了解：人造“大克拉”来了，钻石还能恒久远吗？

xubin · 发表于 2023-10-13 14:10:58

　　科技新闻来源：齐鲁晚报 2019年05月24日 15:34钻石零售趋势https://www.sarine.cn/retail尚灵钻石档案为消费者带来直观且丰富的钻石证书，人工智能钻石原石4C标准分级体验钻石火彩，带来前所未有的钻石证书可靠性，提供零售技术支持和趋势。是全球最先进的钻石证书，同时通过4C标准分级体验钻石的火彩度。Sarine的钻石科技技术为钻石行业的所有参与者创造价值。

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　　原标题：

　　还记得那句著名的广告词吗？“钻石恒久远”，天然钻石以其漫长的形成过程和相对稀缺性，成为婚嫁饰品的首选。不过，近年来，人工合成方法越来越成熟，人造钻石个头越来越大，纯净度越来越高，最近中国兵器工业集团豫西集团中南钻石公司推出大颗粒“首饰用钻石”，表明该产品在生产上获得重大技术突破。钻石的天然与否今后可能会被人们忽略，“恒久远”的故事也很难再讲下去了。

　　记者　任志方

　　制造高温高压环境

　　就能人工合成钻石

　　钻石，又叫金刚石，和铅笔芯的主要成分——石墨一样，都由碳原子组成。但结构的差异却让石墨在莫氏硬度等级中只排在最低的1级，钻石则位于最高的10级。碳原子之间之所以会形成不同的结构，关键在于压力和温度。在不同的压力和温度条件下，碳原子会变成石墨、钻石、液体等各种形态。

　　天然钻石大多数是在地球内部的高温高压下形成的，地球诞生后不久便开始在内部结晶。那里的压力在4.5Gpa到6Gpa。大致换算下来相当于地下150公里到200公里的深度。从目前开采的钻石矿中发现，绝大多数的钻石形成年代都在20亿至30亿年前，在南非地区发现的一些钻石的年龄甚至达到了45亿年左右。

　　了解了钻石形成的过程，就可以根据“碳相图”人为地创造相应的压力和温度条件，合成出钻石。

　　人造钻石的主要合成方法有两种:高温高压合成法和化学气相沉积法。

　　最初的合成方法，也是目前普遍使用的方法，是高温高压合成法。一般情况下压力高达5GPa-6GPa，相当于用一根手指顶起一架商用喷气式飞机所承受的压力；温度则达到1300℃-1600℃。其大致原理是:高温高压下，石墨粉融于金属熔剂中，碳原子向高压舱较冷的一端扩散，最终在籽晶上结晶生长。

　　制造高温高压，最简单粗暴的是爆炸法。把含碳原子的TNT和轰爆压力非常高的RDX两种炸药混合，在钢制厚壁罐体中引爆，产生1000℃以上的高温和30GPa的超高压，TNT中的一部分碳原子就会聚合成5-15纳米大小的钻石，称为金刚石粉。

　　自20世纪50年代起，人们就开始生产人造钻石用于工业用途，其在电信、激光光学、医疗保健等领域中得以广泛应用。1970年，通用电气的研究员制成了第一颗非常小的宝石级合成钻石，可以像宝石一样进行刻面处理。到20世纪80年代中期，其他制造商已能够生产合成钻石。不过，传统高压高温法合成的钻石克拉数较小，而且金属触媒会在钻石内留有残渣，机器内极少量的氮元素还会混入钻石中，让钻石呈现黄色，因此无法作为首饰级钻石。

　　但随着合成技术的不断改进，现在已经可以合成出30克拉以上的无色钻石。温度梯度、除氮和掺硼技术是合成无色钻石的三大核心技术。目前这种合成钻石的鉴定要点，主要是观察钻石内部的金属包体，以及高能光源激发下异常的结构色。

　　骨灰中也有碳元素

　　被人制成钻石饰品

　　相比之下，化学气相沉淀法可以大幅改善高压高温法合成钻石带来的缺陷。这种方法同样需要晶种，经过机械抛光、酸处理等方式处理掉表面杂质后，放在只有十分之一大气压的真空室中，注入甲烷气体和氢气，通过微波等方式加热到800℃-1000℃。

