Menu

Новая методика лазерной обработки алмазов

Shane F. McClure, John M. King, John I. Koivula, and Thomas M. Moses


Недавно в продажу поступили алмазы, обработанные лазером по новой методике: в них как правило, нет отверстия на поверхности после сверления. Для лучшего понимания этого нового метода были проведены наблюдения за несколькими бриллиантами круглой огранки до и после обработки. Алмазы с темными включениями вблизи поверхности предпочтительнее для этого нового метода, суть которого состоит в том, что лазер заставляет небольшие расщепления развиваться или расширяться вокруг включения. Как только расщепление достигает поверхности, оно служит проводником для раствора, который используется для отбеливания темного включения. Нерегулярные червеобразные каналы используются для расширения расщепления, чтобы облегчить поступление отбеливающего раствора.

В феврале 2000 года исследователи из GIA Gem Trade Laboratory впервые столкнулись с тем, что казалось новым лазерным средством для обработки алмазов. До нас доходили слухи о технике лазерной обработки, разработанной в Израиле, которая не показывала типичное отверстие, достигающее поверхности, но мы еще не видели примеров, пока нам для оценки не поступил такой алмаз. При осмотре камня один из оценщиков отметил расщепление или «перо» (для целей данной статьи мы будем использовать эти термины взаимозаменяемо) с некоторыми необычными темными линиями в центре. Тщательное микроскопическое исследование выявило странно сформированные каналы внутри пера, которые явно не имели естественного происхождения (см., например, рисунок 1). По их внешнему виду предполагалось, что для расширения пера использовался лазер. Эти необычные каналы были обнаружены в нескольких других алмазах, представленных в лабораторию вскоре после этого, и мы были убеждены, что эти камни были обработаны новым процессом лазерной обработки. Мы опубликовали два кратких отчета о наших первоначальных наблюдениях (GIA News, 2000; McClure et al., 2000).

Рисунок 1. Появление в перьях неестественных, нерегулярных червеобразных каналов дало первую подсказку о том, что новая лазерная обработка появилась на рынке. Фотография сделана при 63-кратном увеличении.

Пока мы изучали происхождение этого лечения, редакторы Gems & Gemology получили сообщение от Yoichi Horikawa из Центральной лаборатории драгоценных камней в Токио. Он сообщил о введении нового типа обработки алмазов путем расширения расщепления лазерным лучом и специально приспособлен для удаления «углерода» из них. Он также сообщил, что этот процесс назывался «лечение КМ», причем эта аббревиатура означает Кидуах Мейюхад, что с иврита переводится как «специальное сверление». Недавно сообщалось о другом новом методе лазерного сверления, который формирует канал параллельных отверстий (см. GIA News, 2000; Guptill et al., 2000), но об этом в этой статье речь не пойдет. При традиционном лазерном сверлении в алмаз просверливается до темного включения (рис. 2; Crowningshield, 1970). Полученный канал служит полостью для сильной кислоты (например, серной или соляной), чтобы «отбелить» материал или удалить его полностью. Это может повлиять или не повлиять на степень чистоты алмаза, но в любом случае результирующий «белый» внешний вид обычно считается более приемлемым в торговле алмазами, чем темное пятно, которое не дает никакого света (Pagel-Theisen, 1976). С начала 1970-х годов лазерное бурение стало общепринятой торговой практикой и пока секрет этой методики не раскрывается.

Рисунок 2. Традиционное лазерное сверление обычно оставляет прямой трубчатый канал, который простирается от поверхности камня до темного включения. Фотография сделана при 20-кратном увеличении.

Почти во всех 40-50 исследованных нами алмазах, которые, по-видимому, были обработаны этим новым процессом, мы не наблюдали отверстия, оставшегося после лазерного сверления. Мы предположили, что наиболее вероятными кандидатами для этой процедуры были алмазы с мелкими черными или темными включениями (такими как различные сульфиды или графит; см. Koivula, 2000) с некоторым типом расщеплений и трещин. Один или несколько импульсных лазеров, сфокусированных на таком включении, будут генерировать достаточно тепла, чтобы заставить включение расширяться (и, возможно, даже плавиться), и, таким образом, создавать достаточное напряжение для расширения трещины к поверхности. Тогда это дало бы возможность проникновения кислот в алмаз для обесцвечивания или растворения включений. Обратите внимание, что для использования лазера необязательно иметь отверстие на поверхности алмаза. Основное назначение отверстия состоит в том, чтобы обеспечить поступление отбеливающего раствора, хотя оно также позволяет выходить газам, образующимся при испарении алмаза. Благодаря этой новой обработке перо, созданное лазером, позволяет проникать растворам и позволяет газам выходить.

