蓝色蓝宝石、、金绿石猫眼、珍珠、翡翠、变石（亚历山大石）。　大传统上，珍贵宝石中的钻石、红宝石、蓝色蓝宝石、、金绿石猫眼和珍珠有五皇一后的美誉。　珍贵宝石是宝石中最贵重的品种。另外有些品种的宝石，虽不属珍贵宝石，却可能具有极佳的品质或特殊的光学效应，这种宝石的价值甚至可能超过珍贵宝石。　在宝石中较常见的品种是半宝石。　（3）半宝石的种类　欧泊、托帕斯石（古称酒黄宝石）、尖晶石、水晶、电气石、锆石、月光石、海蓝宝石、橄榄石、玛瑙、珊瑚、石榴石。　半宝石相当于中档宝石，有些珍贵宝石中的品质较差者也应包括在中档宝石中

问题七：宝石和玉石的区别是什么？ 而玉石则是另一个概念，它是由无数细小的我们肉眼无法看到的晶体组成，只有在高倍电子显微镜下我们才能看清它的结构，所以人们把玉石称作隐晶质矿物，广义来说，这些微小晶体的 体都可以称作玉石。通常人们谈论时提及的玉石主要是指和田玉(白色为典型颜色)和翡翠(绿色为典型颜色)，这两种玉石是目前国内公认比较有价值的玉石。宝石通常是透明的，由于表面极光滑，使宝石表面反射光线的能力比较强，并且光线可以进入宝石内部经过反射和折射再离开宝石到达我们的眼睛，所以我们看到的净度高切割好的宝石通常总是闪闪发亮。而玉石由于它是由无数个细小的晶体组成，晶体之间总是有缝隙的，所以加工的师傅抛光的再好，也不可能达到宝石表面的光洁程度，光线在玉石表面形成的轨迹如同阳光洒在有波浪的湖面上，这种效应又称作漫反射。如果你有兴趣对比表面光泽，可以仔细看一下自家的窗玻璃和淋浴室毛玻璃的区别，是否是越光滑光泽越强呢？所以我们通常看到的玉的表面是水润或油润的质感。由于光线很少能深入宝石内部，所以我们通常感觉玉石是半透明的，当然例外也是有的，顶级的翡翠也可以是近乎透明的。 和宝石文化一样，玉文化在中国的历史也非常久远。人们喜欢通过玉石表达自己含蓄、细腻的情感和吉祥美好的愿望。与玉石仅在华人区流行不同的是，在全球的任何地方，我们都能发现彩色宝石的佩戴者。不论是欧美皇室还整个全球市场对彩色宝石尤其是高档宝石的需求量总是无法被满足。北欧和日本的消费者喜欢颜色纯美隽永的宝石，而地中海、中东、北美的人们更倾向大颗粒颜色浓艳的宝石品种，顶级的彩色宝石常常还未在大众眼前露面就被收藏者收入囊中，而那些并不非常昂贵的中档彩色宝石通过优美的设计，亲切的价格，也为普通消费者所广泛接受，使佩戴者增添了无限光彩。

问题八：四大宝石是什么 矿物晶簇是指由生长在岩石的裂隙或空洞中的许多矿物单警惕所组成的簇状 体，它们一端固定于共同的基地岩石上，另一端自由发育而具有良好的晶行。晶簇可以有单一的同种矿物的晶体组成，也可以由几种不同的矿物的晶体组成。

在自然界以完好单晶或晶醋产出的矿物比较稀少，一般都要在晶洞裂隙中才有可能找到。这是因为矿物警惕发育完整的重要条件是需要一个能自由生长的良好空间，且容液的过饱和度比较低，使矿物结晶速度进行得比较缓慢。在一定温压条件下，流体和洞壁围岩不断相互作用，才能生成各种发育完好的矿物晶簇。

我国幅员辽阔，地质背景复杂，自然环境条件各异，矿物晶簇的分布很广，种类繁多现就最常见和重要的几种作简略介绍。

水晶 水晶是结晶完好的石英晶体，化学组成是氧化硅（SiO2）。晶体状态的由六方双锥和六方柱构成的带锥头的六方体。其颜色多种多样：无色透明的或乳白色半透明的称水晶，紫色的称紫晶，烟灰色的属烟晶，茶褐色的为茶晶，**的称黄水晶，玫瑰色的为蔷薇水晶（芙蓉石）等。其中紫晶是最受人们喜爱的宝石品种之一，除它的颜色高雅外，我们的祖先还认为紫晶可以促使互相谅解，保佑平安和万事如意。国际宝石学界把紫晶列为2月生辰石。

水晶大多呈单晶晶簇产出，有时还可能和其他矿物晶簇（如萤石、重晶石、辰砂或镜铁矿等）共生。与其共生的镜铁矿往往呈花瓣状 体，构成“铁玫瑰”形态十分美观。水晶晶簇本身常组成形如菊花的放射状 体，很受人们的喜爱。水晶几乎产于全国各省（市、自治区），但以江苏、贵州、四川、内幕古、海南等省较多。在国外，巴西以盛产水晶著称，特别的紫晶，其他产地还有马达加斯加、日本和美国等。

