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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf die Produktion
von extravaganten neongelb-grünen
Diamanten von Edelstein-Qualität und
insbesondere auf die Produktion dieser extravaganten Diamanten geminaler
Qualität
von verfärbten oder
so genannten „braunen" Diamanten minderwertiger
Klasse.
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Diamanten
werden herkömmlicherweise
in vier Hauptkategorien unterteilt, die als Typ Ia, Typ Ib, Typ
IIa und Typ IIb bezeichnet werden. Tatsächlich gibt es einen glatten Übergang
der Konzentration/Anordnung der Störstelle von Typ zu Typ, so
dass intermediäre
Arten ebenfalls existieren. Diamanten des Typs I enthalten Stickstoff
als Hauptstörstelle.
Diese Kategorie ist in Diamanten des Typs Ia unterteilt, bei denen
Stickstoff in einem agglomerierten Zustand entweder als A-Zentren
genannte Paare (Typ IaA) oder B-Zentren genannte Cluster (Typ IaB)
von vier Stickstoffatomen oder Mischungen davon (Typ IaA/B) existiert,
und Typ Ib, bei dem Stickstoff als nur einzelne isolierte C-Zentren
genannte Stickstoffatome auftritt. Manche Diamanten enthalten ebenfalls
Cluster von drei Stickstoffatomen, genannt N3-Zentren. Mehr als
98% der größeren klaren
natürlichen
Diamanten sind Diamanten des Typs Ia. Diamanten des Typs Ib sind
seltener und belaufen sich auf nur 0,8 natürlicher Steine. Diamanten des
Typs Ia enthalten ebenfalls flache Schichten, die kleine flache
Einlagerungen sind, die wenige Atome dick und ungefähr 300 Atome breit
sind, die etwas Stickstoff in einer nicht spezifizierten Form enthalten
können.
Diamanten des Typs Ia können
ebenfalls Hohlräume
enthalten, die kleine gleichachsige Aushöhlungen sind, die entweder
vakant sind oder die Stickstoff in einer unbekannten Form enthalten.
Hohlräume
sind hauptsächlich
bei Diamanten des Typs IaA/B oder des Typs IaB zu sehen.
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Im
Allgemeinen wird angenommen, dass alle Stickstoff enthaltenden Diamanten
als Typ Ib mit isolierten Stickstoffatomen (C-Zentren), die während des
Kristallwachstums inkorporiert wurden, begannen. Während eines
langen Zeitraums (vielleicht bis zu 1 Milliarde Jahren) wurden die
Diamanten innerhalb des Erdmantels bei Temperaturen zwischen 1000
und 1300°C
und bei hohem Druck geglüht. Während dieses
Zeitraums migrierten die Stickstoffatome in den Diamanten und bildeten
hauptsächlich zwei
Typen von Aggregaten, nämlich
Paare (A-Zentren) oder Cluster von vier (B-Zentren). 4C → 2A → 1B (1)
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Es
wird angenommen, dass Cluster von vier Stickstoffatomen (B-Zentren)
gebildet werden, wenn migrierende Stickstoffpaare (A-Zentren) miteinander kollidieren.
Es wird folglich angenommen, dass die Abfolge von Typ Ib zu Typ
IaA zu Typ IaA/B zu Typ IaB ist. Eine kleine Menge an Stickstoff
kann ebenfalls als N3-Zentren, die eine ebene Anordnung von drei,
eine gemeinsame Vakanz umgebenden Stickstoffatomen sind, agglomerieren.
Es wird angenommen, dass derartige Zentren gebildet werden, wenn sich
ein isolierter Stickstoff (C-Zentrum) während des Agglomerationsprozesses
mit einem Stickstoffpaar (A-Zentrum) verbindet. N3-Zentren sind
anscheinend weniger stabil als A- und B-Zentren, da deren Konzentration
in Diamanten des Typs Ia relativ gering ist. Flache Schichten bilden
sich, sobald das Glühen
zu der Stufe des Typs IaA fortgeschritten ist. Die Bildung von Hohlräumen sowie
ein gewisser Zerfall von flachen Schichten tritt auf, wenn sich
B-Cluster bilden, und tritt in der Typ IaB-Stufe des Glühens deutlich hervor.
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Diamanten
des Typs II enthalten keinen Stickstoff. Diamanten des Typs II werden
ferner in Typ IIa und Typ IIb unterteilt. Diamanten des Typs IIa weisen
keine Störstellen
auf. Diamanten des Typs IIb enthalten Bor in dem Bereich von Teilen
pro Millionen und sind extrem selten.
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Die
Farbe natürlicher
Diamanten kann im Bereich von klar und farblos bis gelb, orange,
rot, blau, braun und sogar grün
liegen. Bei natürlichen
Diamanten ist eine bräunliche
Tönung
die üblichste
Farbe und kann bei bis zu 98% geförderter natürlicher Diamanten auftreten.
Diamanten des Typs Ia, die Stickstoff enthalten, können farblos
sein, wenn der gesamte Stickstoff in A- oder B-Zentren eingefangen
ist. Wenn jedoch isolierte Stickstoffatome (C-Zentren) oder N3-Zentren
vorliegen, weisen die Diamanten eine gelbe Tönung auf, deren Farbton von
der Konzentration dieser Formen von Stickstoffatomen abhängt. Typischerweise
produzieren die N3-Zentren das ausgewaschene Gelb, auf das als „Kapgelb" (Cape Yellow) Bezug
genommen wird, während
isolierte Stickstoffatome (C-Zentren) das vollere lebhaftere „Kanariengelb" (Canary Yellow)
produzieren, wenn ihre Konzentration hoch genug ist. Eine kleine Menge
an Gelb in einem ansonsten farblosen Diamanten kann den Marktpreis
bedeutend verringern. Eine vollere tiefere gelbe Farbe kann jedoch
ein „extravagantes" Gelb produzieren,
das auf dem Markt einen sehr hohen Wert hat.
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Das
Verändern
der Konzentration von N3-Zentren verändert nicht nur die gelbe Farbe
eines Diamanten, sondern kann den eigentlichen Glanz oder die Menge
des von dem Diamanten zurückgeworfenen
Lichts erhöhen.
Die Elektronen um ein N3-Zentrum herum absorbieren Licht in dem
ultravioletten Teil des natürlichen
Lichtspektrums sowie blaues Licht in dem sichtbaren Spektrum. Bei
normalem Tageslicht liegt ungefähr
1/10 der Energie des Lichts in der Form von ultravioletter Strahlung
vor. Wenn die N3-Konzentration relativ hoch ist, d. h. 100 ppm, dann
wird das sichtbare blaue Licht stark absorbiert und der Diamant
weist eine definitive gelbe Farbe auf, was seinen Wert senkt. Wenn
jedoch die Konzentration der N3-Zentren durch eine Behandlung reduziert
wird, so dass die gelbe Farbgebung verschwindet, können die
verbleibenden N3-Zentren den
Glanz eines Diamanten durch einen zweistufigen Prozess beeinträchtigen.
