Giống nhau về thành phần hóa học và tính chất vật lý
Từ năm 1956, nhiều quốc gia đã sản xuất hàng tấn kim cương nhân tạo hạt mịn dùng làm bột mài kim loại hay đá quý, thủy tinh quang học, chân kính đồng hồ… nhưng kích thước chưa đủ để làm hàng trang sức.
Năm 1970, lần đầu tiên thế giới nuôi được tinh thể kim cương nặng 1,1 carat (0,2 gram), nhưng giá thành đắt hơn kim cương thiên nhiên nhiều lần. Trong những năm cuối thế kỷ 20, nước Nga đã nuôi được kim cương kích thước đủ dùng cho hàng trang sức, gây chấn động trong thương trường kim cương quốc tế.
Công nghệ đó nhanh chóng được người Mỹ nắm được và cũng chính người Mỹ đưa kim cương nhân tạo vào thị trường trang sức, trước hết đi vào thị trường Thái Lan vào những tháng đầu năm 2000.
Trung bình các viên kim cương nhân tạo có trọng lượng thô khoảng 0,5 đến 1,5 carat. Kim cương nhân tạo màu lạ (vàng, nâu, xanh...) có thể đạt kích thước 5 carat. Kim cương màu trắng có cấp màu từ G đến J, độ tinh khiết từ VVS-2 đến VS-1.
Kim cương nhân tạo vẫn giữ thành phần hóa học là nguyên tố carbon (C), kết tinh trong tinh hệ lập phương, tỷ trọng 3,52 và chiết xuất 2,47, độ cứng 10. Dựa vào tính chất vật lý không phân biệt với kim cương thiên nhiên. Sự khác biệt giữa chúng chỉ dựa vào các tính chất riêng.
Đặc tính của kim cương thiên nhiên và kim cương nhân tạo: Khắc họa tam giác và thớ song song, ở kim cương thiên nhiên có thể quan sát rất rõ bằng kính lúp, kim cương nhân tạo không có.
Bao thể khoáng vật ở kim cương thiên nhiên rất rõ màu xanh và màu đỏ, còn kim cương nhân tạo chỉ có các mảnh platin màu đen. Đặc tính cực tím sóng dài (366nm) ở kim cương thiên nhiên có màu xanh lơ, vàng hay da cam từ mạnh đến yếu, trong kim cương nhân tạo thì không nhìn thấy.
Về cực tím sóng ngắn (253,7nm) thì không nhìn thấy ở kim cương thiên nhiên nhưng ở kim cương nhân tạo lại có màu vàng, vàng lục, vàng da cam từ yếu đến mạnh, thường mạnh hơn thiên nhiên.
Tính lân quang ở kim cương tự nhiên có màu vàng (cả sóng ngắn và dài), thường yếu chỉ kéo dài không quá 30 giây, còn ở kim cương nhân tạo thì thường phát lan quang màu vàng hay vàng phớt lục, trung bình đến mạnh, kéo dài trên 60 giây sau khi tắt chiếu.
Tính lân quang (Phosphrescence) là đặc tính phát quang của vật thể sau khi được chiếu tia cực tím, rồi tắt tia cực tím, vật thể vẫn còn tiếp tục phát ra ánh sáng có màu và độ kéo dài tùy thuộc vào thành phần vật chất của vật thể.
Các phương pháp nhận biết
Sử dụng đèn cực tím sóng dài (366nm) và sóng ngắn (253,7nm): Đèn cực tím là một dụng cụ ngọc học rất phổ biến mà phòng kiểm định ngọc học nào cũng phải có.
Thông thường người ta dùng hai loại đèn: Sóng dài (366nm) và sóng ngắn (253,7nm). Tùy theo cường độ của đèn có thể chiếu ngay trên mặt bàn của viên kim cương trong một vài giây đồng hồ, đôi khi phải chiếu kéo dài 2,3 phút.
Tốt nhất nên chiếu trong buồng hay hộp tối. Tuy vậy không phải viên kim cương thiên nhiên nào cũng đều có màu huỳnh quang xanh dưới tia cực tím sóng dài. Chúng ta phải dùng dụng cụ khác.
Dùng máy thử kim cương: D-Screen – máy thử kim cương đã được xử lý nâng cao chất lượng màu hay được chế tạo nhân tạo bằng phương pháp “áp suất cao - nhiệt độ cao” (HPHT).
Trong công nghệ sản xuất kim cương người ta sử dụng công nghệ nung nhiệt độ cao (1.350 độ C – 1.800 độ C) với áp suất cao (50-65 kbars - 5,0-6,5 Gigapascals) nhằm chế tạo kim cương nhân tạo hay làm thay đổi màu kim cương thiên nhiên từ xấu (nâu, vàng xỉn...) cấp L, M thành màu kim cương đẹp (D, E, F).