水晶矿床主要为花岗伟晶岩型和中温热液充填型。前者多出现于花岗岩体的内、外接触带，后者则分布于硅质岩层（如石英岩、砂岩、硅质页岩、片麻岩）及灰岩、白云岩中呈脉状、透镜状晶洞产出。

方解石 方解石也是一种分布广泛的常见矿物晶体（簇），化学组成是碳酸钙（CaCO3），主要为无色或白色，有时因含其他元素而呈浅黄、浅红、紫、褐黑色等。无色透明的方解石晶体称冰州石，是重要的光学材料。方解石晶体一般发育完好，形态多种多样，常见的有柱状体、菱面体、板状体、三角面体等。单晶大小可以从几毫米至数十厘米不等。因此，方解石晶簇形态丰富多姿，造型美观。有时，方解石晶簇可和金属硫化物晶体（如黄铁矿、闪锌矿）共生，形态更为美丽。笔者在湖南水口山铅锌矿考察时，曾见过 巨大壮观的以方解石晶簇为主的晶洞，其中可容纳数十人之多，局部可见到菱面体状方解石晶簇和半透明的棕色闪锌矿晶体共生产出，构成美丽的图案。方解石晶簇主要产于以碳酸盐岩为围岩的热液脉状矿床中，如贵州、广西、云南等省，那里有大量碳酸盐岩地层分布，岩浆活动不发育，因此其生成温度一般比水晶稍低。

萤石 萤石是一种钙的氟化物（CaF2）。矿物晶体大多为半透明至透明，在紫外线照射下出现极强的荧光。矿物常呈现多种诱人的颜色，包括红色、绿色、蓝色、褐色、**、橙**和紫色等。晶体通常为立方体，两个立方体常相互穿插构成双晶，取次为八面体及菱形十二面体。单晶大小可由数毫米至几十厘米。

萤石大部分形成于热液作用阶段。按其产出围岩的不同，可大致分为两类：一种产于硅酸盐岩中，如花岗岩、流纹质火山岩、页岩及砂岩等，主要共生矿物有方解石、重晶石及各种金属硫化物，如闪锌矿、方铅矿、黄铜矿和黄铁矿等。我国萤石资源极其丰富，晶簇往往也很发育，在浙江、山东、辽宁、广东、云南、湖南、贵州、四川等省均有产出。

绿柱石 这是一种含铍的铝硅酸盐矿物（Be3Al2Si6O18）。晶体>>

问题九：多晶与单晶区别 多晶是众多取向晶粒的单晶的 。多晶与单晶内部均以点阵式的周期性结构为其基础，对同一品种晶体来说，两者本质相同。两者不同处在于单晶是各向异性的，多晶则是各向同性的。在摄取多晶衍射图或进行衍射计数时，多晶样亦有其特色。

多晶体中当晶粒粒度较小时，晶粒难于直观呈现晶面、晶棱等形象，样品清晰度差，呈散射光。这种场合的多晶亦常称作粉晶(powder crystal)。

单晶体

但也有晶体本身就是一个完整的大晶粒，这种晶体称之为单晶体，如水晶和金刚石。晶体中各原子或离子定向有序排列的就是单晶体，反之则是多晶体，在一定条件下多晶体可转变为单晶体，同理单晶体也可转变为多晶体。多晶与单晶体的差异主要表现在物理性质方面。

(1)晶体(Crystal)晶体是指钻石内所有具有明显的三维几何形态的矿物晶体晶体又可分为无色的或浅色的包裹体及深色的或黑色的包裹体它的种类繁多(据统计有20多种),形态各异,是钻石中最普遍的内含物,在众多的晶体包裹体中,小钻石出现的几率最多,其次可见橄榄石和石榴石它们常被小羽毛状裂隙环绕或单独出现,或成群分布,可大亦可小晶体的出现,意味着钻石的净度等级一般不会高于VS级除非晶体很大,否则也不会对钻石的美观及耐久性造成影响

　　(2)点状物(Pinponit)或称针尖,钻石内部极小的天然包裹物有无色和深色之分,单一或成群分布,它对净度级别的影响不大

　　(3)云状物(Cloud)钻石中朦胧状或乳状无清晰边界的包裹物,可能是由许多极细小的点状物组成,也可能由结构位错引起云状物常依钻石的对称轴分布(与钻石的成长历史有关),有时在白色的云雾里还可出现一些黑色的大小不等的点状物云雾有时清淡,分布在小的区域内,对净度的影响不大;有时浓重,散布在整个钻石中,不但降低了钻石的净度和透明度,而且也影响了钻石的美观

　　(4)羽状纹(Feather)钻石内由于解理或张力所造成的裂隙,形似羽毛状若羽状纹相对较大,则可称之为"裂纹"羽状纹易沿钻石的四组八面体方向裂开,分裂面平坦、光滑若沿任意方向破裂,其破裂面多成阶梯状羽状纹对净度的影响明显,通常易于观察到个别情况下,有些细小的羽状纹单独出现,且破裂面与钻石的小刻画垂直时,观察起来较困难,应特别仔细寻找,以免疏漏而造成结论上的错误

