單晶金剛石形貌分析

『壹』 人造金剛石單晶的介紹

用石墨粉料及合金觸媒劑(Ni-Cr-Fe、Ni-Fe-Mn、Ni C0、Ni-Cr、Ni-Mn)在高溫(13000C),高壓(5000兆帕)壓力以上的條件下,重新結晶生長的金剛石稱人造金剛石單晶。單晶的合成方法多用靜壓觸媒法(也有爆破法)。高壓是通過液壓機,如六面頂壓機從相互垂直的6個方向同時向位於中心的立方體試樣施加壓力；高溫是以交流電或直流電通過石墨試樣加熱產生的。人造金剛石單晶的高強度,才能用作製造孕鑲金剛石鑽頭,鑽進中硬地層；強度更高的方可製作硬及堅硬地層用的孕鑲金剛石鑽頭。人造金剛石單晶的粒度都較小,其大顆粒(>100目)的用作孕鑲鑽頭；微粉級的,則用作研磨膏,在機械製造及建材業中廣泛應用。

『貳』 金剛石既然是單晶體,單晶體是一個晶粒，金剛石就是一個晶粒組成的，為什麼金剛石會有大小之分

單晶也有大小之分，普通單晶比較小，一般不到1mm，但特殊條件下也可以長出大塊的單晶來，比如電子工業用的單晶硅。金剛石生長條件不同，晶粒大小自然不同，大的晶粒罕見，因此價格高。

『叄』 金剛石單晶,聚晶與多晶如何識別

有這么幾方面區別：

1.生產方法上：單晶金剛石是石墨經六面頂壓機合成；多晶金剛石是經過爆炸法合成；聚晶金剛石只是把單晶金剛石與結合劑在高溫高壓下燒結而成的金剛石聚合物。

2.從微觀結構上看：多晶金剛石比單晶金剛石有更多的晶棱和磨削麵，在拋光過程中每條晶棱都具有磨削力，並且粗顆粒在磨削過程中會破碎成更小的顆粒脫落，這樣既可以保持持續的磨削力，又不易造成劃傷。

3.多晶金剛石所具備的結構優勢，使其可以廣泛應用於藍寶石襯底、光學晶體、電子行業等的研磨拋光。

『肆』 晶體形貌特徵

澳大利亞東部地區Group B類型砂礦金剛石/鑽石晶形為伸長或扁平狀的不規則和規則的十二面體，表面很少具有綠色和棕色色斑（Davies et al.，1999，2002）；加里曼丹砂礦少量金剛石/鑽石呈非常醒目的明亮琥珀色，部分金剛石/鑽石顯示獨特的「Diver's Helmet」形貌，明顯缺失破碎或裂開的晶體，具與搬運相關的磨損特徵的金剛石/鑽石比例很低（Smith et al.，2009）；烏拉爾山脈較其他砂礦礦區，含有較多透明的綠色皮殼金剛石/鑽石，晶形以扁平的十二面體為主（Laiginhas，2008）；緬甸和泰國的砂礦金剛石/鑽石表面色斑以褐色為主，綠色色斑少見（Win et al.，2001；Griffin et al.，2001）。

圖8.52 印度尼西亞加里曼丹島金剛石的形貌（b 為特殊的「Diver』s Helmet」形貌）

（ 據 Smith et al.，2009）

Figure 8.52 Morphology of diamond from Kalimantan，Indonesia （b，the special Diver』s Helmet appearance）

（Smith et al.，2009）

圖8.53 印度尼西亞加里曼丹島金剛石的內部結構特徵

（ 據 Smith et al.，2009）

Figure 8.53 Internal structure of diamond from Kalimantan，Indonesia

（Smith et al.，2009）

表8.14 世界主要砂礦來源金剛石/鑽石產地特徵綜合比較Table 8.14 Comparison of diamond origin characteristics of major alluvial deposits all over the world

據 Davies et al .，1999，2003；Sobolev，1984；Smith er al.，2009；Stachel et al.，2000a；2000b，2002；Cartigny et al.，2004；Harris et al.，2004；Win et al.，2001；Griffin et al.，2001；Bluck et al.，2005；Khachatryan ＆ Kaminsky，2003；Laiginhas，2008；楊明星等，2001；馬文運，1989；郭九皋，1989；楊明星，2000文獻整理

『伍』 世界不同地區金剛石/鑽石晶形、顏色及表面形貌特徵

世界不同地區出產的金剛石/鑽石，在晶形、完整性、顏色類型及其比例等統計學特徵上有一定的差異，這種差異是商業上進行產地區分經驗的來源。

但是根據世界不同國家和金剛石/鑽石礦區開采歷史資料的對比（見附表2），可以看出世界各國以國家作為比較對象來進行比較是非常困難的（甚至是錯誤的），同一個國家不同礦區之間也存在明顯的差異；但從不同的礦區來看，根據其金剛石/鑽石最常見晶形的類型至少可以歸納為如下幾類（不考慮歷史因素）：

（1）由八面體金剛石/鑽石為主的礦區，包括北美克拉通加拿大Slave克拉通的Jericho、Ekati、Diavik礦區；東西伯利亞克拉通俄羅斯雅庫特金剛石/鑽石成礦省Malo-Botuobia地區，辛巴威克拉通Murowa和Sese 礦區；中國華北克拉通遼寧瓦房店42號岩管。

（2）菱形十二面體為主的礦區，包括北美克拉通加拿大Superior省Renard礦區；巴西；俄羅斯東歐克拉通（太古宙Kola克拉通）M.V.Lomonosov礦區；東西伯利亞克拉通俄羅斯烏拉爾地區砂礦；西非克拉通幾內亞Kankan地區；南澳克拉通/澳大利亞艾倫代爾（Ellendale礦區，中國華北克拉通遼寧50號岩管，山東蒙陰。

（3）八面體和菱形十二面體比例近似的礦區，包括北美克拉通加拿大Superior省Wawa礦區；俄羅斯東歐克拉通（太古宙Kola克拉通）V.Grib原生礦，中非克拉通安哥拉的Catoca field ；中國湖南沅水流域金剛石/鑽石砂礦。

