揭秘：人造鉆石究竟如何而來？

今年一份摩根士丹利（Morgan Stanley）報(bào)告分析，“在鉆石行業(yè)，實(shí)驗(yàn)室培育鉆石不會(huì)完全取代天然開采鉆石。該報(bào)告指出實(shí)驗(yàn)室培育鉆石會(huì)找到合適的市場定位，并提升珠寶市場的整體銷售量”。然而就國內(nèi)市場而言，“鉆石恒久遠(yuǎn)，一顆永流傳”這句以古老傳承、歷史感為賣點(diǎn)的廣告語，仍然根植在國內(nèi)消費(fèi)者心中，同為鉆石且結(jié)構(gòu)相同，但價(jià)格僅為天然鉆石50%的人造鉆石，卻少有國內(nèi)消費(fèi)者為其買單。那么我們不禁要問，人造鉆石究竟如何而來？

　　人造鉆石是在實(shí)驗(yàn)室人工合成，具有與天然鉆石基本相同的物理性質(zhì)、化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)。目前合成寶石級(jí)鉆石的方法主要有高溫高壓合成法（HPHT合成法）和化學(xué)氣相沉積法（CVD法）。

　　高溫高壓法（簡稱HPHT）合成鉆石

　　高溫高壓合成鉆石的原理

　　目前世界上流行的高溫高壓合成鉆石的設(shè)備主要有兩面頂（belt，歐美國家主要流行）、六面頂（我國特有）和分割球（bars split sphere，俄羅斯）或改良的分割球（Gemesis公司）。

　　高溫高壓合成法又稱為種晶觸媒法。石墨是低壓穩(wěn)定相，金剛石（鉆石的礦物學(xué)名稱）是高壓穩(wěn)定相。由石墨直接向金剛石進(jìn)行轉(zhuǎn)變，所需的壓力和溫度條件都很高，一般需要10GPa、3000℃以上的壓力和溫度。如果在有金屬觸媒參與的條件下（如Fe、Ni、Mn、Co等以及它們的合金），石墨變?yōu)榻饎偸枰臏貕簵l件將大為降低，所以目前高溫高壓法合成鉆石都有金屬觸媒參與。作為溶劑的金屬觸媒處于碳源（一般為石墨）與金剛石籽晶之間。碳源處于高溫端，籽晶處于低溫端，由于高溫端的碳源的溶解度大于低溫端的溶解度，由溫度差所產(chǎn)生的溶解度差則成為碳源由高溫端向低溫端擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力，碳源在籽晶處逐漸析出，金剛石晶體漸漸長大。由于晶體生長的驅(qū)動(dòng)力是由溫度差所致，因此也將該方法稱為溫度差法。

　　高溫高壓合成鉆石的基本特征

　　HTHP合成鉆石常為立方體、八面體及二者的聚形；顏色常為黃色、黃褐色，內(nèi)部常見有色帶、金屬包裹體等特征，未熔的金屬包體呈針狀、片狀、小柱狀或不規(guī)則的外觀，具金屬光澤，致使合成鉆石有磁性。

　　合成鉆石在長波紫外線下通常無熒光，短波下常有黃色、綠黃色、橙黃色的熒光，合成鉆石在超短波紫外線或陰極射線下有特征的分帶現(xiàn)象，不同的生長區(qū)顯示不同顏色的熒光分帶。

　　高溫高壓合成鉆石的應(yīng)用

　　高溫高壓合成鉆石主要應(yīng)用于鉆探（從石油、地殼深部鉆探到在牙齒上鑿洞）、切割（從切割大理石到切割寶石）、航天（從機(jī)艙窗口到太空探測器）、電子工業(yè)（從電子儀器到超級(jí)計(jì)算機(jī)芯片）、熱交換（從大型鍋爐到廚房餐具）及珠寶首飾等眾多領(lǐng)域。

　　化學(xué)氣相沉積法（CVD）合成鉆石

CVD合成鉆石

　　CVD合成鉆石的原理

　　化學(xué)氣相沉積（CVD）通常是在高溫等離子的作用下，含碳?xì)怏w被離解，碳原子在基底上沉積成鉆石膜?；卓梢允欠倾@石材料，但單晶鉆石通常是碳原子在鉆石基底上沉積而形成。含碳?xì)怏w通常是指含氮、甲烷和氫的混合氣體，甲烷是合成鉆石碳原子的來源，氮可以增加生長速度，氫可以抑制石墨的形成。通常CVD合成鉆石是在低壓高溫條件下進(jìn)行，壓力一般小于一個(gè)大氣壓，溫度在1000度左右。

　　CVD合成鉆石的基本特征

　　CVD合成鉆石單晶大都呈板狀，偶爾可在邊部見到小的八面體面和菱形十二面體面。早期的CVD合成鉆石顏色多為暗褐色或淺褐色，而近期發(fā)現(xiàn)的CVD合成鉆石被證明經(jīng)過后期高溫?zé)崽幚?，因此顏色為無色或近無色。CVD合成鉆石內(nèi)部包體較少，個(gè)別可見到針點(diǎn)狀、黑色不規(guī)則包體。但并不能作為區(qū)別天然鉆石、HTHP合成鉆石的依據(jù)。CVD合成鉆石中不會(huì)出現(xiàn)金屬包體，因此不具有磁性。

普通放大鏡識(shí)別不了CVD合成鉆石

　　早期CVD合成鉆石呈現(xiàn)橙色到橙黃色熒光，短波強(qiáng)于長波；近期新發(fā)現(xiàn)的CVD合成鉆石具有黃綠色熒光，短波強(qiáng)于長波，且多具有磷光。在超短波紫外燈下，CVD合成鉆石具有典型的層狀生長結(jié)構(gòu)，是CVD合成鉆石的主要鑒定特征。

　　科技的進(jìn)步，為美化人們的生活提供了更多的可能與便利。人工晶體技術(shù)的發(fā)展為市場提供了更多更廉價(jià)的材料，鑒定技術(shù)的提高則為市場與消費(fèi)起到了監(jiān)督與維護(hù)的作用。人工合成鉆石，尤其人工合成彩色鉆石，讓愛美人士能以較低的消費(fèi)享受到彩色鉆石帶來的裝飾美。