　　(5)须状腰(Bearding)存在于腰部的须状微裂纹深入内部的部分,形似老人的胡须它是由于过激的粗磨造成的粗糙腰围与其成因相似,但粗糙腰棱有砂粒感,常伴有很小的缺口

　　(6)内部纹理(Internal Graining)钻石内部因原子排列不规则所造成的生长痕迹,如双晶纹、生长纹等纹理可多可少、可粗可细、可平行也可相交纹理看上去多为白色的细线,有时可反光形成彩色条纹,它对净度的影响程度不等若纹理密集地出现在整个钻石内部时,可降低钻石的透明度,使钻石看上去有朦胧感

　　(7)双晶中心(Twinning Center)结晶构造发生错动的中心点,常伴生有点状物

　　(8)内凹原晶面(Sunken Natural)从表面凹入钻石内部的原始晶面多出现于钻石的腰围,也可出现于其他部位理论上深凹的锯齿状或三角状的天然晶面经重新打磨可以去除,但会造成质量上的损失,因此它会降低钻石的净度等级

　　(9)激光痕(Laser Drill mark)用激光束及化学药品去除钻石内部深色包裹物时留下的痕迹管状或漏斗状称为激光孑L常被高折射率玻璃充填

　　(10)吉痕(Bruise)钻石表面受外力撞击形成的根部伸入到钻石内部的痕迹击伤痕通常为白色,具一定的几何形态,尺寸可大可小

　　(11)破口(Chip)腰部边缘破损的小口,多呈"V¨字形

　　(12)坑或洞(Cavity)是钻石中较严重地从外部深入到内部的特征它们可能是由于解理崩落了小块钻石所致,也可能是钻石在抛光时造成表面的包裹体脱落而产生的坑或洞

根据地质队勘探过程的统计及部分学者收集样品的统计结果，湖南金刚石晶体普遍经过了较强烈的溶蚀作用，晶棱圆滑，多为曲面晶体，主要为溶蚀态（曲面晶体）和过渡态（平面–曲面晶体）晶体，其中以曲面菱形十二面体和曲面八面体—菱形十二面体的聚形为主，聚形、异形晶数量较多，此外还有双晶、连生体和多晶集合体。其中单晶金刚石占96%以上，主要晶形为十二面体、八面体、立方体、六面体和类八–十二面体（谈逸梅等，1983；马文运，1989），其中立方体类晶体占5%～10%，这样的高比例在国内外的金刚石矿床中是少见的（郭九皋等，1985）。

2008年至2009年，本项目组从湖南沅水流域地区分多批次收集了377颗宝石级或近宝石级的钻石样品，并对其进行了详细观察和统计。统计分析显示，其晶体多呈圆化曲面状，晶形主要以曲面菱形十二面体为主（占340%），八面体约占265%，另外，各种聚形及粒状、球状晶体比例较大（占297%），四面体晶形占21%，双晶、连生约占（42%），碎块约占35%（表44；图49～图412）。

表44 湖南金刚石晶体形态特征统计（377颗）　Table 44 Statistics of diamond crystal forms of Hunan (377 diamonds)

图49 部分磨圆的八面体

Figure 49 Partially rounded octahedron

图410 菱形十二面体

Figure 410 Rhombic dodecahedron

图411 八面体和立方体的聚形

Figure 411 Combination form of octahedron and cube

图412 磨圆球状晶体

Figure 412 Rounded crystal

本项目收集样品的晶体形态特征虽然和前人的研究相比差别不大，但立方体形态晶形的比例明显下降，其原因除了和样品来源有关外，可能和本次收集样品主要是宝石级的钻石有关。由于湖南钻石砂矿的开采具有季节性和偶然性，本项目收集的样品的代表性很难评估。因此，有关的统计数据可能只能代表中低品质的湖南钻石，难以完整体现整个湖南砂矿钻石晶形的图像。

颜慰萱　陈美华

作者简介：颜慰萱，中宝协第三届人工宝石专业委员会高级顾问，原中国地质大学（武汉）珠宝学院院长、教授。

陈美华，中宝协第三届人工宝石专业委员会委员，中国地质大学（武汉）珠宝学院教授。

化学气相沉淀法合成钻石有几种方法，如热丝法、火焰法、等离子体喷射法和微波等离子体法等，但最常用的方法是微波等离子体法。这是高温（800～1000℃）低压（104Pa）条件下的合成方法。用泵将含碳气体——甲烷（CH4）和氢气通过一管子输送到抽真空的反应舱内，靠微波将气体加热，同时也将舱内的一个基片加热。微波产生等离子体，碳从气体化合物的状态分解成单独游离的原子状态，经过扩散和对流，最后以钻石形式沉淀在加热的基片上。氢原子对抑制石墨的形成有重要作用（图1，图2）。

所谓等离子体简单说就是气体在电场作用下电离成正离子及负离子，通常成对出现，保持电中性。这种状态被称为除气、液、固态外物质的第四态。如CH化合物电离成C和H等离子体。

