Типы алмазов

Система классификации типов алмазов на основе их химических и физических свойств широко используется в исследованиях алмазов. Понимание этой системы имеет решающее значение для оценки взаимосвязи между ростом алмаза, цветом и реакцией на конкретный способ обработки, так как различные типы алмазов по-разному реагируют на способы их улучшения.

Основой системы классификации алмазов является наличие или отсутствие азота, наиболее распространенной примеси в алмазе. Алмазы типа I определяются как содержащие достаточное количество N, которое можно измерить с помощью ИК-спектроскопии, тогда как алмазы типа II не содержат таких количеств азота, чтобы их можно было обнаружить с помощью ИК-спектрометра. Затем категории подразделяются в зависимости от характера присутствующих примесей.

Алмазы типа I - наиболее распространенный класс. Они содержат атомы азота в качестве основной примеси, обычно при концентрации 0,1%. Алмазы типа I подразделяются на типы Ia и Ib. Обе подгруппы содержат азот, но атомы азота в каждой расположены по-разному (см. рисунок).

Алмазы типа Ia составляют около 98% всех природных алмазов. Примеси азота, вплоть до 0,3% (3000 частей на миллион), группируются в решетке углерода по всей массе алмаза. Наиболее распространенная конфигурация для алмазов типа Ia включает два атома N, расположенные в кристаллической решетке в непосредственной близости друг от друга. Эти N-примеси обычно называют агрегатами А (или А-центрами), а алмазы, которые их содержат, называют типом IaA.

Другая конфигурация включает четыре атома N, которые симметрично окружают вакансию. (Вакансия - это узел решетки, обычно занятый атомом углерода, но который в этом случае не занят.) Эта сложная группировка образуется при объединении двух A-центров. Эти N-примесные группировки называются агрегатами B (или B-центрами), а алмазы с такой структурой относятся к типу IaB. В алмазах типа Ib отдельные атомы азота, которые заменили атомы углерода в решетке, изолированы друг от друга; то есть они обычно не встречаются в соседних позициях решетки.

Алмазы типа II не имеют заметных примесей азота. Кристаллы, как правило, большие и имеют неправильную форму. Алмазы типа II были сформированы под очень высоким давлением в течение более длительных периодов времени. Они также имеют отличные от алмазов типа Iа характеристики флуоресценции, но никакого заметного спектра поглощения в видимой области. Они подразделяются на типы IIa и IIb.

Алмазы типа IIa составляют 1-2% от всех природных алмазов (1,8% ювелирных алмазов). Эти алмазы почти или полностью лишены примесей. Следовательно, они, как правило, бесцветные и имеют самую высокую теплопроводность. Они очень прозрачны в ультрафиолетовой области, вплоть до 230 нм. Алмазы этого типа располагаются глубоко внутри земной поверхности, где давление и растяжение может вызвать структурные аномалии за счет пластической деформации в процессе роста тетраэдрической структуры кристалла, что приводит к ее несовершенству. Это придает алмазу желтый, коричневый, оранжевый, розовый, красный или фиолетовый цвета. Эту структурную деформацию можно переформатировать обработкой высоким давлением и высокой температурой (HPHT), удаляя многие или все цвета алмаза. Многие известные крупные алмазы, такие как Куллинан, Кохинор и Lesedi La Rona (с языка тсвана -«Наш свет»), относятся к типу IIa. Синтетические алмазы, выращенные с использованием способа CVD (химическое парофазное осаждение), как правило, также принадлежат к этому типу.

Алмазы типа IIb составляют около 0,1% всех природных алмазов, что делает их одними из самых редких природных алмазов и очень ценными. При очень низком содержании примеси азота, сравнимом с алмазами типа IIa, алмазы типа IIb содержат значительные примеси бора. Это приводит к поглощению ими красного, оранжевого и желтого света, придавая алмазам типа IIb светло-голубой или серый цвет. При низком содержании примесей бора алмазы бесцветные. Эти алмазы проявляют свойства полупроводников р-типа из-за несбалансированных электронных дырок; всего лишь 1 тысячная процентов бора достаточна для появления этого эффекта. Однако сине-серый цвет может возникать и у алмазов типа Ia, это не связано с содержанием бора. Алмазы типа IIb обладают характерным инфракрасным спектром поглощения с постепенным увеличением интенсивности поглощения в красной области видимого спектра.