Diamanten gehören zu den wertvollsten und schönsten Schöpfungen der Natur. Doch bei all der Schönheit gibt es auch ein paar Fehler, die dazu führen können, dass ein Diamant seinen Glanz verliert. Um die Qualität von Diamanten zu erhalten, ist es wichtig, ihre Eigenschaften und häufigen Fehler zu kennen und sich über die fortschrittliche Technologie zu ihrer Messung zu informieren.
In diesem Blogartikel konzentrieren wir uns auf Diamanten, erläutern woraus sie bestehen, untersuchen ihre häufigsten Fehler und betrachten diese Fehler im Detail mit zwei verschiedenen Prüfgeräten: mit Digitalmikroskopen und konfokalen Lasermikroskopen.
Woraus besteht ein Diamant?
Ein Diamant ist eine feste Form des Kohlenstoffs, dessen Atome in einer kubischen Kristallstruktur angeordnet sind (die Atome sind in einem tetraedrischen 3D-System angeordnet). Diamanten entstehen tief im Erdmantel, in der Regel etwa 150–200 Kilometer unter der Oberfläche, unter hohen Druck- und Temperaturbedingungen.
Aufgrund der Entstehungsbedingungen und der ausgeprägten atomaren Strukturen weisen Diamanten die höchste Härte und Wärmeleitfähigkeit aller natürlichen Materialien auf. Diese Eigenschaften werden in wichtigen industriellen Anwendungen genutzt, z. B. bei Schneid- und Polierwerkzeugen. Rohdiamanten werden abgebaut und in einem mehrstufigen Schleifverfahren zu Edelsteinen verarbeitet.
Diamanten sind hart, aber spröde. Sie können durch einen einzigen Schlag gespalten werden. Daher gilt das Schleifen von Diamanten traditionell als ein heikles Verfahren, das Fähigkeiten, Kenntnisse, Werkzeuge und Erfahrung erfordert. Das Schneiden von Diamanten erfordert Präzision und Fachwissen, um die optischen Eigenschaften des Diamanten zu maximieren und den Gewichtsverlust beim Schneiden zu minimieren. Das Ziel ist es, ein facettiertes Schmuckstück herzustellen, bei dem die spezifischen Winkel zwischen den Facetten den Glanz des Diamanten (d. h. die Streuung des weißen Lichts) optimieren.
Diamanten werden in vielen Formen geschliffen, z. B. rund, brillant, birnenförmig (oder tropfenförmig), marquise, oval und in herz- und pfeilförmig. Der Wert eines Diamanten wird durch eine Kombination von 4 Faktoren: Schliff, Farbe, Reinheit und Karatgewicht. Verschiedene amerikanische Zertifizierungsstellen bescheinigen die Qualität des Diamanten.
Was sind die Arten von Diamantfehlern?
Die Unvollkommenheiten von Diamanten lassen sich in äußere und innere Fehler unterteilen. Die Unvollkommenheiten von Diamanten werden von zertifizierten Gemmologen anhand standardisierter Bewertungskriterien beurteilt und eingestuft. Der Schweregrad, die Größe, die Lage und die Art der Unvollkommenheiten können den Reinheitsgrad eines Diamanten beeinflussen. Fehler von Diamanten:
Äußere Fehler von Diamanten
- Flecken: Diese Diamantfehler befinden sich auf der Oberfläche eines Steins und können natürlich auftreten.
- Kratzer: Dabei handelt es sich um feine Linien auf der Oberfläche des Diamanten. Sie können natürlich entstanden sein oder beim Schleifen eines Diamanten entstehen.
- Zusätzliche Facetten: Diese werden in der Regel geschliffen, um Unreinheiten oder Einschlüsse zu entfernen. Manchmal werden diese verschiedenen Facetten auch geschliffen, um die Brillanz des Diamanten zu verstärken.
- Bruch: Ein Bruch in Diamanten, der nicht parallel zur Spaltfläche verläuft, ist eine Fraktur. Brüche haben in der Regel eine unregelmäßige Form und lassen einen Diamanten wie einen Splitter aussehen.
- Fingerabdrücke: In Diamanten finden sich manchmal Fingerabdruckeinschlüsse in Form von Fingerabdrücken. Allerdings sind diese Einschlüsse bei Diamanten im Vergleich zu anderen Steinen, wie beispielsweise Rubinen, selten.
- Löcher: Auf der Oberfläche eines Diamanten können kleine Löcher vorhanden sein. Normalerweise sind diese Löcher mit bloßem Auge nicht erkennbar.
- Kerben: Diamanten können auch an einigen Stellen abgesplittert sein, was zu Einkerbungen führt. Kerben werden oft durch das Hinzufügen zusätzlicher Facetten repariert.