（4）出現較多異形金剛石/鑽石的礦區，包括北美克拉通加拿大Superior省Lynx礦區，Alberta省Buffalo Head Hills礦區；中非克拉通/剛果（扎伊爾）以及Kaapvaal克拉通南非、波札那，Pilbara北澳克拉通阿蓋爾（Argyle），南澳克拉通Orroroo（Eurelia）原生金伯利岩和Springfield Basin砂礦；新南威爾士Bingara砂礦、Copeton砂礦、Wellington砂礦、Airly Mountain砂礦A組等。另外，還有Kaapvaal克拉通納米比亞砂礦和西非克拉通坦尚尼亞Mwai礦沒有見到可靠的晶形統計資料。

上述分類還可以按照是否明顯出現立方體形金剛石/鑽石和不出現立方體金剛石/鑽石分兩大類。一是明顯出現立方體金剛石/鑽石的礦區包括：北美克拉通加拿大Slave克拉通的Diavik礦區；北美克拉通加拿大Superior省Wawa礦區，Alberta省Buffalo Head Hills礦區；東西伯利亞克拉通俄羅斯雅庫特金剛石/鑽石成礦省Udachnaya岩管；中非克拉通安哥拉Catoca field礦區，獅子山的Koi礦區；Kaapvaal克拉通南非的Venetia礦區；波札那Orapa和Jwaneng；辛巴威克拉通Murowa和Sese；南澳克拉通Eurelia礦區，中國湖南沅水流域的砂礦。二是明確沒有出現或者少見立方體及其聚形金剛石/鑽石的礦區，只有Kaapvaal克拉通南非普列米爾和北澳克拉通阿蓋爾（Argyle）。其餘的地區可能是沒有發現或者數量較少，因此沒有提及。

金剛石/鑽石晶形是金剛石/鑽石形成過程環境條件的綜合反映（ЮЛ奧爾洛夫等，1977；Haggerty，1986；Besk等，1989；黃蘊慧等，1992；池際尚等，1996），具有復雜晶體形態的礦區通常是結晶條件復雜，物理化學條件或者流體供應變化比較大（伊. ПФ等，1989；陸太進等，2011; Kriulina et al.，2011），金剛石/鑽石在形成後受到過明顯的塑性變形或強烈的溶蝕也可能造成金剛石/鑽石晶形強烈的變形（例如，Udachnaya岩管和華北克拉通山東蒙陰金剛石/鑽石礦區）（Chapman，1996；Lu et al.，2001）。而立方體及其聚型最容易出現在高溫高壓合成金剛石/鑽石中，天然金剛石/鑽石中出現的比例往往較少，如果某些礦區大量出現這種形態的金剛石/鑽石實際上也反映了該礦區金剛石/鑽石的形成條件和其他礦區有明顯的差異（Kaminsky et al.，2009）。

金剛石/鑽石表面色斑很多時候是金剛石/鑽石周圍環境中存在放射性物質形成的（馬文運，1989；Harris，1992），多數經歷過搬運和再沉積的砂礦金剛石/鑽石表面往往存在綠色或者褐色的色斑（楊明星等，2002），但在某些原生礦的金剛石/鑽石中也有色斑的存在（De Stefanol et al.，2008，2009；Hunt et al.，2008），因此，色斑是金剛石/鑽石一種具有來源標型性的特徵之一。根據不同金剛石/鑽石礦區金剛石/鑽石表面是否存在色斑可以將金剛石/鑽石分為兩大類，有色斑的和無色斑的，前者產地通常比較少見。

出現色斑的產地主要包括：北美克拉通加拿大Slave克拉通的Jericho礦區，該地綠色金剛石表面具有暗綠色圓形色斑；北美克拉通加拿大Superior省Renard礦區部分金剛石/鑽石也具有綠色色斑；巴西Amazonian克拉通，Sao Francisco克拉通和Rio De La克拉通金剛石/鑽石砂礦的金剛石/鑽石大多具有色斑，並且綠色和棕色色斑出現的比例接近，例外的只有Juina地區Rio Soriso礦區；烏拉爾地區砂礦金剛石多數具有褐色或綠色的色斑；中非克拉通安哥拉Catoca field礦區的金剛石/鑽石帶特別的橙斑和黑斑，而辛巴威克拉通的金剛石/鑽石常具有特徵的紅色色斑；南澳克拉通新南威爾士金剛石/鑽石砂礦金剛石/鑽石30%有綠色和褐色的斑點，同樣這種特徵也出現在印尼加里曼丹和中國湖南沅水流域以及山東砂礦來源金剛石/鑽石中。砂礦中不出現色斑的是巴西Juina地區Rio Soriso礦區的金剛石/鑽石，它們很少見到有綠色和棕色色斑的出現。

『陸』 三個產地鑽石表面微形貌特徵的成因及其產地意義

本項目收集了三個產地1077顆鑽石進行了系統的觀察、測試和統計（觀察過的鑽石超過10000顆），可以說是歷年來統計數量最多和最為系統的一次，其結果在一定程度上可以反映我國三大產地來源的鑽石（原生與砂礦）晶體的形態及表面形貌的特徵及其差異。

鑽石在地幔深部結晶完成後，經金伯利岩或者其他相關岩石帶出岩石圈，由於受壓力、溫度和濃度等環境因素變化的影響，鑽石會受不同程度的變形或熔解，其晶體及晶面上就會出現很多大小不同的裂隙和熔解蝕象。在強烈熔解甚至應變的過程中，鑽石晶體受壓力差異的影響也會出現和應變及塑性變形有關的蝕象。如果鑽石在岩石中風化脫落經歷復雜的搬運過程，搬運條件不穩定和發生改變，晶面上還會疊加很多大小不同、規則或不規則的碰撞磨蝕蝕象。因此，鑽石表面的蝕像實際上是鑽石形成時和形成後環境物理化學條件改變留下的痕跡。

在熔蝕作用過程中，晶棱、頂角與岩漿的作用大於晶面，因此熔蝕程度往往大於晶面，其中頂角由於只有二個鍵與晶體聯結，岩漿中熔蝕程度大於由3個鍵與晶體聯結的晶棱，因此，大多鑽石會呈現圓滑的而不是平直的晶面。

