近年來隨著科學技術的不斷進步，珠寶玉石這個古老的行業(yè)也正不斷發(fā)生著日新月異的變化。在珠寶鑒定中，越來越多的新品種進入了人們的視線。這期節(jié)目讓我們跟隨專家們一同揭開合成鉆石的神秘面紗。

什么是合成鉆石？

合成鉆石是指在實驗室或工廠里通過一定的技術與工藝流程制造出來的與天然鉆石的化學成分、外觀和晶體結構完全相同的人工材料。

合成鉆石的生產方法有哪些？

寶石級合成鉆石的合成方法主要為高溫高壓種晶觸媒法（HPHT法）和化學氣相沉積法（CVD）。

01高溫高壓種晶觸媒法（HPHT法）

通過可以模仿地球深處天然鉆石生長環(huán)境（溫度：1350-1800℃、壓力：50-80kb）的設備，在高溫高壓、無氧的條件下，使用熔融的金屬觸媒，將碳轉化為鉆石。其過程是：在高壓高溫條件下，使碳原料在其飽和溶液中，在溫度較低的生長艙底部圍繞籽晶生長合成鉆石晶體。在高度控制的條件下，模擬自然的過程，小鉆石種晶開始生長，從分子到分子、層到層。因為鉆石中的C-C鍵要轉變?yōu)槭Y構需要很大的能量，因此鉆石在常溫、常壓下能穩(wěn)定存在。

大部分商業(yè)用HPHT合成鉆石為黃色、黃橙色或黃褐色，大小約1ct。合成鉆石有獨特的立方八面體外形，不同于天然鉆石的八面體外形。所有接近無色的合成鉆石會發(fā)出磷光。

02化學氣相沉積法（CVD）

在鉆石的亞穩(wěn)定區(qū)，用加熱、放電等方法激活碳基氣體（如甲烷），使之離解出碳原子和氫原子（或甲基CH3和氫原子），碳原子形成鉆石。合成的條件是約0.1個大氣壓的CH4+H2混合氣體，溫度800～1000℃。當襯底使用單晶鉆石時（無論是天然鉆石或HPHT法合成鉆石），在襯底上將生長出單晶體的鉆石；使用硅、鎢或鉬做的襯底時，襯底上將長出多晶體的鉆石。

CVD法合成鉆石的優(yōu)點：

1.合成鉆石不必在鉆石籽晶上生長，它可以在各種材料的基座上沉淀下來。

2.CVD生長過程使用了碳氫化合物、氫氣和一個能量源，低溫低壓技術（0.01-1大氣壓，700-1000 ℃），合成鉆石的過程中不需要昂貴的設備，更為經(jīng)濟。

3.大多數(shù)CVD合成的鉆石是IIa型。

4.CVD法能有效地控制鉆石的形狀。這就意味著可以生長出可應用于微處理器或其它用途的鉆石膜，CVD法也可以用來合成大尺寸鉆石。

5.CVD法可以生長無色鉆石。

如阿波羅鉆石公司報道，CVD法終于使合成鉆石可以在市場上同天然鉆石展開公開競爭。CVD合成的一種多晶鉆石，晶體隨機排列，比單晶鉆石更具韌性，更易合成大面積的鉆石集合體。CVD方法可以直接在各種材料表面上生長鉆石膜，而且理論上鉆石膜的面積、厚度、形狀等均不受限。這使CVD合成鉆在切割工具、光學、抗腐蝕、散熱、半導體等領域具有獨特的應用前景。
目前，高溫高壓合成鉆石主要由幾家大公司所壟斷，而CVD法的研究和開發(fā)是開放性的。因此，CVD合成鉆石的合成工藝更加多樣，參與開發(fā)生產的企業(yè)、機構眾多。

合成鉆石的發(fā)展歷程

十八世紀，英國化學家研究得出：金剛石是碳的一種結晶形態(tài)，它與石墨同為碳的同質異象體。

1940年前后 ,理論方面取得了進展，計算出1200℃以下石墨——金剛石平衡曲線。

1953年瑞士工程公司（ASEA）首次成功地合成出了40粒小顆的鉆石。

1955年美國通用電氣公司（GE）合成出了小顆粒的鉆石,條件為：2760℃，10萬個大氣壓。

1970年,寶石級大顆粒(大于5mm)的鉆石由美國通用電氣公司采用HPHT方法合成成功。

1971年,De Beers 成功合成了寶石級的鉆石。

1985年,日本住友電氣公司合成了黃色寶石級鉆石。

2003年，美國阿波羅公司合成出達到寶石級單晶，并開始商業(yè)性生產。但其合成鉆石的產量一直維持在相當?shù)偷乃?，其主要業(yè)務發(fā)展方向轉為對合成彩色鉆石的后期處理，尤其是粉色鉆石。同年，美國華盛頓卡內基研究所地球物理實驗室的研究人員已能用CVD法非常快速地生產出大顆粒鉆石。

2004年,卡內基的研究人員發(fā)現(xiàn),高壓高溫熱處理不僅能優(yōu)化CVD鉆石的光學性質,而且能提高其硬度。采用新技術后,現(xiàn)今他們已能夠用CVD法生產出透明的鉆石而不再需要高壓高溫熱處理。

2011年，CVD合成鉆石有了最新發(fā)展。之前一直以生產HTHP合成鉆石而著稱的Gemesis公司宣布開始生產CVD合成鉆石，并于2012年開始在網(wǎng)上銷售其合成鉆石產品。

化2015年，GIA報道了俄羅斯NDT(New Diamond Technology)公司可以生產出大顆粒HPHT合成鉆石

學氣相沉積法（CVD）

高溫高壓種晶觸媒法（HPHT法）