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培育鉆石兩種制造方法——HPHT法和CVD法的區(qū)別

華爾茲    2021-10-09 09:30:03    本文來源:真如此鉆    責(zé)任編輯:華爾茲

在之前的文章中有提到培育鉆石的制造方法——HPHT高溫高壓法,以及后來新的CVD化學(xué)氣相沉積法。所以這一次我們將從制造方法作為切入口,帶領(lǐng)大家一起,對(duì)兩種培育鉆石工藝進(jìn)行簡單的探討,看看兩種制造方法是如何一步步蛻變?yōu)槌墒斓募夹g(shù)。

在1797年,英國科學(xué)家Smithson Tennant證明了一個(gè)觀點(diǎn):鉆石只是由純碳極為緊密地結(jié)合而成。在此之后,各國研究人員就在不斷地投入科研力量,希望早日在實(shí)驗(yàn)室里就能造出同樣緊密的碳原子合成結(jié)構(gòu)。

很多人都知道,鉆石就是極為純凈的碳。同樣的,石墨也是純凈的碳,但是因?yàn)槭奶荚咏Y(jié)構(gòu)松散,而鉆石的原子結(jié)構(gòu)極為緊密,這才讓鉆石不僅有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì),還有極為堅(jiān)硬的物理性質(zhì)。

HPHT高溫高壓合成法

HPHT是模擬鉆石生長環(huán)境,是最傳統(tǒng)的鉆石合成的方法。其方法是將一顆晶種和金屬助溶劑放入機(jī)器裝置內(nèi)的一個(gè)小艙室。

緊接著再控制其艙室內(nèi)的溫度和壓力,讓其達(dá)到兩千攝氏度以上以及103.4億帕每平方英尺的壓力。在這樣的高溫高壓下,鉆石的粉末原料溶解在熔化的金屬助溶劑中,然后在鉆石晶種上結(jié)晶,形成合成鉆石晶體。

大約幾周或一個(gè)月的時(shí)間后,取出之前放入的組裝塊

組裝塊取出后的樣子

再進(jìn)行電解提純

出來以后的鉆石晶體

然后就可以得到典型的HPHT鉆石毛坯

再進(jìn)行切割后,就是大家平時(shí)看到的HPHT鉆石了

這種合成方法模擬鉆石的高溫高壓生長環(huán)境,當(dāng)然其溫度壓力與時(shí)間達(dá)不到天然鉆石的生長時(shí)間,由此形成的鉆石晶體結(jié)構(gòu)和天然鉆石還是有一定區(qū)別的——HPHT的結(jié)構(gòu)是立方八面體,而鉆石則多是八面體。

從前,HPHT產(chǎn)出的鉆石為小克拉鉆石(尤其是鉆石厘石),且顏色偏白發(fā)灰。但如今,隨著技術(shù)進(jìn)步,全球范圍內(nèi),一些公司已經(jīng)可以制造出超過十克拉的HPHT鉆石了,并且顏色凈度都極好。

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CVD化學(xué)氣相沉積法

CVD化學(xué)氣相沉淀法,它是近年來新興的合成方法,相比于HPHT高溫高壓法,它需要的是高溫低壓的環(huán)境。

首先,將一個(gè)種晶盤放入充滿含碳?xì)錃怏w的真空室,比如甲烷氣體。

然后用一種微波等離子能量源穿透這種氣體,讓其氣體的分子分解,碳原子被吸附到下方鉆石晶種盤里。目前它的增長速率在0.2mm每小時(shí)。具體能產(chǎn)出多少取決于真空室的大小和種晶盤大小。

一般來講,數(shù)周的時(shí)間可以生成一批CVD鉆石毛坯,為板狀晶體物

然后再經(jīng)過打磨,將附著的黑色石墨邊緣去掉露出鉆石的無色晶體

再經(jīng)過打磨,便從一片晶種變成了一顆鉆石

就這樣,一顆顆寶石級(jí)的CVD鉆石便出世了

是不是感嘆科技的神奇呢?圖片

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HPHT/CVD鉆石的區(qū)別


CVD鉆石合成法能夠成功將培育鉆石市場推向新的領(lǐng)域,是因?yàn)橐韵聨c(diǎn):


1.可以改變鉆石顏色

天然鉆石的顏色,也是因?yàn)樵谏L過程中通過大自然其它元素的加入而改變,有些也是因?yàn)榫w結(jié)構(gòu)缺陷導(dǎo)致。例如,黃色鉆石是因?yàn)樯L過程中受氮元素影響而變色,藍(lán)色有可能是因?yàn)榕鹪?,綠色則是因?yàn)榉派渚€使晶體結(jié)構(gòu)中的碳原子偏離正常位置所導(dǎo)致。

而CVD鉆石在其種晶盤的生長過程中,在碳?xì)浠衔餁怏w中加入致色元素,便可以改變寶石的顏色。目前,大克拉的粉鉆藍(lán)鉆黃鉆已經(jīng)問世,有一些顏色非常好,甚至在報(bào)告中也稱其為Fancy Intense(艷麗濃郁)或者Fancy(艷麗)的級(jí)別。