Als Erstes wird ein ultraviolettes Photon von einem N3-Zentrum absorbiert.
Die Energie wird vorübergehend
in dem N3-Zentrum gespeichert. Einiges dieser Energie entweicht
in der Form von Phononen oder Gitterschwingungen. Nach einer durch
die Halbwertszeit des Zentrum vorbestimmten Speicherzeit wird das
N3-Zentrum die verbleibende Energie als Licht reemittieren. Da ein
Teil der Energie verloren gegangen ist, befindet sich das reemittierte
Licht nicht länger
in dem utravioletten Hochenergieteil des Spektrums. Das reemmitierte Licht
befindet sich stattdessen jetzt in dem sichtbaren Spektrum (der
technische Begriff hierfür
ist „ultraviolette
Verschiebung").
Da wir kein ultraviolettes Licht sehen, bemerken wir nicht, dass
es absorbiert wird (ein Tier wie eine Biene, die ultraviolettes
Licht sehen kann, würde
den durch die Adsorption des ultravioletten Lichts von den N3-Zentren
verringerten Glanz des Diamanten sehen). Alles, was wir sehen, ist
die erhöhte
Emission in dem sichtbaren Spektrum, und folglich erscheint der
Diamant nun außergewöhnlich hell.
Folglich wird eine kontrollierte Reduzierung von N3-Zentren bei
einem Diamanten des Typs Ia durch jede beliebige Behandlung den
Wert eines Diamanten, der sie enthält, in zwei Wegen erhöhen. Als
Erstes reduziert die Eliminierung einiger N3-Zentren die gelbe Tönung in
dem Diamanten oder eliminiert sie. Als Zweites erhöhen die
verbleibenden N3-Zentren den Glanz des Diamanten relativ zu einem
perfekten Diamanten des Typs IIa.
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Die
meisten Diamanten des Typs Ia weisen bei Förderung eine bräunliche
Farbe auf. Eine braune Farbe kann aus der Mischung von zahlreichen
anderen Grundfarben resultieren. Ein Weg besteht darin, etwas gelbe Farbe
von isolierten Stickstoffatomen (C-Zentren) oder N3-Zentren mit
etwas schwarzer Farbe, vielleicht aus submikroskopischen Einlagerungen
aus Graphit, zu mischen. Die Mischung aus Gelb und Schwarz wird
eine braune Farbe produzieren. Ein weiterer Weg, einen braunen Diamanten zu
fertigen, ist, ein Farbzentrum, das einen grünen Diamanten produziert, mit
einem Farbzentrum, das einen roten Diamanten produziert, zu mischen.
Die Kombination Rot und Grün
produziert erneut braune Farbe. Es gibt in der Tat eine unendliche
Anzahl von Farbkombinationen, die eine braune Farbe produzieren.
Es ist folglich nicht möglich,
die Farbzentren, die die Farbe eines Diamanten durch dessen Farbe
verursachen, zu bestimmen. Der Umkehrprozess ist jedoch einzigartig;
das heißt,
wenn jemand den Typ und die Konzentration der Farbzentren in einem
Diamanten kennt, kann er die resultierende Farbe vorhersagen.
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Diamanten
des Typs II variieren von farblos bis zu einer tiefblauen Farbe.
Diamanten des Typs IIa sind am wertvollsten, wenn sie farblos sind.
Es wird angenommen, dass übermäßige mechanische
Deformierung und plastisches Fließen verursachen, dass sie eine
rötlich
braune oder eine pinkfarbene Tönung
aufweisen, die ihren Wert beträchtlich
verringert. Zahlreiche natürliche
Diamanten des Typs IIa weisen diese Farbtönung auf, und ihr Wert als Schmuckstück könnte erheblich
gesteigert werden, wenn sie farblos gemacht werden könnten. Einige
Diamanten des Typs IIa weisen in sich eine stahlgraue Trübung auf,
die ihren Wert ebenfalls in hohem Maß verringert. Frühere Versuche,
Diamanten des Typs IIa zu behandeln, um deren Wert zu steigern,
sind gescheitert. G. Lenzen, Diamonds and Diamond Grading, S. 207,
Buttersworth, London (1983). Sowohl Neutronen- als auch Elektronenbestrahlung,
gefolgt von Glühen,
verursachten, dass Diamanten des Typs IIa braun wurden, wodurch
der Wert der Diamanten bedeutend gesenkt wurde.
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Diamanten
des Typs IIb weisen eine blaue Farbe auf, die durch die Borstörstelle
verliehen wird. Wegen der Seltenheit von Diamanten des Typs IIb und
ihrer attraktiven blauen Farbe weisen sie als Schmuckstücke den
höchsten
Karatwert auf.
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Im
Allgemeinen ist die Preiszuweisung von Diamanten eine empfindliche
Funktion ihrer Farbe. Diamanten von extravaganter Farbe wie etwa
kanariengelbe, blaue, rote, pinkfarbene und grüne Diamanten sind selten und
haben die höchsten
Preise. Wegen ihrer Seltenheit ist der Markt für diese nicht gut organisiert,
und sie werden gewöhnlich über Auktionen
wie bei Sotheby's
oder Christie's
verkauft. Braune Diamanten sind eine Ausnahme auf dem Markt der
Diamanten extravaganter Farbe. Braune Diamanten sind sehr verbreitet
und sind in der Vergangenheit als industrielle Diamanten ausgesucht
und verwendet worden und sind dementsprechend nicht teuer. Nach
den Diamanten extravaganter Farbe erreichen farblose Diamanten die
höchsten
Preise. Der Grad an Farblosigkeit hat eine starke nichtlineare Wirkung
auf den Preis des Diamanten. Selbst die schwächste gelbe Tönung kann
den Preis farbloser Diamanten beträchtlich reduzieren.
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Angesichts
der relativen Preise von Diamanten extravaganter Farbe, farbloser
und brauner Diamanten besteht ein starker finanzieller Anreiz, braune
Diamanten entweder zu farblosen Diamanten oder zu Diamanten extravaganter
Farbe abzuändern. Bestrahlung
ist häufig
verwendet worden, um die Farbe derartiger Diamanten von unattraktiven
Farben in attraktive blaue, grüne,
orangefarbene, schwarze und gelbe Farben zu ändern. Elektronen-, Neutronen-,
Gammastrahlen und Alphapartikel sind verwendet worden, um durch
Bestrahlung produzierte Farbzentren in Diamanten zu produzieren.
Neutronen-, Gamma- und Elektronenbestrahlung werden bevorzugt, da
sie wegen ihrer guten Durchdringungskraft eine einheitlichere Kolorierung
des Diamanten produzieren. Die Verwendung von Neutronen ist etwas
gefährlich,
da durch Neutronenaktivierung radioaktive Spezies in den Einlagerungen
in Diamanten produziert werden können.
Zusätzlich
dazu entwickeln typische Behandlungen durch Elektronen- oder Alphabestrahlung
nur eine oberflächliche
Farbe, die auf die äußeren Bereiche
des Diamanten begrenzt ist.