　　此时，甲烷会分解出碳原子，形成等离子体，降落在底部的晶种上，沉淀结晶，能以每小时0.006毫米的速度生长，不到两天，就会获得一颗周围包裹着石墨的钻石。这种方法合成的钻石能达到高级天然钻石的颜色和纯净度，克拉数也更高。2017年，德国奥格斯堡大学合成出了一块直径92厘米、155克拉的钻石。

　　随着人工合成方法越来越成熟，人工钻石也被玩出了不少新花样。芝加哥曾有一家纪念品公司为了纪念逝者，把人类的骨灰变成了美丽的钻石。其原理是骨灰中含有碳元素。这种钻石的制造，首先要把骨灰放进5400℃高温的真空感应炉里提纯，将碳从骨灰中提取出来；然后再将其加热到3000℃变成石墨；最后，把这些石墨放入一个压力器中两个星期，就能在巨大的高温压力作用下变成一颗人造钻石了。整个过程大约需要16个星期。

　　巴西的工程师还曾用甘蔗酒精作原料生产出了人造钻石。以甘蔗酒精作原料生产合成金刚石，是在一个特殊的反应设施里进行的，通过控制压力和温度，使乙醇和氢在反应设施里形成环流，在这个过程中加氟，乙醇被分裂成碳微粒，形成金刚石和石墨。氢和石墨发生化学反应，金刚石便附在硅片上。最后再用化学方法从硅片上取下金刚石。

　　有望引发新一代

　　半导体技术革命

　　就像之前提到过的那样，人造钻石也是货真价实的钻石，成分、结构与天然钻石完全相同，两者只能通过非常特殊的方式区分。随着人造钻石合成方法的成熟，产量的提升，大量的人造钻石正从各国的实验室中生产出来。

　　2017年，合成钻石的平均售价只比天然钻石便宜10%-20%，一年之后，这个差距已经拉开到30%-40%。据日经新闻2018年8月2日报道，随着技术的进步，实验室制造的钻石早已用于工业生产。中国的实验室不仅能够制造较小的、黄色的宝石，还可以制造较大的、无色的宝石，并拓宽了它们在珠宝行业的用途。中国的钻石实验室通常拥有数千台合成设备，每台设备一次可生产100颗宝石。

　　最近，中国兵器工业集团豫西集团中南钻石公司推出大颗粒“首饰用钻石”，该公司通过自主研发，攻克了触媒配方及制备的技术壁垒，解决了国产六面顶压机不能满足长时间合成的行业难题，成功地实现了宝石级培育钻石的规模化生产，并掌握了20克拉以内大尺寸钻石合成技术。

　　目前，豫西集团已掌握了20克拉以内大尺寸高温高压培育钻石单晶合成技术，掌握了黄钻、蓝钻、绿钻、紫-红钻等彩色钻石生产技术。实现了批量供应粒度最大、品级最优、色彩可控的克拉级培育钻石。

　　除了作为饰品，钻石还是“工业牙齿”。以金刚石车刀为例，其刃口圆弧半径可以刃磨到连扫描电子显微镜也无法检测，利用它来切削加工，往往可以直接获得镜面。利用钻石超硬的力学性能，可加工世界上所有的已知材料。利用其无与伦比的热光声电性能，可用于航天员宇宙射线防护、尖端武器装备隐身防腐、提高导弹飞行速度与打击精度、大功率激光探测，可用作大规模集成电路及LED新光源热沉等尖端领域。而人造钻石技术的成熟，也有助于进一步降低制造业的成本。

　　此外，金刚石电子器件相比其他半导体器件具有体积小、集成度高和无需制冷的优势。随着人工钻石制造技术的进步和成本的降低，有希望引发新一代半导体技术的革命。

唐吉柯德 · 发表于 2024-3-18 05:53:53

不知该说些什么。。。。。。就是谢谢

琴韵秋歌 · 发表于 2024-8-10 10:52:38

有竞争才有进步嘛

萧风丝雨 · 发表于 2024-9-27 22:08:43

我是来刷分的，嘿嘿

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