日本著名結晶學家砂川一郎等（1983）對不同生長條件下的金剛石晶體形態和晶面特徵進行過詳細研究後指出：具有正三角形生長層階梯狀的八面體鑽石形成於自然界穩定的溫壓條件下，其溫度范圍為1000～1600℃，壓力范圍在4×10⁸～50×10⁸Pa。國內學者鄭建平、楊明星、陳美華等人對金剛石的微形貌進行觀察後認為，金剛石的形成具有多期多階段的特點（鄭建平等，1996；2001；陳美華等，1999；2000；2006；楊明星等，2000；2001）。山東和遼寧金伯利岩型鑽石原生礦均位於華北地台，因此兩地鑽石樣品表面形貌特徵十分接近。但是從兩個產地樣品形態特徵看，山東鑽石出現變形非常強烈的拉長的塑性變形紋，遼寧地區塑性變形線大多不規則，發生強烈的變形彎曲，排列也不規則，而山東金剛石樣品的塑性變形線大多平直，且呈平行狀排列。這說明遼寧地區鑽石發生塑性變形的程度較山東地區的略強。

前人研究了烏拉爾和西伯利亞砂礦鑽石後指出，金剛石晶體上明顯的機械磨蝕痕跡和晶體空洞、蝕溝中存留的圍岩粘結物，標志著現代砂礦鑽石的來源為古老的礫岩，而不是原生岩漿（奧爾洛夫，1977）；Kaminsky等（Kaminsky et al.，2009）。對比來自巴西Juina地區Pandrea金伯利岩管中的鑽石與該地區砂礦床鑽石的晶形時，發現兩者在類型上具有相似性，但是在定量對比上則可以發現其差異，主要體現在砂礦鑽石中八面體晶體的數量是岩管鑽石的2～3倍，這表明Juina地區砂礦鑽石的來源除了已知的Pandrea金伯利岩管外，應該在該區還有別的未知的鑽石原生礦。我國湖南沅水流域鑽石大多數為渾圓程度高的晶體，晶棱和蝕像都顯示變形的弧形曲面形態，這種特徵顯示出鑽石形成過程中經歷了較長時間的熔蝕，同時晶面上具有差異硬度導致的各種形式的磨蝕和撞擊痕，和湖南鑽石經歷過後期河流沖刷搬運的特點相對應；但是大多數湖南鑽石表面的熔蝕像清晰，晶體被磨蝕程度低，表明鑽石被河流搬運的距離較小、距離原生礦較近。值得一提的是，湖南地區鑽石晶體存在各種顏色的色斑，部分有色斑的位置放大觀察可發現有放射狀的「彎月狀」蝕象，這可能和色斑的輻照成因相關。此外，「彎月狀」蝕象也可以考慮作為砂礦成因鑽石的輔助性鑒定特徵。

『柒』 單晶金剛石質量檢驗

目前，單晶金剛石質量檢驗的指標為：抗壓強度、晶體形態、熱穩定性、粒度、抗沖擊韌性等。

一、金剛石單顆粒抗壓強度的測定

測定時，把金剛石視為等積形的小立方體，測量其能承受的最大垂直壓力（即破碎壓力）作為其抗壓強度，開始用公斤·力/平方厘米表示，現在直接用「公斤」數來表示。

採用的儀器為單顆粒抗壓強度測定儀，其結構見圖2-12-1，其工作原理為杠桿原理。

具體操作時方法是：用標准篩篩取某粒度號金剛石，用「四分法」鑷取適當量的樣品，置於玻璃板上，排長長的一排（顆粒間不重疊），不得挑選，均勻間隔地取40粒樣，將金剛石放在壓塊上，將壓頭壓在金剛石上，然後慢慢載入（移動游砣），直至壓碎為止。

計算時，先求出40粒負荷值的算術平均值，核對各粒負荷值，凡超過平均值一倍者捨去，余數再按公式求平均值，即為該樣強度值。

碎岩工程學

式中：P為單顆粒強度值，kg；Q_i為每粒金剛石破碎負荷，kg；40為測量顆粒數；n為負荷超過平均值1倍的顆粒數。

圖2-12-1 單顆粒抗壓強度測定儀

二、晶體形態測定

金剛石晶形的好壞，標志著金剛石質量的好壞，並直接影響使用效果。

檢查項目包括：等積形、完整單晶形、非完整單晶形、無定形單晶體、聚晶體和連晶體。

等積形是指長、短軸之比不大於1.5∶1；完整單晶形，是指晶面完整無熔蝕現象；非完整單晶形是指晶面不完整，有嚴重熔蝕現象；無定形單晶體：如劍尖、扁條狀或樹枝狀；聚晶是很多微小單晶體聚合在一起；連晶是兩個或兩個以上不完整單晶體生長在一起。

分析方法：採用四分法取樣，逐個用實體顯微鏡觀察，分析量不少於1000粒；然後計算各種晶形所佔百分數。

例如，對於JR₃品級：等積形金剛石不得低於觀察總數的80%；完整晶形佔12%；連聚晶體不大於3%。

三、熱穩定性測定

熱穩定性值一般以溫度來表示。金剛石的熱穩定性，即在某溫度下金剛石失去原有的性能。熱穩定性的測定有如下兩種方法：

1.金剛石在空氣中的熱穩定性測定

利用MH02型高溫顯微鏡進行測定的。測定時，首先將試樣放在卧式管狀加熱爐內，邊升溫邊觀察，隨著溫度升高至金剛石表面碳化溫度，金剛石透明度消失，隨後晶棱上出現鋸齒狀的毛刺，此時記錄下的溫度值，以表示金剛石的熱穩定性。

2.在保護氣氛下的熱穩定性測定

加熱時，向加熱爐內通入氮氫保護氣體（N₂+H₂），從700℃開始至1300℃止，每升高100℃保溫半小時，待冷至室溫後，將試樣取出進行單顆粒抗壓強度測定，以某溫度下的抗壓強度值表示金剛石的熱穩定性。

四、粒度檢查

人造金剛石磨料，根據其顆粒尺寸大小不同，分為磨粒和微粉兩大類：前者用篩分法檢查，後者用顯微鏡觀察。

1.篩分法

根據試樣粒度選用標准篩，按粒度檢查取樣，篩分時間規范（表2-12-1），稱取一定數量潔凈的試樣，倒入最上層篩網中。篩分後對各層篩上物分別稱重，並算出粒度組成的質量分數。

