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1、钻石学3ppt课件 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life, there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望一、钻石的晶体结构特征一、钻石的晶体结构特征三、钻石的分类三、钻石的分类 四、钻石的光学性质四、钻石的光学性质 二、钻石的物理性质二、钻石的物理性质 钻石钻石(Diamond)在矿物学上称为金刚石，是在已在矿物学上称为金刚石，是在已知宝石矿物中知宝石矿物中唯一由唯一由单一碳元素单一碳元素组成组成的晶体。生活中的晶体。生活中所说的所说的钻石钻石是以天然矿物是以天然矿物金刚石金刚石为原料加工而成的首为
2、原料加工而成的首饰或者装饰品。饰或者装饰品。一、钻石的晶体结构特征一、钻石的晶体结构特征Crystal Structure 金刚石金刚石是以天然产出的以碳原子组成的具有是以天然产出的以碳原子组成的具有立方面心立方面心晶体结构的一种矿物。晶体结构的一种矿物。钻石、金刚石钻石、金刚石钻石的晶体结构特征钻石的晶体结构特征Crystal Structure 金刚石和石墨的化学成分都是碳金刚石和石墨的化学成分都是碳(C)，称，称“同素同素异形体异形体”。碳原子以不同的方式键合。碳原子以不同的方式键合。 石墨内部的碳原子呈石墨内部的碳原子呈层状排列层状排列，一个碳原子周，一个碳原子周围只有围只有3个碳原子
3、与其相连，碳与碳组成了六边形个碳原子与其相连，碳与碳组成了六边形的环状，无限多的六边形组成了一层。层与层之间的环状，无限多的六边形组成了一层。层与层之间联系力非常弱，而层内三个碳原子联系很牢，因此联系力非常弱，而层内三个碳原子联系很牢，因此受力后层间就很容易受力后层间就很容易滑动滑动。 钻石钻石石墨石墨（上图为钻石和石墨结构对比）（上图为钻石和石墨结构对比）钻石的晶体结构特征钻石的晶体结构特征Crystal Structure 金刚石内部的碳原子呈金刚石内部的碳原子呈“骨架骨架”状状三维空间排列三维空间排列，一个碳原子周围有一个碳原子周围有4个碳原子相连，因此在三维空间形成个碳原子相连，因此在
4、三维空间形成了一个骨架状，这种结构在了一个骨架状，这种结构在各个方向联系力均匀各个方向联系力均匀，联结，联结力很强，因此使金刚石具有高硬度的特性。力很强，因此使金刚石具有高硬度的特性。 钻石的晶体形态特征钻石的晶体形态特征 晶体形态可分为两种类型：晶体形态可分为两种类型：单形单形和和聚形聚形，单形，单形为由同种晶面组成的晶体形态；聚形是由两种以上的为由同种晶面组成的晶体形态；聚形是由两种以上的晶面组成的晶体形态，晶面组成的晶体形态，聚形是由单型聚合而成聚形是由单型聚合而成。聚形聚形单形单形钻石的晶体形态特征钻石的晶体形态特征 钻石常见有七种单形：钻石常见有七种单形：八面体八面体、菱形十二面体菱
5、形十二面体、立方体立方体、三角三八面体三角三八面体、三角四六面体和四角三八、三角四六面体和四角三八面体。面体。钻石的晶体形态特征钻石的晶体形态特征钻石的双晶钻石的双晶 双晶双晶是两个以上同种晶体按一定的是两个以上同种晶体按一定的对称规律对称规律形成形成的规则连生。钻石常出现接触双晶类型，的规则连生。钻石常出现接触双晶类型，接触双晶接触双晶是是指双晶个体以平面相接触而连生在一起。指双晶个体以平面相接触而连生在一起。钻石的晶体形态特征钻石的晶体形态特征钻石的双晶钻石的双晶（由两个八面体构成的天然双晶钻石晶体）（由两个八面体构成的天然双晶钻石晶体） （由两个立方体构成的天然穿插双晶）（由两个立方体构
