Имитация бриллианта: характеристики и отличия.

Введение

Предмет, похожий на бриллиант, но не являющийся бриллиантом.

Имитатор бриллианта, имитация бриллианта или подделка под бриллиант – это предмет или материал, обладающий гемологическими характеристиками, сходными с характеристиками бриллианта. Имитаторы отличаются от синтетических алмазов, которые являются настоящими алмазами, демонстрирующими те же материальные свойства, что и природные алмазы. Алмазы, прошедшие улучшение, также исключены из этого определения. Имитатор бриллианта может быть искусственным, природным или, в некоторых случаях, их комбинацией. Хотя их материальные свойства значительно отличаются от свойств бриллианта, имитаторы обладают определенными желательными характеристиками – такими как дисперсия и твердость – которые делают их подходящими для имитации. Опытные геммологи, располагающие соответствующим оборудованием, способны отличать природные и синтетические алмазы от всех имитаторов бриллианта, главным образом, посредством визуального осмотра. Наиболее распространенными имитаторами бриллианта являются свинцовое стекло (т.е. стразы) и кубический цирконий (CZ), оба – искусственные материалы. Ряд других искусственных материалов, таких как титанат стронция и синтетический рутил, были разработаны с середины 1950-х годов, но в настоящее время они практически не используются. Мойссанит, появившийся в конце XX века, стал популярной альтернативой бриллианту, выращенной в лабораторных условиях. Высокая цена бриллиантов ювелирного качества, а также значительные этические проблемы, связанные с торговлей бриллиантами, создали большой спрос на имитаторы бриллианта.

Желаемые и дифференциальные свойства

Чтобы материал рассматривался в качестве имитации алмаза, он должен обладать определенными алмазоподобными свойствами. Наиболее совершенные искусственные имитации обладают свойствами, близкими к алмазу, но все имитации имеют одну или несколько характеристик, которые четко и (для тех, кто знаком с алмазами) легко отличают их от настоящего алмаза. Для геммолога наиболее важными отличительными свойствами являются те, которые позволяют проводить неразрушающие тесты; большинство из них основаны на визуальном анализе. Неразрушающие тесты предпочтительнее, поскольку большинство подозрительных алмазов уже огранены и оправлены в ювелирные изделия, и неудачная попытка разрушающего теста (который в основном опирается на относительную хрупкость и мягкость не-алмазов) может повредить имитацию – результат, неприемлемый для большинства владельцев ювелирных изделий, поскольку даже если камень не является алмазом, он все равно может представлять ценность. Далее приведены некоторые свойства, по которым можно сравнивать и противопоставлять алмаз и его имитации.

Прочность и плотность

Шкала твердости минералов Мооса – это нелинейная шкала, определяющая устойчивость обычных минералов к царапинам. Алмаз занимает верхнюю позицию в этой шкале (твердость 10), поскольку является одним из самых твердых известных природных материалов. (Некоторые искусственные вещества, такие как агрегированные алмазные наностержни, обладают большей твердостью.) Поскольку алмаз вряд ли подвергнется воздействию веществ, способных его поцарапать, за исключением другого алмаза, алмазные драгоценные камни обычно не имеют царапин. Твердость алмаза также визуально заметна (под микроскопом или лупой) по его высокоблестящим граням (описываемым как адамантиновый блеск), которые идеально плоские, и по его четким, острым краям граней. Чтобы имитация алмаза была убедительной, она должна быть очень твердой по сравнению с большинством драгоценных камней. Большинство имитаций значительно уступают алмазу по твердости, поэтому их можно отличить от алмаза по внешним дефектам и некачественной полировке. В прошлом так называемый «тест на оконное стекло» считался надежным методом идентификации алмаза. Это потенциально деструктивный тест, при котором подозрительный алмазный драгоценный камень царапают по стеклянной поверхности, и положительным результатом является появление царапины на стекле, но не на камне. Вместо стекла также используются твердостные наконечники и пластины для царапания из корунда (твердость 9). Проводить испытания на твердость не рекомендуется по трем причинам: стекло относительно мягкое (обычно 6 или ниже) и может быть поцарапано многими материалами (включая многие имитации); алмаз имеет четыре направления совершенного и легкого скола (плоскости структурной слабости, вдоль которых алмаз может расколоться), которые могут быть спровоцированы в процессе тестирования; и многие драгоценные камни, похожие на алмаз (включая старые имитации), сами по себе имеют ценность. Удельный вес (УВ) или плотность алмаза достаточно постоянен и равен 3,52. Большинство имитаций имеют значения значительно выше или немного ниже этого показателя, что может облегчить их идентификацию в неоправленном состоянии. Для этой цели можно использовать жидкости высокой плотности, такие как дииодометан, но все они высокотоксичны и поэтому обычно избегаются. Более практичный метод – сравнить ожидаемый размер и вес подозрительного алмаза с его измеренными параметрами: например, кубический цирконий (УВ 5,6–6) будет в 1,7 раза тяжелее алмаза аналогичного размера.