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Im
Wesentlichen produzieren alle der unterschiedlichen Typen von Bestrahlung
Vakanzen in dem Diamanten, die in dem sichtbaren Spektrum als GR1-Bande
zu sehen sind. Die Absorption durch die GR1-Bande produziert eine
grüne,
blau-grüne,
dunkelgrüne
oder sogar eine schwarze Farbe in dem Diamanten durch die Absorption
bei 740,9 nm und von 412–430
nm. Vakanz-Farbzentren können
durch Glühen
bei hoher Temperatur modifiziert werden, um Farben im Bereich von
Blau bis Pink bis Rot bis Grün zu
produzieren. Das Glühen
kann bei so niedrigen Temperaturen wie 600°C durchgeführt werden, da die große Anzahl
von durch Bestrahlung eingeführten
Vakanzen vorübergehend
die Mobilität
von Stickstoff und anderen Störstellen
in dem Diamanten erhöht.
Schließlich
können
die Vakanzen durch Vakanz-Senken wie etwa freie Oberflächen, Versetzungen
und Einlagerungsschnittstellen in dem Diamanten entschärft und
absorbiert werden. Wenn die Vakanzen verschwinden, verringert sich
naturgemäß auch deren
direkte Wirkung auf die Farbe des Diamanten. Die Farbe geht folglich
stufenweise durch eine Sequenz von blau zu grün zu braun zu gelb und zurück zu der
ursprünglichen
Farbe des Diamanten. Das Glühen
kann an jedem beliebigen Punkt der Glühsequenz gestoppt werden, um
die gewünschte Farbe
zu produzieren. Mehrfache Bestrahlungsschritte und Glühschritte
können
vorgenommen werden, um die Farbe weiter zu manipulieren.
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In
den vergangenen Jahren haben Leute Diamanten bei fortschreitend
höheren
Temperaturen geglüht,
um zu versuchen, verräterische
Zeichen der Bestrahlung in dem Diamanten zu eliminieren, da „behandelte" Diamanten im Vergleich
zu natürlichen Diamanten
mit einem Preisnachlass bewertet werden. Die GR1-Linie der Vakanz
beginnt über
400°C zu
verschwinden, während
die Vakanzen aus dem Kristall glühen.
Weitere Bestrahlungslinien bestehen jedoch bei höheren Temperaturen fort. Viele
der Informationen, die die Bestrahlungs- und Glühbehandlungen bei Diamanten
betreffen, werden von den Organisationen, die derartige Behandlungen
ausführen, als
Betriebsgeheimnis bewahrt.
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Über ein
Beispiel eines möglicherweise
bestrahlten und wärmebehandelten
grünlich-gelben
Diamanten wurde in einer vor kurzem erschienen Ausgabe von Gems & Gemology, XXXIII,
S. 136–137, (Sommer,
1997) berichtet. Einige runde Ein-Karat-Brilliantsteine wurden für Tests
an das GIA-Labor gegeben. Aus ihren spektroskopischen Untersuchungen
schloss GIA, dass diese Diamanten behandelt worden waren. Zusätzlich dazu
folgerten sie, dass die Diamanten bestrahlt und nachfolgend auf über 1450°C erhitzt
worden waren. Obwohl die normalen Bestrahlungssignaturen wie etwa
die GR1-Linie bei 741 nm und die aus einer Kombination von Bestrahlung
und Wärmebehandlung
stammenden HIb- und HIc-Linien bei diesen zwei Steinen nicht vorlagen, verfügten die
Steine über
eine Absorptionsspitze in dem nahen Infrarot-Bereich bei 985 nm.
Obwohl die Erfassung behandelter Steine mehr als Kunst denn als
Wissenschaft zu verstehen ist, wird gemeinhin angenommen, dass Diamanten,
die bei 595 nm, 1936 nm und 2024 nm keine Absorptionsspitzen zeigen, „mit hoher
Wahrscheinlichkeit nicht behandelt worden sind". J. Wilks, et al., Properties and Applications
of Diamonds, S. 91, Buttersworth, London (1991).
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Diamanten
des Typs Ia, bei denen N3-Zentren dem Kristall eine leicht gelbe
Tönung
verleihen, sind die häufigsten
zur Bestrahlung und für
Glühbehandlungen
ausgewählten
Steine gewesen. Elektronen- oder Neutronenbestrahlung dieser Steine
und eine nachfolgende Wärmebehandlung
erzeugen H3-Zentren (Stickstoff-Vakanz-Stickstoff) und H4-Zentren
(Stickstoff-Stickstoff-Vakanz-Stickstoff-Stickstoff), die eine ansprechende
bernsteinfarbene goldene Farbe für
die Steine ergibt, wenn sie dem Licht des sichtbaren Spektrums ausgesetzt
werden. Zusätzlich
dazu fluoreszieren die H3-Zentren in UV-Licht eine gelblich-grüne Farbe
(E. Fritsch in „The Nature
of Diamonds" von
G. E. Harlow, Seite 35, Cambridge University Press, (1998)). Die
H3- bzw. H4-Zentren weisen Absorptionsbanden bei 503 und 496 nm
auf. Zusätzlich
dazu kann sich eine Vakanz mit einem Einzelstickstoff-C-Zentrum
verbinden, um ein H2-Zentrum zu bilden (Stickstoff-Vakanz). Dieses H2-Zentrum
kann dem Kristall ebenfalls eine grünliche Farbe verleihen, und
seine optische Spektralsignatur ist eine vibronische Absorptionsbande
bei 637,3 nm. Durch das Absorbieren von Licht in der roten Wellenlänge bei
637 nm wird das verbleibende, von dem Kristall kommende Licht zu
einer grünlichen Farbe
hin verschoben. Auf dem CIE L·a·b-Farbraum verschiebt
sich die Farbe von +a (rot) bis –a (grün). V + A → H3 (2) V + B → H4 (3) V + C → H2 (4)
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Ungefähr 10% der
Energie im Tageslicht liegt in der Form von ultravioletten Strahlen
vor, die für
das menschliche Auge nicht sichtbar sind. Dieses UV-Licht kann ansonsten
nicht sichtbare Farbzentren in dem Diamanten anregen und verursachen,
dass diese im Sichtbaren lumineszieren oder fluoreszieren. Bei weißen Diamanten
wird im Allgemeinen angenommen, dass Diamanten, die nicht lumineszieren,
attraktiver sind als Diamanten, die lumineszieren, obwohl dies ein kontroverser
Streitpunkt ist. T. Mose et al., Gems & Gemology 33(4) 244 (1997); A. T.
Collins, J. Gemology, XVIII, S. 37–75 (1982).
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Starke
Farblumineszenz in einem Diamanten verleiht eine Farbqualität, die an
ein Neonlicht erinnert, nämlich
an eine leuchtende, ätherische
Art von Farbe. Manche Leute finden diese neonartige Farbe sehr attraktiv,
andere nicht.