Fehler von Diamanten im Inneren
- Kristall-/Mineraleinschlüsse: Einige Diamanten besitzen winzige Kristalle, Mineralien oder anderen Diamanten.
- Punktförmige Einschlüsse: Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei diesen Einschlüssen um winzige, in der Regel weiße Kristalle, die sich im Inneren des Diamanten befinden.
- Nadeleinschlüsse: Kristalle in einem Diamanten können in Form von langen und dünnen Nadeleinschlüssen vorkommen. Diese Nadeleinschlüsse sind mit bloßem Auge möglicherweise nicht sichtbar.
- Wolke: Das Vorhandensein von drei oder mehr punktförmigen Einschlüssen nahe beieinander kann einen trüben Bereich oder eine Wolke im Diamanten erzeugen.
- Knoten: Wenn Diamantkristalle bis an die Oberfläche des Diamanten reichen, werden sie als Knoten bezeichnet. Diese Knoten können unter geeigneten Lichtbedingungen mit einer Diamantlupe betrachtet werden.
- Körnung: Kristalleinschlüsse in Diamanten treten in Form von Linien auf, die als Körnung bezeichnet werden. Die Körnung sollte nicht mit der natürlichen Maserung eines Rohdiamanten verwechselt werden.
5 Möglichkeiten zur Fehlererkennung in Diamanten mit einem Mikroskop
Um die Fehler eines Diamanten zu bestimmen und die Qualitätskontrolle zu verbessern, können wir technologisch fortschrittliche Lösungen, wie ein Digitalmikroskop und ein konfokales Lasermikroskop, verwenden.
DSX1000 Digitalmikroskop.
Unser Digitalmikroskop DSX1000 ermöglicht beispielsweise die nahtlose Aufnahme von Bildern unter Verwendung verschiedener Beobachtungsmodi, wie Hellfeld, Schrägfeld, Dunkelfeld und differentieller Interferenzkontrast (DIC), um die Kratzer auf der Oberfläche eines Diamanten zu zeigen. Mit dem Digitalmikroskop mit polarisiertem Licht können wir auch andere Arten von inneren oder äußeren Fehlern wie Einschlüsse, Bruch und Löcher untersuchen.
Hier ist ein kurzer Überblick über diese Methoden zur Fehlererkennung bei Diamanten:
1. Hellfeldmikroskopie
Die Hellfeldmethode mit Auflicht ist aufgrund ihrer Einfachheit und Effektivität bei der Beleuchtung von Proben eine häufig verwendete Methode zur Untersuchung von Diamantfehlern. Die Diamantprobe erscheint hell vor einem dunklen Hintergrund, wodurch ein Kontrast entsteht, der die Sichtbarkeit von Fehlern und Einschlüssen im Diamanten verbessert. Durch diesen Kontrast lassen sich Unregelmäßigkeiten wie Bruch, Einschlüsse oder andere Strukturunregelmäßigkeiten leichter erkennen.
Hellfeldmikroskopie eines Diamantfehlers mit einem DSX10-SXLOB3X Objektiv.
Hellfeld kann auch zusammen mit anderen Bildgebungs- und Beleuchtungsverfahren verwendet werden, um ein umfassenderes Verständnis des Zustands eines Diamanten zu erhalten. So können Sie beispielsweise die Hellfeldbetrachtung mit polarisiertem Licht, Dunkelfeld, DIC oder Schräglichtbetrachtung kombinieren, um verschiedene Aspekte der Steinstruktur zu untersuchen und ein breiteres Spektrum von Fehlern und Einschlüssen zu erkennen. Das folgende Bild zeigt einen Diamanten mit Hellfeld und Dunkelfeld.
MIX-Mikroskopie eines Diamanten mit einer Kombination aus Hellfeld und Dunkelfeld. Aufgenommen mit dem DSX1000 Digitalmikroskop.
2. Dunkelfeldmikroskopie
Auflicht-Dunkelfeld ist eine wertvolle Beobachtungsmethode für die Betrachtung von Diamantfehlern, da sie einen höheren Kontrast und eine höhere Empfindlichkeit für Oberflächenunregelmäßigkeiten und Einschlüsse bietet. Die Diamantprobe erscheint aufgrund des schrägen Beleuchtungswinkels dunkel vor einem hellen Hintergrund. Diese kontrastreiche Beleuchtungsmethode betont Oberflächenmerkmale und Unvollkommenheiten und macht selbst subtile Fehler deutlicher sichtbar.