Для дальнейшего исследования мы тщательно отобрали группу из девяти алмазов для обработки этой новой методикой и задокументировали их внешний вид до и после лазерной обработки (таблица 1). Мы также исследовали и сфотографировали приблизительно 25–30 алмазов, обработанной этим методом.

Таблица 1

Цвет и чистота девяти бриллиантов круглой огранки до и после обработки.

Номер образца Вес,карат Цветa Чистота до обработки Чистота после обработки
1 0,30 F I1 I1
2 0.31 F SI2 I1
3 0.33 F SI2 Не обработаны b
4 0,50 I SI1 SI2
5 0,58 J SI2 SI2
6 0,51 K SI2 I1
7 0,36 N I1 Не обработаны b
8 0,39 N I1 Не обработаны b
9 0,31 O SI1 SI1
a После лечения не было отмечено никаких изменений в цвете.
b Эти три алмаза не показали никаких доказательств обработки.

Рисунок 3. Рисунок всех, описанных выше 9 бриллиантов. Вид сверху и сбоку, чтобы показать глубину включений. Ниже приводится описание основных включений в каждом бриллианте и результат обработки. Обработанные кристаллы обведены синим цветом на лицевой стороне. (1) кристалл с черным пером - расщепление пера до поверхности площадки; (2) кристалл с черным пером - расщепление пера до поверхности павильона; (3) черный кристалл без пера - не обработанный; (4) кристалл под поверхностью площадки, окруженный черным, - обработка создала небольшое перо на поверхности площадки, но несколько черных кристаллов без перьев не были обработаны; (5) два соседних маленьких кристалла с черными перьями - обработка создала перья на поверхности площадки, но обрабатывался только один кристалл; (6) два больших кристалла с черными перьями под коронкой и возле павильона - обработка перьев на поверхности короны и павильона; (7) два маленьких кристалла с черными перьями под рундистом и краем площадки, а также другие кристаллы, не черные или без перьев - не обработанные; (8) черный кристалл без пера - не обработанный; (9) кристалл с черным пером - обработка созданного пера к поверхности площадки.

Материалы и методы

Все девять алмазов были круглой бриллиантовой огранки; они варьировались от 0,30 до 0,58 карат. Для проверки нашей гипотезы мы выбрали алмазы, которые имели темные включения вблизи поверхности и глубоко внутри камня (рисунок 3). Хорошо видимые трещины не всегда сопровождались темными включениями. Все эти признаки были задокументированы с помощью микрофотографий, алмазы были оценены по цвету и чистоте и переданы третьей стороне для обработки. По возвращении алмазы были снова сфотографированы и оценены. Наше исследование этих образцов в основном проводилось с помощью бинокулярного микроскопа при различных условиях освещения и с помощью фотографирование посредством микроскопов Nikon SMZ-10.

Результаты

После возвращения алмазов мы тщательно осмотрели их во всех ракурсах, используя темное поле, светлое поле и оптоволоконную подсветку. Мы не видели никаких доказательств обработки в трех из девяти алмазов (№ 3, 7 и 8 на рисунке 3 и в таблице 1). Два из этих трех образцов (№ 3 и 8) содержали черный кристалл без трещин растяжения, который был расположен глубоко внутри камня. Третий алмаз (№ 7) содержал два темных кристалла с небольшими трещинами растяжения, которые располагались вблизи поверхности короны. У пяти из оставшихся камней было одно обработанное включение, а у шестого (№ 6) было два, всего семь обработанных включений. Один из этих камней (№ 4) имел несколько твердых черных включений без трещин растяжения, которые не были обработаны. Чернота была полностью удалена в трех обработанных включениях (№ 1, 4 и 5), и была в основном удалена из оставшихся четырех.

Рисунок 4. Первое, что мы заметили в тех алмазах, которые действительно свидетельствовали об обработке, - это наличие новых перьев, ведущих от включений к поверхности камня. Слева мы видим кристалл, окруженный черными перьями, как это было до лазерной обработки в образце №. 2. После лазерной обработки (справа), включение больше не черное, но есть новое яркое перо, простирающееся от кристалла к поверхности. Фотография с 40-кратным увеличением.