16圖片來源

2.CVD鉆石內(nèi)部更加純凈

在前文我們已經(jīng)介紹過,CVD鉆石的制造方法,因?yàn)槠渖L環(huán)境更多的是用氣體,而不是像HPHT鉆石加入了金屬助溶劑,CVD鉆石最大的優(yōu)勢(shì)就是內(nèi)部非常純凈。凈度一般在VVS1-SI1,大部分都可在VS2以上。

這里我們需要科普一些專業(yè)知識(shí),鉆石分為四種類型,分別是Type IaA(原子結(jié)構(gòu)里含有氮元素),Type Ib(含有不規(guī)則排列的氮元素),Type IIa(純凈碳元素),Type IIb(含有硼元素,一般的藍(lán)色鉆石的致色原因)

四種類型中,天然鉆石里Type IIa全都是碳原子組成,是最純凈的,也是最稀有的,天然鉆石里的Type IIa鉆石的凈度和顏色一般都極好,賣價(jià)也是最高的。

而CVD鉆石最難得的是,所有的CVD鉆石幾乎都是Type IIa,這就注定了它被制造出來就是和天然鉆石媲美的。這就是為什么CVD鉆石普遍質(zhì)量都比天然鉆石更好。

CVD鉆石的問世,之所以給鉆石界帶來巨大震動(dòng),最大的原因就是因?yàn)槠浼儍舻膬?nèi)部。如果說HPHT鉆石內(nèi)部還有一些證據(jù)的話,CVD鉆石可以完全抹去其人造的“證據(jù)”。

CVD鉆石內(nèi)部純凈,如果吹毛求疵,內(nèi)含物也都是一些高等級(jí)天然鉆石里的有的pinpoints(極小的黑色點(diǎn))。光從顯微鏡下已經(jīng)極其難辨認(rèn)其差別,目前全世界能權(quán)威檢測(cè)CVD鉆石的兩家機(jī)構(gòu)分別是()以及IGI(國際寶石學(xué)院)。

內(nèi)部純凈的CVD鉆石,自然光下拍攝

需要注意的是,隨著CVD鉆石的橫空出世,很多不法商人購買很多大克拉CVD鉆石送到小檢測(cè)站去做天然鉆石的證書然后賣出天然鉆石同等的價(jià)格,請(qǐng)讀者們?cè)谫I鉆石時(shí)一定要小心,不要花冤枉錢。

19內(nèi)部純凈的CVD鉆石,筆者自然光下拍攝

3.HPHT鉆石的優(yōu)勢(shì),顏色

HPHT鉆石的技術(shù)其實(shí)也一直在更新?lián)Q代,從前HPHT只專注于造一些比較小的寶石級(jí)鉆石,但是近年來,許多HPHT鉆石制造公司也開始制造大克拉鉆石,有一些甚至超過十克拉。

HPHT鉆石現(xiàn)在也可以做到內(nèi)部純凈到達(dá)VVS級(jí)別。相比CVD鉆石,它最大的優(yōu)勢(shì)便是顏色級(jí)別很高,例如HPHT鉆石許多都可以達(dá)到DEF(白色鉆石顏色的最高三個(gè)級(jí)別)。

從前HPHT的顏色白得發(fā)灰,而現(xiàn)在更多的可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的DEF色。但HPHT的金剛光澤確實(shí)不比CVD鉆石優(yōu)秀,金剛光澤通常是因?yàn)槌叩恼凵渎屎土己玫那心スに噷?dǎo)致——是寶石界里透明寶石能呈現(xiàn)的最明銳的一種光澤。毫無疑問,鉆石的金剛光澤是最優(yōu)秀的。CVD鉆石的金剛光澤已經(jīng)完全可以媲美天然鉆石,HPHT相比較下稍顯遜色。所以大部分珠寶界會(huì)用HPHT鉆石作為厘石,因?yàn)樗伾浅?yōu)秀,作為小厘石明亮又閃爍,非常完美。

不論是HPTP還是CVD鉆石,我們不僅見證著其制造工藝的日趨成熟。我們也在思考,當(dāng)科技發(fā)展逐漸觸碰到“巧奪天工”這個(gè)看上去觸不可及的概念,當(dāng)“天然”與“人造”的界限被沖刷模糊,我們作為消費(fèi)者,是否也應(yīng)當(dāng)追上時(shí)代的腳步,到更加包容紛繁的世界里看看呢?

我們有足夠的理由相信,在未來,HPTP和CVD鉆石將大放異彩。這是源自百年科技鉆研所帶來的自信,同時(shí)也對(duì)新時(shí)代探索者抱有極大的期待和信心。我希望能看到未來的某一天,HPTP和CVD鉆石周圍簇?fù)碇牟辉偈瞧姾屠渎?,它們吸引著不同的需求和相同的稱贊,受到大家同等的喜愛和追求。

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