钻石是大自然无比珍贵璀璨的杰作之一。但是，钻石的瑕疵可能会让其失去应有的夺目光彩。为了保持钻石的品质，了解钻石的特性和常见缺陷以及用于测量钻石的先进技术非常重要。
在这里，我们将用两种不同的检测工具——数码显微镜和激光共聚焦显微镜——揭示钻石的特性，突出它们的材质，探索它们的常见瑕疵，并放大这些瑕疵的细节。
钻石是由什么构成的？
钻石是碳的一种固态形式，其原子以一种称为钻石立方（原子排列成四面体三维网络）的晶体结构排列。钻石是在地幔深处形成的，通常在地表以下约150-200公里（93-124英里）处的高压和高温条件下形成。
由于其形成条件和独特的原子结构，钻石的硬度和导热率是所有天然材料中最高的。钻石的这些特性使其广泛应用于切割和抛光工具等主要工业领域。毛坯钻石被开采出来后，要经过一系列工序才能变成宝石，这道工序被称为切割。
钻石坚硬但易碎，可以被一击击碎。因此，钻石切割历来被认为是一项需要技能、知识、工具和经验的精密工序。钻石切割需要精确度和专业知识，以尽可能发挥钻石的光学特性，并在切割过程中尽量减少重量损失。钻石切割的最终目标是制作出刻面宝石，刻面之间的特定角度能使钻石的光泽达到理想效果（即白光的色散）。
钻石被切割成各种形状，如圆形明亮式切割、梨形（或水滴形）、马眼形、椭圆形、心形和箭头形。钻石的价值是由一组被称为“4C”的因素综合决定的：切工、颜色、净度和克拉重量。美国有各种各样的钻石质量认证机构。
钻石瑕疵有哪些类型？
钻石的瑕疵可分为外部瑕疵和内部瑕疵。钻石瑕疵由认证宝石学家使用标准化分级标准进行评估和分级。瑕疵的严重程度、大小、位置和类型会影响钻石的净度等级。一些钻石瑕疵包括：
钻石外部瑕疵
- 表面瑕疵： 这些钻石瑕疵存在于宝石表面，可能是自然形成的。
- 刮痕： 这些是钻石表面的细线。这些细线可能是天然存在的，也可能是钻石切割时产生的。
- 额外刻面： 这些额外的刻面通常是为了去除瑕疵或内含物而切割形成的。有时，切割这些不同的刻面也是为了提高钻石的亮度。
- 裂隙： 钻石中与裂面不平行的断裂称为裂隙。裂隙通常形状不规则，使钻石看起来有缺口。
- 指纹： 在钻石中有时会发现指纹形状的内含物。不过，与红宝石等其他宝石相比，钻石中的这种内含物相对较少。
- 击痕： 钻石表面可能出现一些小孔。这些击痕通常用肉眼观察不到。
- 缺口： 钻石也会有碎裂的地方，导致出现缺口。缺口通常通过增加刻面来修复。
钻石内部瑕疵
- 晶体/矿物内含物： 有些钻石内部可能含有小晶体、矿物或其他钻石。
- 点状内含物： 顾名思义，这些内含物是钻石内部的微小晶体，通常为白色。
- 针状物： 钻石中的钻石晶体可以细长针状的形式存在。 肉眼可能无法看到这些针状晶体。
- 云状物： 三个或更多的点状内含物聚集在一起，会在钻石中形成一个朦胧区域，或称云雾。
- 晶结： 触及钻石表面的钻石晶体被称为晶结。在适当的照明条件下，可以用钻石放大镜观察这些晶结。
- 纹理：钻石中的晶体内含物以纹理的形式出现。不应将纹理与毛坯钻石的天然纹理线相混淆。
使用显微镜检测钻石瑕疵的5种方法
要确定钻石的缺陷并改进质量控制，我们可以借助高级技术解决方案，例如数码显微镜和激光共聚焦显微镜。
DSX1000数码显微镜。
例如，我们的DSX1000数码显微镜可在明场、倾斜、暗场和微分干涉对比（DIC）等多种观察模式下无缝捕捉图像，以显示钻石表面的刮痕。我们还可以使用偏振光数码显微镜来观察其他类型的内部或外部瑕疵，如内含物、裂隙和击痕。
以下是这些钻石瑕疵检测方法的简要概述：
