Naprezanje, plastična deformacija i rastne zone
Dijamant se često opisuje kao gotovo savršen kristal. U stvarnosti njegova rešetka može biti lokalno rastegnuta, savijena, pomaknuta ili trajno deformirana. Ti poremećaji nisu isto što i pukotine, nisu nužno vidljivi golim okom i ne moraju smanjivati trajnost. Istodobno mogu biti ključni za razumijevanje boje, rasta, geološke povijesti i laboratorijske identifikacije.
Ovo poglavlje zato odvaja tri pojma koji se u praksi često miješaju: naprezanje (stress), strain i deformaciju. Zatim ih povezuje s dislokacijama, plastičnom deformacijom, anomalnom dvolomnošću i rastnim zonama.
Stress, strain i deformacija nisu isto
Naprezanje opisuje unutarnje sile koje djeluju na materijal. Strain opisuje promjenu geometrije ili lokalno odstupanje rešetke od idealnoga položaja pod djelovanjem tih sila. Deformacija je širi opis promjene oblika ili strukture koja može biti elastična ili trajna.
Elastična deformacija nestaje kada se ukloni opterećenje. Plastična deformacija ostavlja trajnu strukturnu promjenu. Lom je treći proces: prekid kontinuiteta materijala stvaranjem pukotine ili odvajanjem dijela kristala.
Plastično deformiran dijamant nije isto što i napuknut dijamant.
Kako se dijamant može plastično deformirati
Ekstremna tvrdoća ne znači da se kristalna rešetka ne može trajno deformirati. Pri odgovarajućoj kombinaciji temperature, tlaka i usmjerenoga naprezanja dislokacije se mogu gibati kroz kristal.
Kod dijamanta je klasični klizni sustav {111}<110>: gibanje se odvija duž oktaedarskih {111} ravnina u kristalografskim <110> smjerovima. Ne pomiče se odjednom cijela polovica kristala. Dislokacije omogućuju postupno pomicanje atomskih slojeva uz lokalno prekidanje i ponovno uspostavljanje veza.
Na makroskopskoj razini kristal može ostati cjelovit, dok je na atomskoj razini trajno promijenjen.
[VIZUAL 46.1: Dislokacijski klizni sustav {111}<110> — stress → gibanje dislokacija → plastična deformacija bez stvaranja otvorene pukotine]
Deformacijske lamele, glide planes i mehaničko blizančenje
Plastična deformacija može biti koncentrirana u uske ravninske zone. U roughu se njihov trag ponekad vidi kao niz paralelnih deformacijskih linija ili kao pravilno raspoređeni tragovi jetkanja na površini.
Mehaničko blizančenje treba odvojiti od rastnoga blizančenja. Rastni twin, poput maclea, nastaje tijekom kristalizacije. Deformacijski twin nastaje naknadnom promjenom orijentacije dijela rešetke pod mehaničkim naprezanjem.
Twinning wisps u brušenom dijamantu mogu biti povezani s kompleksnim blizanačkim i rastnim strukturama, ali sam termin iz clarity jezika nije potpuna kristalografska dijagnoza.
Lokalni strain oko inkluzija i fraktura
Mineralna inkluzija i dijamant domaćin nemaju nužno jednaka elastična i toplinska svojstva. Tijekom uspona, hlađenja i dekompresije između njih može nastati lokalno naprezanje. Rezultat mogu biti strain zone, pressure halos ili pukotine uz uklop.
Sličan lokalni strain može se koncentrirati uz:
- frakture;
- granice rastnih sektora;
- plastično deformirane lamele;
- područja nehomogene raspodjele defekata;
- mjesta gdje je kristal pretrpio naknadnu mehaničku promjenu.
Takav uzorak može biti znanstveno koristan, ali sam ne govori koliko će se kamen lako slomiti.
Anomalna dvolomnost
Idealan kubični dijamant optički je izotropan i u normalnim uvjetima ne pokazuje klasičnu dvolomnost poput anizotropnih minerala. No lokalni strain narušava savršenu kubičnu simetriju i može proizvesti anomalnu dvolomnost.
Između ukriženih polarizatora deformirane zone mogu pokazivati:
- trake;
- križne ili mrežaste uzorke;
- mrljaste zone;
- interferencijske boje različita reda.
Te boje nisu tjelesna boja dijamanta. One nastaju optičkom interferencijom u napregnutoj rešetki i nestaju ili se mijenjaju s geometrijom promatranja.
Interferencijska boja pod polarizatorima nije color grade.
Rastne zone i rastni sektori
Dijamant ne mora rasti kontinuirano. Kristal može bilježiti više epizoda rasta, zastoja, djelomičnoga otapanja i ponovnoga rasta.
Rastna zona najčešće opisuje prostorni zapis promjene kroz vrijeme: jezgru, unutarnje pojaseve, omotač ili rub. Rastni sektor opisuje dio kristala koji je rastao pod kontrolom određene kristalografske plohe.
Ta razlika je važna. Dvije zone mogu pripadati različitim vremenskim epizodama, dok dva sektora mogu rasti istodobno, ali različito ugrađivati dušik, bor ili druge defekte.
Granice sektora mogu biti mjesta lokalnoga straina, ali granica sektora nije automatski deformacijska zona.