图1 微波等离子体法合成CVD钻石

（据Martineau等，2004）

图2 等离子体及碳结晶示意图

当基片是硅或金属材料而不是钻石时，因钻石晶粒取向各异，所产生的钻石薄膜是多晶质的；若基片是钻石单晶体，就能以它为基础以同一结晶方向生长出单晶体钻石。基片起到了籽晶的作用。用作基片的钻石既可以是天然钻石，也可以是高压高温合成的钻石或CVD合成钻石。基片切成薄板状，其顶、底面大致平行于钻石的立方体面（{100｝面）。

一、化学气相沉淀法合成钻石的研发史和现状

1952年美国联邦碳化硅公司的William Ever-sole在低压条件下用含碳气体成功地同相外延生长出钻石。这比瑞士 ASEA公司1953年和美国通用电气公司（GE）1954年宣布用高压高温法合成出钻石的时间还要早，因而Eversole被视为合成钻石第一人。但当时CVD法生长钻石的速度很慢，很少有人相信其速度能提升到可供商业性生长。

从1956年开始苏联科学家通过研究显著提高了CVD合成钻石的速度，当时是在非钻石的基片上生长钻石薄膜。20世纪80年代初这项合成技术在日本取得重大突破。1982年日本国家无机材料研究所（NIRIM）的Matsumoto等宣布，钻石的生长速度已超过1μm/h。这在全球范围内引发了将这项技术用于多种工业目的的兴趣。

20世纪80年代末，戴比尔斯公司的工业钻石部（现在的Element Six公司）开始从事CVD法合成钻石的研究，并迅速在这个领域取得领先地位，提供了许多CVD合成多晶质钻石工业产品。

这项技术也在珠宝业得到应用，那就是把多晶质钻石膜（DF）和似钻碳体（DLC）作为涂层（镀膜）用于某些天然宝石也包括钻石的优化处理。

尽管当时CVD合成钻石的生长速度有了很大提高，使得有可能生长出用于某些工业目的和宝石镀膜的较薄的钻石层，但要生产可供切磨刻面的首饰用材料，因需要厚度较大的单晶体钻石，仍无法实现。一颗 05克拉圆钻的深度在3mm以上，若以0001mm/h速度计算，所需的钻坯至少要生长18周。可见，低速度依然是妨碍CVD法合成厚单晶钻石的主要因素。

20世纪90年代，CVD合成单晶体钻石的研发取得显著进展。先是1990年荷兰 Nijmegen大学的研究人员用火焰和热丝法生长出了厚达05mm的CVD单晶体。后在美国，Crystallume公司在1993年也报道用微波CVD法生长出了相似厚度的单晶体钻石；Badzian等于1993年报道生长出了厚度为12mm的单晶体钻石。DTC和Element Six公司生产出了大量用于研究目的的单晶体钻石，除掺氮的褐色钻石和纯净的无色钻石外，还有掺硼的蓝色钻石和合成后再经高压高温处理的钻石。

进入21世纪，首饰用CVD合成单晶体钻石的研发有了突破性进展。

美国阿波罗钻石公司（Apollo Diamond Inc）多年从事CVD合成单晶钻石的研发。2003年秋，开始了首饰用CVD合成单晶钻石的商业性生产，主要是Ⅱa型褐色到近无色的钻石单晶体，重量达1克拉或更大些。同时，开始实验性生产Ⅱa型无色钻石和Ⅱb型蓝色钻石。阿波罗钻石公司预计其成品刻面钻石在2005年的总产量为5000～10000克拉，大多数是025～033克拉的钻石，但也可生产1克拉的钻（图3，图4）。

图3 无色—褐色CVD钻石

（据Martineau等，2004）

图4 CVD钻石的设备及合成工艺

（据DTC,2005）

2005年5月在日本召开的钻石国际会议上，美国的Yan和Hemley（卡内基实验室）等披露，由于技术方法的改进，他们已能高速度（100μm/h）生长出5～10克拉的单晶体，这个速度约5倍于用高压高温方法和其他CVD方法商业性生产的钻石。他们还预言能够实现英寸级（约300克拉）无色单晶体钻石的生长。

由此可见，首饰用CVD合成钻石的前景是十分喜人的，它对于钻石业的影响也是不可低估的。

二、化学气相沉淀法合成单晶钻石的特征和鉴别

近年来一些研究和鉴定机构一直致力于研究合成单晶钻石的特征和鉴别。我们在这里所要介绍的资料来自于美国宝石学院《Gems＆Gemology》杂志上的3篇论文。

1）Wuyi Wang等（2003）对阿波罗钻石公司此前生产的13粒样品的性质和鉴定特征进行了总结。

2）Martineau等（2004），综述了对 DTC和Element Six公司近15年来生产的上千颗实验样品（包括合成后切磨成刻面的样品）的研究结果。样品中除有与阿波罗钻石公司相同的含氮的褐色钻石和纯净的近无色钻石外，还有掺硼的蓝色钻石和合成后再经高压高温处理的钻石。

3）Wuyi Wang等（2005），对法国巴黎第13大学 LIMHP-CNRS实验室生长的6颗实验样品的性质和鉴定特征进行了总结，其中3颗是掺氮的，另外3颗则是在尽量减少杂质含量的条件下生长的高纯度钻石。