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Lumineszenz
von allen Farbzentren in dem Diamanten kann durch eine hohe Konzentration
von A-Zentren unterdrückt
werden. Wenn sich ein A-Zentrum
in einem Diamanten in der Nähe
eines Farbzentrums befindet, wird die von dem Zentrum absorbierte UV-Komponente
des natürlichen
Lichts nicht als Fluoreszenz oder Photolumieszenz neu zurück gestrahlt.
Eher wird die von dem Farbzentrum absorbierte UV-Energie an das
A-Zentrum übertragen
und nicht strahlend zerfallen, d. h. unsichtbar zerfallen. Mit anderen
Worten wird anstatt eines sichtbaren Lichts eine Gitterschwingung
oder entsprechend ein Phonon oder Wärme emittiert, wenn sich ein
A-Zentrum nahe an einem angeregten Farbzentrum, das ein UV-Licht
absorbiert hat, befindet. Wenn jemand folglich einem Kristall eine
neonartige Farbe verleihen will, muss die Konzentration der A-Zentren unterhalb
eines kritischen Maximums gehalten werden, bei dem die gesamte Lumineszenz
des Steins gedämpft
würde.
Experimentiell wurde herausgefunden, dass sich die Lumineszenz mit
zunehmender Konzentration von A-Zentren erhöht. Wenn wir in Abwesenheit
von A-Zentren 100%
für die
Lumineszenz nehmen, dann verringern 100 ppm Stickstoff in A-Zentren
die Lumineszenz auf 15%, während
300 ppm Stickstoff in A-Zentren die Lumineszenz auf nur 2,5% verringern.
Wenn der Stickstoff in A-Zentren weniger als 50 ppm beträgt (G. Davies
et al., Diamond Research 1978, 18–23 (1978)), kann das Kristall
immer noch sichtbar lumineszieren, da genügend der UV-erregten Farbzentren
von A-Zentren isoliert sind,
so dass angeregte Farbzentren zurück strahlen und lumineszieren
können,
anstatt unsichtbar zu zerfallen. Typische Farbzentren, die durch
UV-Licht angeregt werden, umfassen die oben erörterten N3-Zentren und H3-Zentren.
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Eine
Herangehensweise, die ausprobiert worden ist, um die Farbe eines
natürlichen
Diamanten des Typs Ia zu ändern,
ist, in der stabilen Diamantenregion auf sehr hohe Temperaturen
und sehr hohen Druck zu gehen, wo Stickstoffatome beweglicher sind.
Für jede
Erhöhung
um 100° Celsius
in der Temperatur erhöht
sich die Mobilität
des Stickstoffs in dem Diamanten um fast eine Größenordnung. Evans, et al.,
Proc Roy Soc Lond, a 344, 111–130 (1975)
und Bonzel, et al., Proc Roy Soc Lond, A 361, 109–127 (1978),
geglühten
Diamanten des Typs Ia, die Stickstoff enthielten, in der stabilen
Diamantenregion bei Temperaturen über 1960°C unter Stabilisierungsdruck,
von bis zu 85 Kilobar (kbar) war; d. h. in dem stabilen Bereich
des Diamanten. Die Anwendung von Druck ist notwendig, um den Diamanten
in dem stabilen Diamantenteil des Druck-Temperatur-Diagramms von Kohlenstoff
zu halten. F. P. Bundy, Physica, A156, 169–178 (1989). Ansonsten würde das
Aussetzen des Diamanten gegenüber
derart hohen Temperaturen in der schnellen Graphitisierung des Diamanten
resultieren. Die stabile Phase des Diamanten gegenüber der
stabilen Phase des Graphits wird im Allgemeinen als durch die Simon-Berman-Linie
definiert akzeptiert. Die Simon-Berman-Linie teilt die stabilen
Regionen des Diamanten und des Graphits in der Phase/Temperatur
(PT)-Abbildung. C. S. Kennedy und G. C. Kennedy definieren die Simon-Berman
Linie in J. Geophysics Res, Vol. 81, S. 2467–2469 (1976) durch die folgende
Gleichung: P(kilobar) = 19,4 + 0,025 T (Grad
Celsius).
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Die
meisten der Diamanten, die von Evans et al. und Bonzel et al. behandelt
worden sind, waren der Typ IaA/B, d. h. sie besaßen eine Mischung aus Stickstoff-Clustern,
die entweder Stickstoffpaare (A-Zentren)
oder -Quadrupel (B-Zentren) beinhalteten, da Diamanten mit reinen
IaA- oder IaB-Eigenschaften sehr selten sind. Alle Diamanten enthielten flache
Schichten. Bei den Diamanten mit überwiegend A-Zentrum-Clustern
nahmen die Diamanten eine gelbe Farbe an, da einige der Cluster
aufbrachen und C-Zentren, isolierte Stickstoffatome (Typ Ib), bildeten.
Bei der Behandlung von Diamanten mit überwiegend B-Zentren, die anscheinend
stabiler als A-Zentren sind, waren sie weniger erfolgreich. Die
attraktivsten und intensivsten gelben Farben wurden mit Diamanten
des Typs Ia bei Temperaturen zwischen 2250 und 2300°C und 48
Kilobar Druck (Evans et al., supra.) erhalten.
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Obwohl
Evans und Mitarbeiter einen erfolgreichen Farbwechsel erreichten,
zerbröckelten
Diamanten des Typs Ia und IIa in kleine Stücke. Mit anderen Worten war
die Operation erfolgreich, aber der Patient tot. Kein wirtschaftlicher
Wert wurde geschaffen, und der ursprüngliche Wert der Diamanten
wurde durch die Behandlung zerstört.
Das Erfordernis, in der stabilen Diamantenregion des Kohlenstoff-PT-Diagramms
zu arbeiten, erfordert bei den involvierten Behandlungstemperaturen
außerordentlich
hohen Druck. Derartig hoher Druck ist entweder gegenwärtig unerreichbar
oder nicht wirtschaftlich. Als Ergebnis ihrer Arbeit wurden Behandlungen
von Diamanten unter hohem Druck und hoher Temperatur, um deren Farbe
zu verändern,
von der Diamantenforschungsgemeinschaft zugunsten von Bestrahlung und
Glühen
bei niedriger Temperatur abgebrochen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Behandeln
von verfärbten
natürlichen
Diamanten, besonders Diamanten des Typs IaB, des Typs IaA/B und
Diamanten des Typs IaA mit Stickstoff entweder überwiegend als B-Zentren und/oder
mit niedrigen Konzentrationen von Stickstoff in A-Zentren, vorzugsweise
weniger als 100 ppm, bei Druck und Temperaturen in der stabilen Graphitregion
des Kohlenstoffdrucktemperaturdiagramms, um eine gelbgrüne, neonartige
Farbe des Diamanten zu produzieren. Das Verfahren umfasst das Platzieren
eines verfärbten
natürlichen
Diamanten in ein Druckfortpflanzungsmedium, d. h. ein Pulver, das
zu einer Pille verdichtet wird. Als Nächstes wird die Pille bei erhöhtem Druck
und erhöhter
Temperatur in einer Hochdruck-/Hochtemperatur (HPHT)-Presse innerhalb
des stabilen Graphit- oder des stabilen Diamantbereichs für einen
Zeitraum platziert, der ausreichend ist, um die Farbe des Diamanten
zu verbessern. Schließlich
wird der Diamant aus der Presse wiedergewonnen. Neongelb-grüne Diamanten
können
durch dieses Verfahren gefertigt werden.
