I diamanti sono tra le più belle e preziose creazioni dalla natura. Tuttavia oltre alla bellezza in alcuni casi possono evidenziarsi dei difetti che ne diminuiscono la brillantezza. Per conservare la qualità dei diamanti è importante conoscerne le proprietà e i difetti comuni che possono manifestarsi, oltre alla tecnologia avanzata usata per misurare questi aspetti.
In questo post vengono trattati diversi aspetti del diamante come la sua costituzione e i comuni difetti che lo interessano, effettuando un'analisi di dettaglio di questi difetti usando due diversi strumenti di ispezione: i microscopi digitali e i microscopi confocali laser.
Da cosa è costituito un diamante?
Un diamante è una forma solida del carbonio con gli atomi sistemati in base a una struttura cristallina denominata tetraedrica. I diamanti sono formati in profondità nel mantello terrestre, in genere circa a 150–200 km al di sotto della superficie terrestre, in condizioni di temperatura e pressione elevate.
Grazie alle condizioni di formazione e alle strutture atomiche differenziate, i diamanti possiedono la maggiore durezza e conducibilità termica tra i materiali presenti in natura. Queste proprietà vengono usate nelle principali applicazioni industriali come negli strumenti di taglio e lucidatura. I diamanti grezzi sono estratti e convertiti in gioielli attraverso un processo multifase conosciuto come taglio.
I diamanti sono rigidi ma fragili. Possono essere separati attraverso un solo colpo. Pertanto il taglio dei diamanti è considerata in genere una procedura delicata che richiede competenze, conoscenze, strumenti specifici e esperienza. Il taglio dei diamanti richiede precisione e abilità per massimizzare le proprietà ottiche e minimizzare la perdita di peso del diamante durante il taglio. L'obiettivo finale è quello di produrre gioielli con faccette nei quali gli specifici angoli tra le faccette esaltano la lucentezza del diamante (es: la dispersione della luce bianca).
I diamanti sono tagliati in diverse forme come il taglio brillante, taglio a goccia, taglio marquise, taglio ovale, oltre al taglio "Hearts and arrows". Il valore dei diamanti è determinato dalla combinazione di fattori noti come le 4 C: Cut (taglio), Color (colore), Clarity (purezza) e Carat (peso in carati). Sono diversi gli enti di certificazione americani a poter certificare la qualità dei diamanti.
Quali sono i tipi di difetti dei diamanti?
Le imperfezioni dei diamanti possono essere classificate come difetti esterni e interni. Le imperfezioni dei diamanti sono valutate e classificate da gemmologi certificati mediante criteri di classificazione standardizzati. La gravità, la dimensione, la posizione e il tipo di imperfezioni possono influenzare il grado di purezza del diamante. Tra i difetti dei diamanti è possibile includere:
Difetti esterni dei diamanti
- Imperfezioni: Questo tipo di difetti dei diamanti sono presenti sulla superficie di una pietra e possono originarsi naturalmente.
- Graffi: Sono segni sottili presenti sulla superficie del diamante. Può essere presente naturalmente o causato quando un diamante viene tagliato.
- Faccette supplementari: In genere vengono realizzate per rimuovere imperfezioni o inclusioni. A volte queste diverse faccette vengono create per migliorare la brillantezza del diamante.
- Fratture: Una rottura nel diamante che non è parallela al piano di clivaggio è una frattura. Le fratture risultano in genere di forma irregolare, rendendo un diamante di aspetto scheggiato.
- Impronte: Alcune volte nei diamanti è possibile trovare delle inclusioni a forma di impronta. Tuttavia queste inclusioni sono rare nei diamanti in confronto a pietre preziose come i rubini.
- Fori: Sulla superficie dei diamanti possono essere presenti dei fori di ridotte dimensioni. Questi fori in genere non sono visibili a occhio nudo.
- Incrinature: I diamanti possono risultare anche scheggiati in determinati punti, causandone un aspetto incrinato. Le incrinature vengono spesso riparate aggiungendo delle faccette supplementari.
