יהלומים סינתטיים ומאפייניהם הגמולוגיים

יהודה יקר G.G GIA, ציפי בן שלום G.G GIA

בעקבות הרצאתו של תום מוזס מה-GIA בנושא יהלומים סינתטיים, החלטנו להביא לידיעת הציבור הסברים והבהרות בנושא.

יהלום סינתטי – קווים לדמותו

ראשית, יש להדגיש כי יהלומים סינתטיים הינם יהלומים לכל דבר: ליהלום הסינתטי וליהלום הטבעי יש את אותו הרכב כימי (פחמן טהור המתגבש בשיטה ה-ISOMETRIC / השיטה הקובית), אותה קשיות (10 – H בסולם הקשיות של מוה), אותו משקל סגולי (3.52 – (SG ושניהם בעלי אותו מקדם שבירת אור (2.417 – RI).

ההבדל המהותי בין השניים הוא שהיהלום הסינתטי לא נוצר במעבה האדמה במשך מיליוני שנים בתנאי לחץ אטמוספרי וטמפרטורה גבוהים, אלא יוצר בתנאי מעבדה מבוקרים ובפרק זמן קצר מאוד. תנאי ייצור אלה, גם אם מביאים בסוף התהליך לתוצר זהה מבחינה כימית / פיסיקלית / אופטית למוצר הטבעי, מותירים את רישומם ביהלום הסינתטי. אלו לא עקבות ברורים או קלים לאבחנה לעין בלתי מיומנת וברוב המקרים נדרש ציוד מעבדה מתקדם על מנת לזהותם. במאמר זה ננסה לפשט עקבות אלה ולהסבירם.

איננו יכולים להתעלם מן העובדה שיהלומים סינתטיים מזה זמן מה הם עובדה קיימת. הם נמצאים בשוק כאן ועכשיו, כבודדים או כ"תיבול" בחבילות. כבר ראינו אותם משובצים בתכשיטים יוקרתיים בארץ ובחו"ל.

על מנת לשמור על הערך החשוב ביותר של תעשיית היהלומים, אבני החן והתכשיטים – האמון בין חברי התעשייה לבין עצמם, וחשוב לא פחות אמון קהל הצרכנים בתעשייה, עלינו להיות מסוגלים לזהות ולהבדיל בין היהלומים הסינתטיים לאלה הטבעיים. וודאי ובוודאי לאור חובת הגילוי הנאות המחויבת על פי חוק (חובת גילוי נאות 1995) ועל פי חוקי הפדרציה העולמית של בורסות היהלומים WFDB.

מחקרים וניסויים בשיטות מוכרות וחדשות נערכים כל הזמן, הידע המצטבר והטכנולוגיות המפותחות בעקבותיו משתכללים ללא הפסק. עובדות אלה נכונות לגבי שיטות ייצור היהלום הסינתטי ושיטות הזיהוי כאחד. לא ניתן לטמון את הראש בחול ולהגיד שהתופעה אינה קיימת. עלינו להיות ערוכים ומוכנים להגעתם של היהלומים הסינתטיים לשווקי יהלומי הנוי בכמויות מסחריות.

שיטות לגידול יהלומים סינתטיים

קימות שתי שיטות עיקריות לגידול יהלומים סינתטיים בתנאי מעבדה (פירוט הליכי הייצור בשתי השיטות הופיע במאמרים קודמים):

HPHT – HIGH PRESSURE HIGH TEMPERATURE – גידול יהלומים בתנאי לחץ אטמוספרי וטמפרטורה גבוהים.

CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION – CVD – גידול יהלומים בטמפרטורה ובלחץ נמוכים על ידי שיקוע כימי של פחמן מיונן.

עד לא מזמן יהלומים שיוצרו בשיטתHPHT היו בעלי גוון צהוב אופייני ותכלילי מתכת או קווי צמיחה אופייניים הסגירו אותם יחסית בקלות. לכן שיטתCVD נחשבה ל"מאיימת" יותר על תעשיית היהלומים. יהלומים סינתטיים המיוצרים בשיטה זו הם לרוב חסרי צבע תכלילים או קווי צמיחה אופייניים. אולם, שיטתHPHT השתכללה מאוד בתקופה האחרונה וכיום, גם בשיטה זו ניתן לייצר יהלומים סינתטיים חסרי צבע.

אז איך מבחינים ?

כדי להבין את שיטות האבחנה השונות בין היהלומים הטבעיים לבין היהלומים הסינתטיים, עלינו להבין את המבנה האטומי של היהלום:

• היהלומים נחלקים לסוגים שונים (TYPES) בהתאם לרמת הזיהום האטומי במבנה הגביש (IMPURITIES):

1. יהלומים המכילים חנקן (NITROGEN) מסווגים כ- TYPE I
2. יהלומים שאינם מכילים חנקן (NITROGEN) מסווגים כ- TYPE II

• בכל אחד מהסוגים הללו קיימת חלוקה משנית נוספת:

TYPE Ia – בו אנו מוצאים זוגות של אטומי חנקן המחליפים אטומי פחמן A או רביעית אטומי חנקן וחלל המחליפים אטומי פחמן B.

