天然蓝钻是地球上仅次于天然红钻的稀有宝石,多年来在地球上开采的蓝钻重量不足600克拉。顶蓝钻石呈现深海色或蓝天色,极具吸引力。当然,就像面前提到的黄钻和粉钻一样,GIA也根据色调的不同将蓝钻分为几个等级,蓝钻的颜色等级越高,价值也就越高。与其他彩色钻石相比,蓝钻石是稀有钻石中最稀有的。
蓝钻形成原因
天然蓝钻是典型的IIb型钻石(IIb型钻石除了稀缺性和稀有性外,其来源在地质学上一直是一个未知的谜)。
蓝钻石之所以呈蓝色,主要有以下几个原因:
第一种是由硼引起的。大多数蓝钻石之所以呈蓝色,是因为在形成过程中,硼(B)混入了钻石中。硼越多,蓝色越浓。硼原子比碳原子少一个电子,所以当硼取代碳进入钻石晶格时,它就形成了一个空穴色心。硼原子的电子在间隙带中产生杂质能级(硼受体能级),硼受体能级与金刚石价带(全带)之间的能量间隔为0.4eV(有较大的宽度,并不总是0.4eV),电子只要吸收0.4eV能量(红外光区)就从价带(全带)跃迁到硼受体能级。它用肉眼吸收可见光中的红、黄、绿光,而不吸收蓝、紫光,因此呈现出美丽的蓝色或蓝紫色。
第二种是自然辐射,由于形成自然辐射色I a和II a型蓝钻石,通常呈现深浅不一的绿蓝色。
第三个氢(H)原子缺陷导致颜色,含有氢(H)元素的天然蓝钻石类型为Ⅰ,其颜色为灰紫色至蓝紫色。
还有夹杂色,一般蓝色钻石的夹杂色,带有强烈的灰色调。与所有其他彩色钻石不同,蓝钻石在形成过程中含有微量元素“硼”,并具有导电的特性。
天然蓝钻的产地
第一颗天然蓝钻是在印度南部的戈尔康达矿发现的。南非的比勒陀利亚(Pretoria)和库里南(Cullinan)矿场已成为高质量蓝钻的主要产地。此外,澳大利亚的Argyle矿(密封矿)也是世界著名的蓝钻产地,但该矿出产的蓝钻通常含有浅灰色调。其次是印度尼西亚的婆罗洲岛、巴西、圭亚那和委内瑞拉,那里生产少量的蓝钻。
世界知名蓝钻
Hope Diamond
世界上最著名的蓝钻是“希望之钻”。希望钻石是一颗硼色的蓝色钻石。这颗钻石最初产于印度,经过粗加工后重达112.25克拉,后来被赠送给当时的法国国王路易十四。
培育钻石中的蓝色
1、HPHT合成蓝钻:这种方法合成的钻石一般为Ib黄棕色钻石。为了合成蓝钻石,在生长室中加入氮吸收剂和硼。当加入氮吸收剂时,可以得到几乎无色的IIa型金刚石,但这种无色金刚石的生长非常困难。而加入氮吸收剂生长的无色钻石,可以探测到很少的单个氮原子,引入硼,用氮吸收剂除去大部分氮,钻石就能呈现出非常明亮的蓝色。
合成蓝钻的硼含量很高,而天然蓝钻的硼含量不超过0.5ppm (ppm是百万分之一)。硼的分布随生长区域的不同而不同,八面体生长区域硼含量最高,四面体生长区域硼含量最低。这导致可见的蓝色分布不均匀。另外,在合成蓝金刚石中加入硼时,不可避免地会加入单质氮,这将导致蓝区的吸收增强,黄绿区的透射增加,最终可能导致合成蓝金刚石具有绿色调。
2、CVD合成蓝钻石:是在相当于十分之一大气压的低压下,通过分解含碳气体合成钻石的方法。将含碳气体分解成等离子体的方法有很多,其中最常见的是在高温微波下进行。CVD合成蓝钻石也是在合成过程中从原料和设备中去除氮,再加入硼,使红光对蓝光的吸收逐渐减少,从而得到蓝钻石。
后期改色的蓝钻
后来通过变色也可以使一些天然或人工培育的钻石加工成蓝色,主要是高温高压处理和辐照处理:
1、高温高压处理蓝钻:实验室高温高压条件下对棕、棕、黄等棕钻的晶格缺陷提供足够的同向压力和势能。通过人为调节温度、压力和介质条件,有助于提高钻石的颜色等级或改变颜色。
对于Ia型棕、棕黄、棕钻石,由于其晶格中存在铬杂质氮原子和空位,在现有的技术条件下,几乎不可能大幅度提高其色级。因此,在金刚石已有塑性变形的基础上,通过高温高压再加工,进一步加载其塑性变形强度,促进位错在晶体中的扩散和滑移,从而达到变色的目的。
IIa型棕、棕、棕金刚石克服它们的障碍,促使金刚石中的位错在高温高压条件下爬升、重组、湮灭,使其修复到塑性变形前的初始稳定状态,最大限度地恢复其原有的无色外观。
据推测,高温高压处理蓝钻是因为高温高压条件下,钻石内部的塑性缺陷使灰色消失,形成纯蓝色。
2、蓝钻的辐照处理:目前,金刚石辐照最常用的方法是中子辐照和电子辐照。中子辐照处理主要是利用核反应堆中的中子轰击金刚石,由于中子不带电,与金刚石碰撞时很容易达到核力的范围,能引起核反应,而且容易使金刚石的整体颜色发生变化。电子辐照钻石主要是通过加速电子轰击钻石,发生一系列弹性或非弹性碰撞,产生色心,然后选择性地吸收一定量的可见光,最后上色。
IIa型金刚石经高能电子辐照可将碳原子从晶格中敲出,产生中性空穴,称为GR1色心,GR1色心零声子峰吸收峰为740.9nm,并在430~412nm波长范围内形成伴随GR2~8吸收峰的宽吸收带。GR1色心本身使钻石呈蓝色,当GR2~8强时,钻石呈青蓝色。
Ia型金刚石辐照后也会产生GR1色心,而其本身有N3色心,N3色心吸收短波可见光,GR1色心吸收长波可见光,两个色心的强弱决定了金刚石是蓝色还是绿色。一般辐照蓝钻比天然蓝钻具有更高的色彩饱和度。