Difetti interni dei diamanti
- Inclusioni di cristalli e di minerali: Alcuni diamanti evidenziano la presenza di piccoli cristalli, minerali o altri diamanti.
- Inclusioni puntiformi: Come indicato dal nome, queste inclusioni sono piccoli cristalli, in genere bianchi, presenti all'interno dei diamanti.
- Aghi: I cristalli possono essere presenti nei diamanti con un aspetto di aghi lunghi e sottili. Questi aghi potrebbero non essere visibili a occhio nudo.
- Cloud: La presenza di tre o più inclusioni puntiformi ravvicinate possono creare nel diamante un'area eterogenea (cloud).
- Nodi: Quando i cristalli di diamante si estendono alla superficie del diamante, vengono denominati nodi. Questi nodi possono essere osservati in condizioni di luminosità ottimali mediante una lente per diamanti.
- Graining: Le inclusioni di cristalli nei diamanti si presentano sotto forma di linee con la denominazione di "graining". Il graining non dovrebbe essere confuso con le usuali linee presenti nei diamanti grezzi.
5 modi per rilevare i difetti di diamanti mediante un microscopio
Per individuare un difetto dei diamanti e migliorare il controllo qualità è possibile avvalersi di soluzioni tecnologicamente avanzate come il microscopio digitale e il microscopio confocale laser.
Microscopio digitale DSX1000
Per esempio, il nostro microscopio digitale DSX1000 permette di acquisire facilmente delle immagini con diversi metodi di osservazione, come quello campo chiaro, obliquo, campo scuro e contrasto interferenziale (DIC), per mostrare i graffi su una superficie di un diamante. Inoltre è possibile usare il microscopio digitale con la luce polarizzata per scoprire altri tipi di difetti interni e esterni come le inclusioni, le fratture e i fori.
Di seguito viene riportata una breve panoramica di questi metodi per il rilevamento di difetti in un diamante:
1. Osservazione in campo chiaro
Il campo chiaro a luce riflessa rappresenta un metodo usato comunemente per osservare i difetti dei diamanti a causa della sua semplicità e efficacia nell'illuminare i campioni. Il campione di diamante appare luminoso rispetto allo sfondo scuro, evidenziando un contrasto che migliora la visibilità di difetti e inclusioni nel diamante. Questo contrasto facilita l'individuazione di imperfezioni come fratture, inclusioni o altre irregolarità strutturali.
Osservazione in campo chiaro di un difetto di diamante con un obiettivo DSX10-SXLOB3X.
Il campo chiaro può anche essere usato in combinazione con altre tecniche di imaging e illuminazione per acquisire maggiori informazioni sulle caratteristiche dei diamanti. Per esempio, è possibile combinare l'osservazione in campo chiaro con la luce polarizzata, il campo scuro, il DIC o l'illuminazione obliqua per esaminare diversi aspetti della struttura della pietra preziosa e per identificare diversi tipi di difetti e inclusioni. L'immagine riportata di seguito mostra un diamante con la combinazione di un'osservazione in campo chiaro e campo scuro.
Osservazione MIX di un diamante mediante una combinazione di campo chiaro e campo scuro. Acquisizione mediante il microscopio digitale DSX1000.
2. Osservazione a campo scuro
Il campo scuro con luce riflessa rappresenta un valido metodo di osservazione per individuare i difetti dei diamanti, visto che fornisce un contrasto e una sensibilità migliori relativamente alle irregolarità superficiali e le inclusioni. Il campione di diamante appare scuro rispetto allo sfondo chiaro, a causa dell'angolo obliquo di illuminazione. Questa tecnica di illuminazione a alto contrasto rende più evidenti le caratteristiche superficiali e le imperfezioni, rendendo visibili anche i minimi difetti.
Di conseguenza, l'osservazione con campo scuro è particolarmente efficiente per il rilevamento di graffi superficiali, abrasioni, segni di lucidatura e altre imperfezioni esterne sui diamanti. Come illustrato nella precedente immagine, l'osservazione in campo scuro risulta complementare a quella in campo chiaro, fornendo una diversa prospettiva sulla superficie e nella struttura interna dei diamanti.
