DE1027192B - Verfahren zur Verbesserung der Farbe von Diamanten - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Bei der Bestimmung des Kaufwertes eines Diamanten ist die Farbe oder ein Mangel in der Farbe des Steines ein wichtiger, wenn nicht überwiegender Faktor. Üblicherweise werden gelb- oder braungefärbte Steine weniger geschätzt als farblose oder bläulichgefärbte, was durch die Seltenheit der farblosen oder blauen Steine im Vergleich zu braunen oder gelben Steinen bedingt ist.

Der Grund für die spezielle Färbung von Diamanten konnte bis jetzt noch nicht geklärt werden, man nimmt jedoch an, daß diese Färbung entweder durch den Einschluß von Verunreinigungen in die Kristallstruktur oder durch Abweichungen von der idealen Gitterstruktur selbst verursacht wird. Verschiedene Vorschläge wurden bereits gemacht und verschiedene Versuche angestellt, um den Handelswert gefärbter Diamanten durch eine Bestrahlung zu verbessern, die Fehlstellen im Gitter umgruppieren oder eingeschlossene Verunreinigungen umwandeln soll. So hat man bereits versucht, Diamanten durch eine lang andauernde direkte Radiumbestrahlung zu beeinflussen. Dabei konnte man feststellen, daß farblose Steine eine grüne Farbe erhielten. Die durch diese Radiumbestrahl'ung erzeugten Farben waren jedoch nicht beständig, insbesondere wenn die Diamanten erwärmt wurden. Auch mit Zyklotronbestrahlungen wurden schon Versuche gemacht, wobei auch hier wieder eine grüne Farbe erzielt wurde. Eine Verbesserung der Farbe von braunen oder gelben Diamanten konnte mit diesen bekannten Bestrahlungsverfahren jedoch nicht erzielt werden. Die raschen Fortschritte auf dem Gebiet der Atomspaltung in den letzten Jahren gaben jedoch den Wissenschaftlern neue Strahlungsquellen von ungeheurer Leistung in die Hand, so daß diese Forschungen neuen Auftrieb erhielten, obwohl die Ergebnisse wegen praktischer Schwierigkeiten vorwiegend noch auf die Theorie beschränkt blieben.

Die natürliche braune oder gelbe Färbung der Diamanten ergibt sich aus einer zu starken Absorption des Lichtes zum violetten Ende des sichtbaren Spektrums hin. Diese Erscheinung ist wahrscheinlich durch den Einschluß von Verunreinigungen in dem Gitter bedingt, die als Absorptionszentren wirken. Beim augenblicklichen Stande unseres Wissens scheint es nur wenige oder gar keine Möglichkeiten zu geben, diese Verunreinigungen durch Bestrahlung derart umzuwandeln, daß ihre Absorptionseigenschaften in bemerkenswerter Weise geändert werden. Ziel der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Verbesserung der Farbe (in kommerziellem Sinne) fahlgelber oder brauner Diamanten.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Farbe eines Diamanten durch Erhöhung seiner Lichtabsorption gegen das rote Ende des Verfahren zur Verbesserung
der Farbe von Diamanten

Anmelder:

Industrial Distributors (1946) Limited,
Johannesburg (Südafrikanische Union)

Vertreter: Dr. F. Zumstein, Patentanwalt,
München 2, Bräuhausstr. 4

Beanspruchte Priorität:
Südafrikanische Union vom 19. April 1954

Jan Frans Henri Custers,

Johannesburg (Südafrikanische Union),

Henry Brooke Dyer und Robert William Ditchburn,

Reading (Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden

sichtbaren Spektrums mittels Bestrahlung, wobei gemäß der Erfindung die Diamanten mit ^-Strahlung einer Energie zwischen 0,5 und 1,3 MeV bestrahlt werden. Man nimmt an, daß die Wirkung dieses Verfahrens darin besteht, daß man durch die Absorption beim roten Ende des Spektrums der Absorption beim violetten Ende des Spektrums entgegenwirkt. Wenn im Idealfall Ausmaß und Natur der Gitterumordnung derart ist, daß die ursprüngliche überschüssige Absorption über die gesamte Länge des sichtbaren Spektrums genau ausgeglichen wird, dann ist der ursprünglich gelbe oder braune Stein zu einem wertvollen farblosen Stein entfärbt. Offensichtlich kann man dieses Ideal nicht erreichen, aber eine Aufhellung oder Unterdrückung der braunen oder gelben Farbe durch eine überlagerte Absorption am gegenüberliegenden Ende des Spektrums entfärbt den Stein oder färbt ihn um und steigert seinen Wert.

