摘要: 宝石级金刚石的颜色是决定其价值的重要参数之一.金刚石呈色机理和改色处理工艺是目前研究的焦点和难点.尤其是与晶体塑性变形相关的褐色、粉红色等金刚石的颜色成因尚存在许多值得探讨的问题.本文采用宝石学性质测试、谱学观察、透射电镜显微观察和同... 展开 宝石级金刚石的颜色是决定其价值的重要参数之一.金刚石呈色机理和改色处理工艺是目前研究的焦点和难点.尤其是与晶体塑性变形相关的褐色、粉红色等金刚石的颜色成因尚存在许多值得探讨的问题.本文采用宝石学性质测试、谱学观察、透射电镜显微观察和同步辐射形貌分析等测试手段,对产自辽宁瓦房店、山东蒙阴和湖南沅江的褐色金刚石的异常消光、振动学谱、发光谱和结构缺陷等进行研究,揭示其内部结构缺陷信息,寻求金刚石异常消光图案与塑性变形的微观特征之间的联系,探讨各种结构缺陷的可能形成机制及其与颜色特征的关系.对5颗瓦房店褐色系列金刚石的颜色特征进行定量描述,发现其颜色主波长为585.5~590.3nm,饱和度为24%~38%.随着金刚石褐色强度增大,饱和度增大,明度无规律性变化.产自蒙阴、瓦房店和沅江三个矿区的19颗金刚石样品在正交偏光下主要表现为无定式、等倾线状、放射状、环带状、明暗细格状和平直条带消光等多种异常消光样式,可能由生长应力、杂质成分、包裹体、塑性变形等因素导致.采用同步辐射白光形貌术对产自蒙阴、瓦房店和沅江三个矿区的31颗典型金刚石样品的白光形貌像研究结果显示,金刚石中普遍存在晶体结构畸变的特征,并且部分具有异常劳埃衍射式样;其衍射斑点的形态、衬度及条纹变化反映了金刚石晶体结构变形的程度和复杂性.晶格的完整程度与金刚石的褐色强度无明显相关性.采用高分辨电子显微术对3颗瓦房店褐色系列金刚石进行观察,发现晶体中存在位错环、位错线、位错网络和片晶氮等缺陷类型.与合成金刚石结构缺陷相比有明显区别,该特征亦可以作为区分微粒天然金刚石和合成金刚石的重要标志之一.晶体的位错密度这一参数可以度量金刚石晶体的完整程度.计算发现,上述研究的金刚石样品的位错密度范围是3.1×10<'4>-1.6×10<'5>cm<'-2>.与较完整晶体的位错密度(大约10<'2>-10<'3>cm<'-2>)相比明显偏高,显示该类金刚石遭受一定程度的塑性变形.金刚石产生结构缺陷的原因可能为:①被金刚石捕虏的包裹体和金刚石主体之间存在热胀系数差异,环境温度的改变势必引入应力场,在晶体中形成结构缺陷;②金刚石晶体在不同的生长阶段中,因结晶条件(P、T和组合)的变化亦可产生结构缺陷;③金刚石结晶于岩石圈下部,在岩石圈与软流圈之间可能存在热边界层(TBL),其热塑性扰动亦是金刚石形成结构缺陷的原因之一. 收起