TYPE Ib – בו אנו מוצאים אטומי חנקן מבודדים המחליפים את הפחמנים. אלו הם יהלומים בעלי צבע צהוב חזק הידועים כיהלומי "קנרי" CANARY.

TYPE IIa – ללא אטומי חנקן כלל. (יהלומים אלו הם חסרי צבע לחלוטין, או שהם בעלי גוון חום עקב אי סדרים בכיווני הצמיחה בזמן גדילת הגביש).

TYPE IIb – בעלי אטומי בורון (BORON) המחליפים אטומי פחמן. (יהלומים כחולים).

התרשים הבא מסכם:

ביהלומים סינתטיים שגודלו בשיטת HPHT אנו נעזרים באמצעים הבאים בזיהוי האבן :

צורת הגלם – מבנה קובוקטהידרון אופייני. (הקובוקטהדרון הוא הצורה המתקבלת כתוצאה מחיתוך פירמידה משולשת מכל קודקוד של האוקטהידרה. אוקטהידרה – אחת מצורות ההופעה של הגביש בשיטת ההתגבשות הקובית. בלטינית: אוקטה = שמונה, כלומר מנסרה בעלת שמונה פאות – שתי פירמידות בעלות בת ארבע פאות משולשות כל אחת, מחוברות בבסיסן המרובע).

צבע האבן – רוב היהלומים הינם בעלי צבע צהוב כתום, צהוב חום אופייני שנגרם כתוצאה מריבוי חנקנים. בנוסף, פיזור הצבע לא אחיד, יש אזורי צבע באבן יחד עם קטעים של היעדר צבע.

תכלילים – לעיתים חלקיקי מתכת, תוצר לוואי של כלי הגידול משתרבבים אל תוך הגביש בזמן הגדילה ומופיעים כתכלילים ביהלום הסינתטי. ביהלום הטבעי נמצא גבישים מסוגים שונים, בעיקר פחמן שלא נמס או גביש יהלום בתוך היהלום. לעיתים נמצא גם מינרלים אחרים כגון גרנט. הגבישים יהיו במגוון גדלים, לעיתים גדולים ולעיתים מזעריים. אולם, לעולם לא נפגוש חלקיקי מתכת כתכליל ביהלום הטבעי. כתוצאה מהימצאות תכלילי המתכת, בשימוש במגנט חזק ועוצמתי נראה שחלק מהאבנים מתמגנטות ונצמדות למגנט.

זיהוי הגרעין באבן – יהלום סינתטי בשיטתHPHT גודל מגביש ראשוני – SEED CRYSTAL. גביש זה יכול להיות טבעי או סינתטי. כיוון שכיוון הצמיחה של הגביש הראשוני שונה מזה של הגביש כולו, נבחין בקווי מתח היוצאים מגבולות הגביש הראשוני ונמשכים אל הגביש שגודל עליו. יתרה מזו, בשיטה זו גדל היהלום הסינתטי כאשר הוא מונח על במת גידול. לכן, הצמיחה אפשרית לכל הכיוונים במרחב במידה שווה, מלבד הכיוון עליו הגביש מונח. גם עובדה זו מותירה קווי מתח בגביש הסינתטי.

מכשור גמולוגי מתקדם – רובם הגדול של היהלומים הסינתטיים המיוצרים בשיטת HPHT הינם מסוג TYPE Ib, כלומר בעלי צבע צהוב שנגרם בעקבות כמות גבוהה של חנקנים. לכן, בדיקת סוג היהלום בעזרת INFRARED SPECTROSCOPY FTIR , הבודק קשרים בין המולקולות ומאבחן הימצאות חנקנים, יכול לעזור בסינון ראשוני.

בדיקה בעזרת ספקטרופוטומטר, רצוי בטמפרטורות נמוכות תוך שימוש בחנקן נוזלי. גרף הבדיקה יראה את נוכחותם של חלקיקי מתכת המעידים על שיטת הגידול.

בדיקת הדמייה תוך שימוש בקרניים אולטרה סגולות בגלים קצרים PHOTOLUMINESCENCE (PL) תפגין את תבנית הגדילה האופיינית לגבישים מגודלי HPHT. (תבנית זו תהיה שונה מזו של יהלום טבעי, שגדל באופן חופשי במרחב לכל הכיוונים. יהלוםHPHT מוגבל בכיווני הגדילה שלו כיוון שהוא מונח על במה).

הדמיה במכשיר ה-DIAMONDVIEW תגלה זריחה בצבע כחול או ירוק. בבדיקה גם יתגלה האם היהלום זורח לאחר כיבוי קרני ה- UV בגלים קצרים (254 nm אורך גל). תופעה זו נקראת פוספורסנס – Phosphorescence – פליטת אנרגיה נראית לעין לאחר שמקור האור כבה. תופעה זו אופיינית ליהלומי HPHT, גם אם לא מופיעה תמיד.