Одной из первых особенностей, которые мы заметили после обработки, было наличие новых перьев (или удлинений ранее существовавших перьев) на обработанных включениях (рис. 4). Во всех шести камнях, на которых были обнаружены признаки обработки, зеркальные или прозрачные перья присутствовали там, где их раньше не было, соединяя первоначальное включение с поверхностью камня. Эти новые перья обычно вытянуты в направлениях, не связанных с какими-либо существовавшими ранее перьями (рисунок 5). В двух случаях несколько новых перьев в разных направлениях расщепления создавали ступенчатое продвижение к поверхности алмаза (рис. 6).

Рисунок 5. Наиболее значительным открытием в обработанных алмазах является то, что некоторые из созданных перьев были новыми, а не просто продолжением ранее существовавших перьев. Изображение слева показывает черное включение в образце №. 1 до лечения. После обработки (справа) черный цвет был удален, но теперь появилось новое яркое перо, простирающееся от трещины растяжения вокруг кристалла до поверхности камня, которое не является продолжением тех, которые присутствовали ранее. Увеличено в 40 раз.

Эти каналы обычно присутствовали по центру перьев (рисунок 7). Они варьировались от довольно прямых одиночных линий до очень запутанных множественных каналов, которые напоминали червоточины (см. Рисунки 1 и 8). Они были намного уже, чем каналы, оставленные традиционной процедурой сверления, и выглядели темными при просмотре в проходящем свете (рис. 9). Это черное появление в проходящем свете часто облегчало их обнаружение, поскольку отражающая природа перьев иногда затрудняла видимость каналов в темном поле (сравните рисунок 9 с рисунком 6).

Рисунок 6. Эта обработка может быть использована для получения крошечных расщеплений, которые образуют ступенчатый переход от включения к поверхности алмаза. Таким образом, обработчик может выбрать кратчайший путь к поверхности, даже если этот маршрут не соответствует направлению расщепления. (Заметьте, что здесь едиственное образование дуьлируется в отражении фасета.) Увеличено в 40 раз.

Четыре из семи обработанных включений в тестируемых алмазах имели отверстия на поверхности, которые возникли после обработки. Эти отверстия были расположены в центре порожденных перьев, где они разрушили поверхность камня. Они были меньше и более неправильной формы, чем традиционные лазерные отверстия, и, по-видимому, были обусловлены образовавшимися каналами, достигающими поверхности.

Рисунок 7. Обработанные образцы (этот № 5) всегда имели каналы: иногда прямые, иногда нерегулярные, вниз по середине новых перьев; в некоторых областях эти каналы выглядели черными. Увеличено в 40 раз.
Рисунок 8. Червеобразные каналы в этих обработанных бриллиантах выглядят по-разному. Эти каналы ведут от пера на поверхности к группе кристаллов и сопровождающих их перьев. Обратите внимание, что большой кристалл в правом верхнем углу не был обработан. Увеличено в 63 раза.

Внешний вид большинства включений резко изменился при лазерной обработке, так как они больше не были темными или черными (рис. 10), хотя четыре включения не были полностью обесцвечены и все еще имели некоторые незначительные черные области. Один камень (№ 5) имел два черных вкрапления (маленькие кристаллы с трещинами растяжения), прилегающие друг к другу под таблицей коронки. После обработки оказалось, что созданное перо достигло только одного из включений, так что теперь оно стало бесцветным, а рядом с ним было все еще черное (рис. 11).

Рисунок 9. Большинство лазерных каналов выглядели темными в проходящем свете. В некоторых случаях, например, при последовательной серии расщеплений как на рисунке 6, это был лучший способ их увидеть. Увеличено в 40 раз.
Рисунок 10. Новая лазерная методика значительно улучшила внешний вид большинства обработанных включений, удалив черный окрас, как видно на образце № 6. Вид слева: до лечения. Увеличено в 40 раз.
Рисунок 11. До обработки (слева) этот алмаз (образец № 5) имел два включенных кристалла, оба окруженные сопряженными темными перьями. После обработки (справа) перо наверху больше не темное и кристалл теперь хорошо виден. Однако свердение не достигло второго включения, поэтому оно осталосьнеизменным. Обратите внимание на большое, светлое перо, ведущее к поверхности, которая была создана в результате обработки. Увеличено в 40 раз.