Die Energie und Strahlungsdichte der Bestrahlung hängt in gewissem Ausmaß von den physikalischen Eigenschaften des Diamanten ab. Eine unkontrollierte örtliche Erwärmung soll vermieden werden, weil allgemein eine Erwärmung der Steine während der Bestrahlung unerwünscht ist. Eine milde Erwärmung während oder nach der Bestrahlung kann manchmal vorteilhaft sein.

Es gibt einen theoretischen Schwellenwert für die Energie, und unterhalb dieses Wertes kann das Ver-

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fahren nicht angewendet werden. Einen angenäherten Wert dieser Schwellenenergie konnte man aus den bekannten Daten der Bindungsenergien der Kohleatome¹ im Diamanten für jede Strahlenart berechnen. Bei Energien, die nur wenig über 'diesem theoretischen Schwellenwert liegen, verläuft das -Verfahren so längsam, .daß man in einer vertretbaren Zeit kein Ergebnis feststellen kann. Es .gibt daher einen praktischen Schwellenwert, der über dem theoretischen liegt und

wünschte Färbung zur Folge haben, und das Endergebnis wird in ungünstigem Sinn beeinflußt. Bei sehr stark überhöhter Strahlungsdichte kann die Qualität des behandelten Steines geringer sein als die 5 des unbehandelten. Die Geschwindigkeit, mit der das Verfahren abläuft, nimmt mit zunehmender Strahlungsdichte zu. Es gibt jedoch ein Optimum der Strahlungsdichte, bei dem die Brauchbarkeit des Ergebnisses nicht allzusehr beeinträchtigt wird, während

welcher der geringsten Energie ~ entspricht, bei der io die zur Durchführung des Verfahrens erforderliche man unter den experimentellen Bedingungen Ände- Zeit in bemerkenswerter Weise verkürzt wird. Die rungen feststellen kann. Dieser praktische Schwellen- möglichen Formen der Bestrahlung werden nun an wert schwankt leicht von Diamant zu Diamant. Hand von praktisch erzielten Daten (soweit man

Die Brauchbarkeit des Ergebnisses, d. h. die Stärke solche Daten überhaupt erhalten kann) näher beder Annäherung eines fertig behandelten Diamanten 15 schrieben.

an einen hochwertigen Stein,- beispielsweise an einen Kobalt 60, ein radioaktives Isotop, das y-Strahlen

von der Diamantenindustrie als wasserklaren Stein aussendet, deren Energien etwa bei 1,1 und 1,3 MeV bezeichneten Diamanten, wird durch folgende Punkte liegen, wird vorteilhafterweise zur Bestrahlung verbestimmt, wendet. Man benötigt eine Dosis über 10⁹ Röntgen,

a) Ursprüngliche Eigenschaften und Intensität der 20 um bei einem Stein von 5 mm Dicke einen merkbaren Färbung des Diamanten, Effekt zu erzielen. Die durch dieses Verfahren her-

b) Genaue Einstellung der Bedingungen, unter vorgerufenen Umwandlungen sind über die gesamte denen das Verfahren durchgeführt wird. Dicke des Steines gleichmäßig verteilt.