יהלומים סינתטיים שגודלו בשיטת CVD אנו נעזרים באמצעים הבאים בזיהוי האבן :

צורת הגלם – יהלומי CVD מגודלים על מצע עליו שוקעות שכבות של גז מיונן שהתגבש לכדי יהלום. לכן, צורתו החיצונית של גלם יהלום המיוצר בשיטת CVD היא צורת פלטה שטוחה.

צבע האבן – יהלומים סינתטיים מגודלים בשיטתCVD הינם בדרך כלל בעלי גוון חום, עקב תרכובת מימן וחללים שהותיר החנקן. הצבע יהיה בהם אחיד, ללא אזורי צבע. בבדיקת FTIR נקבל גרף בליעה ב 3123 cm^–1  בעוד שביהלום הטבעי נקבל גרף בליעה ב 3107 cm^–1. אולם, כיוון שליהלומים כאלה אין ביקוש רב, טיפולים ביהלומים סינתטיים לאחר שלב הייצור ( HPHT, הקרנות) יכולים להעלים את הגוון החום ולהביא לצבעים אטרקטיביים. חימום האבן על מנת להעלים את הגוון החום, יפחית ויעלים את קווי הבליעה הרלוונטיים. (לאחרונה, מעבדה בניו יורק דיווחה כי בדקה שלושה יהלומיCVD וורודים, שטופלו בשיטת LPHT-low-pressure, high-temperature (LPHT) annealing.

טכניקת הגידול של יהלומיCVD התקדמה מאוד לאחרונה. היהלום הסינתטי גדל על מצע עליו מונח גביש ראשוני (בדרך כלל של יהלום סינתטי אף הוא). קצב הגידול (הטמעת הרבדים שכבה על גבי שכבה) מהיר מאוד. בעוד שבתחילת הדרך היו מגדלים מספר בודד של גבישים על גבי המצע הרי שהיום ניתן לגדל על המצע עשרות גבישים – כמאה לכל משטח, וכל זאת בפרק זמן של כשבוע ימים. קצב הגידול והמהירות משפיעים על טיב ואיכות המוצר המגודל.

תכלילים – כיון שיהלומיCVD מגודלים מגז, הם בעלי ניקיון טוב יותר ונעדרי תכלילי מתכת, ביהלומים אלו לא יהיו תכלילים, מלבד אולי גבישי פחמן זעירים.

כיום יהלומים סינתטיים מגודליCVD הינם בעלי איזוטופים קלים של פחמן. אִיזוֹטוֹפּ של יסוד כימי הוא יסוד בעל אותו מספר אטומי אך בעל מסה שונה, כלומר מספר הנויטרונים שונה מהרגיל. לאיזוטופים יש אותן התכונות הכימיות שיש ליסוד. קביעת ההרכב תוך התייחסות לאיזוטופים של הפחמן מסייעת בידנו להפריד בין השניים.

מכשור גמולוגי מתקדם – כיוון שיהלומיCVD מגודלים ללא נוכחות חנקן, הם יהיו מסוג TYPE IIa או TYPE IIb. כלומר ב – INFRARED SPECTROSCOPY FTIR- לא נמצא עדויות להימצאות חנקן.

הדמיה במכשיר ה-DIAMONDVIEW תגלה זריחה בצבע כתום וקווי צמיחה ישרים הנגרמים מעיוותים בשלבי הצמיחה. תמונת הדמיה של האבן בקטודולומינסנס (CL) עוזרת לנו לראות את ההבדל בין היהלום הטבעי ליהלום הסינתטי.

לסיכום, היהלום הסינתטי עתיד להיות חבר של קבע בתעשיית היהלומים והתכשיטים. לכן, יש ללמוד לעומק את תכונותיו, דרכי ייצורו והדרכים לזהותו. יש לצאת מתוך הנחה שברוב המקרים, אבחנה וודאית בין יהלום טבעי לסינתטי יכולה להתרחש רק במעבדה גמולוגית המצוידת במכשור מתקדם (FTIR, SPECTROPHOTOMETRY), ולא בעין, או בעזרת לופה או מיקרוסקופ. על אף הקשיים המעשיים שמציאות חדשה זו כופה על כל חברי התעשייה, בדיקה קפדנית והכרעה וודאית לגבי מקור היהלום הנבדק היא הכרח שאין להימנע ממנו. רק אם נפעל בהתאם לכללי הגילוי הנאות ונדע בוודאות מה טיבו של כל יהלום שמחליף ידיים, רק אז נוכל לשמור על הנכס החשוב ביותר שלנו – אמון בין חברי התעשייה, ואמון הציבור בתעשייה כולה.

טבלה 1 – סיכום סימני הזיהוי ליהלומים סינתטיים

• חשוב ! הידע קיים, הטכנולוגיה נמצאת – בכל מקרה של ספק היעזר בשירותי המעבדה הגמולוגית. צוות GCI