3. Osservazione DIC
L'osservazione DIC può migliorare il contrasto di campioni trasparenti e semi-trasparenti come i diamanti. Nell'esaminare i diamanti l'osservazione DIC può evidenziare caratteristiche strutturali e difetti di ridotte dimensioni in una pietra preziosa con elevato contrasto e chiarezza. Di seguito vengono riportati alcuni esempi:
Osservazione DIC di un difetto di diamante. Acquisizione mediante un microscopio digitale DSX1000 con un obiettivo DSX10-SXLOB3X.
Osservazione DIC di un difetto di diamante. Acquisizione mediante un microscopio digitale DSX1000 con un obiettivo MPLFLN5XBDP.
Osservazione DIC di difetti di diamanti. Acquisizione mediante un microscopio digitale DSX1000 con un obiettivo MPLAPON50X.
4. Osservazione obliqua
L'osservazione obliqua implica l'inclinazione del diamante di un determinato angolo e la sua illuminazione dalla parte laterale invece che direttamente dalla parte superiore. Questa tecnica sfrutta le proprietà riflettenti del diamante per evidenziare i difetti che potrebbero non essere facilmente visibili in normali condizioni di luminosità.
Eliminando ombre e creando luci, l'illuminazione obliqua può accentuare le irregolarità superficiali come graffi, abrasioni e segni di lucidatura, oltre a difetti interni in prossimità della superficie. L'osservazione obliqua è particolarmente efficace per valutare le condizioni generali e la finitura di un diamante, fornendo informazioni sulle passate sollecitazioni e sulle potenziali criticità in termini di resistenza.
Osservazione obliqua di un difetto di diamante. Acquisizione mediante un microscopio digitale DSX1000 con un obiettivo DSX10-SXLOB3X.
5. Osservazione con luce polarizzata
La luce polarizzate rappresenta un efficace metodo di osservazione grazie al modo con cui interagisce con la struttura cristallina dei diamanti. Passando la luce polarizzata attraverso il diamante, le sue proprietà rifrangenti causano la suddivisione delle onde luminose in due componenti, ognuna delle quali vibrante in una diversa direzione e trasmettendosi a una diversa velocità. Questo differente comportamento può permettere di evidenziare i difetti interni come fratture,
inclusioni o sviluppo anomalo di cristalli, producendo schemi o colori contrastanti nel diamante.
Osservazione di rugosità superficiali e misura dei diamanti
Il microscopio digitale DSX1000 permette un'osservazione 1750X, la quale risulta sufficiente per vedere deformazioni come un graffio sulla superficie di un diamante. Per individuare le informazioni di rugosità per queste aree superficiali a una scala nanometrica, è possibile orientarsi verso la microscopia a scansione laser confocale.
Per esempio, il nostro microscopio laser confocale 3D LEXT™ OLS5100 si avvale di una fonte laser a 405 nm per scansionare il campione mediante la tecnica confocale, acquisendo delle precise informazioni delle altezze di una superficie di un diamante. A titolo esemplificativo di seguito sono riportati l'immagine confocale e i dati di rugosità superficiale
Osservazione della rugosità superficiale di un diamante a un ingrandimento di 2 500X. Acquisizione mediante il microscopio laser confocale 3D LEXT OLS5100.
In base al seguente report è possibile concludere che il valore di rugosità (Ra) è pari a 20 nm. L'altezza massima dei picchi (Rp) osservata è pari a 58 nm, mentre la profondità massima delle valli (Rv) osservata è di 49 nm.
In conclusione la scelta del sistema di microscopia e metodo di osservazione ottimali può aiutare gli operatori a identificare i difetti e a eseguire delle misure precise a fini di controllo qualità nell'ambito dell'industria dei diamanti.
Parti di questo post sono stati adattati dal post del blog di Gyanesh Singh, specialista delle applicazioni presso IR Technology Services Pvt. Ltd. Leggi il post originale, Osservazione della rugosità superficiale di un diamante.
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