Naprezanje, plastična deformacija i zone rasta
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 zonama rasta.
Naprezanje, 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.
Deformacijske lamele, ravnine klizanja (glide planes) i mehaničko blizančenje
Plastična deformacija može biti koncentrirana u uske ravninske zone. U neobrađenom dijamantu (rough) se njihov trag ponekad vidi kao niz paralelnih deformacijskih linija ili kao pravilno raspoređeni tragovi jetkanja na površini.
Mehaničko blizančenje treba odvojiti od blizančenja pri rastu. Blizanac rasta (growth twin), poput maclea (plosnati sraslac), nastaje tijekom kristalizacije. Deformacijski twin nastaje naknadnom promjenom orijentacije dijela rešetke pod mehaničkim naprezanjem.
Sraslačke vlaknaste nakupine (twinning wisps) u brušenom dijamantu mogu biti povezani s kompleksnim blizanačkim strukturama i strukturama rasta, ali sam termin iz jezika čistoće nije potpuna kristalografska dijagnoza.
Lokalno naprezanje 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 zone naprezanja, pressure halos ili pukotine uz inkluziju.
Slično lokalno naprezanje može se koncentrirati uz:
- frakture;
- granice sektora rasta;
- 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 lokalno naprezanje 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.
Zone rasta i sektori rasta
Dijamant ne mora rasti kontinuirano. Kristal može bilježiti više epizoda rasta, zastoja, djelomičnoga otapanja i ponovnoga rasta.
Zona rasta najčešće opisuje prostorni zapis promjene kroz vrijeme: jezgru, unutarnje pojaseve, omotač ili rub. Sektor rasta 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 naprezanja, ali granica sektora nije automatski deformacijska zona.
Zona rasta nasuprot deformacijskoj zoni
Raspored zona rasta 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 naprezanje pod polarizatorima;
- odgovara li luminescencijski uzorak očekivanom sektoru rasta.
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 naprezanje i arhitektura rasta promatraju
Metoda mora odgovarati pitanju.
Gemološki mikroskop pokazuje linije, graining, pukotine, inkluzije i površinske odnose.
Ukriženi polarizatori otkrivaju anomalnu dvolomnost i prostorni raspored naprezanja.
Katodoluminescencija i duboko-UV luminescencijsko snimanje mogu otkriti sektore rasta, 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.
Prirodni, HPHT i CVD uzorci
Prirodni, HPHT-uzgojeni i CVD-uzgojeni dijamanti mogu imati različite tipične arhitekture rasta i obrasce naprezanja, 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 kristalu seed i mogu imati prugastu (banded) ili brazdastu (striated) luminescenciju.
Međutim, tehnologija se mijenja, obrada nakon rasta može modificirati optičke defekte, a pojedina svojstva se preklapaju. Zato se laboratorijska identifikacija temelji na kombinaciji podataka, ne na jednoj fotografiji naprezanja.
Što naprezanje znači za čistoću i trajnost
Naprezanje može pomoći objasniti graining ili optičku nehomogenost, ali nije zasebna GIA ljestvica čistoće niti izravna ocjena trajnosti.
Snažna deformacija može lokalno biti povezana s pukotinama ili ravninama kalavosti (cleavage), 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;
- utvrditi trodimenzionalni položaj;
- promatrati anomalnu dvolomnost;
- usporediti je s arhitekturom rasta;
- 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
- Naprezanje (stress), strain i deformacija nisu sinonimi.
- Plastična deformacija nije isto što i lom.
- Dijamant se može plastično deformirati gibanjima dislokacija.
- Klasični klizni sustav (slip system) dijamanta je {111}<110>.
- Blizančenje pri rastu i mehaničko blizančenje imaju različito podrijetlo.
- Lokalno naprezanje može nastati oko inkluzija, fraktura i sektorskih granica.
- Anomalna dvolomnost posljedica je narušene lokalne optičke izotropije.
- Interferencijske boje pod polarizatorima nisu tjelesna boja kamena.
- Zona rasta prvenstveno bilježi vremenski slijed, a sektor rasta kristalografski smjer rasta.
- Strukture rasta i deformacijske strukture mogu se preklapati.
- Brown i pink graining mogu biti povezani s plastičnom deformacijom, ali nisu univerzalni dijagnostički znakovi.
- Obrazac naprezanja sam po sebi ne dokazuje prirodno, HPHT ili CVD podrijetlo niti predviđa lom.
Izvori za ovo poglavlje
Izvori su primarni ili autoritativni; oznaka u zagradi navodi jurisdikciju ili vrstu izvora.