上述论文中所涉及的样品都是用化学气相沉淀法中的微波法生长的，因而论文所总结出的特征和鉴别方法有许多共同点，但由于合成技术方法（包括实验目的和条件，掺杂类型和浓度以及基片类型等）的差别，它们的特征也存在某些差别。

1晶体

因为是以天然钻石、高压高温合成钻石或CVD合成钻石切成平行｛100｝晶面（立方体面）或与｛100｝交角很小的薄片作为基片，故CVD法生长出的单晶体大都呈板状，有大致呈｛100｝方向的大的顶面，偶尔可在边部见到小的八面体面｛111｝和十二面体面｛110｝。八面体面｛111｝和十二面体面｛110｝分布的部位通常含较多的包裹体，是生长质量较差也不易抛光的部位（图5，图6）。

图5 天然钻石、HTHP合成钻石和CVD合成钻石晶体形态

图6 天然钻石和CVD合成钻石的形态差异

用差示干涉差显微镜或宝石显微镜放大观察掺氮钻石的生长表面，可观察到“生长阶梯”，它由“生长台阶”和将它们分隔开的倾斜的“立板”构成（图7，图8）。

图7 CVD钻石在｛100｝面上看到的表面生长特征（据 Wuyi Wang等，2005）

图8 掺氮钻石表面的“生长阶梯”现象

（据 Martineau等，2004）

2钻石类型和颜色

Martineau等（2004）把DTC和Element Six公司迄今的实验样品归纳为4类。

（1）掺氮的CVD合成钻石

因为合成过程中难免会有少量空气进入反应舱，而空气中含氮，添加的原料气体中也会有杂质氮，故要完全排除合成钻石中的氮是困难的。含氮少时属于Ⅱa型，含氮多时属于Ⅰ b型。除少数为近无色外，绝大多数带褐色调（法国巴黎第13大学的样品有带灰色调的），这明显不同于带**调的天然的和高压高温合成的钻石。阿波罗钻石公司现有产品大都属于这一类，多数为Ⅱa型，少数为I b型。已有的实验表明，氮有助于明显提高合成钻石的生长速度，因而有时可人为地有控制地掺氮（图9）。

（2）高压高温处理的掺氮的CVD合成钻石

实验表明，高压高温热处理可以减弱掺氮CVD合成钻石的褐色调。由于掺氮CVD合成钻石的褐色调是与N-V（氮－空穴）心等因素有关而与塑性变形无关，故高压高温减色也是与改造 N-V（氮－空穴）心等有关，而与修复塑性变形无关。

（3）掺硼的CVD合成钻石

合成过程中在原料气体中加入 B2H6，所得到的合成钻石将含少量的硼，属于Ⅱb型，其颜色为浅蓝至深蓝色（图10）。

（4）除氢外无其他杂质的高纯度CVD合成钻石

属于近无色到无色的Ⅱa型钻石。由于氢是原料气体的组成部分，有杂质氢是不可避免的，因而关键是严格控制氮和硼，这有相当难度，而且生长速度比掺氮的要慢许多（图11）。

图9 掺氮褐色CVD钻石

图10 掺硼蓝色CVD钻石

（图9～11据 Martineau等，2004）

图11 高纯度CVD钻石

3颜色分带

在垂直晶体生长方向（即平行于｛100｝面的方向）进行放大观察，在Element Six公司的实验样品中可看到颜色的成层分布。在掺氮的褐色钻石中可见褐色的条带，而在掺硼的蓝色钻石中可见蓝色的条带（图12）。

在阿波罗钻石公司的产品中也见到有褐色的条带。

图12 阿波罗钻石公司的产品中的褐色条带

（据Wuyi Wang等，2003）

4包裹体

较少含包裹体，不是在所有样品中都能观察到。主要是一些针点状包裹体，还有一些小的黑色不规则状颗粒，叫非钻石碳（图13）。因这些在天然的和高压高温合成的钻石中也能见到，故鉴定意义不大。但微波CVD合成钻石中不会有高压高温合成钻石中常见的金属包裹体，也不会有磁性。

阿波罗钻石样品中的几颗掺氮成品钻石的净度级别为VS1到SI2。

图13 针点状包裹体（左）和非钻石碳包裹体（右）

（据Wuyi Wang等，2003）

5异常双折射（图14，图15）

图14 CVD钻石异常消光（左）和天然钻石异常消光（右）

（据Wuyi Wang等，2003）

图15 平行生长方向观察（上）和垂直方向观察（下）

（据 Martineau等，2004）

在正交偏光显微镜下垂直立方体面观察，通常可见到由残余内应变而导致的格状的异常双折射，显示低干涉色，但围绕一些缺陷可见到高干涉色。整体上其异常双折射弱于天然钻石，但在边部八面体面｛111｝和十二面体面｛110｝分布部位有较强的异常双折射和较高的干涉色。

6紫外荧光

阿波罗公司的13颗样品，在LW UV下有8颗呈惰性，其余的呈微弱的橙、橙黄或**；在SW LV下除1颗样品外都显示从微弱到中等的橙到橙**。未见有磷光。

法国巴黎第13大学的样品，包括掺氮的和高纯度的，除1颗是连同基片的未确定外，其余在LW UV和SW UV下均呈惰性。

Element Six的14颗掺氮刻面钻石在LW UV和SW UV下均呈弱橙色到橙色。8颗刻面的高纯度CVD合成钻石在LW UV和SW UV下均呈惰性。5颗刻面的掺硼钻石在LM UV下均呈惰性，在SW UV下均呈绿蓝色并有蓝色磷光。