Один камень (№ 4) имел прямоугольную полость в центре площадки, которой не было до обработки - там, где вышел кусок алмаза (рисунок 12). Сверление простиралось от включения до дна этой полости.

Рисунок 12. Эта полость, которая кажется черной в отраженном свете, отсутствовала до обработки алмаза (образец № 4), что говорит о некотором риске, связанном с использованием этой новой техники. Увеличено в 40 раз.

Обсуждение

Мы полагаем, что три алмаза, которые не показали каких-либо признаков улучшения (номера 3, 7 и 8), были сочтены неподходящими для этого процесса из-за отсутствия трещин растяжения или потому, что темное включение было слишком глубоко внутри алмаза (снова см. рисунок 3). Возможно, что один камень (№ 7), который имел два небольших темных кристалла с небольшими трещинами растяжения, не был обработан, потому что эти включения оказали минимальное влияние на общую прозрачность камня. Это подтвердило бы нашу теорию о том, что обработку лучше всего применять для ликвидации темных включениях у поверхности, как это было в случае с остальными шестью алмазами. Продуцирование перьев, достигающих поверхности из глубокого включения, вероятно, приведет к тому, что они будут еще будет более заметными, чем первоначальное включение.

Одно из включений, обработанных в нашем тестовом образце (№ 6), было расположено глубоко в алмазе, но на поверхность павильона было наведено перо, что позволило отбелить включение.

Рисунок 13. Новая лазерная обработка расширила перо, окружающее кристалл в этом камне, до поверхности. Ранее существовавшее перо на этой фотографии очень прозрачное, однако новая область гораздо более отражающая. Увеличено в 40 раз.

Самым значительным открытием при исследовании наших образцов алмазов было то, что новый процесс обработки не только расширяет существующие перья (рисунок 13), но также создает совершенно новые. Наличие ступенчатого рисунка на некоторых обработанных перьях говорит о том, что процесс лечения очень контролируем. Вызывая небольшие расщепления в этой ступенчатой схеме, обработчики, по-видимому, могут присоединять включение к поверхности наиболее прямым путем, даже если этот путь не соответствует направлению расщепления алмаза.

Рисунок 14. Похоже, что каналы, показанные здесь в центре светлой области, служат для расширения перьев, что позволяет проникать кислотам, используемым для отбеливания включений. Об этом свидетельствует более высокая видимость областей, непосредственно окружающих каналы. Увеличено в 63 раза.
Рисунок 15. Несколько больших перьев присутствовали вокруг включенного кристалла в этом алмазе, когда он был подвергнут обесцвечиванию. Остатки черного материала все еще присутствуют в нескольких перьях. Увеличено 40 раз 

Похоже, что червеобразные каналы использовались для расширения индуцированных перьев, их хорошо видно под микроскопом внутри перьев, которые непосредственно окружают каналы (рисунок 14). Это, несомненно, делается для облегчения проникновения кислот, используемых для отбеливания включений. Тем не менее, обработка не всегда была успешной при удалении всего черного материала (рисунок 15). Это может быть связано с тем, что лазерное сверление было некорректным или из-за того, что удаляемые материалы по-разному реагируют на процесс отбеливания. Например, сульфиды легко разрушаются кислотами, а графит - нет. При этом, размер включения не является проблемой, так как мы видели алмазы, в которых крупные кристаллы растворялись при помощи этой методики (рисунок 16).

Рисунок 16. Исходный большой кристалл в этом алмазе был полностью растворен при обработке. Индуцированное перо, созданное для достижения кристалла, видно чуть выше включения. Обратите внимание, что вокруг остатка большего кристалла есть несколько маленьких кристаллов, которые все еще черные, потому что перья не соединились с ними. Увеличено в 30 раз.

Обнаружение

Идентификация этого лечения, как и в случае традиционных лазерных процедур, полностью зависит от тщательного микроскопического исследования. Алмаз должен быть исследован как лицом вверх, так и в положении от площадки к калетте, используя различные условия освещения: темное поле, светлое поле и волоконно-оптическое освещение. Ищите наличие одного или нескольких признаков при идентификации. Обработка может выглядеть как зеркальное или прозрачное перо, которое простирается от включения до поверхности камня, обычно под углом, совершенно отличным от направления существовавшего ранее внутреннего скола. Обратите внимание, что эти перья часто прозрачны и могут быть не видны при определенных условиях освещения (рисунок 17). Сами трещины случаются в необработанных алмазах, но такое характерное расположение делает их подозрительными.

