Олексій Лагутенко ідентифікація синтетичних діамантів

Синтетичні діаманти ювелірної якості стали набагато частіше зустрічатися на сучасному ювелірному ринку, ніж це було всього кілька років тому. Тому ювеліри усього світу активно цікавляться новими діамантами, а також методами, за допомогою яких можна надійно відрізнити синтезовані камені від природних.

GIA активно вивчали синтетичні діаманти останні 30 років. Тому фахівці GIA знають, як створюються камені такого роду, а також як їх розпізнати. Синтетичні діаманти, створені в лабораторії, мають хімічний склад і фізичні властивості, майже неможливо відрізнити від натуральних, природних каменів.

Деякі люди вважають, що синтетичні діаманти - це імітація справжніх діамантів, але така точка невірна в корені. Імітації начебто фіаніту або муассаніта лише виглядають як діаманти, але мають зовсім інші фізичні та хімічні властивості. Це дозволяє кваліфікованим геммологам легко відрізняти такого роду імітації від справжніх діамантів. З синтетичними діамантами все набагато складніше.

У деяких випадках кваліфікований геммолог може розпізнати синтетичну природу діаманта, використовуючи стандартне гемологічного обладнання. В інших випадках для ідентифікації синтетичного каменю може знадобитися дуже складне лабораторне обладнання. У GIA в даний час створена велика база знань, яка містить інформацію про геммологических властивості діамантів всіх видів, що допомагає створювати нові засоби ідентифікації синтетичних каменів.

Починаючи з 1930-х років вчені прийшли до висновку, що алмази можна розбити на дві групи, в залежності від поведінки каменів під ультрафіолетовим джерелом світла. Так з'явилися різновиди діамантів: Тип I і тип II. Надалі кожен з типів вдалося розбити ще на дві підгрупи, в залежності від того, як розташований вуглець в кристалічній решітці діаманта і які типи домішок в цій решітці присутні. У 1959 році вчені виявили, що діаманти Типу I завжди містять в своєму складі азот, в той час як в діамантах Типу II азоту немає зовсім.

[Малюнок 1. Діаграма показує систему класифікації типів алмазів. Тип діаманта може бути точно визначено за допомогою інфрачервоної спектроскопії [1]]

До 95% природних алмазів вчені відносять до Типу Ia. Ці діаманти містять азот в кластерах з чотирьох або двох атомів. Це так звані типи I aA і I aB (див. Рис. 1). Алмази цього типу досі не вдалося отримати в лабораторії. Тобто все без винятку діаманти, що відносяться до типу Ia (неважливо, IaA або IaB), - природні.

Тип Ib характеризується тим, що атоми азоту в складі таких діамантів ізольовані і не об'єднані в кластери. Такі алмази рідко зустрічаються в природі. Алмази Типу IIa майже не містять азоту, в той час як діаманти Типу IIb містять хімічний елемент бор.

Синтетичні алмази завжди відповідають типам Ib, IIa і IIb, але серед природних каменів алмази цих типів зустрічаються вкрай рідко.

Діаманти Типу I і Типу II відрізняються різним ступенем прозорості для короткохвильового ультрафіолетового випромінювання. Відповідь в питанні визначення типу діаманта дає інфрачервона спектроскопія [2].

[Таблиця 1. У таблиці показано співвідношення між типом діаманта і ймовірністю того, що камінь синтезований штучно. Більшість синтетичних алмазів відносяться до типів Ib і IIa]

Традиційний метод синтезу, званий «Високий тиск при високій температурі» (HPHT), являє собою формування алмазу з розплавленого металевого сплаву, що містить залізо (Fe), нікель (Ni) або кобальт (Co). Більш сучасний метод, званий «Хімічне парофазного осадження» (CVD) або «Низький тиск при високій температурі» (LPHT), являє собою зростання алмазу з газу у вакуумній камері.

В обох методах кристал алмазу або пластину використовують в якості затравки для ініціації зростання.

Зростання алмазу НРНТ відбувається в невеликій капсулі усередині апарату, здатного генерувати дуже високі тиску. Усередині капсули вихідний матеріал у вигляді алмазного порошку розчиняється в розплавленому металі, а потім з цього матеріалу на спеціальних алмазних затравки кристалізуються синтетичні алмази. Процес кристалізації займає від кількох тижнів до кількох місяців, залежно від того, якого розміру і яка кількість кристалів необхідно отримати.