Im folgenden wird näher erläutert, auf welche Die Gesamtdosis der Strahlung, die zur Erzielung

Weise durch die Art der Durchführung dieses Verfah- 25 bester Ergebnisse notwendig ist, wurde bis jetzt noch rens das Ergebnis beeinflußt wird. ^: nicht erwähnt. Sie kann auch nicht absolut festgelegt

Die besten Ergebnisse erzielt man üblicherweise werden, da sie von den ursprünglichen Eigenschaften dann, wenn die Energie der _rStrahlung nicht allzu und von der Intensität der Färbung des zu behandeluweit über dem praktischen Energieschwellenwert den Diamanten abhängt. Sie hängt weiterhin von der liegt. Bei Anwendung dieser Energie bei der Bestrah- 30 Größe des Diamanten ab, insoweit, als von dieser lung tritt jedoch der schwerwiegende Nachteil in Er- Größe der gesamte Weg abhängt, den das Licht von scheinung, daß die Zeit, die erforderlich ist, um das der Stelle aus zurücklegen muß, wo es in den Dia-Verfahren vollständig durchzuführen, außerordentlich manten eintritt, bis zu der Stelle, wo es aus dem Dialang ist. Mit zunehmender Energie der Bestrahlung manten austritt, um dann in das Auge des Beobachters über diesen Wert hinaus wird auch ein schnellerer 35 einzutreten. Als Beispiel wurde ein nahezu farbloser Ablauf des Verfahrens erzielt. Außerdem beeinträch- Stein in Form eines rechteckigen Blockes von tigt eine begrenzte Zunahme der Bestrahlungsenergie 5,35 X 3,9 mm mit Kobalt 60 bestrahlt und anschlieüber den Schwellenwert hinaus die Brauchbarkeit des ßend über eine Dicke von 5,35 mm gemessen. Es wur-Ergebnisses nicht allzusehr. Es gibt daher ein Op- den vier aufeinanderfolgende Dosen von je etwa timum für die Energie der anzuwendenden y-Strah- 40 0,8 X 10⁹ Röntgen angewandt. Nach der ersten Dosis lung. Bei diesem Optimum erzielt man Ergebnisse, konnte man einen leichten Farbwechsel visuell eben die nicht weit unter den besten liegen, die überhaupt noch feststellen. Nach der zweiten Dosis konnte man erreicht werden können, wobei jedoch die zur Durch- einen Farbumschlag in das Bläulich-Grüne festführung dieses Verfahrens erforderliche Zeit in be- stellen, während man nach der dritten und vierten merkenswerter Weise herabgesetzt wird. Der optimale 45 Dosis eine ausgesprochen blaugrüne Färbung beob-Wert, der für einen bestimmten Diamanten auszu- achten konnte. Die Stärke der Absorption am roten wählen .ist, hängt vom ursprünglichen Zustand des Ende des Spektrums wurde nach jeder Bestrahlung Diamanten und von dem gewünschten Ergebnis ab. gemessen, und es wurde festgestellt, daß sie pro-Die Qualität der erhaltenen Diamanten wird auch portional mit der Strahlungsdosis zunahm. Die in der durch eine zu hohe Strahlungsdichte der Bestrahlung 50 ersten Verfahrensstufe erzielte Absorption hätte die beeinflußt. Es ist wünschenswert, daß die atomare Entfärbung eines ausgesprochen fahlbraunen Steines Umordnung, die durch den Aufprall von einem oder bewirkt. Der zweckmäßigste Bereich für eine Entfärmehreren Strahlungsteilchen oder Strahlen beendet, bung (abgesehen von der weiter unten zu besprechen- und daß die lokale überschüssige Energie über den den Erwärmung) liegt für einen Diamanten der Hauptteil des Diamanten verteilt wird, bevor weitere 55 angegebenen Dicke zwischen der zweiten und der Partikeln oder Strahlen das gleiche kleine Gebiet des vierten Stufe (eine Dosis im Bereich von 1,5 bis Kristalls treffen, und in diesem Gebiet einen größeren 3,0X 10⁹ Röntgen vorausgesetzt). Kleinere Diaman-Energiebetrag anhäufen als der, bei dem uner- ten können größere Dosen erfordern, wünschte Sekundärumwandlungen auftreten. Es ist Die Energie (1,1 bis 1,3 MeV) der von Kobalt 60