综上所述，除掺硼钻石外大多数CVD合成钻石在 LW UV和SW UV下的反应变化很大，可呈惰性到橙色，很难作为鉴定依据。

7用 DiamondView（钻石观测仪）观察到的发光现象

用戴比尔斯的DiamondView观察CVD合成钻石在短波紫外光下的发光特点，发现掺氮钻石呈现强橙到橙红色的荧光（图16，图17，图18），这与N-V心有关。经高压高温处理的掺氮钻石主要呈绿色。高纯度的CVD合成钻石在 DiamondView下不显橙色荧光，但有些样品有微弱的蓝色发光，这与晶格中的位错有关。这种蓝色发光也会出现在掺氮钻石的四个角。CVD合成掺硼钻石呈亮蓝色荧光，一些部分为绿蓝色（图19），有磷光效应，可延续几秒到几十秒钟。CVD钻石在Diamond-View下不显示天然钻石的八面体发光样式和高压高温合成钻石的立方－八面体发光样式。有趣的是，当CVD钻石是在高压高温合成钻石的基片上生长，而基片又未去掉时，可看到高压高温合成钻石的立方－八面体发光样式（图20）。

图16 DiamondView观察CVD钻石的发光现象

（据Martineau等，2004）

图17 DiamondView观察阿波罗钻石的发光现象

（据Wuyi Wang等，2003）

CVD掺氮钻石在垂直｛100｝的切面上可看到密集的斜的条纹（条纹间距相当稳定，不同样品中从0001mm到 02mm不等）。这是CVD合成掺氮钻石一个重要的鉴别特征。天然Ⅱa型钻石虽偶尔也有橙色发光，但没有这种条纹。掺氮钻石经高压高温处理后的发光变为绿色到蓝绿色，但密集的条纹依然可见（图21）。

图18 在高压高温合成钻石基片上生长的CVD钻石，在DiamondView下与基片呈不同颜色

（据Wuyi Wang等，2003）

图19 CVD合成掺硼钻石的荧光

（据Wuyi Wang等，2003）

图20 CVD掺氮（左）和CVD高纯度钻石（右）荧光

（据Wuyi Wang等，2005）

图21 未处理及高温高压处理后荧光对比

（据 Martineau等，2004）

CVD掺硼钻石在DiamondView下同样显示条纹或是凹坑或两者都有，这一特征未见于天然Ⅱb型蓝色钻石（图22）。

图22 CVD掺硼钻石的条纹和凹坑

（据Martineau等，2004）

8阴极发光图像

同上述DiamondView发光特征。

9光致发光光谱和阴极发光光谱（图23，图24）

在拉曼光谱仪上分别使用325nm（HeCd，氦镉）、488nm（氩离子）、514nm（氩离子）、633nm（HeNe，氦氖）和785nm（近红外二极管）激光束照射Element Six公司的各种样品并研究其发光光谱，以及用阴极射线照射 Element Six公司的各种样品并研究其发光光谱，Martineau等（2004）得出了表1结果。

表1 各种钻石的发光光谱特征

Martineau等同意Zaitsev（2001）的意见，认为467nm和533nm只出现在CVD合成钻石中，但指出高压高温处理后将不复存在；也同意Wuyi Wang等（2003）的意见，认为596nm和597nm对于CVD掺氮钻石有鉴定意义，但指出并非所有样品都有596/597峰。

10紫外－可见光－近红外吸收谱和红外吸收谱（图25，图26，图27）

图23 用514氩离子激光束辐照掺氮CVD钻石产生的发光光谱

（据Martineau等，2004）

图24 用325nm氦镉激光束辐照含氮CVD钻石（A）和同一样品经高压高温（B）产生的发光光谱

（据Martineau等，2004）

图25 掺氮CVD钻石（A）和同一钻石经高压高温处理后（B）的紫外－可见光吸收谱

（据Martineau等，2004）

用几种类型的光谱仪研究Element Six公司各种类型的CVD合成钻石后，Martineau等（2004）得出了表2结果。

表2 各种钻石的光谱特征

Martineau等（2004）认为，紫外－可见光－近红外光谱中的365nm、520nm、596 nm和625nm吸收对于CVD合成掺氮钻石是特征的，在高压高温处理的掺氮钻石中已不见，也未见于天然钻石和高压高温合成钻石中。

图26 阿波罗公司掺氮CVD钻石的红外光谱

（据Wuyi Wang等，2003）

Martineau等（2004）还同意 Wuyi Wang等（2003）的意见，认为红外光谱中与氢有关的8753cm-1,7354 cm-1,6856 cm-1,6425 cm-1,5564 cm-1,3323 cm-1和3123 cm-1对于CVD合成掺氮钻石是特征的，在高压高温处理的掺氮钻石中已不见，也未见于天然钻石和高压高温合成钻石中。3107cm-1吸收出现在高压高温处理后，也见于某些天然钻石。