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Typische
Temperaturen liegen in dem Bereich von 1500 bis 3500°C, wobei
der entsprechende Druck in dem Bereich von 10 bis 100 Kilobar und
vorzugsweise von 20 bis 80 Kilobar liegt. Druckzeiten in der HPHT-Presse können von
so kurz wie 30 Sekunden bis zu 96 Stunden oder mehr liegen, wobei Druckzeiten
vorzugsweise von 5 Minuten bis 24 Stunden liegen. Diese Bedingungen
(Zeit, Temperatur und Druck) sind korreliert und werden der Beschaffenheit
der Verfärbungsdefekte
in dem Diamanten, die geändert
werden müssen,
um die Farbe des Diamanten zu verbessern, angepasst. Die HPHT-Behandlung
entfernt jeglichen braunen Farbstich oder jegliche braune Farbgebung,
die bei dem anfänglichen
Diamanten existiert haben könnte.
Natürliche Diamanten
wurden typischerweise bei Temperaturen im Bereich von 1000 → 1300°C über Zeiträume von 100
Millionen bis 3 Milliarden Jahre gehalten. Dieser Zeitraum ermöglichte
einzelnen Stickstoffatomen die Migration und Bildung von A, B, und
N3-Zentren. Wenn die Stickstoffkonzentration hoch und der Zeitraum
lang war, dann lief die in Gleichung 1 gezeigte Reaktion vollständig ab,
d. h. der gesamte Stickstoff endete in B-Zentren, was der niedrigste
Energiestatus ist. Wenn der Zeitraum kurz und die Temperatur relativ
niedrig war, dann lief die in Gleichung 1 gezeigte Reaktion nicht
vollständig
ab, und diese natürlichen
Diamanten können
einige C-Zentren (Typ Ib) oder A-Zentren (Typ IaA) oder Gemische
davon oder Gemische aus A- und B-Zentren (Typ IaA/B) aufweisen.
Beim Gehen auf hohe Temperaturen erhöht sich die Mobilität von Stickstoff
um Größenordnungen. Die
höheren
Temperaturen können
ebenfalls stabile B-Zentren
und A-Zentren aufbrechen. Wenn man folglich mit einem Diamanten
des reinen Typs IaA beginnt, enthält er nach einem HPHT-Glühen neue
C- und neue B-Zentren und weniger A-Zentren. Auf ähnliche
Weise enthält
ein Diamant des Typs IaB auf ein HPHT-Glühen folgend einige neue A-
und neue C-Zentren und weniger B-Zentren. Auf ähnliche Weise enthält ein Diamant
des Typs Ib nach einem HPHT-Glühen
neue A- und neue
B-Zentren und weniger C-Zentren. Ein wichtiges Ziel unserer Erfindung ist
es, die endgültige
Konzentration von Stickstoff in A-Zentren auf weniger als 50 ppm
zu halten, so dass die A-Zentren die gewünschte Fluoreszenz nicht dämpfen. Dies
kann durch das Auswählen
von Kristallen vollbracht werden, bei denen die Gesamtstickstoffkonzentration
weniger als 50 ppm ist, oder durch das Auswählen geeigneter Kristalle mit
höheren Stickstoffkonzentrationen,
die nach dem HPHT-Glühen
weniger als 50 ppm Stickstoff in A-Zentren aufweisen. Ein weiteres
Ziel unserer Erfindung ist das Minimieren der Anzahl von C-Zentren
in dem Diamanten, da diese C-Zentren dem Diamanten eine kanariengelbe
Farbe statt einer neonartigen gelblich-grünen Farbe verleihen. Wenn die
Konzentration von C-Zentren um einige ppm größer ist, kann die neonähnliche
Farbcharakteristik der H3-Zentren durch das Kanariengelb der C-Zentren
verdrängt
werden. Die idealen anfänglichen
Diamanten, um neonartiges Gelblich-Grün zu fertigen, sind IaB-Typen.
Während des
HPHT-Glühens
brechen einige B-Zentren auf, um A-Zentren zu bilden, von denen
einige durch das Kombinieren mit überschüssigen Vakanzen während des
Abkühlens
N3-Zentren bilden. Diese Diamanten geben uns das maximale Verhältnis von
H3- zu A-Zentrum-Konzentration, während die Anzahl von Farbe
vedünnenden
C-Zentren minimiert wird. Zahlreiche bräunliche Diamanten aus der Argyle-Mine
in Australien sind für
unsere Zwecke ideal und sind zu wirtschaftlich attraktiven Preisen
erhältlich.
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Zusätzlich zu
der Neuanordnung von Stickstoffatomen während eines HPHT-Glühens werden Vakanzen
bei hohen Temperaturen aus Vakanzquellen in dem Diamanten wie etwa
Verschiebungen, externen Oberflächen
und internen Oberflächen
erzeugt, so dass die Vakanzkonzentration die durch das thermale
Gleichgewicht bei höheren
Temperaturen vorgegebenen höheren
Konzentrationen erreichen kann. Die Vakanzkonzentration Cv wird
durch Folgendes gegeben; Cv = Co exp (–Qv/RT) (5)wobei Co
eine Konstante ist, Qv die Bildungsenergie der Vakanz ist, R die
universale Gaskonstante ist und T die absolute Temperatur in Kelvin
ist. Qv wird auf 1,6 eV geschätzt.
Die Gleichgewichtsvakanzkonzentration ist eine sich monoton erhöhende Funktion
der Temperatur. Beim Abkühlen
wird eine Übersättigung von
Vakanzen in dem Diamanten geschaffen. Um während des Abkühlens ein
Gleichgewicht zu erreichen, migrieren überschüssige Vakanzen und werden durch
Vakanzsenken absorbiert. Bei Diamanten sind die stärksten Senken
Stickstoffkomplexe wie etwa A-, B- und C-Zentren (G. Davies et al.,
Phys. Rev. B 46, 13157–13170
(1992)). Folglich werden während
des Abkühlens
H2-, H3- und H4-Zentren gebildet, wie oben in den Gleichungen 2,
3 und 4 gezeigt. Es ist bekannt, dass durch die Kombination von einer
freien Vakanz mit einem A-Zentrum gebildete H3-Zentren eine gelblich-grüne Farbe
fluoreszieren (E. Fritsch in "The
Nature of Diamonds" von
G. E. Harlow, Seite 35, Cambridge University Press, (1998)). Um
die stärkste
neonartige gelblich-grüne Farbe zu
entwickeln, sollte folglich ein Diamant demzufolge eine hohe Konzentration
von H3-Zentren aufweisen, die die gewünschte Fluoreszenz produzieren,
und eine niedrige Konzentration von A-Zentren, die die Fluoreszenz
dämpfen.
