JP2571808B2 - 緑色ダイヤモンド及びその製造方法 - Google Patents

緑色ダイヤモンド及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、装飾用に適した緑色を呈するダイヤモンド
及びその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
ダイヤモンドは、含有される不純物とその分布状態及
び光学的特性によつて、第1表の如く分類される。
天然に存在するダイヤモンドは大部分がI a型であ
り、II a型は1%程度稀産するが、I b型は0.2%程度で
あり、II b型は殆ど産しない。反面、温度差法などで製
造される人工ダイヤモンドは殆どがI b型である。
天然であつても人工であつても、ダイヤモンドが着色
されるのは結晶中にカラーセンター(色中心)が存在す
るためである。カラーセンターは格子欠陥に由来するも
のであり、可視領域における代表的なカラーセンターに
は第2表に挙げるものがある。
これらのカラーセンターの特性及び人工的な形成方法
はReports on Progress Physiscs、Vol 42、1979にJohn
Walkerによつて詳しく紹介されている。そこに述べら
れたカラーセンターの人工的形成方法の概要は、電子線
照射により結晶中に格子欠陥を生じさせ、必要ならばこ
の格子欠陥をアニーリングにより結晶中の窒素と結合さ
せるというものである。
このカラーセンターの形成方法を利用することによつ
て着色したダイヤモンドの色は、原石の色とカラーセン
ターの色を重ね合わせた色となる。従つて、透明感があ
り色彩が鮮明であるという装飾的価値を得るために、従
来から着色用のダイヤモンドの原石は透明白色か淡黄色
で、産出量の多いI a型又はII a型の天然ダイヤモンド
であつた。これらI a型及びII a型の天然ダイヤモンド
は、第1表に示すように窒素を全くもたないか、又は1
対ないし2対窒素をもつている。従つて、第2表から判
るように、この原石に上記の方法により形成できるカラ
ーセンターは、青緑色のGR1センター(格子欠陥)、黄
色のH3センター(1対窒素−格子欠陥)及び黄色のH4セ
ンター(2対窒素−格子欠陥)でしかなく、従つて従来
の着色したダイヤモンドとしては黄色ないし青緑色のも
のしか無かつた。
上記Reports on Progress Physicsには、緑色を呈す
るH2センター(構成は不明である)の研究も公表されて
いる。それによれば、H2センターはI a型天然ダイヤモ
ンドに1〜5MeVの加速電圧で1×1016〜1×1018電子/c
m2以上の電子線照射を行ない、その後真空下において60
0℃〜1200℃の温度で熱処理する方法により形成でき
る。しかし、この方法では同時に含有される1対及び2
対窒素によりH3センター及びH4センターが必ず形成さ
れ、黄色のH3センターの吸収の方がH2センターの吸収よ
り強いため、黄緑色のダイヤモンドしか得られなかつ
た。しかも、この従来方法では窒素を含まないII a型は
勿論のこと、窒素を含んでも存在形態が孤立型のI b型
ダイヤモンドを着色用の原石として用いたのではH2セン
ターが全く形成されなかつた。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明はかかる従来の事情に鑑み、カラーセンターと
して実質的にH2センターのみが存在する緑色に着色した
ダイヤモンドを提供しようとするものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の緑色のダイヤモンドは、結晶中の窒素含有量
が5×1016〜3×1019原子/cm3である明黄色のI b型ダ
イヤモンドに、2〜4MeVの加速電圧で1×1018電子/cm2
以上の電子線照射を行ない、その後10-3torr以下の真空
下において1500℃〜1800℃の温度の熱処理を行なうか、
又は3.0GPa以上の超高圧下において1600℃以上の温度で
熱処理を行なうことにより製造することができる。この
場合熱処理時間としては20時間以上が好ましい。
又、上記の如く製造したい本発明の緑色ダイヤモンド
は、結晶中の窒素含有量が5×1016〜3×1019原子/cm3
