金刚石检验制造技术

一种检验金刚石是否带有一层沉积于其上的合成金刚石的方法，该方法包括： 使一紫外辐射射束射向金刚石的一个表面，以便由于对该照射辐射的折射和反射形成辐射射束的图案，以及 观察这些波长基本在２３０ｎｍ至３２０ｎｍ范围内的辐射射束的图案。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
本专利技术涉及一种用于检验天然金刚石是否带有一层沉积于其上的合成金刚石的方法和装置。这对于检验该金刚石是否完全是天然的或它是否有任何部分是由CVD(化学汽相沉积)金刚石材料构成的，和如果有的话找出这些材料具有特别的重要意义。合成金刚石材料可以沉积在未经琢磨或经过局部处理的，被加工为，例如圆弧形宝石的天然金刚石上。另外一种情况是在一块石头被加工后可以将合成金刚石材料沉积在这块经过充分加工过的光亮的石头上。这种合成金刚石材料的厚度可能非常薄(厚度可能在从5微米至10微米的范围内)但仍然可以利用本专利技术来检测较厚的层。金刚石的价值部分取决于它的重量。因此，在金刚石切割前或切割后，可以将合成金刚石材料沉积在天然的宝石级的金刚石上，以便提高最终产品的重量。然而，金刚石的价值还在于它的可靠性和珍奇性的等级以及它是纯天然(即矿石)产品这样的事实。因此，只有从未被用沉积合成金刚石的方式加大的金刚石才具有金刚石固有的价值。多年来，业已研究出许多合成金刚石的方法。这些方法之一是化学汽相沉积(CVD)技术，这是一种涉及将合成金刚石(在本说明书中称为CVD金刚石材料)由气体沉积到一个基底上的低压技术。CVD是用于将合成金刚石沉积到金刚石上的最吸引人的方法，尽管还有其他一些可供选用的技术，例如业已推荐过的物理汽相沉积法。通过沉积CVD或类似的材料人为加大的金刚石在本说明书中被称为“CVD/天然金刚石双组成物”。可以将CVD金刚石材料沉积在非金刚石或金刚石基底上。在后一种情况下，CVD金刚石材料可以复制该金刚石基底的结构(被称为“同质外延生长”)。所产生的CVD/天然金刚石双组成物在外观、密度和其他常见的物理性能上与完全天然的金刚石可以是相同的，因此，如何鉴别这样的CVD/天然金刚石双组成物可能是一个问题。在英国专利申请No.9401354.7A中公开了一个测试金刚石是否有一层沉积于其上的合成金刚石的方法。用波长大体在230nm至320nm范围内的辐射照射金刚石的一系列部分并观测该金刚石对该照射辐射的透射。专利技术GB9401354.7基于对以下情况的观测，在一块金刚石的不同区域显示出它们对波长大体在230nm至320nm范围内的辐射吸收有差别的情况下，就可能涉及到所讨论的金刚石带有沉积于其上的一层合成金刚石。还可以进一步观测如果一块金刚石的所有的区域都强烈地吸收波长大体在230nm至320nm范围内的辐射，那么这块金刚石可以定为几乎肯定是全天然金刚石。可以利用成像装置或把这块金刚石放在一个积分球内来观测这块金刚石的各个区域透过的辐射强度。最好以暗的或亮的背景形成该金刚石的图像。本专利技术的目的是提供一种用于检验金刚石是否带有一层沉积于其上的合成金刚石的方法和装置，根据本专利技术使用的是一种相当简单的成像装置并且不需要价格昂贵的积分球。希望这种装置结构简单和价格低廉并且一个人只须接受很少的训练就就可以操作。该方法和该装置能够由一个没有经过实验室宝石分析训练的有经验的宝石商可靠稳定的操作。本专利技术本专利技术提供了一种检验金刚石是否带有一层沉积于其上的合成金刚石的方法，该方法包括使一紫外光束射向金刚石的一个表面，以便由于对该照射辐射的折射和反射形成辐射束的图案，而后观察这些波长大体在230nm至320nm范围内的辐射束的图案。本专利技术使用了与GB9401354.7所使用的由某些类型的金刚石吸收某些波长的紫外辐射的相同原理。从一些文献(例如US3947120)得知，在光被引导射向一块被加工过的宝石的情况下，可以产生一种被反射和折射的辐射的亮点图案，这种图案是每一种宝石的特征。