Unsere HPHT-Behandlung von geeigneterweise ausgewählten natürlichen
Diamanten produziert Diamanten mit einer hohen Konzentration von
H3-Zentren und einer niedrigen Konzentration von A-Zentren.
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Da
die überschüssige Vakanzkonzentration nur
ein paar Teile pro Million ist, kann die Konzentration von A-Zentren,
die notwendig ist, um fluoreszierende H3-Zentren zu bilden, entsprechend
klein sein. Jegliche zusätzlichen
A-Zentren dämpfen
einfach beliebige potentielle fluoreszierende H3-Zentren in ihrer Umgebung
durch das Bereitstellen von Routen für nicht strahlenden Zerfall.
Die HPHT-Behandlung unserer Erfindung kann daher für Diamanten
des Typs IaB von kurzer Dauer sein und bei relativ niedrigen Temperaturen
im Vergleich zu unseren HPHT-Behandlungen
von IIa-Kristallen erfolgen, um die Umwandlung von B-Zentren zu A-Zentren
während
des HPHT-Glühens
zu minimieren. Umgekehrt kann bei Diamanten des Typs IaA eine HPHT-Glühung mit
länger
andauernder und/oder höherer
Temperatur wünschenswert
sein, da mehr A-Zentren in B-Zentren umgewandelt werden. Bei Typ
IaA/B hängt
die beste Behandlung von dem Anteil von A- und B-Zentren in dem
Diamanten ab. Diejenigen mit einem hohen Anteil an B-Zentren sollten
wie die IaB-Diamanten behandelt werden, während diejenigen mit einem
hohen Anteil an A-Zentren wie IaA-Diamanten behandelt werden sollten.
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Vorteile
der vorliegenden Erfindung umfassen die Möglichkeit, die Farbe verfärbter oder
unattraktiv gefärbter
Diamanten aufzurüsten,
um extravagante neongelbe grünfarbige
Diamanten zu produzieren. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit,
die mechanische und strukturelle Integrität der in der Farbe verbesserten
Diamanten aufrechtzuerhalten. Ein weiterer Vorteil ist die spezifische
Möglichkeit,
neongelblich-grüne
Diamanten aus Diamanten sowohl des Typs Ib, des Typs IaA, des Typs
IaB und des Typs IaA/B zu fertigen. Ein weiterer Vorteil ist die
Möglichkeit,
die optische Klarheit der hier offenbarten behandelten Diamanten
beizubehalten. Dieser und weitere Vorteile sind aus der hier dargelegten
Offenbarung klar ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Für ein besseres
Verständnis
der Beschaffenheit und der Ziele der vorliegenden Erfindung sollte
auf die folgende detaillierte Beschreibung zusammen mit den beiliegenden
Zeichnungen Bezug genommen werden, in denen:
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1 eine
Querschnittsansicht eines herkömmlichen
HPHT-Apparats ist, der benutzt werden kann, um verfärbte Diamanten
zum Verbessern ihrer Farbe zu glühen;
und
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2 eine
Querschnittsansicht einer typischen Reaktionszelle zum Glühen natürlicher
Diamanten in dem Apparat in 1 ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit einem herkömmlichen
HPHT-Apparat dargestellt, der von der Gürtel- oder Gesenkart sein kann,
die zum Beispiel in den U.S. Pat. Nr. 2,947,611; 2,941,241; 2,941,248;
3,609,818; 3,767,371; 4,289,503; 4,673,414 und 4,954,139 beschrieben
ist. Es versteht sich jedoch, dass das Verfahren der vorliegenden
Erfindung in jedem HPHT-Apparat Anwendung finden kann, der die erforderlichen
HP- und HT-Bedingungen simultan bereitstellen kann. Es ist demgemäß beabsichtigt,
dass derartige andere HPHT-Apparate innerhalb des Bereichs der hier
beschriebenen Erfindung liegen.
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Unter
Beachtung von 1 wird ein darstellender HPHT-Apparat,
der bei der Ausübung
der vorliegenden Erfindung nützlich
ist, im Allgemeinen bei 10 gezeigt, um eine im Allgemeinen
zylindrische Reaktionszellenanordnung 12 zu beinhalten,
die zwischen einem Paar Presswerkzeugen 14a und 14b eingeschoben
ist und von einem im Allgemeinen ringförmigen Gürtel oder Gesenkelement 16 umgeben ist.
Vorzugsweise sind sowohl die Presswerkzeuge 14 als auch
das Gürtelelement 16 aus
einem relativ harten Material gebildet, wie etwa gesintertem Wolframcarbid.
Zwischen den Presswerkzeugen 14 und dem Gürtelelement 16 befindet
sich ein Paar Isolieranordnungen 18a und 18b,
von denen jede aus einem Paar thermal und elektrisch isolierender
Elemente 20a–b
und 22a–b
gebildet ist, von denen jedes vorzugsweise aus Pyrophyllit oder
dergleichen gebildet ist und eine dazwischen angeordnete metallische intermediäre Dichtung 24a und 24b aufweist.
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Wie
gezeigt, umfasst die Reaktionszellenanordnung 12 einen
hohlen Zylinder 26, der aus einem Material wie etwa Salz
oder dergleichen gebildet sein kann, das während des HPHT durch Phasentransformation
oder Kompaktierung in einen stärkeren,
steiferen Zustand umgewandelt wird, oder alternativ aus einem Talkmaterial
oder dergleichen, das nicht so umgewandelt wird. In beiden Fällen wird
das Material des Zylinders 12 als im Wesentlichen frei
von Unstetigkeiten im Volumen oder dergleichen unter HPHT, wie es
zum Beispiel mit Pyrophyllit oder Aluminiumoxidmaterialien auftreten
kann, ausgewählt.
Materialien, die derartigen Kriterien entsprechen, sind in U.S. Patent
Nr. 3,030,662 beschrieben.
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Konzentrisch
innerhalb des Salzzylinders 26 positioniert befindet sich
ein angrenzender Zylinder 28, der als ein elektrisches Graphitwiderstandsheizrohr
bereitgestellt ist. Eine elektrische Verbindung mit dem Heizrohr 28 wird über ein
angrenzendes Paar Endscheiben 30a und 30b aus
leitendem Metall, die bezüglich
des Heizrohrs 28 axial angeordnet sind, erreicht. Angrenzend
an jede Scheibe 30 ist eine Endkappenanordnung bereitgestellt,
die im Allgemeinen bei 32a und 32b gezeigt wird,
von denen jede einen Isolierstopfen 34a und 34b,
der von einem elektrisch leitenden Ring 36a und 36b umgeben
ist, beinhaltet.