[Малюнок 2. Модель типового синтетичного HPHT алмаза]

Кристали синтетичних алмазів HPHT, як правило, показують одночасно і квадратні, і шестикутні грані. Оскільки внутрішні моделі зростання природних і синтетичних НРНТ алмазів абсолютно різні, їх форма також сильно відрізняється. Ця ознака моделі зростання може бути використаний як один з найнадійніших способів ідентифікації неприродного походження алмазу.

[Малюнок 3. Модель типового синтетичного HPHT алмаза]

У огранених синтетичних алмазах (діамантах) часто можна побачити візуальні відмінності від природних каменів. До таких відмінностей відносять особливий розподіл кольору, зони незвичайної флюоресценції - особливі хрестоподібні візерунки, обумовлені умовами росту кристалу, а також випадково розподілені металеві включення. У деяких випадках синтетичні алмази проявляють стійку фосфоресценцію після того, як ультрафіолетова лампа вимкнена. Ці синтетичні алмази можуть бути ідентифіковані за допомогою лабораторних методів, таких як звичайна і фотолюмінесцентна спектроскопія.

[Малюнки 4а і 4б. Малюнки флюоресценції, які можна побачити в синтетичному алмазі, вирощеному за технологією НРНТ]

Більшість вирощених HPHT алмазів мають жовтий, оранжево-жовтий або коричнево-жовтий колір. Більшість синтезованих HPHT каменів відносяться до типу Ib, який нечасто зустрічається в природі.

Створення безбарвних синтетичних HPHT алмазів було дуже складним завданням, так як однією з умов зростання безбарвного кристала є повна відсутність азоту в середовищі росту. Позбутися від слідів цього газу при виробництві набагато складніше, ніж здається. Атмосфера нашої планети на 78% складається з азоту, тому повністю виключити вплив цього газу на виробничий процес - вкрай важка інженерна завдання. Крім того, безбарвні алмази високої чистоти типу IIa або IIb ростуть набагато повільніше, ніж Ib, і вимагають набагато більш уважного ставлення до середовища росту. Незважаючи на всі складнощі, недавно були отримані алмази ювелірної якості, придатні для огранювання діамантів вагою понад 10 карат [3].

Додавання бору в середу зростання синтетичного алмазу призводить до появи блакитних кристалів. Інші кольори, такі як рожевий і червоний, можуть бути отримані за допомогою наступної обробки радіацією або нагрівання, хоча на сьогоднішній день така практика зустрічається досить рідко.

Синтез алмазів за методом CVD відбувається всередині вакуумної камери, заповненої Углеродосодержащий газом, наприклад метаном. Джерело енергії, мікрохвильової промінь, руйнує молекули газу, вуглець з яких притягується до затравочним пластин. Кристалізація займає кілька тижнів. На пластині вирощують відразу кілька алмазів. Вирощувані цим методом алмази досить часто мають грубі «обвуглені» краю, що обумовлено надлишком графіту. Колір одержуваних кристалів зазвичай коричневий, що легко виправляється подальшим нагріванням, якщо отриманий алмаз передбачається використовувати в ювелірних цілях.

[Малюнок 5. Процес виробництва синтетичних алмазів за технологією CVD]

Більшість синтезованих алмазів CVD - коричневі або сіруваті, але якщо ввести в вакуумну камеру в процесі виробництва невелика кількість азоту або бору, то можна отримати алмази жовтого, блакитного або рожево-оранжевого відтінку. Методом CVD можна також отримувати безбарвні алмази, але вони вимагають значно більшого часу зростання. Більшість представлених на ринку CVD алмазів - це термічно оброблені коричневі зразки. Більшість алмазів, синтезованих методом CVD, відносяться до типу IIa.

Геммологические властивості алмазів, синтезованих методом CVD, сильно відрізняються від властивостей синтезованих HPHT кристалів. Синтетичні CVD алмази зазвичай набагато чистіше, ніж HPHT, і в них можна помітити в основному лише крихітні вмісту вуглецю.

