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揭秘:人造钻石究竟如何而来?
发布时间:2017-11-27 18:48   点击次数:次   

 

  前几日人造钻石又一度成为钻石市场的热门话题,那么当钻石可以批量人工培育,将给钻石市场带来哪些变化?今年一份摩根士丹利(Morgan Stanley)报告分析,“在钻石行业,实验室培育钻石不会完全取代天然开采钻石。该报告指出实验室培育钻石会找到合适的市场定位,并提升珠宝市场的整体销售量”。然而就国内市场而言,“钻石恒久远,一颗永流传”这句以古老传承、历史感为卖点的广告语,仍然根植在国内消费者心中,同为钻石且结构相同,但价格仅为天然钻石50%的人造钻石,却少有国内消费者为其买单。那么我们不禁要问,人造钻石究竟如何而来?

  人造钻石是在实验室人工合成,具有与天然钻石基本相同的物理性质、化学成分和晶体结构。目前合成宝石级钻石的方法主要有高温高压合成法(HPHT合成法)和化学气相沉积法(CVD法)。

  高温高压法(简称HPHT)合成钻石

  高温高压合成钻石的原理

  目前世界上流行的高温高压合成钻石的设备主要有两面顶(belt,欧美国家主要流行)、六面顶(我国特有)和分割球(bars split sphere,俄罗斯)或改良的分割球(Gemesis公司)。

  高温高压合成法又称为种晶触媒法。石墨是低压稳定相,金刚石(钻石的矿物学名称)是高压稳定相。由石墨直接向金刚石进行转变,所需的压力和温度条件都很高,一般需要10GPa、3000℃以上的压力和温度。如果在有金属触媒参与的条件下(如Fe、Ni、Mn、Co等以及它们的合金),石墨变为金刚石所需要的温压条件将大为降低,所以目前高温高压法合成钻石都有金属触媒参与。作为溶剂的金属触媒处于碳源(一般为石墨)与金刚石籽晶之间。碳源处于高温端,籽晶处于低温端,由于高温端的碳源的溶解度大于低温端的溶解度,由温度差所产生的溶解度差则成为碳源由高温端向低温端扩散的驱动力,碳源在籽晶处逐渐析出,金刚石晶体渐渐长大。由于晶体生长的驱动力是由温度差所致,因此也将该方法称为温度差法。

  高温高压合成钻石的基本特征

  HTHP合成钻石常为立方体、八面体及二者的聚形;颜色常为黄色、黄褐色,内部常见有色带、金属包裹体等特征,未熔的金属包体呈针状、片状、小柱状或不规则的外观,具金属光泽,致使合成钻石有磁性。

  合成钻石在长波紫外线下通常无荧光,短波下常有黄色、绿黄色、橙黄色的荧光,合成钻石在超短波紫外线或阴极射线下有特征的分带现象,不同的生长区显示不同颜色的荧光分带。

  高温高压合成钻石的应用

  高温高压合成钻石主要应用于钻探(从石油、地壳深部钻探到在牙齿上凿洞)、切割(从切割大理石到切割宝石)、航天(从机舱窗口到太空探测器)、电子工业(从电子仪器到超级计算机芯片)、热交换(从大型锅炉到厨房餐具)及珠宝首饰等众多领域。

  化学气相沉积法(CVD)合成钻石

CVD合成钻石

  CVD合成钻石的原理

  化学气相沉积(CVD)通常是在高温等离子的作用下,含碳气体被离解,碳原子在基底上沉积成钻石膜。基底可以是非钻石材料,但单晶钻石通常是碳原子在钻石基底上沉积而形成。含碳气体通常是指含氮、甲烷和氢的混合气体,甲烷是合成钻石碳原子的来源,氮可以增加生长速度,氢可以抑制石墨的形成。通常CVD合成钻石是在低压高温条件下进行,压力一般小于一个大气压,温度在1000度左右。

  CVD合成钻石的基本特征

  CVD合成钻石单晶大都呈板状,偶尔可在边部见到小的八面体面和菱形十二面体面。早期的CVD合成钻石颜色多为暗褐色或浅褐色,而近期发现的CVD合成钻石被证明经过后期高温热处理,因此颜色为无色或近无色。CVD合成钻石内部包体较少,个别可见到针点状、黑色不规则包体。但并不能作为区别天然钻石、HTHP合成钻石的依据。CVD合成钻石中不会出现金属包体,因此不具有磁性。

普通放大镜识别不了CVD合成钻石

  早期CVD合成钻石呈现橙色到橙黄色荧光,短波强于长波;近期新发现的CVD合成钻石具有黄绿色荧光,短波强于长波,且多具有磷光。在超短波紫外灯下,CVD合成钻石具有典型的层状生长结构,是CVD合成钻石的主要鉴定特征。

  科技的进步,为美化人们的生活提供了更多的可能与便利。人工晶体技术的发展为市场提供了更多更廉价的材料,鉴定技术的提高则为市场与消费起到了监督与维护的作用。人工合成钻石,尤其人工合成彩色钻石,让爱美人士能以较低的消费享受到彩色钻石带来的装饰美。