表2-12-1 粒度檢查取樣、篩分時間規范

例如，對於定為80目金剛石，要求：①100%通過70目的篩網；②80目網上的金剛石，不大於5%（按質量計）；③100目網上的金剛石，不小於85%；④120目網上的金剛石，不小於9%；⑤通過120目網上的金剛石不大於1%。

2.顯微鏡法

主要用來檢查金剛石細於W₄₀的微粉。微粉共分12個等級：從W_0.5～W₄₀，0.5、40為微粉顆粒尺寸，單位為微米（μm）。

顯微鏡法用的主要儀器為：1500X生物顯微鏡、電動求積儀和目鏡測微尺。

檢查方法：取少量試樣置於器皿中，滴入適量的甘油拌勻，用玻璃棒粘一小滴於玻璃板上，使試樣均勻攤開；選擇好顯微鏡的放大倍數（對於W_3.5及以細），採用1000×～1500×；對於W₅～W₁₄，採用600×～800×；對於W₂₀～W₄₀，採用150×～300×。檢查有否大顆粒存在、粒度是否均勻、細粒是否過多。被檢查顆粒總數不小於500粒。

如發現有大顆粒存在，可作為不合格樣品處理。

例：對於W₄₀微粉，小於20μm顆粒不大於10%；對於W₁₀微粉，小於5μm顆粒不大於10%。

五、抗沖擊性能

過去對超硬磨料（包括金剛石）的測試，僅停留在靜載上，而超硬磨粒在工作中往往承受動載。因此，很有必要對超硬磨料進行抗動載（或抗沖擊）性能的測試。但該測試有一定的難度，至今無統一標准。國內外雖有些可測的儀器，但測出的數據大多為「當量強度」，反映不了真正的強度值。

測試方法較多，僅舉幾例加以說明。

1.球磨法

是將金剛石樣品與鋼球放在容器內隨機撞擊和研磨一定時間後，觀察樣品破碎程度的大小，並以保持原尺寸顆粒的百分數（當量強度）作為測試指標。

美國、日本均有此類儀器，它用於磨料行業比較合適。

2.輥碎法

用於輥碎法的輥輪裝置，見圖2-12-2所示。它是由主動輥輪、從動輥輪、電機、應變片等組成，輥輪用硬質合金製作，兩個輥輪之間間隙可以調正。

圖2-12-2 輥輪裝置示意圖

磨粒由振動送料器送入，當磨粒通過間隙時，受到兩輥輪的擠壓而破碎，破碎力的信號由應變片轉換成電信號，經放大後，輸入單板機進行處理，然後顯示並列印（見信號處理系統圖2-12-3）。該裝置是以破碎力表示抗沖擊性能。

圖2-12-3 信號處理系統圖

3.落錘法

落錘法是利用一個沖錘自由下落所產生的沖擊力來砸碎金剛石顆粒。沖擊力由壓電石英感測器接受變成電量，經電荷放大器放大後，輸入微機顯示和列印。

落錘裝置結構簡單（圖2-12-4），它由電磁線圈、沖錘、壓電石英感測器、底座等組成。工作時，接上直流電靠電磁吸合原理即能使沖錘上下。

圖2-12-4 落錘裝置示意圖

落錘法的最大優點是，能直接測出沖擊力和沖擊功，便於鑽探行業應用。但該法的致命弱點是，測量的不連續性，導致存在測量誤差和操作不方便。

原長春地質學院勘察工程系在該落錘裝置上增加了一個「吸能裝置」，即一次就能測出金剛石的抗動載性能，剩餘的能量被「吸能裝置」所吸收，這就克服了落錘法的弱點，提高了測試正確性，加快了測試速度。

『捌』 單晶金剛石刀具的單晶金剛石的物理特性

金剛石是單一碳原子的結晶體，其晶體結構屬於等軸面心立方晶系(一種原子密度最高的晶系)。由於金剛石中碳原子間的連接鍵為sp3雜化共價鍵，因此具有很強的結合力、穩定性和方向性。它是目前自然界已知的最硬物質，其顯微硬度可達10000HV，其它物理特性見以下內容。 物理性能-數值
硬度-60000～100000MPa，隨晶體方向和溫度而定
抗彎強度-210～490MPa
抗壓強度-1500～2500MPa
彈性模量-(9～10.5)×10的12次方MPa
熱導率-8.4～16.7J/cm·s·℃
質量熱容-0.156J/(g·℃)(常溫)
開始氧化溫度-900～1000K
開始石墨化溫度-1800K(在惰性氣體中)
和鋁合金、黃銅間的摩擦系數-0.05～0.07(在常溫下) 由於單晶金剛石本身的物理特性，切削時不易黏刀及產生積屑瘤，加工表面質量好，加工有色金屬時，表面粗糙度可達Rz0.1～0.05μm。金剛石還能有效地加工非鐵金屬材料和非金屬材料，如銅、鋁等有色金屬及其合金、陶瓷、未燒結硬質合金、各種纖維和顆粒加強復合材料、塑料、橡膠、石墨、玻璃和各種耐磨木材(尤其是實心木和膠合板、MDF等復合材料)。

『玖』 金剛石晶體結構特徵是什麼

金剛石結構又稱為金剛石立方晶體結構(diamond cubic lattice structure)，原型是金剛石。金剛石結構中的每個原子與相鄰的4個原子形成正四面體，故單胞內原子數為5。具有金剛石結構的晶體除了金剛石以外，還有硅、鍺、α-錫等。

金剛石結構的原型是金剛石晶體，又稱鑽石。在金剛石晶體中，每個碳原子都以SP3雜化軌道與另外4個碳原子形成共價鍵，構成正四面體。由於金剛石中的C-C鍵很強，所以金剛石硬度大，熔點極高；又因為所有的價電子都被限制在共價鍵區域，沒有自由電子，所以金剛石不導電 。

(9)單晶金剛石形貌分析擴展閱讀：

金剛石晶體性質

金剛石結構的原型是金剛石的晶體結構。在金剛石晶體中，每個碳原子的4個價電子以sp3雜化的方式，形成4個完全等同的原子軌道，與最相鄰的4個碳原子形成共價鍵。這4個共價鍵之間的角度都相等，約為109.28度，這樣形成由5個碳原子構成的正四面體結構單元，其中4個碳原子位於正四面體的頂點，1個碳原子位於正四面體的中心。