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Es
versteht sich, dass das Innere des Heizers 28 zusammen
mit den Endscheiben 30, dem Salzzylinder 26 und
den Endkappenanordnungen 32 eine im Allgemeinen zylindrische
innere Kammer definiert, gezeigt bei 38, die definierte
axiale und radiale Ausmaße
aufweist und ein Druckfortpflanzungsmedium 40 enthält. Das
Druckfortpflanzungsmedium 40 wird so ausgewählt, dass
es einen relativ niedrigen Koeffizienten interner Reibung aufweist,
um es unter HPHT-Bedingungen halbflüssig zu machen, und es kann
als eine zylindrische Salzeinlage 42 bereitgestellt werden,
die die radialen Druckfortpflanzungsschichten 43a und 43b definiert,
und ist mit einem axialen Paar Salzstopfen 44a und 44b versehen,
von denen jeder eine axiale Druckfortpflanzungsmediumsschicht definiert.
Die Salzeinlage 42 und die Stopfen 44 sind vorzugsweise
aus einem Graphitmaterial oder aus Natriumchlorid gebildet, können aber auch
aus jedem beliebigen Chlorid, Iodid oder Bromid von Natrium, Kalium
oder Kalzium oder einem Gemisch davon gebildet sein. Alternativ
kann das Druckfortpflanzungsmedium 40 in Form von Pulver oder
Feststoffteilchen bereitgestellt werden. In jedem Fall definiert
das Medium 40 einen Aushöhlungsraum, wie bei 46 gezeigt,
der konfiguriert ist, um den verfärbten, zu glühenden Diamanten
aufzunehmen. Die Konfiguration eines repräsentativen HPHT-Apparats zum
Ausüben
der vorliegenden Erfindung ist derart.
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Beim
Abweichen von herkömmlichen
Verwendungen von HPHT- Apparaten
wird der zu glühende
Diamant innerhalb eines gepulverten Druckfortpflanzungsmediums platziert,
das dann auf über 90%
seiner theoretischen Dichte verdichtet oder zusammengepresst wird,
um eine Pille zu bilden. Das Pillenmedium muss hydrostatischen Druck
ohne Verlust als ein Kontinuum auf Diamantenoberflächen in dem
HPHT-Apparat übertragen,
um Scherbeanspruchung zu vermeiden, die den behandelten Diamanten
plastisch deformieren könnte.
Das Pillenmedium muss ebenfalls thermisch und chemisch stabil sein und
sollte vorzugsweise nicht mit dem Diamanten reagieren oder seine
Auflösung
verursachen. Geeignete Medien sind stabile Fluide oder Gase bei
Glühungsbedingungen
oder hoch plastische Feststoffe, die Salze wie oben beschrieben,
Oxide wie etwa Magnesiumoxid oder Kalziumoxid oder Kohlenstoffe
wie etwa Graphit einschließen,
aber nicht auf diese begrenzt sind. Das Pillenmedium muss ebenfalls
auf den hohen Druck und die hohen Temperaturen, die bei dem HPHT-Apparat
angetroffen werden, skalierbar sein. Schließlich muss das Pillenmedium
eine Volumenkomprimierbarkeit besitzen, die klein ist und mit dem
Dichtungssystem vergleichbar ist, d. h. es muss frei von Fehlstellen
sein und unter Glühungsbedingungen
fast auf seiner theoretische Gitterdichte liegen. Mehrere Pillen
können,
wenn nötig,
wünschenswert
oder zweckmäßig innerhalb
der Aushöhlung 46 untergebracht
werden.
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Druckbedingungen
für die
vorliegende Erfindung schließen
Bedingungen in der stabilen Graphitregion des PT-Diagramms ein,
typischerweise im Bereich von 10 bis 200 Kilobar und vorzugsweise
von 20 bis 80 Kilobar. In der Ausübung der vorliegenden Erfindung
eingesetzte Temperaturen befinden sich typischerweise im Bereich
von 1500 bis 3500°C.
Die Glühungsbedingungen
hängen
von der Beschaffenheit des Defekts in dem Diamanten ab, der entfernt oder
verändert
werden muss, um die Farbe zu verbessern, und können leicht von Fachleuten
ohne übermäßiges Experimentieren
bestimmt werden. Es ist ausschlaggebend für die vorliegende Erfindung, dass
die HPHT-Bedingungen innerhalb des stabilen Graphitbereichs des
Kohlenstoffphasendiagramms liegen.
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HPHT-Bedingungen
werden über
eine Zeit, die zur Verbesserung der Farbe des verfärbten Diamanten
angemessen ist, aufrechterhalten. Derartige Zeiten können im
Bereich von einigen Minuten bis einigen Stunden, vorzugsweise 5
Minuten bis 24 Stunden, noch besser 5 Minuten bis 1 Stunde liegen.
In diesem Zusammenhang kann der verfärbte Diamant zu gleichen oder
unterschiedlichen Bedingungen mehreren Glühungsschritten unterzogen werden,
wie die Beispiele demonstrieren.
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Dem
erfinderischen Prozess unterzogene verfärbte Diamanten können vor
dem Glühen
oder nach ihrer Wiedererlangung aus der Pille geschnitten und poliert
werden. Danach ist der Diamant zur Verwendung in Schmuck oder zur
Fabrikation in Vorrichtungen, wie etwa zum Beispiel Kühlkörpern, optischen
Fenstern oder dergleichen, bereit. Von besonderer Wichtigkeit ist
die Fähigkeit
der vorliegenden Erfindung, verfärbte
Diamanten des Typs IaB und des Typs IaA/B in einen neonartig gelb-grünen Stein zu
verwandeln.
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Die
folgenden Beispiele zeigen, wie die vorliegende Erfindung ausgeübt worden
ist, sie sollten aber nicht als einschränkend ausgelegt werden. In dieser
Anwendung sind alle Einheiten, wenn nicht anderweitig festgelegt,
im metrischen System.
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BEISPIELE
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In
den Beispielen wurde das Glühen
von natürlichen
Diamanten unter Hochtemperatur- und Hochdruckbedingungen unter Verwendung
eines gürtelartigen
Apparats, der sehr hohen Druck (~60 Kbar) und sehr hohe Temperaturen
(2600°C)
erreichen kann, ausgeübt.
Das Glühen
von Diamanten gemäß der vorliegenden
Erfindung wird in den Beispielen unter Verwendung der folgenden
Zellanordnungen und Betriebsbedingungen dargestellt.
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Die
Reaktionszellenanordnung wird schematisch in 2 gezeigt.
Das Diamantkristall 51 wird innerhalb der zylindrischen
Pille 52 platziert, die aus hochreinem Graphit- oder Natriumchloridpulver
gefertigt ist. Graphit wird bevorzugt, da es beim Glühen bei
hoher Temperatur nicht schmilzt. Die Pille 52 weist die
folgenden Ausmaße
auf: einen Durchmesser von 0,76 Inch (19,3 mm) und eine Höhe von 0,86 Inch
(21,8 mm). Die Pille 52 wird durch das Kompaktieren des
Graphitpulvers und des Diamantkristalls 51 in einer Hydraulikpresse
gefertigt. Die Pille 52 wird innerhalb eines Magnesiumoxidrohrs 53 platziert, das
mit Endscheiben 54a und 54b versehen ist. Diese
Anordnung wird dann innerhalb eines Graphitrohrs 55 platziert,
das mit Endscheiben 56a und 56b versehen ist.