6、成的天然穿插双晶） 钻石的钻石的平行连生平行连生，金刚石晶体沿同一方向聚集在，金刚石晶体沿同一方向聚集在一起，但不是以双晶结合方式连生，内部构造是一起，但不是以双晶结合方式连生，内部构造是连连贯贯的；的；钻石的平行连生和多重生长钻石的平行连生和多重生长 多重生长多重生长是指一个晶体是由两个或者更多晶体是指一个晶体是由两个或者更多晶体以互不相同的角度相互穿插而不是平行的生长到一以互不相同的角度相互穿插而不是平行的生长到一起所产生的晶形，因此起所产生的晶形，因此内部构造是不一致的内部构造是不一致的，它也，它也不属于双晶；不属于双晶；平行平行-交叉连生交叉连生晶：由平行连生及交叉连生的聚合金晶：由平
7、行连生及交叉连生的聚合金刚石连生体组成。刚石连生体组成。 钻石的平行连生和多重生长钻石的平行连生和多重生长二、钻石的物理性质二、钻石的物理性质硬度硬度 金刚石的金刚石的摩氏硬度摩氏硬度为为10，是最硬的物质。，是最硬的物质。这种这种10级硬度是相对的。实际上它是硬度为级硬度是相对的。实际上它是硬度为9的的刚玉刚玉的绝对硬度的的绝对硬度的150倍，比硬度为倍，比硬度为7的的水晶水晶大大1000倍。倍。Physical properties钻石的物理性质钻石的物理性质Physical properties各向异性各向异性 晶体晶体不同方向硬度有一定差异不同方向硬度有一定差异(111)(110) (
8、100) (用立方模型表示用立方模型表示)。这给钻。这给钻石的加工带来了方便。金刚石的高硬度保证了钻石石的加工带来了方便。金刚石的高硬度保证了钻石的的耐久耐久，永不磨损。，永不磨损。钻石的物理性质钻石的物理性质密度密度 金刚石的密度金刚石的密度3.54g/cm3.54g/cm3 3。若含杂质或裂隙，。若含杂质或裂隙，可能稍低约可能稍低约3.2。它的密度比一般的砂子。它的密度比一般的砂子(石英石英、长长石石，2.6-2.7)大，早先人们在淘金时，有时会淘出金大，早先人们在淘金时，有时会淘出金刚石。在砂矿中采金刚石就用淘洗法。刚石。在砂矿中采金刚石就用淘洗法。Physical properties
9、鉴定鉴定：在重液（：在重液（二碘甲烷二碘甲烷，3.32）中钻石下沉速度）中钻石下沉速度慢于常见仿制品：钛酸锶慢于常见仿制品：钛酸锶 5.13，GGG 7.05，YAG 4.58，CZ 5.6-6.0，铅玻璃，铅玻璃3.75。解理解理 当金刚石晶体受到强大外力撞击时可能会当金刚石晶体受到强大外力撞击时可能会沿一沿一定的结晶方向裂开成一平面定的结晶方向裂开成一平面，这种性质就称为，这种性质就称为解理解理。Cleavage 金刚石具有金刚石具有中等解理中等解理。这是钻石的唯一缺点。所以说。这是钻石的唯一缺点。所以说钻石钻石“不怕磨，但怕打不怕磨，但怕打(击击)”，加工师可借此将钻石劈开。，加工师可借
10、此将钻石劈开。钻石具有钻石具有八面体中等解理八面体中等解理，解理发生在那些结合力较弱的，解理发生在那些结合力较弱的面网之间，如面网间距较大者。面网之间，如面网间距较大者。钻石的八面体解理（晶面上布满三角凹坑）钻石的八面体解理（晶面上布满三角凹坑）解理和生产纹解理和生产纹Cleavage断口断口 受外力作用，在任意方向破裂并呈各种凹凸不平的受外力作用，在任意方向破裂并呈各种凹凸不平的断面（如贝壳状、锯齿状），则称为断口，断口能在所有断面（如贝壳状、锯齿状），则称为断口，断口能在所有晶质或非晶质宝石中出现。钻石的断口为阶梯状。晶质或非晶质宝石中出现。钻石的断口为阶梯状。Fracture钻石的崩断口