因為共價鍵難以變形，C-C鍵能大，所以金剛石硬度和熔點都很高，化學穩定性好。共價鍵中的電子被束縛在化學鍵中不能參與導電，所以金剛石是絕緣體，不導電。

『拾』 金剛石/鑽石包裹體的形貌特徵

本文利用實體顯微鏡和微分干涉顯微鏡對83片山東、63片遼寧和134片湖南砂礦鑽石薄片中的包裹體進行顯微放大觀察，採用的儀器分別為中山大學地球科學系岩礦顯微鑒定室和西北大學地質系特種顯微鏡室的實體顯微鏡（型號分別為Nikon SMZ1000和Nikon SIMZS00）、國家珠寶玉石質量監督檢驗中心的微分干涉顯微鏡（型號為Nikon LV100），結果如下：

6.2.2.1 常見包裹體的形貌特徵

三產地的鑽石中橄欖石包裹體出現的頻率較高，在遼寧發現13顆，山東發現18顆，湖南發現14顆，出現頻率在分析的鑽石樣品中分別為20.6%、21.7%和10.4%。橄欖石包裹體大多數為無色透明的渾圓球狀、柱狀晶體（圖6.1，圖版Ⅵ）。湖南鑽石中的橄欖石還具有啞鈴狀外形，啞鈴狀橄欖石顯示渾圓的外形，晶體一頭大一頭小，中部線狀內凹收窄，周圍派生片狀的內部裂隙和微裂紋（圖6.2）；山東鑽石中還出現有釘頭狀橄欖石（圖版Ⅵ）。橄欖石周圍常環繞黑色石墨包裹體，部分晶體與石墨、裂隙相連接（圖6.3，圖版Ⅵ），遼寧鑽石中的橄欖石包裹體晶面上還有細密的蝕像（圖6.4），在山東和湖南鑽石中的多顆橄欖石包裹體晶面上都發現有黑色石墨斑點的覆蓋，如山東鑽石23-SD-02的橄欖石晶體的部分晶面布有細小的黑色斑點，湖南鑽石146-HN-01-A中三顆橄欖石包裹體晶面上都覆蓋有黑色斑點（圖6.5，圖版Ⅵ）。石墨斑點以薄膜狀覆蓋在橄欖石的晶面上，同時對所在橄欖石晶體的拉曼測試造成影響。石墨斑點或分散或密集地在部分晶面上和晶棱上存在，斑點個體大多數呈拉長橢圓形，個體間沿拉長方向平行排列，拉長方向大致與包裹體晶體的延長、變形方向或晶體被熔蝕方向一致，如湖南鑽石樣品802-7中球狀橄欖石晶面和晶棱上都有黑色拉長石墨斑點，晶棱上的石墨在熔蝕凹槽內出現，斑點整體平行排列（圖6.6，圖版Ⅵ）；共生於同一鑽石中的橄欖石上的石墨斑點在相同方向的晶面上出現，並且各個橄欖石晶體上斑點的拉長方向一致（圖版Ⅵ）。

表6.3 中國鑽石包裹體的類型特徵統計表Table 6.3 Statistics of inclusion types of diamonds in China

圖6.1 山東鑽石中的短柱狀橄欖石

（樣品23-SD-02，微分干涉顯微鏡下，500×）

Figure 6.1 Short columnar olivine inclusion in Shandong diamond

（sample 23-SD-02，Differential Interference Contrast Microscope，500×）

圖6.2 湖南鑽石中啞鈴狀橄欖石及周圍的片狀裂隙

（樣品802-6-2，微分干涉顯微鏡下，100×）

Figure 6.2 Dumbbell-shaped olive inclusion with sheet fissure surrounded in Hunan diamond

（sample 802-6-2，Differential Interference Contrast Microscope，100×）

圖6.3 湖南鑽石中的橄欖石包裹體、狀裂隙及其內的石墨

（樣品177-HN-01，微分干涉顯微鏡下，500×）

Figure 6.3 Olivine inclusion and sheet fissure with graphite in Hunan diamond

（sample 177-HN-01，Differential Interference Contrast Microscope，500×）

圖6.4 遼寧鑽石中橄欖石包裹體晶面上布滿蝕像

（樣品3-LW-03，微分干涉顯微鏡下，500×）

Figure 6.4 Olivine inclusion fully covered with etched figures in Liaoning diamond

（sample 3-LW-03，Differential Interference Contrast Microscope，500×）

圖6.5 湖南鑽石中橄欖石包裹體上平行成行排列的黑色石墨

（樣品146-HN-01-A，微分干涉顯微鏡下，500×）

Figure 6.5 Olivine inclusion covered with parallel graphite in Hunan diamond

（sample 146-HN-01-A，Differential Interference Contrast Microscope，500×）

圖6.6 湖南鑽石中橄欖石上定向拉長的石墨斑點

（樣品802-7，微分干涉顯微鏡下，100×）

Figure 6.6 Olivine inclusion covered with oriented elongated graphite in Hunan diamond

（sample 802-7，Differential Interference Contrast Microscope，100×）

在三個產地的鑽石中發現有兩種類型的石榴子石：鎂鋁榴石和鎂鋁-鐵鋁榴石。

遼寧鑽石中發現的鎂鋁榴石主要為灰白色拉長柱狀（圖6.7，圖版Ⅵ），晶棱圓滑，周圍有大量黑色包裹體，其中一個大型的黑色包裹體呈厚片狀分布，放大觀察可見其中包裹大量的渾圓晶體（圖6.8，圖版Ⅵ），同時在該鑽石中分布許多熔蝕長軸狀未准確鑒定的晶體；鎂鋁-鐵鋁榴石包裹體十分細小，以渾圓狀晶體分布於大片狀的內部裂隙和黑色石墨包裹體中，難於仔細觀察（圖版Ⅵ）。