Để phát hiện quá trình xử lý nhiệt độ và áp suất đó, Hội đồng Kim cương quốc tế dựa trên quang phổ và tính chất tia cực tím đã chế tạo máy D-Screen.
Máy đo độ dẫn điện của kim cương màu xanh thiên nhiên: Kim cương thiên nhiên màu xanh có đặc tính dẫn điện còn kim cương nhân tạo có màu xanh thì lại không có tính dẫn điện. Sử dụng đặc tính này bằng cách đo độ dẫn điện vô cùng nhạy (khoảng 0,01 Ampe) có thể phân biệt kim cương màu xanh thiên nhiên hay nhân tạo.
Cách làm: Đặt viên kim cương trên lỗ trống, dùng bút dí vào kim cương để thử có dẫn điện hay không. Lưu ý rằng, viên kim cương đã trải qua xử lý HPHT thì mới dùng bút thử này. Vì vậy, trước hết thử qua D-Screen.
Sử dụng các máy DiamondView và DiamondSure: Máy được xây dựng trên cơ sở quang phổ kế, dùng bút thử dí vào viên kim cương, sẽ thấy hai chế độ “PASS” và “NO PASS”. Khi gặp chế độ “PASS” thì đó là kim cương thiên nhiên, nếu “NO PASS” thì cần xem xét kỹ liệu có thể đó là kim cương thiên nhiên hay nhân tạo.
Phương pháp dùng tia âm cực: Máy phát tia âm cực (Luminoscope) chiếu thẳng vào viên kim cương (bên trái bộ phận phát chùm tia âm cực, bên phải bộ phận điều tiết năng lượng). Hiện nay, Luminoscope có khả năng giúp ta nhận biết kim cương là thiên nhiên hay nhân tạo.
Hai loại kim cương nhân tạo
Có hai loại kim cương nhân tạo: Kim cương nhiệt độ và áp suất cao (HTHP) và kim cương áp suất thấp (CVD). Giữa chúng có thể phân biệt bằng một số tính chất vì giá trị khác nhau. Loại HTHP đắt tiền hơn CVD.
Kim cương HPHT: Để sản xuất người ta tách chất C từ khí Methan CH4 hoặc bất kỳ một chất có chất C ví dụ khí CO2 rồi cho vào lò nung ở nhiệt độ trên 1.300 độ C và áp suất trên 55 kbars (lớn hơn áp suất khí quyển trên 50.000 lần).
Đương nhiên để có lò chịu được áp suất cao như vậy, lò phải được tạo nên bằng một hợp kim độ bền rất cao, vì vậy chỉ ở những nước tiên tiến như Nga, Hoa Kỳ, Canada... mới có điều kiện đó.
Tuy nung ở nhiệt độ cao, nhưng quá trình chế tạo khá phức tạp nên bao giờ cũng để lại những dấu vết của quá trình công nghệ, trước hết là những mảnh kim loại trên thành lò rơi vào ngay trong viên kim cương.
Thậm chí số lượng mảnh kim loại rất lớn đến nỗi làm cho viên kim cương bị hút bởi thanh nam châm. Ngoài ra trong viên kim cương nhân tạo vẫn còn giữ những tạp chất dưới dạng đám mây.
Để nhận biết kim cương nhân tạo HPHT thông thường vẫn sử dụng đèn cực tím sóng ngắn hay dùng GEMVIEW. Ngoài ra, quan sát nhiều tính chất khác như sự phân bố màu không đều, tính phân đới màu… Có thể dùng phương pháp chiếu tia âm cực nhưng hiệu quả không khác gì khi dùng cẩn thận đèn cực tím.
Kim cương CVD: Từ năm 2003 xuất hiện công nghệ chế tạo kim cương nhân tạo CVD (Vapor Chemical Deposit) mà không cần áp suất cao, nhiệt độ vẫn giữ ở mức 1.300 độ C.
Do không cần tạo áp suất cao nên công nghệ ít phức tạp hơn, áp suất khoảng 1,2 bars, tương tự khi nuôi kim cương nhân tạo kích thước nhỏ dùng trong công nghiệp (bột mài, chân kính đồng hồ…).
Ngay từ năm 2003 đã sản xuất được những viên kim cương dùng trang sức. Nguyên liệu chỉ là khí methan (CH4), công nghệ tách H ra khỏi hợp chất và để C rơi tự do vào vùng nung trong lò chế tạo.
Kim cương thiên nhiên hay nhân tạo có chất lượng thấp về màu sắc, độ tinh khiết, người ta có thể sử dụng các phương pháp nhân tạo để xử lý nâng cao chất lượng chúng. Thông thường các phương pháp được sử dụng như dùng HPHT, nhuộm màu, phóng xạ bằng các phương pháp thông thường và dùng máy gia tốc hạt nhân hay gia tốc điện tử.