11、呈阶梯形状钻石的崩断口呈阶梯形状 冒仿品的崩断口呈阶弯弧或贝壳型切口冒仿品的崩断口呈阶弯弧或贝壳型切口 韧性韧性 韧性与硬度有关的性质，但不能混淆。韧性韧性与硬度有关的性质，但不能混淆。韧性取决于宝石中原子的键合能力和宝石的晶体结构，取决于宝石中原子的键合能力和宝石的晶体结构，是指矿物抵抗分裂的能力与是指矿物抵抗分裂的能力与脆性脆性相反，韧性越好，相反，韧性越好，则发生脆性断裂的可能性越小。韧性：钻石韧性较则发生脆性断裂的可能性越小。韧性：钻石韧性较差，遇磕碰容易被损坏。差，遇磕碰容易被损坏。 物理性质类型钻石性质光泽金刚光泽折射率2.417；可显异常消光现象色散0.044硬度10解理中等完全
12、八面体解理相对密度3.52电学性质大都为电绝缘体，b型钻石为半导体 热学性质极好的导热体其他性质亲油疏水性和稳定性钻石的主要性质钻石的主要性质 纯洁的钻石应该是透明无色的纯洁的钻石应该是透明无色的(习惯称习惯称白色白色)。因经。因经常含有常含有杂质杂质或或结构缺陷结构缺陷，钻石可呈现各种颜色，如白、，钻石可呈现各种颜色，如白、黄、橙、棕、绿、蓝、红、紫、烟灰和黑色及乳白色。黄、橙、棕、绿、蓝、红、紫、烟灰和黑色及乳白色。颜色颜色 普通系列普通系列(开普系列开普系列)：主要为：主要为a型型钻石。颜色白钻石。颜色白-黄黄-棕，含棕，含氮愈高，颜色愈黄。氮愈高，颜色愈黄。颜色颜色 彩色系列：如彩色系
13、列：如蓝色蓝色主要分布在主要分布在b型，因含型，因含B而呈而呈色。我国辽宁及澳大利亚都有产出，大多为色。我国辽宁及澳大利亚都有产出，大多为a型，型，可能是含少量可能是含少量锰（锰（Mn）的原因。的原因。颜颜 色色 使人不喜欢的颜色：如乳白色、灰色、烟色、黑使人不喜欢的颜色：如乳白色、灰色、烟色、黑色，是因为钻石内含有色，是因为钻石内含有微小气泡微小气泡、石墨包体石墨包体等杂质等杂质造成的。造成的。颜色颜色彩钻因美观罕见，其价值比白色钻高得多。如彩钻因美观罕见，其价值比白色钻高得多。如澳大利亚澳大利亚AKAK岩管产出的一颗岩管产出的一颗3.5ct3.5ct的粉钻，价的粉钻，价值值350350万美
14、圆，比白钻贵数十倍。万美圆，比白钻贵数十倍。 钻石在高能量射线钻石在高能量射线(如紫外光如紫外光)照射下可以产生照射下可以产生不同的色光，如不同的色光，如型常呈蓝型常呈蓝浅蓝的占浅蓝的占65%，另有，另有黄、橙、白、绿，也有不发光的；黄、橙、白、绿，也有不发光的；型型70%发黄绿发黄绿色光。如果照射停止发光也立即消失，称为色光。如果照射停止发光也立即消失，称为荧光荧光。 发发 光光 性性 照射停止后，钻石还能继续发光一段时间，照射停止后，钻石还能继续发光一段时间，称为称为磷光磷光。自古人们传说有。自古人们传说有“夜明珠夜明珠”的宝物，的宝物，其中可能就有发其中可能就有发磷光磷光的钻石的钻石(白
15、天受阳光的紫外光白天受阳光的紫外光照射，夜晚继续发光照射，夜晚继续发光)。发发 光光 性性发光性发光性钻石的颜色成因钻石的颜色成因 钻石晶格完整时，在可见光范围内没有选择性钻石晶格完整时，在可见光范围内没有选择性的吸收，称无色，但还有褐色，彩色等钻石，引起的吸收，称无色，但还有褐色，彩色等钻石，引起它们的颜色的原因有：它们的颜色的原因有：2、天然辐照损伤致色：自然界中，天然的、天然辐照损伤致色：自然界中，天然的a粒子粒子的的辐射作用使部分钻石晶体表层呈辐射作用使部分钻石晶体表层呈绿色绿色，其颜色厚度，其颜色厚度约几十微米，经抛磨后，表层薄层即消失。因此，约几十微米，经抛磨后，表层薄层即消失。因
