Сегодня можно с уверенностью констатировать тот факт, что синтетические бриллианты перестали быть лабораторной редкостью и вышли на рынок в качестве альтернативы природным алмазам. Поэтому мы спешим рассказать Вам о современных методах идентификации искусственно выращенных алмазов ювелирного качества.
Благодаря активной контекстной рекламе интернет-магазинов, представляющих муассаниты как “синтетический аналог бриллиантов”, некоторые наши клиенты ошибочно относят синтетические бриллианты к имитациям бриллиантов, но это в корне неверно. Такие имитации, как фианиты и муассаниты, которые только выглядят похожими на алмазы, на самом деле имеют совершенно отличные от алмазов химические и физические свойства и легко распознаются геммологами без каких либо инструментов. В случае с лабораторно выращенными бриллиантами все гораздо сложнее.
В редких случаях эксперт может распознать искусственное происхождение бриллианта, используя стандартное оборудование для тестирования драгоценных камней. Но в данный момент, для точной идентификации происхождения алмаза необходимо использовать передовые научные инструменты, лидером в области диагностики бриллиантов традиционно является лаборатория GIA, создавшая обширную базу данных о геммологических свойствах алмазов.
Классифицирование алмазов по типу
Начиная с 30-х годов ХХ века ученые начали отмечать общие черты некоторых алмазов. На основании различий в прозрачности под воздействием ультрафиолетового излучения они сгруппировали алмазы в две основные категории, называемые сегодня тип I и тип II. В 1959 году они обнаружили, что атомы азота являются основной химической примесью в алмазах, но в отличии от типа I, алмазы типа II ее не содержат.
Подавляющее большинство природных бриллиантов - это тип Ia. Алмазы данного типа содержат много атомов азота, сгруппированных в кластеры или пары. Этот вид алмазов нельзя вырастить искусственно. Алмазы типа Ib содержат рассеянные или изолированные атомы азота, которые не находятся в парах или кластерах. Алмазы типа IIa почти не содержат азот, а алмаз типа IIb содержит бор. Бриллианты трех последних типов крайне редко встречаются в природе, но в свою очередь могут быть выращены в лаборатории.
В геммологических лабораториях алмазы типа I и типа II различают между собой по различию в прозрачности под коротковолновым ультрафиолетовым излучением. При этом, для окончательного разделения потребуется применение инфракрасной спектроскопии, технологии, доступной лишь крупным научным центрам.
| Тип алмаза (Цвет) | Природный | HPHT синтетический | CVD синтетический |
|---|---|---|---|
| Ia (бесцветный) | Часто | --- | --- |
| Ib (желтый) | Редко | Возможно | Редко |
| IIa (бесцветный) | Редко | Возможно | Возможно |
| IIb (голубой) | Редко | Редко | Редко |
Как растет алмаз
Кристаллы природных бриллиантов образовались миллионы, а иногда и миллиарды лет назад глубоко в недрах нашей планеты (более 160 км). Намного позже они поднялись на поверхность в результате извержений вулканов. Эти извержения образовали узкие вертикальные трубки из магматической породы, называемой кимберлитом. Содержание алмазов в кимберлитовых трубках мизерно - в среднем для нахождения алмаза весом в 1 карат необходимо переработать 200 тонн руды.
Алмаз рождается в определенном диапазоне температуры и давления. В природе алмазы формировались при более высоких температурах ,чем выращиваемые сегодня человеком. Высоких температурах естественной среды кристаллы алмаза формируются в виде октаэдра (две соединенные основаниями пирамидки). В условиях лаборатории, где нет возможности создать аналогичную температуру, структура выращенных кристаллов будет иметь кубическую форму. Внутри природного бриллианта атомы азота за миллионы лет группируются в пары или кластеры, поэтому большинство природных бриллиантов (более 95%) относятся к типу Ia.
Синтетические алмазы выращиваются в течение очень короткого времени - от нескольких недель до нескольких месяцев, в условиях, отличных от образования природных алмазов, поэтому форма кристалла синтетического алмаза отличается от формы натурального алмаза, но, лишь, до процедуры огранки алмаза в бриллиант.
Технологии синтеза бриллиантов
Первый искусственный алмаз был получен в середине 1950-х годов в виде крошечных кристаллов. Потребовалось 40 лет для того, чтобы вырастить крупные кристаллы алмазов, пригодные для использования в ювелирных изделиях. Совершенствование технологии выращивания бриллиантов продолжается и по сей день и с каждым годом все больше компаний вовлекается в этот процесс. В след за De Beers, свои подразделения по производству и огранке синтетических бриллиантов открыли практически все крупнейшие игроки на рынке ювелирных алмазов. Подавляющее большинство мощностей по производству искусственных бриллиантов, на сегодняшний день, сосредоточено в Китае.