1. 明场观察
反射光明场是一种常用的观察钻石瑕疵的方法，这种方法能简单有效地照亮样品。钻石样品在深色背景下显得明亮，形成对比，从而提高钻石瑕疵和内含物的可见度。这种对比度使裂隙、内含物或其他结构不规则等瑕疵更容易被发现。
使用DSX10-SXLOB3X物镜对钻石瑕疵进行明场观察。
明场还可与其他成像和照明技术结合使用，从而更全面地了解钻石特性。例如，您可以将明场观察与偏振光、暗场、微分干涉或倾斜照明结合，检查钻石结构的不同方面，并识别更多类型的瑕疵和内含物。下图是钻石在明场和暗场下的快照。
使用明场和暗场组合对钻石进行MIX观察。使用DSX1000数码显微镜拍摄。
2. 暗场观察
反射光暗场是观察钻石瑕疵的一种重要方法，因为它能提高对比度和对表面不规则和内含物的敏感度。 由于采用了倾斜的照明角度，钻石样品在明亮背景下显得很暗。这种高对比度照明技术突出了表面特征和瑕疵，让细微的瑕疵变得更加明显。
因此，暗场观察对检测钻石表面的划痕、棱线磨损、抛光痕迹和其他外部瑕疵特别有效。 如上图所示，暗场观察与明场观察相辅相成，可以从不同角度观察钻石的表面和内部结构。
3. 微分干涉观察
微分干涉观察可增强透明和半透明试样（如钻石）的对比度。在钻石检验中，微分干涉观察能以高对比度和清晰度揭示钻石内部的细微结构特征和瑕疵。下面是一些例子：
钻石瑕疵微分干涉观察。使用DSX1000数码显微镜和DSX10-SXLOB3X物镜拍摄。
钻石瑕疵微分干涉观察。 使用DSX1000数码显微镜和MPLFLN5XBDP物镜拍摄。
钻石瑕疵微分干涉观察。使用DSX1000数码显微镜和MPLAPON50X物镜拍摄。
4. 倾斜观察
倾斜观察是将钻石倾斜一定角度，从侧面而不是直接从上方照射。这种技术利用钻石的反光特性来揭示在正常照明条件下不易察觉的瑕疵。
通过投射阴影和产生高光，倾斜照明可以突出表面的不规则性，如划痕、棱线磨损或抛光痕迹，以及表面附近的内部瑕疵。倾斜观察对于评估钻石的整体状况和光洁度特别有效，可以深入了解钻石的磨损历史和潜在的耐久性问题。
钻石瑕疵倾斜观察。使用DSX1000数码显微镜和DSX10-SXLOB3X物镜拍摄。
5. 偏振光观察
偏振光是检测钻石瑕疵的有效方法，因为其能与钻石晶体结构相互作用。当偏振光穿过钻石时，钻石的双折射特性会使光波分成两个部分，每个部分的振动方向不同，传播速度也不同。这种特性差异会在钻石中产生对比鲜明的图案或颜色，从而突出内部瑕疵，如裂隙、内含物或晶体生长异常。
钻石表面粗糙度的观察和测量
DSX1000数字显微镜具备1750倍视野，用户可轻松观察钻石表面的刮痕等变形情况。为了找到这些表面区域的纳米级粗糙度信息，我们可以改用激光共聚焦扫描显微镜。
例如，我们的LEXT OLS5100 3D共聚焦激光显微镜采用405 nm激光源，利用共聚焦技术扫描样品，捕捉钻石表面的准确高度信息。请看下面的共焦图像和表面粗糙度数据示例。
以2500倍放大率观察钻石表面粗糙度。 使用LEXT OLS5100 3D共聚焦激光显微镜拍摄。
从下面的报告中，我们可以得出结论：粗糙度值(Ra)为20 nm。观察到的最大峰值(Rp)为58 nm，最大谷值(Rv)为49 nm。
总之，选择正确的显微镜系统和观察方法可以帮助检测人员识别缺陷并准确执行测量，从而实现钻石生产的质量控制。
本文部分内容改编自IR Technology Services Pvt. Ltd. 应用专家Gyanesh Singh所写的博客文章。阅读原文，钻石表面粗糙度观察。