圖6.7 遼寧金剛石/鑽石中拉長柱狀鎂鋁榴石

（樣品8-LW-02，實體顯微鏡下，250×）

Figure 6.7 Elongated columnar pyrope inclusion in Liaoning diamond

（sample 8-LW-02，Stereomicroscope，250×）

圖6.8 厚片狀黑色裂隙中渾圓晶體群

（樣品8-LW-02，微分干涉顯微鏡下，200×）

Figure 6.8 Rounded crystal group in thick and black sheet fissure

（sample 8-LW-02，Differential Interference Contrast Microscope，200×）

遼寧鑽石中的石榴子石包裹體周圍有大量渾圓晶體包裹體，種類有輝石族礦物和其他鎂鋁榴石以及未確定的礦物（圖6.9），晶體包裹體彼此之間都或近或遠地獨立分布。

山東鑽石中鎂鋁榴石包裹體以紫色為主，呈現中間收小的啞鈴狀、葫蘆狀和復雜晶形的渾圓晶體（圖6.10，圖版Ⅵ），晶體周圍黑色石墨包裹體較少，多是渾圓的晶體包裹體，鎂鋁榴石包裹體沒有與裂隙連通，較為獨立。山東鑽石樣品23-SD-02的啞鈴狀鎂鋁榴石顯示出層狀結構，晶體內部為紫色，外部則為無色透明（圖6.11）；鎂鋁-鐵鋁榴石包裹體有紫色、黃褐色和無色（圖版Ⅵ），晶體外形基本完整，部分晶體的晶面上有黑色斑點、紅色斑塊和三角錐狀蝕像（圖6.12）：其中黑色斑點所在的晶面顯示面平棱直的形態，可判斷此晶面是受外力導致的破裂面，非熔蝕過程導致，斑點為六邊形，與所在晶面的形狀一致，且取向和所在晶面一致，判斷黑色斑點是在石榴子石破裂面生成後形成的，為後生成因；紅色斑塊外形多變，多散布在晶體的邊棱，向中部減少，對周圍的一顆熔蝕狀晶體上的紅色斑塊的拉曼測試結果為黃銅礦，推測石榴子石上的紅色斑點應為同樣生長環境下的同種物質；三角錐狀蝕像密集在一晶面上。根據鎂鋁-鐵鋁榴石的形貌特徵可判斷鑽石247-SD的生長經歷了外力撞擊和後期熔蝕的過程，顯示該區金伯利岩漿在上升侵位過程中鑽石發生再結晶作用。

湖南鑽石中的鎂鋁榴石包裹體為無色透明晶體，呈拉長渾圓狀四角三八面體，常獨立分布，很少與裂隙連通，晶體周圍還常常有其他種類的渾圓晶體包裹體存在，如樣品150-HN-01中3顆分散的鎂鋁榴石包裹體，包裹體顯示渾圓拉長晶體（圖6.13）；鎂鋁-鐵鋁榴石有拉長柱狀晶形，還發現有釘頭狀外形，白色釘頭狀晶體有單獨分布，也有成行分布（圖6.14）。

遼寧鑽石中的頑火輝石包裹體呈無色，渾圓拉長變形晶體，晶體兩端大小不一（圖6.15），周圍伴有裂隙和黑色包裹體。

山東鑽石中輝石族礦物種類包括鎂鐵輝石、頑火輝石和綠輝石，為無色透明柱狀渾圓晶體，環繞輝石包裹體周圍的鑽石內呈現明顯的應變異常雙折射現象（圖6.16，圖版Ⅵ），長柱狀輝石晶體的平坦晶面上呈現小階梯狀（圖6.17）。輝石包裹體周圍有大量黑色雲朵狀包裹體和大量的晶體包裹體，種類包括綠輝石和石榴子石（圖版Ⅵ）。

圖6.9 遼寧鑽石中的橄欖石和石榴子石包裹體

（樣品LN-50-037B，微分干涉顯微鏡下，50×）

Figure 6.9 Olivine and garnet inclusions in Liaoning diamond

（sample LN-50-037B，Differential Interference Contrast Microscope，50×）

圖6.10 山東鑽石中的鎂鋁榴石

（樣品247-SD-01，微分干涉顯微鏡下，500×）

Figure 6.10 Pyrope inclusion in Shandong diamond

（sample 247-SD-01，Differential Interference Contrast Microscope，500×）

圖6.11 山東鑽石中紫色啞鈴狀鎂鋁榴石

（樣品23-SD-02，微分干涉顯微鏡下，200×）

Figure 6.11 Purple and mbbell shaped pyrope inclusion in Shandong diamond

（sample 23-SD-02，Differential Interference Contrast Microscope，200×）

圖6.12 山東鑽石中淺黃色鎂鋁-鐵鋁榴石晶面上的黑色六邊形斑點（右部）、拉長的三角形蝕像（左部）和紅色斑塊（中下部）

（樣品247-SD-01，微分干涉顯微鏡下，500×）

Figure 6.12 Light yellow pyrope-almandine inclusion with black hexagon spots （right），elongated triangular etched figures （left） and red patches （lower center）

（sample 247-SD-01，Differential Interference Contrast Microscope，500×）

圖6.13 湖南鑽石樣品150-HN-01中的鎂鋁榴石包裹體

Figure 6.13 Pyrope inclusion in Hunan diamond，sample 150-HN-01

圖6.14 湖南鑽石中的鎂鋁-鐵鋁榴石包裹體

Figure 6.14 Pyrope-almandine inclusion in Hunan diamond

圖6.15 渾圓拉長變形的頑火輝石

（樣品8-LW-01，拉曼探針顯微鏡下實測圖）

Figure 6.15 Rounded，elongate and distorted enstatite

（sample 8-LW-01，Raman Microscope on-the-spot figure）

圖6.16 渾圓狀綠輝石及其周圍的異常雙折射現象

（樣品247-SD-01，微分干涉顯微鏡下，500×）

Figure 6.16 Rounded omphacite with anomalous birefringence effect

（sample 247-SD-01，Differential Interference Contrast Microscope，500×）

圖6.17 長柱狀輝石，平行柱狀體有階梯紋理

（樣品247-SD-02微分干涉顯微鏡下，200×）

Figure 6.17 Long columnar pyroxene with parallel stepped veins

（sample 247-SD-02，Differential Interference Contrast Microscope，200×）

湖南鑽石中輝石族包裹體種類有頑火輝石、鎂鐵輝石和綠輝石。晶體為無色透明，呈渾圓狀，晶形多樣，有柱狀、板狀、膝狀和針管狀形態，平行晶體延伸方向常具有階梯狀紋理（圖6.18，圖版Ⅵ）。輝石包裹體在鑽石中都是單獨存在，部分晶體周圍延伸微小的裂隙。如鑽石樣品802-2中的膝狀的頑火輝石，周圍延伸出細小羽狀片狀裂隙（圖6.19），一個方向上顯示渾圓光滑晶面，相對方向上則顯示規則階梯狀晶面。在一顆綠輝石包裹體晶面上發現有黑色石墨斑塊（圖6.20），斑塊在兩個相對的晶面上存在，沒有方向性，說明包裹體經歷的溫壓環境改變不具定向性，這與包裹體本身的原始晶形較完整相一致。在一個針管狀孔道的不同位置（樣品802-7）測出綠輝石的拉曼峰，同時還測出氮氣和石墨，此管道延伸至鑽石晶體表面，管道的內壁為面棱狀，底部呈尖滅狀（圖6.21）。