图27 阿波罗掺氮CVD钻石的红外吸收谱

（据Wuyi Wang,2005）

11X射线形貌分析

在平行于生长方向的切面上进行的X射线形貌分析显示出明显的柱状结构，而在垂直生长方向的切面上看到的是许多暗色斑点或呈模糊的格子状。分析认为这种柱状结构是钻石晶体生长过程中一些位错从基片分界面或靠近分界面处出现并开始向上延伸的结果。

三、结束语

对于现今少量进入市场的成品掺氮钻石，略带褐色调、成品厚度较薄以及异常消光特点等能为鉴别提供一些线索，但最终的鉴别需要依靠大型实验室的DiamondView和阴极发光图像分析和谱学资料，包括发光光谱和吸收光谱资料。由于CVD合成单晶体钻石工艺的不断完善，特别是高纯度CVD钻石的出现及对掺氮CVD钻石的高压高温热处理，使现今能有效鉴别掺氮CVD钻石的发光图像特征和谱学特征也不再有效，这就进一步增加了鉴别的难度。但我们相信宝石学界一定会不断分析总结新出现的情况，找到鉴别的办法。

主要参考文献

Philip MMartineau,Simon CLawson,Andy JTay-lor2004Identification of synthetic diamond grown using chemical vapor deposition（CVD）Gems＆Gemology,40（1）:2～25

Wuyi Wang,Thomas Moses,Robert CLinares2003Gem-quality synthetic diamonds grown by a chemical vapor deposition（CVD）methodGems＆Gemolo-gy,39（4）:206～283

Wuyi Wang,Alexandre Tallaire,Matthew SHall2005Experimental CVD synthetic diamonds from LIMHP-CNRS,FranceGems＆Gemology,41（3）:234～244

山东金刚石晶体形态以平面八面体、阶梯状八面体、八面体与曲面菱形十二面体聚形和曲面菱形十二面体四类形态为主，还有少量的立方体、曲面六八面体、曲面六四面体、八面体与曲面六八面体聚形及立方体类聚形等，金刚石各类晶形见图版Ⅱ。但不同矿区金刚石晶体形态所占的比例略有不同。总体来讲，自南往北的常马庄、西峪和坡里的3个金伯利岩带中的金刚石，其曲面菱形十二面体晶形所占比例由多变少，而八面体晶形所占比例由少变多。常马庄矿带的各金伯利岩体，除红旗14号外，均以曲面菱形十二面体为主（5364%），其次为阶梯状八面体（3552%）、八面体与曲面菱形十二面体聚形（837%）和平面八面体（227%），其他形态很少（020%）。晶形主要为单晶（占7921%～8921%），其次为双晶和连生体。西峪矿带金刚石的晶形组合与常马庄矿带略有不同，主要为阶梯状八面体 （6345%），其次为曲面菱形十二面体（2829%），其他的晶体形态基本上与常马庄岩带相似，且含量都很少。晶体也主要以单晶的形式存在，连生体较多（3059%）。坡里矿带中阶梯状八面体金刚石的含量最高（70%），次为曲面菱形十二面体（21%），八面体与曲面菱形十二面体聚形及其他都较少，分别为7%和2%（山东省地矿局第七地质大队，1990；黄蕴慧等，1992；罗声宣等，1999；王萍等，1999）。

山东701钻石矿是我国目前唯一还在正式生产的钻石矿。2009年5月至8月，“山东蒙阴钻石矿现场统计数据”分类记录结果显示：442颗蒙阴宝石级金刚石晶形以菱形十二面体为主，约占3068%，其次为八面体，约占229 5%，六面体达到659%，存在比较特殊的拉长变形晶，比例达432%，双晶和聚形晶分别占约273%和341%，三角薄片227%，破损者约占250%，无法统计晶形的其他类型占2387%。1883颗工业级金刚石也以菱形十二面体为主，约占1692%，其次为八面体，约占1202%，六面体达到305%，比较特殊的拉长变形晶比例达到571%，双晶和聚形晶分别占约147%和729%，破损者约占1431%，其他无法统计晶形的占3434%。

从以上统计数据可以看出，蒙阴金刚石晶体形态的组合基本上是相同的，以平面八面体、阶梯状八面体、八面体与曲面菱形十二面体聚形和曲面菱形十二面体四类形态为主，还有少量的立方体、曲面四六面体、曲面六八面体、曲面六四面体、八面体与菱形十二面体聚形、八面体与曲面六八面体聚形及立方体类聚形，但各类形态金刚石含量比例在不同的岩脉（筒）有所不同，其中歪晶为蒙阴701矿所产钻石的特征性晶形（图43）。

项目组另外自蒙阴钻石矿（主要是胜利1号，大小岩管）收集的408颗宝石级金刚石样品晶形统计数据显示，金刚石晶形以八面体和菱形十二面体为主，各占267%；其次为聚形（83%），如八面体与十二面体的聚形、八面体、十二面体与立方体聚形等；另外还有一定数量的连生晶体、双晶等；约21%破损者无法统计晶形（表43；图44～图46）。