であつて、H2センターの波長800nmにおける吸収係数が
0.3〜6cm-1であり、I b型窒素の波長500nmにおける吸収
係数が0.05〜1.5cm-1であり、可視領域における他の吸
収の吸収係数が0.2cm-1以下であることを特徴とする。
〔作用〕
カラーセンターが緑色のH2センターのみであるダイヤ
モンドを作成するためには、原石が結晶中に窒素を含
み、その窒素がH3センター又はH4センターを形成しない
孤立窒素であることが必要である。この観点から、本発
明では明黄色のI b型ダイヤモンドを着色用の原石とし
て用いるが、I b型は天然の産出量が極めて少ないので
人工ダイヤモンドを用いるのが有効である。
しかし、I b型ダイヤモンドを用いても従来の方法で
は緑色のH2センターは形成されず紫色のN−Vセンター
が形成されるのみであつた。然るに、本発明方法に従え
ばI b型ダイヤモンドに実質的にH2センターのみを形成
することが可能である。
即ち、I b型ダイヤモンドに、 (1)2〜4MeVの加速電圧で1×1018電子/cm2以上の電
子線照射する工程と、 (2a)その後10-3torr以下の真空下において1500℃〜18
00℃の温度で熱処理を行なうか、 (2b)又は、3.0GPa以上の超高圧下において1600℃以上
の温度で熱処理する工程により、I b型ダイヤモンド中
に従来形成できなかつたH2センターが形成される。
尚(1)の工程で、加速電圧が2MeV未満ではH2センタ
ーが均一に形成されず、4MeVを超える含有金属など内包
物が放射化する恐れが生じる。又、電子線照射量が1×
1018電子/cm2未満ではH2センターが殆ど形成されない。
更に(2a)の工程で、真空下での加熱温度が1500℃未
満ではH2センターが形成されず、1800℃を超えるとダイ
ヤモンドが黒鉛に変換する。又、真空度が10-3torrを超
える低真空下でもダイヤモンドの一部が黒鉛に変換して
しまう。
一方、(2b)工程の超高圧下の加熱では1600℃以上の
温度でなければH2センターが形成されず、又3.0GPa未満
の圧力ではダイヤモンドが黒鉛に変換してしまう。
しかしながら、上記の(2a)又は(2b)の工程のみで
はH2センター以外にN−Vセンターが同時に形成され、
時にはH3センターやH4センターも形成されることがあ
る。そこで本発明方法では、(2a)又は(2b)の工程で
の加熱時間を共に10時間以上好ましくは20時間以上とす
ることによつて、これらの望ましくないカラーセンター
を消滅させ、実質的にH2センターのみを残すことが可能
となつた。
かかる本発明方法で得られたダイヤモンドは実質的に
H2センターのみが存在し、鮮明な緑色を呈する。H2セン
サーは650〜1000nmに吸収があり、吸収ピークは800nmで
あつて赤色を吸収するため補色の緑色を呈するのであ
る。しかし、この800nmでの吸収係数が0.3cm-1未満では
緑色の色彩が薄れ、逆に6cm-1を超えると透明感が失な
われる。又、着色に用いたI b型ダイヤモンドの結晶中
の窒素含有量が5×1016原子/cm3未満では、上記本発明
方法によつてもH2センターの800nmでの吸収係数が0.3cm
-1に達せず、逆に3×1019原子/cm3を超えると6cm-1
こえる吸収係数となり、いずれも鮮明で透明感のある緑
色を呈しなくなる。
I b型ダイヤモンドに含まれるI b型窒素の吸収は400
〜500nmに存在し、短波長側の吸収が大きいので主に紫
色、藍色を吸収して、補色である明るい黄色を呈するの
である。このI b型窒素による黄色が淡い場合にはH2セ
ンターの緑色とまざつて緑色の鮮明度を増すが、黄色が
濃くなると透明感が失なわれしかも黄緑色を呈するよう
になる。このような好ましい淡い黄色を呈する為には、
I b型窒素の500nmにおける吸収係数が0.05〜1.5cm-1
範囲にある必要がある。
更に、H3センター及びH4センターは吸収ピークが480n
m付近にあつて暗い黄色を呈し、N−Vセンターは紫色
を、GR1センターは青緑色を呈する。これらのカラーセ
ンターが混在すると鮮明な色彩感を失なうが、これ等の
吸収の吸収係数が0.2cm-1以下であれば悪影響は表われ
ない。
〔実施例〕
実施例1 温度差法で合成した明黄色のI b型人工ダイヤモンド
の原石5個(窒素含有量が3×1016〜5×1019原子/cm3