6.2.2.2 特殊形貌特徵的包裹體

圖6.18 湖南鑽石中的頑火輝石包裹體，平行柱狀體有階梯紋理

（樣品127-HN，微分干涉顯微鏡下，500×）

Figure 6.18 Enstatite inclusion with parallel stepped veins in Hunan diamonds

（sample 127-HN，Differential Interference Contrast Microscope，500×）

圖6.19 湖南鑽石中的頑火輝石包裹體

（樣品802-2，微分干涉顯微鏡下，500×）

Figure 6.19 Enstatite inclusion in Hunan diamond

（sample 802-2，Differential Interference Contrast Microscope，500×）

在研究的山東和湖南鑽石多顆晶體包裹體上都附著黑色斑紋，包裹體種類包括橄欖石、鎂鋁榴石、鎂鋁-鐵鋁榴石、綠輝石和柯石英，各種包裹體晶體上的斑紋形態見圖版Ⅵ，利用原位微區激光拉曼技術分析確定包裹體上的黑色斑點為石墨。分析發現，石墨大多數聚集成斑點狀、條帶狀覆蓋在包裹體的晶面上，但並不是在每個晶面上都存在，往往沿著拉長變形的晶面和受熔蝕的方向分布：石墨斑點個體大多數呈細長橢圓形，沿拉長方向平行排列，拉長方向大致與包裹體晶體的延長方向、變形方向或晶體被熔蝕方向一致，如樣品802-7中的橄欖石包裹體的晶棱被熔蝕呈平行溝渠狀，被拉長的石墨斑從熔蝕溝內延伸到晶面上（圖6.22），但也有呈與包裹體晶形相同的形態，如247-SD-01中鎂鋁-鐵鋁榴石包裹體部分晶面上的六邊形黑色斑點（圖6.23），與所在晶面的形狀一致，且取向和所在晶面一致；條帶狀的石墨沿著包裹體晶體延長方向分布，與晶棱平行（圖6.24）；也有的石墨呈非定向的分散斑塊狀在大晶面上分布，如樣品801-11中的綠輝石包裹體上的石墨斑塊（圖6.25）。依此推斷這些石墨斑點應該為晶體包裹體形成後，由於外部環境溫壓條件的變化產生，與所存在的包裹體種類無關。

圖6.20 湖南鑽石中的綠輝石包裹體，其上有石墨斑點

（樣品801-11，微分干涉顯微鏡下，500×）

Figure 6.20 Omphacite inclusion with graphite spots in Hunan diamond

（sample 801-11，Differential Interference Contrast Microscope，500×）

圖6.21 湖南鑽石中的針管狀包裹體，管內測出綠輝石

（樣品802-7，微分干涉顯微鏡下，100×）

Figure 6.21 Tubular inclusions detected as omphacite in Hunan diamond

（sample 802-7，Differential Interference Contrast Microscope，100×）

圖6.22 湖南鑽石中的橄欖石包裹體，其上有拉長定向的黑色石墨

（樣品802-7，微分干涉顯微鏡下，500×）

Figure 6.22 Olivine inclusion covered with elongated black graphite in Hunan diamond

（sample 802-7，Differential Interference Contrast Microscope，500×）

圖6.23 山東鑽石中的鎂鋁-鐵鋁榴石包裹體，其上有六邊形黑色斑

（樣品247-SD-01，微分干涉顯微鏡下，200×）

Figure 6.23 Pyrope-almandine inclusion covered with hexagon black spots in Shandong diamond

（sample 247-SD-01，Differential Interference Contrast Microscope，200×）

圖6.24 遼寧鑽石中的鎂鋁榴石包裹體，其上有石墨附著

（樣品LN-50-037B（1-1），微分干涉顯微鏡下，100×）

Figure 6.24 Pyrope inclusion covered with graphite in Liaoning diamond

（sample LN-50-037B （1-1），Differential Interference Contrast Microscope，100×）

圖6.25 湖南鑽石中的綠輝石包裹體，其上有石墨斑塊

（樣品801-11，微分干涉顯微鏡下，500×）

Figure 6.25 Omphacite inclusion covered with graphite patches in Hunan diamond

（sample 801-11，Differential Interference Contrast Microscope，500×）

另外，在4片湖南鑽石薄片樣品802-3-1、802-3-2、802-7和111-HN-02以及一片山東鑽石樣品42-SD-01中都觀察到針管狀溶蝕孔道，它們在金剛石/鑽石中呈一個方向或幾個方向分布，如圖6.26～6.29所示及圖版Ⅵ。針管狀包裹體有單獨存在也有成排發育，形態為粗細和長短不等的管狀，管道內部為面棱狀，管壁顯示階梯或不規則形態，由鑽石晶體內部延伸至晶面，或出露或在靠近晶面處被封閉，出露面為不規則形狀。由於針管狀孔道深入鑽石內部，對鑽石的整體均一性造成了影響，因此本文將其納入鑽石的包裹體范疇來分析。

