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培育鉆石有幾種生產(chǎn)方法?河南人如何制霸培育鉆石產(chǎn)業(yè)?

華爾茲    2021-11-16 09:45:58    本文來源:真如此鉆    責(zé)任編輯:華爾茲

這里有兩顆鉆石,左邊這顆是在地底經(jīng)過上百萬年才形成的天然鉆石,而右邊這顆是用機(jī)械設(shè)備只花了三四天合成的培育鉆石。這兩種鉆石有什么區(qū)別?怎樣才能合成一顆高品質(zhì)的鉆石?

天然鉆石和培育鉆石對比

鉆石,又叫金剛石,和鉛筆芯的主要成分——石墨一樣,都由碳原子組成。但結(jié)構(gòu)的差異卻讓石墨在莫氏硬度等級中只排在最低的1級,鉆石則位于最高的10級。碳原子之間之所以會(huì)形成不同的結(jié)構(gòu),關(guān)鍵在于壓力和溫度。

從碳相圖可以看出,在不同的壓力和溫度條件下,碳原子會(huì)變成石墨、鉆石、液體等各種形態(tài)。

其中GPa是壓強(qiáng)單位,1GPa 相當(dāng)于一只10噸的非洲象踩在你小腳趾上的力量。這個(gè)區(qū)間就是天然鉆石的形成條件。在地下100~300km,約4.5~6GPa 、1000~1500℃ 的環(huán)境下,碳元素經(jīng)過兩三百萬年的擠壓匯聚才形成鉆石,最后由火山活動(dòng)帶到地表。因此,只要根據(jù)碳相圖人為地創(chuàng)造相應(yīng)的壓力和溫度條件,就能合成出鉆石。

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金剛石粉無法直接用作珠寶,但可以通過高壓高溫法制造大顆粒鉆石。

這是一臺六面頂壓機(jī),由三軸互成90° 的六個(gè)頂錘以及里面用于合成鉆石的生長艙組成。生長艙外面是葉臘石,可以很好地傳導(dǎo)壓力。里面主要分兩層,上層是金剛石粉,下層是金屬觸媒,一般為鎳鐵,起催化作用,加快鉆石合成速度,底部有一塊不到1mm 的天然或人造鉆石作為晶種。

啟動(dòng)時(shí),頂錘向內(nèi)擠壓提供5~6GPa 的高壓,通過導(dǎo)電使碳加熱棒升溫,讓生長艙的溫度達(dá)到到1200℃ 以上,并在上下營造一個(gè)20~50℃ 的溫度差。此時(shí),金屬觸媒將熔融,金剛石粉則會(huì)溶解到金屬觸媒中變成游離的碳原子,且高溫區(qū)的碳原子濃度會(huì)比低溫區(qū)高。為了達(dá)到濃度平衡,高溫區(qū)的碳原子就會(huì)向低溫區(qū)擴(kuò)散,不斷沉淀到晶種上。經(jīng)過一周就能收獲一顆約5mm 的培育鉆石。

鉆石的大小可以用克拉衡量,1克拉等于0.2 克。傳統(tǒng)高壓高溫法合成的鉆石克拉數(shù)較小,而且金屬觸媒會(huì)在鉆石內(nèi)留有殘?jiān)?,機(jī)器內(nèi)極少量的氮元素還會(huì)混入鉆石中,讓鉆石呈現(xiàn)黃色。根據(jù)鉆石的4C 標(biāo)準(zhǔn),這種鉆石通常處于中低端,甚至只能作為工業(yè)用途,拿來制造鉆頭、刀具、磨盤等。

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相比之下,化學(xué)氣相沉淀法可以大幅改善這些缺陷。這種方法同樣需要晶種,經(jīng)過機(jī)械拋光、酸處理等方式處理掉表面雜質(zhì)后。放在只有十分之一大氣壓的真空室中,注入甲烷氣體和氫氣,通過微波等方式加熱到800~1000℃。

此時(shí),甲烷會(huì)分解出碳原子,形成等離子體,降落在底部的晶種上,沉淀結(jié)晶,能以每小時(shí)0.006mm 的速度生長,不出兩天,就會(huì)獲得一顆周圍包裹著石墨的鉆石。這種方法培育的鉆石能達(dá)到高級天然鉆石的顏色和純凈度,克拉數(shù)也更高。

培育鉆石也是貨真價(jià)實(shí)的鉆石,成分、結(jié)構(gòu)與天然鉆石完全相同。兩者只能通過非常特殊的方式區(qū)分,比如在陰極發(fā)光儀下,前者的生長紋理呈幾何狀,而后者呈環(huán)帶狀。、IGI等珠寶機(jī)構(gòu)開始提供鑒定服務(wù)并發(fā)放證書,主要為了防止商家用價(jià)格較低的合成鉆石冒充天然鉆石銷售。

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這里就不得不說以下中國的培育鉆石企業(yè),中國的工業(yè)級合成鉆石年產(chǎn)量占世界份額80%以上,而且集中于河南省的三家公司。以豫金剛石為例,除了傳統(tǒng)的工業(yè)級金剛石,每年制造的無色寶石級鉆石也可達(dá)200~300 萬克拉。論技術(shù)實(shí)力,中國每年一千萬克拉的寶石級鉆石進(jìn)口量很快就可以由河南一省來生產(chǎn),就看你愿不愿意買了。

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