表43 山东蒙阴钻石矿金刚石晶形统计（2683颗）　Table 43 Statistics of diamond crystal forms of Mengyin, Shandong (2683 diamonds)

图43 歪晶

Figure 43 Distorted Crystal

图44 八面体

Figure 44 Octahedron

图45 八面体与十二面体聚形

Figure 45 Combination form of octahedron and dodecahedron

图46 菱形十二面体

Figure 46 Rhombic dodecahedron

通过对图43的歪晶进一步研究分析，可见其表面大小不等的腐蚀斑点密集分布，一组或两组塑性变形滑移线清晰可见，同时在该晶体的一端隐约可见倒三角凹坑（图47，图48），通过分析表明此类长条状歪晶实为严重变形的八面体晶体。

图47 歪晶上的倒三角凹坑

Figure 47 Reversed triangular pits on distorted diamond

图48 歪晶表面可见两组滑移线及腐蚀斑点

Figure 48 Two groups of slip lines and etch pits on the surface of distorted diamond

与资料相比，本项目研究的2683颗钻石（701矿现场统计2275颗，收集样品实验室统计408颗）中，不可辨认晶形（碎块与其他）者所占的比例相当大（占405%）；在可辨认晶形的1597颗钻石中，仍以菱形十二面体（348%）和八面体（270%）为主，其次为聚形、歪晶、六面体、三角形块等。值得一提的是，本项目研究的钻石晶形中歪晶和六面体含量相当高，分别占47%和32%，这在前人资料中未提及，可能与统计方法和归类有关。三角块、双晶、连生等含量有所增多。

理想的情况下，晶体的生长遵守布拉维面网法则，即形成的晶体往往为面网密度最大的晶面所包围。但实际的情况下，晶体最终出现的晶面会受到环境物理化学条件及成分变化的影响。高温高压法人工合成钻石实验已经证明，钻石的大小、结晶习性和合成条件关系密切，在温度梯度很大的低温条件下，合成出来的主要是立方体生长习性的钻石，钻石畸变的情形比较常见（伊 ПФ等，1989）。因此，钻石的形态是钻石生长过程、形成条件、成分及搬运条件综合作用的结果。细分来说，影响形态特征的因素包括：钻石形成的温度、压力、氧逸度、生长速率、生长机制、流体作用、挥发分的影响、母岩携带钻石喷出环境构造应力的大小以及时间差异、杂质的存在、碳的过饱和度等。钻石最终的形态是上述条件综合影响的结果（ Haggerty，1986; Besk等，1989；杨志军等，2010）；另外，钻石的晶形还和钻石杂质元素及形变有明显的联系，例如，多数Ⅱ型钻石很难见到平坦的晶面，该类型钻石的{111}面往往呈不规则状或扁平状，分选钻石原石的过程中，可以根据这种形态特征把II型钻石从I型钻石中区分开来（Ichiro Sunagawa，2001）。显然，利用钻石形态来进行产地的区分应该非常困难，但不同产地由于有独特的钻石稳定条件及其组合（图413），理想的情况下可以依据钻石形态组合具有的特征性，获得产地来源的信息。

一般的情况下，天然宝石级的钻石最常出现的是圆化的八面体晶形，其次是菱形十二面体，但是对世界上不同国家钻石形态的观测统计表明，实际的情况各不相同，这些事实构成了产地来源判断最基本的依据。

图413 天然金刚石结晶演化模式示意图

（据Besk等，郑建平等译，1989）

Figure 413 A schematic diagram showing the crystallization evolution of natural diamond

（After Besk et al，Zheng Jianping，et al translated，1989）

图414 中国三个产地金刚石晶体类型对比图

Figure 414 Comparison chart of diamond crystal forms of the three diamond fields in China

对中国三个主要钻石产地的晶形进行的对比研究显示（表45；图414），三个产地的主要晶形虽然都是以菱形十二面体和八面体为主，但是不同地区的组合也存在差异。其中，辽宁金刚石以八面体（373%）和菱形十二面体（178%）为主，双晶次之，连生和聚形较少，晶体多以面平棱直状出现，极少呈现角顶、晶棱钝化的曲面状，同时辽宁完整晶形钻石的比例较高，达到6404%，优质钻石中具平面八面体的类型成为辽宁瓦房店优质钻石的重要特征；山东金刚石以菱形十二面体（207%）和八面体（161%）为主，聚形（68%）、歪晶（47%）、六面体（32%）等次之，同时含有一定量的三角薄片、双晶、连生等，晶体多以面平棱直状出现，极少呈现角顶、晶棱钝化的曲面状，高比例的歪晶和六面体是山东金刚石晶形特征之一；湖南钻石也以菱形十二面体（340%）和八面体（265%）为主，但聚形的含量（159%）高于辽宁和山东，晶体多以角顶、晶棱钝化的曲面状出现，极少呈现面平棱直状，高比例的圆化曲面晶体含量（27%）是湖南金刚石重要特征。

表45 中国三产地金刚石晶体类型对比　Table 45 Comparison of diamond crystal forms of the three diamond fields in China

显然三个产地钻石的晶形及其组合具有一定的产地来源的意义，可以成为区分产地来源的基础。