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。

钻石可分成四个颜色系列：无色透明至浅**系列、茶色至褐色系列、灰色系列及彩色系列。绝大多数首饰用钻石属无色透明至浅**系列，也只有这个系列的钻石建立了明确的颜色级别、分级规则和相应的标准样石。

钻石什么颜色最好

其实这是没有一个标准的，在开普系列钻石中，最无色最透明的钻石，是最稀有珍贵的，也是最璀璨、切割后呈现的视觉效果最好的。但是也有人喜欢**、香槟色的钻石，自然就会觉得偏**的好。因此，如果按照个人喜好来判断，很难说哪种颜色的钻石最好。但是，钻石的颜色用英文字母D-N分别代表不同的色级，D级钻石，也就是无色钻石是极为罕见的最佳颜色。

鉴定钻石的颜色时，将鉴定的钻石与一套国际通用的标准比色石进行比较，标准比色石的颜色是按照从无色的D级(最高等级)到**的Z级次序来排列的。

钻石颜色的分级标准

钻石戒指的颜色是多种多样的，为了区分每种钻石戒指的成色，国际上划分了23个标准，从D色到Z色不等。

D级：钻石中的最高等级，纯净无色，堪称完美，是钻石中最难得的存在，稀有性强。

E级：高品质钻石，无色级，一般的人无法从中看出颜色，只有少量的珠宝鉴定专家才能鉴定出颜色来。

F级：比E级稍低的高品质钻石，除非是珠宝鉴定专家，否则难以检测出其中的颜色。

G~H级：虽然是接近于无色，但是相比于无色高品质钻石而言，内里有稍显清淡的**。

I~J级：仍旧接近无色，但是内部同样具有轻微**，有价值。

K~M级：一般人很明显的就能看到其中的颜色，且本身颜色稍显暗淡，等级低，火彩和光泽度差。

如何挑选钻石颜色等级

在钻石颜色级别选择上面，H色是一个临界点，H色以上的颜色认为是无色钻石，而H色以下的钻石，在肉眼的观察下，大部分会有一点颜色的感觉。不过，对于钻石颜色等级的选择和钻石大小是有些关系的，钻石颜色级别是以钻石颜色浓集程度作为划分，同等钻石颜色等级，克拉重量越大的钻石看起来越黄，所以一些大钻石选择H色等级以上比较好。

比如两克拉或者以上大小的钻石最好选择H色以上的颜色等级，两到一克拉之间的钻石可以选择H级别，30分的钻石可以考虑I色，肉眼基本看不出**。

钻石价格也会比真正纯白的钻石价格低很多，可以说是是最高性价比的钻石了。钻石性价比高低不仅仅受钻石颜色等级影响，其他参数如钻石重量、钻石净度以及钻石切工等都是影响钻石性价比高低的重要因素。综合考虑，一般选择VVS净度等级（1克拉以下选VVS2），切工3EX最佳，颜色H-J，重量大小按照需求来选。需要注意，大多数人都会对更大一些的钻石比较感兴趣，但大钻石并不一定是好钻石，在选钻石时一定要综合其他3C考虑。

如果是收藏的话，可以考虑D、E等级的，如果是日常佩戴的话，可以选择J~G等级的K~M的就不建议大家选了，没什么价值的。

其实钻石那种颜色好，这个完全看个人喜好，另外，评判一颗钻石的品质，除了颜色，还要注意净度、克拉重量和切工。

在大部分人的印象里，钻石似乎都是纯净的透明色，并且透着绚烂的的火彩。但其实这只是钻石众多的颜色之一，还有相当多的彩色钻石也十分美丽。比如在珠宝市场中出现频率稍微高一点的黄钻和粉钻。淡淡的粉色似少女般娇美的脸庞，分分钟拿捏住仙女们的芳心。

而明亮的**钻石，则更多一份力量感，象征着成熟大气。钻石收藏的入门级藏品可以考虑从**彩钻着手。相对而言，自然界黄钻产量较大，也是市场上广受欢迎的彩钻品种。**是明度高，饱和度较低的颜色。在**钻系列中色调也是变化丰富，可带有冷色系的绿、褐、灰色调，或带有暖色系的橙色调。

在彩钻中，红色，绿色，紫色和橙色一般是最难得的，其次是粉红色和蓝色。相比无色钻石，彩色钻石由于更高的稀有度，在物以稀为贵的这个原则面前，价格也远超无色钻石，它们的价值通常随颜色的强度及纯度而增加，颜色鲜艳的彩钻非常稀有且极其珍贵。

彩钻的致色原因非常复杂，粉钻的形成是由于在钻石产生过程中晶格结构发生了扭曲；黄钻之所以呈现**是因为氮元素替换了钻石中的碳元素；蓝钻是因为在形成过程中有微量元素硼的介入才呈现出蓝色；绿钻则是由于受到自然辐射从而晶格结构被改变造成的。

一般普通的彩钻镶嵌时，普遍会使用的工艺“封底提色”，简单的说就是在钻石的底部做一个有颜色的贴面，使镶嵌好的珠宝正面看上去，比实际裸石颜色更加浓郁，Fancy Intense（浓彩）和Fancy Vivid（艳彩）级别的，不会做封底提色处理。彩色钻石通常更具有收藏价值是观赏意义。

钻石和石墨都完全由碳制成，最近发现的buckminsterfullerene（一种离散的足球状分子，含有60个碳原子）也完全由碳制成。但是，对于三种材料，碳原子在空间中的排列方式不同，这使它们成为碳的同素异形体。碳和钻石的不同特性来自其独特的晶体结构。 