weiterhin erforderlich, die Strahlungsdichte derart zu 60 ausgesandten y-Strahlen liegt über dem Optimum. Die begrenzen, daß keine zu große Erwärmung des in einem völlig farblosen Stein erzeugte Farbe ist Kristalls als Ganzes auftritt. Das zulässige Maximum blaugrün, während eine genau blaue Farbe für die an Strahlungsdichte hängt erstens von der Umgebungs- meisten Steine das Optimum darstellt. Eine Verbessetemperatur des Kristalls, zweitens vom Wirkungsgrad rung kann durch Verwendung von 7-Strahlen erzielt der Anordnung zur Verhütung eines allgemeinen 65 werden, deren Energien unterhalb von 1,0MeV liegen. Temperaturanstieges während der Bestrahlung und Die optimale Energie liegt wahrscheinlich in der drittens in geringem Maße von den Eigenschaften des Mitte zwischen 0,5 bis 0,9 MeV, wobei /-Strahlen mit zu behandelnden Steines selbst ab. Energien in diesem Bereich dadurch erzielt werden

Wenn man eine zu hohe Strahlungsdichte anwendet, können, daß man einen kräftigen Elektronenstrahl von dann treten Sekundäreffekte auf, die eine uner- 70 geeigneter Energie auf eine Scheibe (target) fallen

Claims (4)

läßt. Es kann jedoch zweckmäßiger sein, Cäsium 134 oder ein anderes radioaktives Material zu verwenden, das j'-Strahlen von geeigneter Energie aussendet, wenn kräftige Strahlungsquellen dieser Art zur Verfügung stellen. Im Augenblick ist jedoch die Verwendung von Kobalt 60 der günstigte Weg zur Erzeugung einer brauchbaren Wirkung. Nach einer Ausführungsform der Erfindung werden die Diamanten nach der Bestrahlung vorzugsweise auf etwa 450° C erwärmt, wodurch die Färbung der Diamanten verringert werden kann. Die Färbung des obenerwähnten Prüflings wurde beispielsweise auf ein Drittel seines ursprünglichen Wertes vermindert. Die noch verbleibende Färbung ist etwas günstiger als die ursprüngliche Färbung. Eine weitere Erwärmung auf 450° C während einer Zeitspanne von 48 Stunden rief keine erkennbare Änderung hervor, jedoch ergab eine Erwärmung auf 600° C eine gelbe Farbe. Dieser Effekt kann auf zweierlei Weise wirkungsvoll verwendet werden. Zum ersten erhält man bei manchen Steinen das beste Ergebnis durch Verabreichung einer bedeutenden Überdosis von y-Strahlen, wobei die Dosis über dem Betrag liegt, der zur Neutralisierung der ursprünglichen Farbe erforderlich ist, und. durch eine anschließende kontrollierte Erwärmung, bis der Stein seine optimale Farbe erhält. Zum zweiten kann es bei einem industriellen Verfahren wünschenswert sein, eine große Anzahl von Steinen gleichzeitig zu behandeln. Einige werden dann eine Überdosis erhalten, während andere die optimale Dosis bekommen. Bei den Steinen, die eine leichte Überdosis erhalten haben, kann eine kleine Korrektur durch eine unter Überwachung stehende Erwärmung auf Temperaturen von etwa 450° C vorgenommen werden. Diese Korrektur wird wirkungslos, wenn die optimale Dosis bedeutend überschritten ist. Es sei außerdem bemerkt, daß die Gesamtdosis der Strahlen von den ursprünglichen Eigenschaften und von der Intensität des zu behandelnden Diamanten abhängt. Pate ν ta ν s P R C c η ε .

1. Verfahren zur Verbesserung der Farbe eines Diamanten durch Erhöhung seiner Lichtabsorption gegen das rote Ende des sichtbaren Spektrums mittels Bestrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß man den Diamanten mit y-Strahlung einer Energie zwischen 0,5 und 1,3 MeV bestrahlt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Diamanten nach der Bestrahlung erwärmt, vorzugsweise auf etwa 450° C.

3. Verfahren nach einem .der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als ^-Strahlungsquelle das Isotop Kobalt 60 oder Caesium 134 angewendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsdosis über 10⁹, vorzugsweise zwischen 1,5 und 3,0XlO⁹ Röntgen liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
W. Crookes, Diamonds (1909), S. 108 bis 110; J. M. Cork, Radioactivity and Nuclear Physics,

S. 63 und 269;
E. H. Kraus und C. B. Slawson, Gems and

Gem Materials (1947), S. 145/146.

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