Eine derartige Anordnung wird innerhalb des Salzzylinders 59 platziert,
dessen Enden mit Graphitstiften 58a und 58b, die
von den Salzzylindern 60a bzw. 60b umgeben sind,
versehen sind. Graphitscheiben 57a bzw. 57b dichten
die Enden des Salzzylinders 59 ab. 61a und 61b sind
aus keramischem Material gefertigte Ringe, die die Stabilität der Reaktionszelle
während
des HPHT-Laufs verbessern.
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Die
Reaktionszellenanordnung wird dann in einem Hochdruckapparat (wie
etwa einem gürtelartigen
Apparat) unter Verwendung von Standard-Dichtungsanordnungen platziert, um unter
hohem Druck eine Abdichtung zu bilden und um elektrischen Kontakt
mit den Presswerkzeugen zu schaffen, so dass sie mit elektrischer
Leistung beheizt werden kann.
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Ein
typischer Glühungslauf
beginnt damit, dass die Reaktionszelle auf einen festgesetzten Druck
von ~60 kbar unter Druck gesetzt wird. Die elektrische Leistung
wird eingeschaltet, wenn der Druck 96% des festgesetzten Drucks
erreicht. Anfänglich
wird der Diamant auf ungefähr
1200°C erhitzt
und bei dieser Temperatur eine Minute lang gehalten. Hiernach wird
die Temperatur in 2,5 Minuten auf den festgesetzten Wert, z. B.
ungefähr
2500°C, erhöht und 18
Minuten auf dem festgesetzten Wert gehalten. Die Temperatur sollte
während
der letzten 6 Minuten beständig
bei 2500°C
verbleiben. Dann wird die Energieversorgung langsam in 1,5 Minuten auf
Null reduziert. Der Zelldruck wird ungefähr 4 Minuten lang konstant
gehalten, und der Druck wird dann langsam freigegeben. Die Reaktionszelle
wird aus dem HPHT-Apparat entfernt, und die Graphitpille, die den
Diamanten enthält,
wird entfernt. Der Diamant wird durch das Aufschließen der
Pille in einer kochenden Mischung aus 90% Schwefelsäure und 10%
Salpetersäure
wiedergewonnen.
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BEISPIEL I
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Ein
natürlicher
roher, flache Schichten enthaltender Diamant des Typs IaB, ersichtlich
durch die Spitze bei 1360 cm–1 im Infrarot(IR)-Spektrum
im Absorptionsmodus, der 1,83 Karat wog, mit 22 ppm Gesamtstickstoff
und braun in der Farbe wurde innerhalb einer durch das Pressen von
hochreinem Graphitpulver gefertigten Graphitpille eingebettet. Der Diamant
wurde 10 Minuten lang bei ~60 kbar und 2300°C geglüht. Der Diamantkristall wurde
wiedergewonnen, und die Sichtprüfung
zeigte, dass seine Farbe zu einer neonartig gelb-grünen Farbe
gewechselt hatte. Das IR-Spektrum des verarbeiteten Diamanten unter
Absorptionsmodus zeigte, dass die Intensität der Spitze der flachen Schicht
bei 1360 cm–1 um ~65%
verringert war. Es lag keine Veränderung
der Konzentration von B-Zentren
vor. Er hatte ebenfalls eine hohe Konzentration an H3-Zentren, wie
durch die H3-Absorptionslinie bei 503 nm bestimmt.
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BEISPIEL II
-
Ein
natürlicher
roher, flache Schichten enthaltender Diamant des Typs IaB, ersichtlich
durch die Spitze bei 1360 cm–1 im Infrarot(IR)-Spektrum
im Absorptionsmodus, der 2,17 Karat wog, mit 24 ppm Gesamtstickstoff
und braun in der Farbe wurde in einer durch das Pressen von hochreinem
Graphitpulver gefertigten Graphitpille eingebettet. Der Diamant wurde
4 Minuten lang bei 60 kbar und 2150°C geglüht. Der Diamantkristall wurde
wiedergewonnen, und die Sichtprüfung
zeigte, dass seine Farbe zu einer neonartig gelb-grünen Farbe
gewechselt hatte. Das IR-Spektrum des verarbeiteten Diamanten unter Absorptionsmodus
zeigte, dass die Intensität
der Spitze der flachen Schicht bei 1360 cm–1 um
~89% verringert war. Es gab ebenfalls keine Veränderung der Konzentration der
B-Zentren. Er hatte ebenfalls eine hohe Konzentration an H3-Zentren,
wie durch die H3-Absorptionslinie bei 503 nm bestimmt.
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BEISPIEL III
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Ein
natürlicher
roher, flache Schichten enthaltender Diamant des Typs IaA/B, ersichtlich
durch die Spitze bei 1360 cm–1 im Infrarot(IR)-Spektrum
im Absorptionsmodus, der 1,85 Karat wog, braun in der Farbe und
mit einer A-Zentrum-Konzentration von 5 ppm und einer B-Zentrum-Konzentration von
20 ppm wurde in einer durch das Pressen von hochreinem Graphit gefertigten
Pille platziert. Der Diamant wurde 2 Minuten lang bei ~60 kbar und
~2000°C
geglüht. Die
Sichtprüfung
des wiedergewonnenen Diamanten zeigte, dass sich die Farbe in eine
gefällige
neongrünlich-gelbe
Farbe geändert
hatte. Das IR-Spektrum des verarbeiteten Diamanten unter Absorptionsmodus
zeigte, dass die Intensität
der Spitze der flachen Schicht bei 1360 cm–1 um
~60% verringert war. Es gab ebenfalls keine Veränderung der Konzentration der
A- und B-Zentren. Er hatte ebenfalls eine hohe Konzentration an
N3- Zentren, wie
durch die H3-Absorptionslinie bei 503 nm bestimmt.
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BEISPIEL IV
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Ein
natürlicher
roher, flache Schichten enthaltender Diamant des Typs IaA/B, ersichtlich
durch die Spitze bei 1360 cm–1 im Infrarot(IR)-Spektrum
im Absorptionsmodus, der 1,92 Karat wog, braun in der Farbe und
mit einer A-Zentrum-Konzentration von 1 ppm und einer B-Zentrum-Konzentration von
37 ppm, wurde in einer durch das Pressen von hochreinem Graphit
gefertigten Pille platziert. Der Diamant wurde 2 Minuten lang bei
~60 kbar und ~2125°C
geglüht.
Die Sichtprüfung
des wiedergewonnenen Diamanten zeigte, dass sich die Farbe in eine
gefällige neongrünlich-gelbe
Farbe geändert
hatte. Das IR-Spektrum des verarbeiteten Diamanten unter Absorptionsmodus
zeigte, dass die Intensität
der Spitze der flachen Schicht bei 1360 cm–1 um
~60% verringert war. Er hatte ebenfalls eine hohe Konzentration an
H3-Zentren, wie durch die H3-Absorptionslinie bei 503 nm bestimmt.