含有針管狀包裹體的鑽石晶體都是強烈變形的歪晶或呈碎塊狀，晶體表面蝕像豐富多樣，其中以熔蝕線和塑性變形滑移線最發育。針管狀包裹體都發育在晶體滑移變形面的延伸方向和交匯處，內部裂隙發育，佐證了鑽石中針管狀包裹體與鑽石生長環境中受應力作用有關。拉曼測試發現，針管狀包裹體的不同地方分別顯示出鑽石（樣品802-3-1）、綠輝石（樣品802-7）、石墨、氮氣（樣品802-7）、黃銅礦（樣品111-HN-02和802-7）和黃長石（樣品42-SD-01）的拉曼峰。由此可以推斷，鑽石中的針管狀包裹體主要與鑽石內部晶格結構以及後期地質作用有關。當塑性變形區域形成了晶體內部缺陷（主要為線性晶格缺陷），鑽石遭受熔蝕時沿塑性變形方向更易被改造而形成熔蝕通道，由表及裡的熔蝕作用遇到其他形式的晶體缺陷會使通道擴大或終止，這取決於晶體缺陷對熔蝕介質的抵抗力，並會在鑽石表面的通道露口處導致後期雜質物質的進入而形成次生包裹體。

從以上對湖南、山東和遼寧鑽石中的包裹體形貌分析可以發現，三個產地鑽石包裹體的形貌都是以渾圓晶體為主，包裹體遭受了不同程度的熔蝕，導致礦物包裹體顯示圓滑晶面棱和變形拉長外形。

前人在研究山東八面體金剛石/鑽石的透輝石包裹體時，沿解理方向也觀察到細小黑色斑點（黃蘊慧等，1992）；亓利劍等（1999）在觀察遼寧鑽石中的橄欖石包裹體時曾發現少數橄欖石表面被黑色斑點狀薄膜所覆蓋，但都未對此種黑色斑點狀薄膜進行確定。項目組在山東和湖南金鑽石包裹體觀察中確認了這些晶體包裹體上的黑色斑點是石墨物質，同時發現，石墨對所在包裹體晶體的拉曼測試造成影響，會造成包裹體礦物本徵拉曼峰強度變弱或缺失（圖6.30）。石墨斑紋在不同種類包裹體晶面上和包裹體周圍派生微裂隙中存在，並完好封閉在寄主鑽石中。原生石墨包裹體的存在可能說明這些鑽石形成過程恰好處於鑽石與石墨穩定區邊界附近，而次生石墨包裹體在晶體中可能和鑽石形成後外界溫壓環境明顯變化有關（Harris，1968，1972；Vance，1972）。

在湖南和山東鑽石中發現多個鑽石中有成排出現針管狀孔道，大部分管道直且內壁具明顯的面棱狀，推斷應該是鑽石生長過程中留下的生長特徵。早期研究表明，金剛石/鑽石的熔蝕通道與晶體缺陷有關（Tolansky，1955；Orlov，1973）。兩粒澳大利亞粉紅色金剛石/鑽石中出現熔蝕孔道引起了關注（etched dislocation channel）（Hofer，1985）；Crowningshield（1992）在粉紅色金剛石/鑽石中也發現「之」字形熔蝕孔道；Taijin Lu（2001）利用光學顯微鏡和掃描電鏡研究了7顆天然金剛石/鑽石中的熔蝕管道的特徵，這些管道以各種形式的平行線狀、彎折狀或者是蠕蟲狀等外形出現，在許多產地中的Ⅰ型和Ⅱ型金剛石/鑽石中都會出現；楊明星等（2004）對湖南褐色金剛石/鑽石中的直管狀的熔蝕孔道進行研究後認為它們是與塑性變形有關的熔蝕特徵。湖南鑽石在形成後的上升階段，可能經過了剪應力的作用和普遍的熔蝕過程。

圖6.26 湖南鑽石中平行排列的針管狀包裹體

（樣品802-3-1，微分干涉顯微鏡下，100×）

Figure 6.26 Parallel arranged tubular inclusions in Hunan diamond

（sample 802-3-1，Differential Interference Contrast Microscope，500×）

圖6.27 湖南鑽石中針管狀包裹體，內壁顯示多面棱形態

（樣品802-7，微分干涉顯微鏡下，500×）

Figure 6.27 Tubular inclusion with multi-facet prism texture inwall in Hunan diamond

（sample 802-7，Differential Interference Contrast Microscope，500×）

圖6.28 湖南鑽石中平行排列的細長管狀包裹體

（樣品802-3-2，微分干涉顯微鏡下，100×）

Figure 6.28 Parallel arranged slender and tubular inclusions in Hunan diamond

（sample 802-3-2，Differential Interference Contrast Microscope，100×）

圖6.29 山東鑽石中密集的針管狀包裹體

（樣品42-SD-01，微分干涉顯微鏡下，200×）

Figure 6.29 Intensive tubular inclusions in Shandong diamond

（sample 42-SD-01，Differential Interference Contrast Microscope，200×）

金剛石/鑽石在室溫和較低溫度下主要表現沿{111}解理，常具脆性，隨溫度的升高，塑性變形明顯增加，溶蝕孔道可能和塑性形變有關。實驗表明，金剛石/鑽石要發生塑性變形必須有溫度、壓力條件相互配合（圖6.31）：天然金剛石/鑽石生長的溫度在 900～1300℃之間，壓力為（45～70）×10⁸Pa，因此在地幔高溫高壓下的金剛石/鑽石生長環境中受應力作用時金剛石/鑽石易產生塑性變形，從而產生一系列的晶體缺陷，進而對金剛石/鑽石晶體的生長和光學性能等都產生極大的影響；如果環境溫度太低（在900℃以下），則有可能發生脆性變形（Bursill，1995；Schmetzer，1999）。

圖6.30 湖南鑽石中的橄欖石及其上的石墨斑點拉曼測試圖

Figure 6.30 Raman Microscope testing results of olivine inclusion and the graphite spots in Hunan diamond

圖6.31 金剛石/鑽石塑性變形的溫度壓力范圍

（原圖據Schmetzer，1999）

Figure 6.31 Temperature and pressure range of diamond plastic deformation

（Original drawing by Schmetzer，1999）

綜上所述，山東和湖南鑽石晶體包裹體中附著的同生石墨包裹體可能說明鑽石生長環境經歷了明顯的溫壓變化，鑽石的生長環境具有波動性。湖南鑽石中出現的針管狀孔道數量比例最多，排列更密集，表明相對於遼寧和山東鑽石，湖南沅水流域鑽石的形成環境中塑性變形作用更為強烈，使其內部結構產生了復雜、明顯的三維溶蝕缺陷。