本专利技术业已揭示出利用使不同类型的金刚石对所讨论波段的紫外辐射不同类型的干涉可以影响所得到的亮点图案，从而有助于鉴别表面的合成金刚石层。简而言之，由金刚石的不同部分(在该金刚石的形状允许的条件下)所产生的光束的组成和强度的基本差别指示出在该金刚石上存在合成层。详细地说，本专利技术是基于这样一种观察，即大部分天然的金刚石被划分为IaA型或IaAB型，它们极强烈地吸收波长短于大致320nm的紫外辐射，而合成金刚石层通常属于一种强烈吸收波长短于大致230nm的紫外辐射的类型，具体讲就是II型金刚石。因此，一般认为天然金刚石对于波长短于320nm的紫外辐射产生弱的或不能观察到的反射和折射光束。一般认为合成金刚石产生复杂的反射和折射光束图案。任何给出了暗示合成金刚石层存在的结果的金刚石都应该被列入接受进一步检查的对象。最好照射该金刚石的大体上全部所呈现出的面。这使得可以形成并观察到完整的光束图案。从原理上讲，对辐射的折射和反射射束的图案进行一次观测就足以揭示合成金刚石材料层的存在。例如，如果将该金刚石的大体对称的面曝露给辐射射束并且得到对称的射束图案，那么就可以认为存在合成金刚石层。然而，更为可取是将辐射射束连续地从若干方向引向该金刚石并且比较所得到的图案。以下将进一步讨论对这些结果的解释。为了检测反射射束和折射射束图案的区别，只检测不多的几个面(可能只要两个)就足够了。然而最好照射大量的面。可以通过把金刚石曝露于由合适的源发出的辐射，用合适的辐射照射该金刚石(如以下所讨论的那样)。如果必要，可以将该照射辐射聚焦。照射辐射射束的尺寸可以小于金刚石所呈现出的面，但是最好具有较大的尺寸。在本专利技术中，所观察到的反射和折射射束的图案与金刚石的图像并不对应。所观察到的是反射和折射射束与由该金刚石显示出的假想平面相交处产生的图案。可以将屏幕或扫描装置放置在这个假想平面处。该扫描装置可以测量该假想平面上的每一点处的光强度，借此记录反射和折射射束的图案。最好通过将一个屏幕放置距金刚石有一预定距离来观察反射和折射射束的图案，使得反射和折射辐射射束照射到该屏幕上并且检测该屏幕上的图案。最好在该屏幕上形成图案的图像。该屏幕是可以移动的并且可以调节得与该金刚石成一定角度。特别是屏幕最好放置在该金刚石的照射方向侧，以使得可以观测后向散射的反射和折射射束。在这种情况下，最好是照射辐射通过屏幕上的一个孔照射到达金刚石上。屏幕可以由一个用于显示所产生的射束图案的紫外敏感荧光屏构成。在这种情况下，该荧光屏可以用肉眼通过一个具有一个用于去掉有害照射辐射的滤光器的观察装置来观测。另外，还可以用照相机来观察该屏幕。所观测到的辐射可以包括一个大体处在上述范围内的窄波长带，许多这样的窄波长带，或者可以是一个相当宽的波长带。该波长带还可选地(并非必须)基本落在230nm至300nm的范围内，较为可取是低于290nm。所观察到的辐射还可以包括某些波长落在230nm至300nm范围之外的辐射，但是这样的辐射的强度最好要足够低，以便避免扰乱在感兴趣的波长处观测到的射束。通过适当的激光器，例如248nm的氪氟化物准分子激光器，可以产生这种辐射。为了观测波长基本在230nm至320nm的辐射，可以仅利用这样的一种辐射(由一个激光器或一个带有一个滤光器的宽频带源产生的)来照射金刚石。此外，还可以利用波长范围较宽的辐射照射金刚石，将波长选择装置设置在金刚石和使波长基本在230nm至320nm的辐射通过的屏幕或成像装置之间。如果用波长基本在230nm至320nm的辐射照射金刚石，可以设置波长选择器以便排除由入射紫外辐射激发的荧光产生的辐射。然本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：M·P·史密斯，
申请(专利权)人：杰桑企业，
类型：发明
国别省市：