The Mohs scale of mineral hardness is a non linear scale of common minerals' resistances to scratching. Diamond is at the top of this scale (hardness 10), as it is one of the hardest naturally occurring materials known. (Some artificial substances, such as aggregated diamond nanorods, are harder.) Since a diamond is unlikely to encounter substances that can scratch it, other than another diamond, diamond gemstones are typically free of scratches. Diamond's hardness also is visually evident (under the microscope or loupe) by its highly lustrous facets (described as adamantine) which are perfectly flat, and by its crisp, sharp facet edges. For a diamond simulant to be effective, it must be very hard relative to most gems. Most simulants fall far short of diamond's hardness, so they can be separated from diamond by their external flaws and poor polish. In the recent past, the so called "window pane test" was commonly thought to be an assured method of identifying diamond. It is a potentially destructive test wherein a suspect diamond gemstone is scraped against a pane of glass, with a positive result being a scratch on the glass and none on the gemstone. The use of hardness points and scratch plates made of corundum (hardness 9) are also used in place of glass. Hardness tests are inadvisable for three reasons: glass is fairly soft (typically 6 or below) and can be scratched by a large number of materials (including many simulants); diamond has four directions of perfect and easy cleavage (planes of structural weakness along which the diamond could split) which could be triggered by the testing process; and many diamond like gemstones (including older simulants) are valuable in their own right. The specific gravity (SG) or density of a gem diamond is fairly constant at 3.52. Most simulants are far above or slightly below this value, which can make them easy to identify if unset. High density liquids such as diiodomethane can be used for this purpose, but these liquids are all highly toxic and therefore are usually avoided. A more practical method is to compare the expected size and weight of a suspect diamond to its measured parameters: for example, a cubic zirconia (SG 5.6–6) will be 1.7 times the expected weight of an equivalently sized diamond.

Оптика и цвет

Алмазы обычно ограняют в бриллианты, чтобы выявить их блеск (количество света, отражаемого обратно к наблюдателю) и игру цвета (степень, в которой видны цветные призматические вспышки). Оба свойства сильно зависят от огранки камня, но определяются высоким показателем преломления алмаза (RI – степень, в которой входящий свет отклоняется при попадании в камень) равным 2,417 (измеренным натриевым светом, 589,3 нм) и высокой дисперсией (степень, в которой белый свет разделяется на спектральные цвета при прохождении через камень) равной 0,044, измеренной по интервалу линий натрия B и G. Таким образом, если RI и дисперсия имитации алмаза слишком низкие, она будет выглядеть относительно тусклой или «безжизненной»; если RI и дисперсия слишком высокие, эффект будет казаться неестественным или даже вульгарным. Очень мало имитаций обладают близкими значениями RI и дисперсии, и даже близкие по характеристикам имитации могут быть различимы опытным специалистом. Прямые измерения RI и дисперсии затруднительны (стандартный рефрактометр имеет верхний предел около RI 1.81), но несколько компаний разработали рефлектометры для косвенной оценки RI материала путем измерения степени отражения инфракрасного луча. Не менее важен оптический характер. Алмаз и другие кубические (а также аморфные) материалы являются изотропными, то есть свет, входящий в камень, ведет себя одинаково независимо от направления. Напротив, большинство минералов анизотропны, что приводит к двойному лучепреломлению или двойственному преломлению света, входящего в материал во всех направлениях, кроме оптической оси (направление одинакового лучепреломления в двуосном материале). При небольшом увеличении это двойное лучепреломление обычно обнаруживается как визуальное удвоение задних граней ограненного камня или внутренних дефектов. Следовательно, эффективная имитация алмаза должна быть изотропной. Под длинноволновым (365 нм) ультрафиолетовым светом алмаз может флуоресцировать синим, желтым, зеленым, лиловым или красным цветом различной интенсивности. Наиболее распространенная флуоресценция – синяя, и такие камни могут также фосфоресцировать желтым цветом – считается, что это уникальное сочетание среди драгоценных камней. Реакция на коротковолновый ультрафиолет обычно незначительна или отсутствует, в отличие от многих имитаций алмаза. Кроме того, поскольку большинство имитаций алмаза искусственные, они, как правило, имеют однородные свойства: в многокаменном кольце с алмазами следует ожидать, что отдельные камни будут флуоресцировать по-разному (в разных цветах и с разной интенсивностью, некоторые, вероятно, будут инертными). Если все камни флуоресцируют одинаково, то они, скорее всего, не являются алмазами. Большинство «бесцветных» алмазов на самом деле имеют желтоватый или коричневатый оттенок, в то время как некоторые искусственные имитации совершенно бесцветны – что эквивалентно идеальному «D» в цветовой шкале алмазов. Этот фактор «слишком хорошо, чтобы быть правдой» следует учитывать; цветные имитации алмазов, предназначенные для имитации цветных алмазов, в этом отношении сложнее обнаружить, но их цвета редко бывают достаточно точными. В большинстве алмазов (даже бесцветных) можно увидеть характерный спектр поглощения (с помощью спектроскопа прямого зрения), состоящий из тонкой линии при 415 нм. Добавки, используемые для придания цвета искусственным имитациям, могут быть обнаружены в виде сложного спектра поглощения редкоземельных элементов, который никогда не встречается в алмазе. Также в большинстве алмазов присутствуют определенные внутренние и внешние дефекты или включения, наиболее распространенными из которых являются трещины и твердые посторонние кристаллы. Искусственные имитации обычно безупречны, а любые присутствующие дефекты характерны для процесса производства. Включения, наблюдаемые в природных имитациях, часто отличаются от тех, что когда-либо встречались в алмазах, особенно жидкие «перья». Процесс огранки алмаза часто оставляет нетронутыми участки первоначальной поверхности кристалла. Они называются натуральными и обычно находятся на пере (окружности) камня; они имеют форму треугольных, прямоугольных или квадратных углублений (следов травления) и встречаются только в алмазах.