Традиционный метод синтеза алмазов, называемый ростом при высоком давлении и высокой температуре (HPHT), заключается образовании кристалла алмаза из расплавленного металического сплава, такого как железо (Fe), никель (Ni) или кобальт (Co). Более современный метод называется CVD - химическое осаждение атомов углерода из фазы пара в вакуумной камере или ростом при низком давлении и высокой температуре (LPHT). В обоих методах в качестве инициации роста используется кристалл алмаза или пластинка.
Синтез HPHT
В технологии HPHT алмаз выращивается в маленькой капсуле, в которой создается очень высокое давление. Внутри капсулы исходный материал алмазного порошка растворяется о флюсе расплавленного металла, а затем кристаллизуется на затравке с образованием кристалла синтетического алмаза. Бриллиант синтезируется от нескольких недель до месяца и более.
Кристаллы синтетического алмаза HPHT обычно имеют кубические грани в дополнение к октаэдрическим. Поскольку формы кристаллов натурального алмаза и алмаза выращенного методом HPHT различны, отличаются и их внутренние схемы роста, что служит одним из самых надежных способов диагностирования подобных алмазов.
Получающиеся в результате огранки синтетические HPHT бриллианты часто демонстрируют визуальные особенности, такие как неравномерное распределение цвета, зонирование флуоресценции и паттерны зернистости связанные с крестообразной структурой начальной затравки. Также весьма распространенные случайные включения темного металлического флюса (возможны слабые магнитные свойства). В некоторых случаях бриллиант проявляет стойкую фосфоресценцию после выключения ультрафиолетовой лампы. Эти синтетические алмазы могут быть идентифицированы с использованием лабораторных методов, например, спектроскопии.
Большинство выращенных HPHT бриллиантов желтого, оранжево-желтого или коричневато-желтого цвета. Почти все они относятся к типу Ib, который редко встречается в природных бриллиантах.
Создание бесцветных бриллиантов с помощью технологии HPHT нетривиальная задача, так как необходимы ингибиторы, способные удалить из растущего кристалл алмаза атомы азота. Кроме того скорость роста бесцветного алмаза (типа IIa или слабого типа IIb) с приемлемой чистотой, ниже чем для синтетического алмаза типа Ib, что требует более длительного времени роста и большего контроля за параметрами температуры и давления. На сегодняшний день эти проблемы решены и установки последнего поколения позволяют выращивать бесцветные или голубые кристаллы для бриллиантов свыше 10 карат.
Добавление бора в систему роста приводит к появлению синих кристаллов. Другие цвета, такие как розовый или красный, могут быть получены в результате обработки облучением или нагревом уже выращенных алмазов.
Синтез CVD
Технология CVD подразумевает под собой рост алмаза внутри вакуумной камеры, заполненной газом, содержащим углерод, например, метаном. С помощью лазера разрушаются молекулы газа и атомы углерода осаждаются на подготовленные затравочные пластины. Кристаллизация занимает несколько недель, при этом выращиваются несколько алмазов одновременно. Точное количество зависит от размера камеры и числа ячеек, в которых происходит рост. Синтезированные алмазы часто имеют графит на внешних поверхностях и коричневый цвет, которые удаляется термической обработкой перед огранкой в бриллиант.
Большинство CVD бриллиантов имеют коричневые или сероватые оттенки, но если при синтезе используется небольшое количество азота или бора, могут образоваться желтые, розово-оранжевые или синие кристаллы. Бесцветные алмазы легче получать с помощью этого метода, но для их роста требуется больше времени. На данный момент, считается, что большая часть бесцветных бриллиантов, выращенных по технологии CVD это коричневые алмазы обесцвеченные помощью технологии HPHT. CVD алмазы чаще всего относятся к типу IIa, а также имеют другие гематологические свойства, нежели алмазы, созданные по технологии HTHP. Они более прозрачны, демонстрируют более равномерную окраску (в случае сохранения оттенка или фантазийного цвета) и имеют собственный “полосатый” паттерн при просмотре через скрещенные поляризационные фильтры. Так же для CVD бриллиантов характерны микроскопические включения графита.
Как и HPHT, технология CVD продолжает улучшаться, предлагая потребителям всё большие размеры и лучшие характеристики чистоты. На сегодняшний день, встречаются бриллианты, выращенные по технологии CVD и имеющие вес более 4 карат.