16、此，抛光成品的钻石中，自然辐照致色非常罕见，绝大抛光成品的钻石中，自然辐照致色非常罕见，绝大部分绿色或兰色钻石为部分绿色或兰色钻石为人工辐照致色人工辐照致色。1、晶格杂质元素晶格杂质元素致色作用：钻石中的元素主要有致色作用：钻石中的元素主要有N、B、H。 钻石的颜色成因钻石的颜色成因 3、塑性变形塑性变形的致色作用：褐色、粉红色和紫红色钻的致色作用：褐色、粉红色和紫红色钻石与塑性变形有关，在高温高压的上地幔环境中或在石与塑性变形有关，在高温高压的上地幔环境中或在钻石被岩浆捕获向上运移过程中，要发生不同程度的钻石被岩浆捕获向上运移过程中，要发生不同程度的塑性变形，产生塑性变形，产生晶格滑移晶格滑
17、移或或位错位错，形成，形成点缺陷点缺陷或或结构结构缺陷缺陷，产生不同的颜色，因塑性变形的不均匀性常使，产生不同的颜色，因塑性变形的不均匀性常使钻石的颜色不均匀。钻石的颜色不均匀。钻石的颜色成因钻石的颜色成因 4、包裹体致色：因含有大量、包裹体致色：因含有大量包裹体包裹体而使钻石呈现而使钻石呈现颜色，当钻石中含有无数的暗色不透明矿物包裹体颜色，当钻石中含有无数的暗色不透明矿物包裹体时，呈黑色；另一种是后期次生包裹体，存在于钻时，呈黑色；另一种是后期次生包裹体，存在于钻石的石的裂缝中裂缝中，当钻石，当钻石裂缝发育裂缝发育，并充填有这些颜色，并充填有这些颜色的包裹体时，使钻石呈褐红色或橙红色，这种钻
18、钻的包裹体时，使钻石呈褐红色或橙红色，这种钻钻石亦称石亦称“氧化氧化”钻石钻石。 根据钻石中是否含有根据钻石中是否含有N、B元素以及含量把钻石分为元素以及含量把钻石分为型型和和型型。 N和和B常以类质同象的形式替代常以类质同象的形式替代C进入钻石进入钻石晶格中。晶格中。N含量可达含量可达0.20%。 型型 ( (含含N) ) a型：型：N在在晶格晶格中以中以N2 、N3 、Nn的形式存在。多的形式存在。多数数天然无色天然无色黄色黄色系列的钻石属于此种类型。系列的钻石属于此种类型。 三、钻石的分类三、钻石的分类aA，氮以，氮以2原子集合体即原子集合体即A集合体集合体存在，存在， 在在aB型钻石中
19、，氮以环绕一个空穴的型钻石中，氮以环绕一个空穴的4氮原子集合体即氮原子集合体即B集合体集合体存在；许多钻石中同时含存在；许多钻石中同时含A集合体和集合体和B集合体，集合体，这类钻石被定义为这类钻石被定义为aA/B钻石的分类钻石的分类(氮原子对氮原子对)(N3中心中心) b 型：型：N在晶格中以在晶格中以孤孤N N的形式存在。合成钻的形式存在。合成钻石及少量天然钻石属于此类型。石及少量天然钻石属于此类型。 氮原子的含量越高，氮原子的含量越高，黄色越深，甚至可能产生与开普系列钻石浅黄色不黄色越深，甚至可能产生与开普系列钻石浅黄色不同的强金黄色。同的强金黄色。Ib型自然界很少型自然界很少 0.1%以
20、下，以合成以下，以合成为主为主无无N3中心无中心无415nm吸收吸收。钻石的分类钻石的分类钻石的分类钻石的分类型（基本不含型（基本不含N） a型：不含型：不含B，自然界少见，导热性很好。，自然界少见，导热性很好。 自然界自然界中很少见，常呈不规则晶形，中很少见，常呈不规则晶形，无明显晶面无明显晶面，几乎纯净几乎纯净，含可忽略不计的杂质。含可忽略不计的杂质。aa型钻石型钻石“库利南库利南”( (非洲之星非洲之星) 钻石的分类钻石的分类b型型：含：含少量少量B，为半导体，天然蓝色钻石多为此，为半导体，天然蓝色钻石多为此类型。类型。 硼以硼以孤立原子孤立原子的形式随机取代钻石晶体结构的形式随机取代钻