の範囲)に、夫々3MeVの加速電圧で1×1019電子/cm2
電子線照射を行ない、その後5.0GPaの超高圧下において
1750℃の温度で30時間の熱処理を行なつた。
得られた緑色ダイヤモンドの各試料について、紫外可
視分光分析装置によりH2センター(800nm)の吸収係
数、I b型窒素(500nm)の吸収係数及びH3センター等そ
の他の吸収係数を測定し、結果を第3表に示した。
又、各緑色ダイヤモンドの試料を0.4〜0.5カラツトの
大きさにブリリアンカットし、これらを18〜65才の女性
100人に観察させ、下記項目についてアンケート調査を
行なつた; (1)緑色を呈しているか。
(2)透明感があるか。
(3)色彩は鮮明か。
(4)装飾的な価値はあるか。
このアンケート結果も第3表に示した。
実施例2 温度差法で合成した明黄色のI b型人工ダイヤモンド
の原石4個(窒素含有量が6×1018原子/cm3)に、夫々
4MeVの加速電圧で5×1017〜1×1019電子/cm2の電子線
照射を行ない、その後5.0GPaの超高圧下において1750℃
の温度で5〜30時間の熱処理を行なつた。
得られた緑色ダイヤモンドの各試料について、実施例
1と同様に吸収係数を測定した。又、各試料を0.7〜0.8
カラツトにブリリアンカットしたものについて実施例1
と同様のアンケート調査を行なつた。
結果を第4表に示した。
実施例3 温度差法で合成した明黄色のI b型人工ダイヤモンド
の原石3個(窒素含有量が7×1018原子/cm3)に、夫々
3MeVの加速電圧で1×1019電子/cm2の電子線照射を行な
い、その後10-3torrの真空下において1300〜1700℃の温
度で20時間の熱処理を行なつた。
得られた緑色ダイヤモンドの各試料について、実施例
1と同様に吸収係数を測定した。又、各試料を0.5〜0.6
カラツトにブリリアンカットしたものについて実施例1
と同様のアンケート調査を行なつた。結果を第5表に示
した。
実施例4 温度差法で合成した明黄色のI b型人工ダイヤモンド
の原石3個(窒素含有量が4.4×1018原子/cm3)に、夫
々3MeVの加速電圧で1×1019電子/cm2の電子線照射を行
ない、その後3.0GPaの超高圧下において1400〜1800℃の
温度で30時間の熱処理を行なつた。
得られた緑色ダイヤモンドの各試料について、実施例
1と同様に吸収係数を測定した。又、各試料を0.5〜0.6
カラツトにブリリアンカツトしたものについて実施例1
と同様のアンケート調査を行なつた。結果を第6表に示
した。
〔発明の効果〕 本発明によれば、カラーセンターとして実質的にH2セ
ンターのみが存在し、緑色に着色したダイヤモンドを提
供することができる。この緑色ダイヤモンドは色彩が鮮
明で透明感があり、装飾用として特に価値のあるもので
ある。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】結晶中の窒素含有量が5×1016〜3×1019
    原子/cm3であつて、H2センターの波長800nmにおける吸
    収係数が0.3〜6cm-1であり、I b型窒素の波長500nmにお
    ける吸収係数が0.05〜1.5cm-1であり、可視領域におけ
    る他の吸収の吸収係数が0.2cm-1以下であることを特徴
    とする緑色ダイヤモンド。
  2. 【請求項2】結晶中の窒素含有量が5×1016〜3×1019
    原子/cm3である明黄色のI b型ダイヤモンドに、2〜4Me
    Vの加速電圧で1×1018電子/cm2以上の電子線照射を行
    ない、その後10-3torr以下の真空下において1500℃〜18
    00℃の温度の熱処理を行なうことを特徴とする緑色ダイ
    ヤモンドの製造方法。
  3. 【請求項3】結晶中の窒素含有量が5×1016〜3×1019
    原子/cm3である明黄色のI b型ダイヤモンドに、2〜4Me
    Vの加速電圧で1×1018電子/cm2以上の電子線照射を行
    ない、その後3.0GPa以上の超高圧下において1600℃以上
    の温度で熱処理を行なうことを特徴とする緑色ダイヤモ
    ンドの製造方法。
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