在钻石中，碳原子是四面体排列的。每个碳原子与另外四个碳原子相连，距离为1544×10-10米，C-C-C键角为1095度。它是一个坚固的、刚性的三维结构，形成了一个无限的原子网络。由于其四面体结构，钻石表现为一种绝缘体，它的电阻、光透过率和化学惰性也十分显著，因此钻石是透明的。

石墨中的碳原子也排列成无限的阵列，但它们是分层的。这些原子之间有两种相互作用：每个碳原子与另外三个碳原子结合，排列在规则六边形网络的角上，形成120度的C-C-C键角。这些平面排列在两个维度上延伸，形成一个水平的六边形阵列；此外，这些平面阵列被称为叠加相互作用的弱力连接在一起，这种三维结构说明了石墨的物理性质。石墨的平面结构使电子在平面内容易移动，这使得石墨能够传导电、热、吸收光，因此与钻石不同，它的颜色是黑色的。

同时，由于钻石的内部结构和石墨的明显区别，使得钻石拥有强大的硬度、强度和耐用性，钻石的密度高于石墨（每立方厘米3514克）。钻石也表现出很强的抗压性，它可以划伤其他所有的材料，是已知最硬的材料。此外，钻石能分散光线，这意味着红光和紫外光的折射率是不同的（分别为2409和2465）。因此，钻石就像一个棱镜，将白光分为彩虹色，其色散为0056（差值）。色散越大，获得的颜色光谱越好。钻石的“光彩”来源于光的折射、内反射和色散。

首先拿玻璃来说，玻璃是我们日常都非常常见的透明物质，但实际上，我们真正接触的玻璃，在平时的应用当中，也就是几毫米的厚度，100毫米的玻璃砖都是很少见的。如果我们把玻璃碾碎成为玻璃渣，我们会发现玻璃就不透明了。其次，我们再来说说水。从超市里面买回来的纯净水和矿泉水都是清亮透明的，我们捧起一捧海水也是如此（有泥沙的除外）。然而我们都知道，在海洋300米以下除了微弱的蓝光，基本上就没有光线了。同样，在大雾天（空气充满了小水滴）能见度很差，我们的视野看不了多远的距离我们小结前面的分析可以看出，一个物体是不是透光，跟它的组成材料，形状、状态和透光的厚度等物理参数有关。那么这里面是不是有什么科学道理呢？是有的，由于光具有波粒二象性，透光的科学原理可以从波动性和粒子性两个角度给出说明。

从波动性的角度来说，透光物质的分子一般都比较小，分子间的间距都比较大。这种情况下，光波可以轻松绕过阻挡它前进的分子，就像湖水中的一个小物体不能阻挡水面波动的传播是一个道理的。从量子力学的角度来说，空隙很大，绝大部分光线可以轻松穿过，没有阻挡。这就像是两个人在操场上相向跑步，他们是很难撞在一起的，因为太开阔了。但如果这两个人是在一个狭窄的胡同里相向而行，那撞上的几率就大。

前面提到的海底过了300米深度就基本上不透光了，这是因为，光在前进的过程中遇到的物质实在是太多了，虽然一点点的绕射能量损失没有什么，但是经过不断的积累，达到一定深度的时候光线基本上都被海水吸收完毕。所以300米下的海水是漆黑一片的。那种透明的薄纸也是这个道理，虽然透明度没有玻璃高，但是一张纸的透明效果还是不错的。如果我们把这种薄纸叠加起来，一张、两张……十张呢？我们就会发现，不透明了。

大雾和碎玻璃不透明又是个什么情况呢？其实这是因为不论是大雾还是碎玻璃，已经不是一整块的物体了在这些碎片之间还有空气这个介质。光线在通过不同介质的时候会发生折射和反射，由于碎片是大量的杂乱无章的，所以光线就会在这些界面上不断地发生折射和反射，光程增加，反射面增加，最后光被碎玻璃或者是小水滴完全吸收，所以它们就不透明了。

钻石颜色分级分为：D/E/F/G/H/I/J/K/L/M/N/O/P/Q/R/S/T/U/V/W/X/Y/Z，共23个等级，每个等级有不同的名称，色泽也有轻微差别。

GIA创立了D-Z的颜色分级系统，通过在精确受控的照明、观测条件下，把钻石跟“比色石”'比对，来鉴定其无色程度。

D级是钻石的最高色级，代表完全无色。从D到Z，随着颜色的加深，钻石等级逐渐下降。

扩展资料

影响钻石颜色分级的因素很多,包括光源的类型、观察的方向、钻石的大小、内含物的颜色、切割比例等。例如同一颜色的钻石在不同的光源下或观察的角度不同，会得出迥异的结论。

颜色分级的范围主要限于无色—浅黄（褐、灰）系列的钻坯、成品钻石和镶嵌钻石。成品钻石颜色分级的级别较为详细，钻坯、镶嵌钻石颜色分级的级别则较粗疏。

钻石分级始于19世纪末钻石颜色专用术语的形成，它也是颜色分级的雏形。一般颜色范围内的钻石，其颜色的深浅，不但影响钻石的外观，如色调越深,钻石越显深黯，同时也是决定钻石价格的重要指标。如在其他质量相同的条件下，相邻色级间的价格差异可达5%～15%。

--钻石4C分级