[VIZUAL 46.2: Rastna zona nasuprot rastnom sektoru — vremenska zonacija kroz kristal i istodobni kristalografski sektori]
Rastna zona nasuprot deformacijskoj zoni
Rastna zonacija nastaje tijekom kristalizacije ili ponovnoga rasta. Deformacijska zonacija nastaje promjenom već postojećega kristala.
U stvarnom dijamantu oba zapisa mogu se preklapati. Korisni kriteriji uključuju:
- presijeca li jedna struktura drugu;
- prati li struktura kristalografsku granicu rasta;
- povezuje li se s promjenom kemijskih defekata;
- postoji li uz nju strain pod polarizatorima;
- odgovara li luminescencijski uzorak očekivanom rastnom sektoru.
Jednaka orijentacija dviju struktura ne dokazuje da su nastale istim procesom.
Veza s brown i pink grainingom
Plastična deformacija važna je u mnogim smeđim i ružičastim prirodnim dijamantima. Kod brown populacija deformacija može biti povezana s velikim sklopovima praznina i optičkom apsorpcijom. Kod velikoga dijela prirodnih Pink i Red dijamanata boja je povezana s deformacijskim strukturama i apsorpcijom oko 550 nm.
No graining nije sinonim za pukotinu. Također nije svaka deformirana zona obojena, niti svaka ružičasta ili smeđa boja ima identičnu atomsku povijest.
Puni mehanizmi boje obrađeni su u poglavljima 32–39.
Kako se strain i rastna arhitektura promatraju
Metoda mora odgovarati pitanju.
Gemološki mikroskop pokazuje linije, graining, pukotine, inkluzije i površinske odnose.
Ukriženi polarizatori otkrivaju anomalnu dvolomnost i prostorni raspored straina.
Katodoluminescencija i duboko-UV luminescencijsko snimanje mogu otkriti rastne sektore, zone i deformacijske mreže koje nisu očite u običnom svjetlu.
FTIR i PL mogu povezati pojedine zone s atomskim defektima, ali njihova puna instrumentalna interpretacija pripada poglavljima 69–71.
Ramanovo mapiranje, rendgenska topografija i elektronska mikroskopija koriste se u istraživačkim problemima kada treba prijeći od gemološkoga opažanja prema kristalnoj fizici.
[VIZUAL 46.3: Isti dijamant u četiri prikaza — obična mikroskopija, ukriženi polarizatori, deep-UV/CL i spektroskopska karta]
Prirodni, HPHT i CVD uzorci
Prirodni, HPHT-uzgojeni i CVD-uzgojeni dijamanti mogu imati različite tipične rastne arhitekture i strain obrasce, ali nijedan pojedinačni uzorak nije univerzalni test podrijetla.
Prirodni dijamanti mogu pokazivati složene višefazne zone, deformaciju i resorpciju. HPHT kristali često pokazuju sektorijalni rast povezan s različitim kristalografskim plohama. CVD kristali često pokazuju slojeviti rast približno paralelan seedu i mogu imati banded ili striated luminescence.
Međutim, tehnologija se mijenja, post-growth obrada može modificirati optičke defekte, a pojedina svojstva se preklapaju. Zato se laboratorijska identifikacija temelji na kombinaciji podataka, ne na jednoj fotografiji straina.
Što strain znači za čistoću i trajnost
Strain može pomoći objasniti graining ili optičku nehomogenost, ali nije zasebna GIA clarity ljestvica niti izravni durability score.
Snažna deformacija može lokalno biti povezana s pukotinama ili cleavage sustavima, no stvarni rizik ovisi o trodimenzionalnom položaju, otvorenosti, obliku kamena, postavi i planiranom zahvatu. Procjena trajnosti zato pripada integriranom pregledu iz poglavlja 47.
Profesionalni redoslijed zaključivanja
Pri analizi unutarnje strukture korisno je držati se ovoga slijeda:
- opisati što je stvarno vidljivo;
- odvojiti pukotinu od graininga i rastne linije;
- utvrditi trodimenzionalni položaj;
- promatrati anomalnu dvolomnost;
- usporediti je s rastnom arhitekturom;
- po potrebi dodati spektroskopsku ili luminescencijsku informaciju;
- tražiti najmanje dva međusobno neovisna pokazatelja za važan zaključak;
- odvojiti opažanje od interpretacije;
- jasno zapisati razinu sigurnosti.
Sažetak poglavlja
- Stress, strain i deformacija nisu sinonimi.
- Plastična deformacija nije isto što i lom.
- Dijamant se može plastično deformirati gibanjima dislokacija.
- Klasični slip sustav dijamanta je {111}<110>.
- Rastno i mehaničko blizančenje imaju različito podrijetlo.
- Lokalni strain može nastati oko inkluzija, fraktura i sektorskih granica.
- Anomalna dvolomnost posljedica je narušene lokalne optičke izotropije.
- Interferencijske boje pod polarizatorima nisu tjelesna boja kamena.
- Rastna zona prvenstveno bilježi vremenski slijed, a rastni sektor kristalografski smjer rasta.
- Rastne i deformacijske strukture mogu se preklapati.
- Brown i pink graining mogu biti povezani s plastičnom deformacijom, ali nisu univerzalni dijagnostički znakovi.
- Strain obrazac sam po sebi ne dokazuje prirodno, HPHT ili CVD podrijetlo niti predviđa lom.
[VIZUAL 46.4: Dokazni slijed — opažanje → 3D položaj → strain → rastna arhitektura → spektroskopija → zaključak s razinom sigurnosti]