Подібно НРНТ, виробники продовжують покращувати технологію синтезу CVD алмазів, щоб отримати кристали великих розмірів і ще кращої чистоти і кольору [4].

В останні кілька років на ринку з'являється все більше число компаній, що займаються виробництвом синтетичних алмазів для використання їх в ювелірних виробах. Одночасно з появою нових гравців на ринку, не припиняються роботи з удосконалення технології виробництва з метою отримання більших кристалів з найкращими характеристиками чистоти і кольору. У новинах все частіше можна зустріти повідомлення про інциденти, пов'язані з продажем синтетичних діамантів під виглядом природних.

Для ідентифікації дорогоцінних каменів звичайний геммолог використовує кілька видів спеціального обладнання, такого як рефрактометр, ультрафіолетова лампа, мікроскоп, полярископ, а також деякі додаткові інструменти тестування. Але оскільки якість синтетичних алмазів стає дедалі більше, то стає все складніше відрізнити природні алмази від синтезованих за допомогою стандартних, звичних методів. Слід знати, що вже в самий найближчий час стане неможливо відрізнити синтезовані камені від натуральних, використовуючи старе устаткування. Для ідентифікації природи походження алмазів необхідно звертатися в гемологічну лабораторію.

[Таблиця 2. Різниця в ознаках CVD і HPHT синтезованих алмазів]

Можливі написи на рундист

Алмази, синтезовані методом НРНТ, часто мають нерівномірне забарвлення, яку можна помітити в світлі в мікроскоп або за допомогою імерсійної осередки. Природні алмази теж можуть іноді бути нерівномірно пофарбовані, але синтетичні HPHT алмази практично завжди демонструють фрагменти геометричного візерунка з малюнка 4а або 4б, що ні за яких обставин неможливо в природному алмазі. На відміну від HPHT, алмази, вирощені за технологією CVD, ніколи не показують подібних паттернів забарвлення.

В алмазах, синтезованих HPHT методом, часто можна помітити частинки металу, які виглядають чорними і непрозорими в світлі, але мають металевий блиск у відбитому світлі. Оскільки метали, використовувані для вирощування HPHT алмаза, - це залізо, нікель або кобальт, то синтетичні алмази HPHT можуть притягатися сильним рідкоземельних магнітом (наприклад, неодимовим).

Оскільки алмази CVD вирощують зовсім іншим методом, то і металеві включення в них не зустрічаються.

Деякі натуральні алмази містять темні включення графіту або інших мінералів, але ці включення не мають металевого блиску.

При дослідженні природного алмазу між двома поляризаційними фільтрами, орієнтованими під кутом 90 градусів по відношенню один до одного, природний алмаз часто демонструє яскраву заштрихованную або мозаїчну структуру інтерференції кольору. Ці інтерференційні кольору виникають, коли натуральний алмаз піддається впливу величезного тиску, коли він перебував глибоко під землею або в процесі вибухового просування до поверхні. На противагу цьому, синтетичні алмази росли в однорідному середовищі, де вони не піддавалися впливу напружень середовища. Тому при розгляді в такий же спосіб, через поляризаційні фільтри, в синтетичних кристалах не зустрічається малюнка інтерференційних смуг або він дуже слабо виявлений.

Флюоресценція алмазів також корисна для ідентифікації природи їх походження. У синтетичних алмазів флюоресценція часто сильніше під короткохвильового ультрафіолетовою лампою, в той час як природні алмази сильніше світяться при опроміненні довгохвильовим ультрафіолетовим світлом.

Коли ультрафіолетова лампа вимкнена, синтетичний алмаз може проявляти стійкий ефект фосфоресценції до хвилини або більше.

Підводячи підсумок, можна сказати, що синтетичні алмази в найближчому майбутньому будуть з'являтися на ювелірному ринку в дедалі більшій кількості. Сучасні інструменти, доступні геммологам-одинакам, на сьогоднішній день не здатні дати однозначну відповідь про природу походження діаманта. У зв'язку з чим GIA рекомендує звертатися за геммологической експертизою в лабораторію, якщо виникають хоча б найменші сумніви в природі походження діаманта.