近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，珠寶玉石這個(gè)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(lái)越多的新品種進(jìn)入了人們的視線。這期節(jié)目讓我們跟隨專家們一同揭開(kāi)合成鉆石的神秘面紗。

什么是合成鉆石？

合成鉆石是指在實(shí)驗(yàn)室或工廠里通過(guò)一定的技術(shù)與工藝流程制造出來(lái)的與天然鉆石的化學(xué)成分、外觀和晶體結(jié)構(gòu)完全相同的人工材料。

合成鉆石的生產(chǎn)方法有哪些？

寶石級(jí)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(xué)氣相沉積法（CVD）。

01高溫高壓種晶觸媒法（HPHT法）

通過(guò)可以模仿地球深處天然鉆石生長(zhǎng)環(huán)境（溫度：1350-1800℃、壓力：50-80kb）的設(shè)備，在高溫高壓、無(wú)氧的條件下，使用熔融的金屬觸媒，將碳轉(zhuǎn)化為鉆石。其過(guò)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(zhǎng)艙底部圍繞籽晶生長(zhǎng)合成鉆石晶體。在高度控制的條件下，模擬自然的過(guò)程，小鉆石種晶開(kāi)始生長(zhǎng)，從分子到分子、層到層。因?yàn)殂@石中的C-C鍵要轉(zhuǎn)變?yōu)槭Y(jié)構(gòu)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(dú)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(wú)色的合成鉆石會(huì)發(fā)出磷光。

02化學(xué)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(gè)大氣壓的CH4+H2混合氣體，溫度800～1000℃。當(dāng)襯底使用單晶鉆石時(shí)（無(wú)論是天然鉆石或HPHT法合成鉆石），在襯底上將生長(zhǎng)出單晶體的鉆石；使用硅、鎢或鉬做的襯底時(shí)，襯底上將長(zhǎng)出多晶體的鉆石。

CVD法合成鉆石的優(yōu)點(diǎn)：

1.合成鉆石不必在鉆石籽晶上生長(zhǎng)，它可以在各種材料的基座上沉淀下來(lái)。

2.CVD生長(zhǎng)過(guò)程使用了碳?xì)浠衔?、氫氣和一個(gè)能量源，低溫低壓技術(shù)（0.01-1大氣壓，700-1000 ℃），合成鉆石的過(guò)程中不需要昂貴的設(shè)備，更為經(jīng)濟(jì)。

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(zhǎng)出可應(yīng)用于微處理器或其它用途的鉆石膜，CVD法也可以用來(lái)合成大尺寸鉆石。

5.CVD法可以生長(zhǎng)無(wú)色鉆石。

如阿波羅鉆石公司報(bào)道，CVD法終于使合成鉆石可以在市場(chǎng)上同天然鉆石展開(kāi)公開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。CVD合成的一種多晶鉆石，晶體隨機(jī)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(zhǎng)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(xué)、抗腐蝕、散熱、半導(dǎo)體等領(lǐng)域具有獨(dú)特的應(yīng)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(kāi)發(fā)是開(kāi)放性的。因此，CVD合成鉆石的合成工藝更加多樣，參與開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)、機(jī)構(gòu)眾多。

合成鉆石的發(fā)展歷程

十八世紀(jì)，英國(guó)化學(xué)家研究得出：金剛石是碳的一種結(jié)晶形態(tài)，它與石墨同為碳的同質(zhì)異象體。

1940年前后 ,理論方面取得了進(jìn)展，計(jì)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(guó)通用電氣公司（GE）合成出了小顆粒的鉆石,條件為：2760℃，10萬(wàn)個(gè)大氣壓。

1970年,寶石級(jí)大顆粒(大于5mm)的鉆石由美國(guó)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(jí)的鉆石。

1985年,日本住友電氣公司合成了黃色寶石級(jí)鉆石。

2003年，美國(guó)阿波羅公司合成出達(dá)到寶石級(jí)單晶，并開(kāi)始商業(yè)性生產(chǎn)。但其合成鉆石的產(chǎn)量一直維持在相當(dāng)?shù)偷乃?，其主要業(yè)務(wù)發(fā)展方向轉(zhuǎn)為對(duì)合成彩色鉆石的后期處理，尤其是粉色鉆石。同年，美國(guó)華盛頓卡內(nèi)基研究所地球物理實(shí)驗(yàn)室的研究人員已能用CVD法非?？焖俚厣a(chǎn)出大顆粒鉆石。

2004年,卡內(nèi)基的研究人員發(fā)現(xiàn),高壓高溫?zé)崽幚聿粌H能優(yōu)化CVD鉆石的光學(xué)性質(zhì),而且能提高其硬度。采用新技術(shù)后,現(xiàn)今他們已能夠用CVD法生產(chǎn)出透明的鉆石而不再需要高壓高溫?zé)崽幚怼?/p>

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

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

學(xué)氣相沉積法（CVD）

高溫高壓種晶觸媒法（HPHT法）