Рисунок 17. Использование различных условий освещения и различных углов обзора важно при обнаружении этой обработки. Червеобразные каналы четко видны на фотографии слева, но не индуцированное перо, в котором они располагаются. Изменяя положение камня, можно заставить свет отражаться от пера, чтобы его было легко увидеть (справа).Увеличено в 40 раз.

Обычно в центре плоскости расщепления имеются один или несколько небольших каналов, которые могут быть относительно прямыми или очень извилистыми и часто напоминающими червоточины. Эти каналы могут выглядеть черными или белыми при темного освещении, но обычно они темные при ярком освещении. Часто они не видны, когда свет отражается от поверхности пера алмаза, что указывает на то, что они полностью содержатся внутри пера (рис. 18). Такие каналы не замечены в необработанных алмазах. Однако в некоторых случаях каналы настолько запутаны, что их трудно распознать (см. рис. 8). Обработка также может выглядеть как серия небольших ступенчатых расщеплений, которые расположены близко друг к другу и имеют очень неестественный вид. Как правило, они связаны множеством червеобразных каналов, которые лучше всего видны в проходящем свете (см. рис. 9).

Рисунок 18. Внутренние каналы очень трудно увидеть, когда свет отражается от пера, как показанном здесь случае в верхней половине пера. Обратите внимание, что расширение пера, тем не менее, хорошо видно. Увеличено в 40 раз.

Эту обработку было очень трудно обнаружить в некоторых алмазах, как в наших исследуемых образцах, так и в тех, которые поступали в лабораторию. Обычно это происходило из-за того, что расстояние между включением и поверхностью камня было небольшим, поэтому характерные особенности, создаваемые лазером, были наименьшими и их было трудно различить. Кроме того, если включение находится очень близко к поверхности ограненного алмаза, то количество возможных углов обзора значительно уменьшается, что еще больше осложняет идентификацию такого лечение.

Заключение лаборатории

GIA раскрыла информацию о лазерном бурении в своих отчетах о классификации алмазов с момента первого документирования процесса в 1970 году (Crowningshield, 1970). Чтобы привлечь внимание к его присутствию, «лазерная скважина» указана первой в ключе к символам в отчетах GIA Diamond Grading и Diamond Dossier reports. В тех случаях, когда методы лазерной обработки не приводят к получению отверстий, достигающих поверхности, лаборатория GIA Gem Trade раскрывает обработку в разделе «Комментарии» своих отчетов заявлением: «Внутреннее лазерное сверление присутствует».

Вывод

Эта новая технология лазерной обработки исключает канал бурения, связанный с традиционным лазерным сверлением. Вместо этого обработка лазером открывает и расщепляет трещины натяжения до поверхности алмаза с тем, чтобы обеспечить проникновение отбеливающего раствора. Полученное перо имеет более «естественный» вид, чем традиционный канал лазерного сверления. Идентификация этого нового лазерного лечения требует тщательного микроскопического исследования с различными методами освещения. Такие алмазы можно узнать по наличию прозрачных зеркальных перьев, которые содержат неестественно выглядящие неправильные каналы, соединяющие внутренние включения с поверхностью камня.

Независимо от используемой технологии принципы деловой этики в алмазной промышленности требуют, чтобы такие обработки были должным образом раскрыты на всех этапах: от производителя до конечного потребителя.

ЛИТЕРАТУРА

1. Crowningshield G.R. (1970) Laser beams in gemology. Gems & Gemology, Vol. 13, No. 7, pp. 224–225.

2. GIA News (2000) GIA identified new laser drilling treatment. www.gia.edu/news, posted April 14.

3. Guptill M., Quinn E.P., Tashey T.E. (2000) Laser-drilling in diamonds: A new technique. Professional Gemologist, Vol. 3, No. 1, p. 8.

4. Koivula J.I. (2000) The Microworld of Diamonds: A Visual Reference Guide. Gemworld International, Northbrook, IL, 157 pp.

5. McClure S.F., Koivula J.I., Moses T.M. (2000) Detecting new laser drilling techniques. Rapaport Diamond Report, Vol. 23, No. 16, May 5, pp. 1 et passim.

6. Pagel-Theisen V. (1976) On lased diamonds. Börsen Bulletin, September.