Diamonds are usually cut into brilliants to bring out their brilliance (the amount of light reflected back to the viewer) and fire (the degree to which colorful prismatic flashes are seen). Both properties are strongly affected by the cut of the stone, but they are a function of diamond's high refractive index (RI—the degree to which incident light is bent upon entering the stone) of 2.417 (as measured by sodium light, 589.3 nm) and high dispersion (the degree to which white light is split into its spectral colors as it passes through the stone) of 0.044, as measured by the sodium B and G line interval. Thus, if a diamond simulant's RI and dispersion are too low, it will appear comparatively dull or "lifeless"; if the RI and dispersion are too high, the effect will be considered unreal or even tacky. Very few simulants have closely approximating RI and dispersion, and even the close simulants can be separated by an experienced observer. Direct measurements of RI and dispersion are impractical (a standard gemological refractometer has an upper limit of about RI 1.81), but several companies have devised reflectivity meters to gauge a material's RI indirectly by measuring how well it reflects an infrared beam. Perhaps equally as important is optic character. Diamond and other cubic (and also amorphous) materials are isotropic, meaning that light entering a stone behaves the same way regardless of direction. Conversely, most minerals are anisotropic, which produces birefringence, or double refraction of light entering the material in all directions other than an optic axis (a direction of single refraction in a doubly refractive material). Under low magnification, this birefringence is usually detectable as a visual doubling of a cut gemstone's rear facets or internal flaws. An effective diamond simulant should therefore be isotropic. Under longwave (365 nm) ultraviolet light, diamond may fluoresce a blue, yellow, green, mauve, or red of varying intensity. The most common fluorescence is blue, and such stones may also phosphoresce yellow—this is thought to be a unique combination among gemstones. There is usually little if any response to shortwave ultraviolet, in contrast to many diamond simulants. Similarly, because most diamond simulants are artificial, they tend to have uniform properties: in a multi stone diamond ring, one would expect the individual diamonds to fluoresce differently (in different colors and intensities, with some likely to be inert). If all the stones fluoresce in an identical manner, they are unlikely to be diamond. Most "colorless" diamonds are actually tinted yellow or brown to some degree, whereas some artificial simulants are completely colorless—the equivalent of a perfect "D" in diamond color terminology. This "too good to be true" factor is important to consider; colored diamond simulants meant to imitate fancy diamonds are more difficult to spot in this regard, but the simulants' colors rarely approximate. In most diamonds (even colorless ones) a characteristic absorption spectrum can be seen (by a direct vision spectroscope), consisting of a fine line at 415 nm. The dopants used to impart color in artificial simulants may be detectable as a complex rare earth absorption spectrum, which is never seen in diamond. Also present in most diamonds are certain internal and external flaws or inclusions, the most common of which are fractures and solid foreign crystals. Artificial simulants are usually internally flawless, and any flaws that are present are characteristic of the manufacturing process. The inclusions seen in natural simulants will often be unlike those ever seen in diamond, most notably liquid "feather" inclusions. The diamond cutting process will often leave portions of the original crystal's surface intact. These are termed naturals and are usually on the girdle of the stone; they take the form of triangular, rectangular, or square pits (etch marks) and are seen only in diamond.