Идентификация синтетических бриллиантов
За последние 10 лет на рынке лабораторного синтеза алмазов ювелирного качество появилось большое количество компаний. Они постоянно улучшают характеристики чистоты и цвета, а также вес, выращиваемых бриллиантов. Несмотря, на это ведущие лаборатории вроде Международного Геммологического Института (IGI) и Геммологического Института Америки (GIA) встречают синтетические бриллианты крайне редко, в основном неосознанно отправленные как натуральные бриллианты. Хорошим показателем редкости синтетических алмазов служит тот факт, что специализированный сертификат для выращенных бриллиантов был введен крупнейшей лабораторией GIA только в 2019 году. Пионером выступила лаборатория IGI, предложившая отдельный сертификат для синтетических бриллиантов гораздо раньше GIA. Поэтому большинство искусственных бриллиантов на рынке сегодня имеют сертификат IGI.
Для идентификации происхождения алмаза необходимо несколько видов оборудования, в том числе рефрактометр, ультрафиолетовая лампа, бинокулярный микроскоп, полярископ и некоторые дополнительные инструменты тестирования, стоимость которых может составлять сотни тысяч долларов, так как по мере дальнейшего улучшения качества синтетических бриллиантов их все сложнее отличить от натуральных.
| Бриллианты HTHP | Бриллианты CVD |
|---|---|
| Неравномерное распределение цвета | Равномерное распределение цвета |
| Паттерн зернистости | Отсутствие паттерна зернистости |
| Необычный цвет флуоресценции | Необычный цвет флуоресценции |
| Редко фосфоресценция | Редко фосфоресценция |
| Включения в виде металлического флюса | Иногда включения в виде темных точек |
| Отсутствие "полосатого" паттерна | "Полосатый" паттерн |
Цветные синтетические алмазы, выращенные по технологии HTHP часто имеют неравномерную окраску, которую можно увидеть на просвете с помощью микроскопа и, при необходимости, погрузив ограненный камень в воду или минеральное масло, чтобы минимизировать поверхностные блики. Такое цветовое зонирование обусловлено тем, как примеси, такие как азот, интегрируются в кристалл алмаза по мере его роста. Иногда природные алмазы, так же, демонстрируют цветовое зонирование, но оно отличается от геометрически-идеальной схемы HPHT алмазов.
Лабораторные HPHT бриллианты часто содержат непрозрачные черные включения затвердевшего металла, имеющие характерный отблеск. Алмазы с подобными включениями могут иметь магнитные свойства. Бриллианты, выращенные по технологии CVD не имеют металлических включений, хотя могут содержать включения графита или какого-либо другого минерала.
Если просмотреть натуральный бриллиант между двумя поляризационными фильтрами, ориентированными под углом 90 градусов друг к другу, бриллиант часто демонстрирует ярку перекрестную штриховку или мозаичный рисунок интерференции (деформации) цветов. Эта интерференция возникает в результате воздействия на кристалл давления, когда он находился глубоко по поверхностью Земли или во время его экстракции на поверхность в результате извержения. В отличии от природных, синтетические алмазы растут в среде, практически, равномерным давлением, они не подвергаются экстремальным нагрузкам поэтому не показывают какого либо рисунка деформации.
Флуоресценция синтетических алмазов также очень полезна для идентификации - она часто сильнее проявляется в коротковолновом, нежели в длинноволновом ультрафиолета, при этом имеет характерный паттерн (рисунок).
Выращенные HPHT бриллианты имеют тенденцию проявлять крестообразный рисунок флуоресценции на короне или павильоне органичного бриллианта. Синтезированные по технологии CVD бриллианты при просмотре через грани павильона могут иметь полосатый паттерн. Типичные цвета флуоресценции - зеленый, желто-зеленый, желтый, оранжевый или красный. Когда ультрафиолетовая лампа выключена, синтетические бриллианты могут фосфоресцировать (светиться) более минуты.
В лаборатории GIA используется прибор DiamondView визуализирующий флуоресценцию тестируемых бриллиантов, тем самым позволяя выявить характерные закономерности роста кристалла алмаза. К сожалению, стоимость данного прибора не позволяет применить его в отечественных лабораториях.
Настоящей проблемой для ювелирной отрасли является проверка мелких бриллиантов, партии которых зачастую представляют смесь из тысяч натуральных и синтетических бриллиантов. Огромной популярностью на зарубежных выставках, сегодня, пользуется экспресс-тест мелких бриллиантов, осуществляемый экспертами GIA с помощью специально разработанной автоматической установки.
Сегодня производство синтетических бриллиантов настолько популярно, что лаборатория GIA приобрела собственное оборудования для выращивания и последующего исследования бриллиантов по технологии CVD.