21、石晶体结构中的碳原子，中的碳原子， b型显示不寻常的型显示不寻常的电性电性。bb型钻石型钻石hopehope 四、四、钻石的光学性质钻石的光学性质 基本概念基本概念折射折射 光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向传播方向一般会发生变化，这种现象叫光的折射。一般会发生变化，这种现象叫光的折射。 钻石的光学性质钻石的光学性质 基本概念基本概念折射率折射率 光从真空射入介质发生折射时，入射角光从真空射入介质发生折射时，入射角i与与折射角折射角r的正弦之比的正弦之比n叫做介质的叫做介质的“绝对折射率绝对折射率”，简称简称“折射率折射率”。它表示光在
22、介质中传播时，介质。它表示光在介质中传播时，介质对光的一种特征。对光的一种特征。双折射双折射 光束入射到光束入射到各向异性各向异性的晶体，分解为两束的晶体，分解为两束光而沿不同方向折射现象。它们为振动方向互相垂光而沿不同方向折射现象。它们为振动方向互相垂直的线偏振光。直的线偏振光。 光的反射光的反射 光在两种物质分界面上改变传播方向又光在两种物质分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象。返回原来物质中的现象。 临界角与全反射临界角与全反射 光线从光线从光密光密介质射向介质射向光疏光疏介质时，介质时，折射角将大于入射角；当入射角为某一数值时，折射角将大于入射角；当入射角为某一数值时，折射折射角
23、等于角等于90，此入射角称，此入射角称临界角临界角。光由光密（即光在。光由光密（即光在其中传播速度较小的）媒质射到光疏（即光在其中传其中传播速度较小的）媒质射到光疏（即光在其中传播速度较大的）媒质的界面时，全部被反射回原媒质播速度较大的）媒质的界面时，全部被反射回原媒质内的现象称为内的现象称为全反射全反射。 钻石的光学性质钻石的光学性质 基本概念基本概念色散色散 复色光复色光分解为分解为单色光单色光而形成而形成光谱光谱的现象叫的现象叫做光的色散。进入钻石内的光线，根据不同瓣面做光的色散。进入钻石内的光线，根据不同瓣面角度作角度作内部反射内部反射，光线的分配反射产生，光线的分配反射产生彩虹七色彩
24、虹七色，称为钻石的色散。称为钻石的色散。 切割标准钻石的光学特征切割标准钻石的光学特征 为了最大限度地体现钻石的美，按理想的比例为了最大限度地体现钻石的美，按理想的比例并精确加工十分重要。钻石的各个部分都要求有一并精确加工十分重要。钻石的各个部分都要求有一定的定的比例比例，这样从不同方向射入钻石的光线才能最，这样从不同方向射入钻石的光线才能最大限度地大限度地反射反射出来。出来。切割标准钻石的光学特征切割标准钻石的光学特征 因为钻石的折射率比水晶大，从上面示意图我因为钻石的折射率比水晶大，从上面示意图我们可以看到，一束光线射入钻石后，在亭部刻面产们可以看到，一束光线射入钻石后，在亭部刻面产生生全
25、反射全反射，又从台面反射出来了，又从台面反射出来了，反射的光线越多，反射的光线越多，钻石就越明亮钻石就越明亮。而一束光线射入水晶后，在亭部刻。而一束光线射入水晶后，在亭部刻面光线漏掉了，反射出来的光线就少，所以水晶远面光线漏掉了，反射出来的光线就少，所以水晶远没有钻石明亮。没有钻石明亮。 切割标准钻石的光学特征切割标准钻石的光学特征思思 考考 题题1 1、钻石和石墨在结构和物理性质上有什么不同钻石和石墨在结构和物理性质上有什么不同。2 2、钻石有哪些单形和聚形钻石有哪些单形和聚形, ,并分析钻石晶体的对称性并分析钻石晶体的对称性3 3、简述简述钻石的钻石的分类分类。4 4、结合钻石的物理性质结合钻石的物理性质, ,叙述如何收藏叙述如何收藏 和保存钻石首饰和保存钻石首饰。