Тепловые и электрические

Алмаз – чрезвычайно эффективный теплопроводник и обычно электрический изолятор. Первое свойство широко используется в электронных тепловых зондах для отделения алмазов от их имитаций. Эти зонды состоят из пары термисторов, работающих от батарей, установленных на тонком медном наконечнике. Один термистор служит нагревательным элементом, а другой измеряет температуру медного наконечника: если тестируемый камень – алмаз, он будет проводить тепловую энергию наконечника достаточно быстро, чтобы вызвать измеримое падение температуры. Поскольку большинство имитаций являются теплоизоляторами, тепло термистора не будет отводиться. Этот тест занимает около 2–3 секунд. Единственным возможным исключением является муассанит, обладающий теплопроводностью, схожей с алмазом: старые зонды могут ошибочно идентифицировать муассанит как алмаз, но современные приборы для измерения тепло- и электропроводности достаточно совершенны, чтобы различать эти два материала. Новейшая разработка – наноалмазное покрытие, представляющее собой чрезвычайно тонкий слой алмазного материала. При неправильном тестировании оно может демонстрировать характеристики, аналогичные алмазу. Электрическая проводимость алмаза имеет значение только для голубых или серо-голубых камней, поскольку интерстициальный бор, обуславливающий их цвет, также делает их полупроводниками. Таким образом, подозрение на голубой алмаз можно подтвердить, если он успешно проводит электрический ток.

Искусственные симуляторы

Алмаз имитировался искусственными материалами на протяжении сотен лет; с развитием технологий создавались все более совершенные имитации, чьи свойства становились все ближе к свойствам алмаза. Хотя большинство этих имитаций были характерны для определенной эпохи, их массовое производство обеспечивает их периодическое появление в современных ювелирных изделиях. Почти все они изначально разрабатывались для применения в высокотехнологичных областях, таких как активные лазерные среды, варисторы и устройства памяти на магнитных пузырьках. Ввиду ограниченного текущего предложения, коллекционеры могут быть готовы заплатить повышенную цену за более ранние образцы.

Резюме

+ Имитации алмазов и их геммологические свойства Материал Формула Показатель преломления (589,3 нм) Дисперсия (431–687 нм) Твердость (по шкале Мооса) Плотность (г/см³) Теплопроводность Состояние техники Алмаз C 2.417 0.044 10 3.52 Отличная Искусственные имитации Флинтовое стекло Кремний со свинцом ~ 1.6 > 0.020 < 6 2.4–4.2 Плохая 1700– Белый сапфир AlO 1.762–1.770 0.018 9 3.97 Плохая 1900–1947 Спинель MgO·AlO 1.727 0.020 8 ~ 3.6 Плохая 1920–1947 Рутил TiO₂ 2.62–2.9 0.33 ~ 6 4.25 Плохая 1947–1955 Стронциевый титанат SrTiO₃ 2.41 0.19 5.5 5.13 Плохая 1955–1970 YAG YAlO₃ 1.83 0.028 8.25 4.55–4.65 Плохая 1970–1975 GGG GdGaO₃ 1.97 0.045 7 7.02 Плохая 1973–1975 Кубический цирконий ZrO₂ (+ редкие земли) ~ 2.2 ~ 0.06 ~ 8.3 ~ 5.7 Плохая 1976– Моссанит SiC 2.648–2.691 0.104 8.5–9.25 3.2 Высокая 1998– Натуральные имитации Кварц SiO₂ 1.543–1.554 7 2.50–2.65 – Древние Андрадит CaFe(SiO₄) 1.61–1.64 0.057 6.5–7 3.8–3.9 Плохая Древние Циркон ZrSiO₄ 1.78–1.99 0.039 6.5–7.5 4.6–4.7 Плохая Древние Топаз Al₂SiO₄(F, OH)₂ 1.61–1.64 0.014 8 3.4–3.6 Плохая Древние

В столбце "Показатель преломления" для одноосно-оптических веществ указан один показатель преломления, а для двуосно-оптических веществ – диапазон.

С 1700 года

Формулирование кремневого стекла с использованием свинца, оксида алюминия и таллия для повышения показателя преломления и дисперсии началось в конце эпохи барокко. Из кремневого стекла изготавливают бриллианты, и свежеограненные экземпляры могут быть удивительно убедительными имитациями алмазов. Известные как стразы, пасты или страсс, стеклянные имитации – распространенный элемент старинных украшений; в таких случаях стразы сами по себе могут представлять ценность как исторические артефакты. Значительная мягкость (твердость менее 6), обусловленная содержанием свинца, приводит к быстрому округлению и появлению царапин на гранях и сколах страза. Наряду с раковистыми изломами, а также пузырьками воздуха или линиями наплыва внутри камня, эти признаки позволяют легко обнаружить стеклянные имитации даже при небольшом увеличении. В современном производстве стекло чаще формуют, чем режут: в таких камнях грани будут вогнутыми, а края граней – округлыми, и могут присутствовать следы от пресс-формы или швы. Стекло также комбинируют с другими материалами для создания композиционных материалов.