Die Dunkelfeldbeobachtung eignet sich daher besonders gut zur Erkennung von Oberflächenkratzern, Abrieb, Polierspuren und anderen äußeren Mängeln an Diamanten. Wie im obigen Bild zu sehen ist, ergänzt die Dunkelfeldbeobachtung das Hellfeld, indem sie eine andere Perspektive auf die Oberfläche und die innere Struktur des Diamanten bietet.
3. DIC-Kontrastverfahren
Die DIC-Beobachtung kann den Kontrast von transparenten und halbtransparenten Proben, wie z. B. Diamanten, verstärken. Bei der Untersuchung von Diamanten kann die DIC-Beobachtung feine strukturelle Merkmale und Fehler im Edelstein mit hohem Kontrast und Klarheit aufzeigen. Das sind einige Beispiele:
DIC-Beobachtung eines Diamantfehlers. Aufgenommen mit einem DSX1000 Digitalmikroskop und einem DSX10-SXLOB3X Objektiv.
DIC-Beobachtung eines Diamantfehlers. Aufgenommen mit einem digitalen DSX1000 Mikroskop und einem MPLFLN5XBDP Objektiv.
DIC-Betrachtung von Diamantfehlern. Aufgenommen mit einem DSX1000 Digitalmikroskop und einem MPLAPON50X Objektiv.
4. Schräglichtbetrachtung
Bei der Schräglichtbetrachtung wird der Diamant schräg gestellt und nicht direkt von oben, sondern von der Seite beleuchtet. Bei dieser Technik werden die Reflexionseigenschaften des Diamanten genutzt, um Fehler zu erkennen, die unter normalen Lichtverhältnissen nicht ohne weiteres sichtbar sind.
Durch das Werfen von Schatten und das Erzeugen von Glanzlichtern können mit Schräglicht Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche, wie Kratzer, Abrieb oder Polierspuren, sowie innere Fehler in der Nähe der Oberfläche, hervorgehoben werden. Schräglichtsicht eignet sich besonders gut für die Beurteilung des Gesamtzustands und der Oberflächenbeschaffenheit eines Diamanten und gibt Aufschluss über seine Abnutzungsgeschichte und mögliche Probleme mit der Haltbarkeit.
Schräglichtbeobachtung von einem Diamantenfehler. Aufgenommen mit einem DSX1000 Digitalmikroskop und einem DSX10-SXLOB3X Objektiv.
5. Mikroskopie im polarisierten Licht
Polarisiertes Licht ist aufgrund seiner Wechselwirkung mit der Kristallstruktur von Diamanten eine wirksame Methode zur Erkennung von Diamantfehlern. Beim Durchgang des polarisierten Lichts durch den Diamanten bewirken seine doppelbrechenden Eigenschaften, dass sich die Lichtwellen in zwei Komponenten aufspalten, die jeweils in eine andere Richtung schwingen und sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit fortbewegen. Dieses unterschiedliche Verhalten kann interne Fehler, wie Bruch,
Einschlüsse oder Kristallwachstumsanomalien, hervorheben, indem es kontrastreiche Muster oder Farben im Diamanten erzeugt.
Beobachtung und Messung der Oberflächenrauheit bei Diamanten
Das digitale DSX1000 Mikroskop bietet eine 1750-fache Vergrößerung, mit der sich Deformationen, wie Kratzer auf der Oberfläche des Diamanten ausreichend erkennen lassen. Um Informationen über die Rauheit dieser Oberflächen im Nanometerbereich zu erhalten, können wir auf die konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie verwenden.
Unser konfokales 3D-Lasermikroskop LEXT OLS5100 scannt die Probe mit einer 405-nm-Laser-Lichtquelle im Konfokalverfahren und erfasst präzise Informationen über die Höhe der Diamantoberfläche. Das folgende konfokale Bild und die Daten zur Oberflächenrauheit sind ein Beispiel dafür.
Beobachtung der Oberflächenrauheit eines Diamanten bei 2500-facher Vergrößerung. Aufgenommen mit dem konfokalen LEXT OLS5100 3D-Laser-Scanning-Mikroskop.
Aus dem folgenden Bericht geht hervor, dass der Rauheitswert (Ra) 20 nm beträgt. Der zu sehende maximale Peak (Rp) liegt bei 58 nm und die maximale Vertiefung (Rv) bei 49 nm.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Wahl des richtigen Mikroskopsystems und des richtigen Mikroskopieverfahrens Prüfer helfen kann, Fehler zu erkennen und genaue Messungen im Rahmen von Qualitätskontrollen während der Diamantenproduktion durchzuführen.
Teile dieses Artikels stammen aus einem Blogartikel von Gyanesh Singh, Anwendungsspezialist bei IR Technology Services Pvt. Ltd. Lesen Sie den Originalartikel Surface Roughness Observation of a Diamond.
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