揭秘：人造鉆石究竟如何而來？

今年一份摩根士丹利（Morgan Stanley）報告分析，“在鉆石行業，實驗室培育鉆石不會完全取代天然開采鉆石。該報告指出實驗室培育鉆石會找到合適的市場定位，并提升珠寶市場的整體銷售量”。然而就國內市場而言，“鉆石恒久遠，一顆永流傳”這句以古老傳承、歷史感為賣點的廣告語，仍然根植在國內消費者心中，同為鉆石且結構相同，但價格僅為天然鉆石50%的人造鉆石，卻少有國內消費者為其買單。那么我們不禁要問，人造鉆石究竟如何而來？

　　人造鉆石是在實驗室人工合成，具有與天然鉆石基本相同的物理性質、化學成分和晶體結構。目前合成寶石級鉆石的方法主要有高溫高壓合成法（HPHT合成法）和化學氣相沉積法（CVD法）。

　　高溫高壓法（簡稱HPHT）合成鉆石

　　高溫高壓合成鉆石的原理

　　目前世界上流行的高溫高壓合成鉆石的設備主要有兩面頂（belt，歐美國家主要流行）、六面頂（我國特有）和分割球（bars split sphere，俄羅斯）或改良的分割球（Gemesis公司）。

　　高溫高壓合成法又稱為種晶觸媒法。石墨是低壓穩定相，金剛石（鉆石的礦物學名稱）是高壓穩定相。由石墨直接向金剛石進行轉變，所需的壓力和溫度條件都很高，一般需要10GPa、3000℃以上的壓力和溫度。如果在有金屬觸媒參與的條件下（如Fe、Ni、Mn、Co等以及它們的合金），石墨變為金剛石所需要的溫壓條件將大為降低，所以目前高溫高壓法合成鉆石都有金屬觸媒參與。作為溶劑的金屬觸媒處于碳源（一般為石墨）與金剛石籽晶之間。碳源處于高溫端，籽晶處于低溫端，由于高溫端的碳源的溶解度大于低溫端的溶解度，由溫度差所產生的溶解度差則成為碳源由高溫端向低溫端擴散的驅動力，碳源在籽晶處逐漸析出，金剛石晶體漸漸長大。由于晶體生長的驅動力是由溫度差所致，因此也將該方法稱為溫度差法。

　　高溫高壓合成鉆石的基本特征

　　HTHP合成鉆石常為立方體、八面體及二者的聚形；顏色常為黃色、黃褐色，內部常見有色帶、金屬包裹體等特征，未熔的金屬包體呈針狀、片狀、小柱狀或不規則的外觀，具金屬光澤，致使合成鉆石有磁性。

　　合成鉆石在長波紫外線下通常無熒光，短波下常有黃色、綠黃色、橙黃色的熒光，合成鉆石在超短波紫外線或陰極射線下有特征的分帶現象，不同的生長區顯示不同顏色的熒光分帶。

　　高溫高壓合成鉆石的應用

　　高溫高壓合成鉆石主要應用于鉆探（從石油、地殼深部鉆探到在牙齒上鑿洞）、切割（從切割大理石到切割寶石）、航天（從機艙窗口到太空探測器）、電子工業（從電子儀器到超級計算機芯片）、熱交換（從大型鍋爐到廚房餐具）及珠寶首飾等眾多領域。

　　化學氣相沉積法（CVD）合成鉆石

CVD合成鉆石

　　CVD合成鉆石的原理

　　化學氣相沉積（CVD）通常是在高溫等離子的作用下，含碳氣體被離解，碳原子在基底上沉積成鉆石膜。基底可以是非鉆石材料，但單晶鉆石通常是碳原子在鉆石基底上沉積而形成。含碳氣體通常是指含氮、甲烷和氫的混合氣體，甲烷是合成鉆石碳原子的來源，氮可以增加生長速度，氫可以抑制石墨的形成。通常CVD合成鉆石是在低壓高溫條件下進行，壓力一般小于一個大氣壓，溫度在1000度左右。

　　CVD合成鉆石的基本特征

　　CVD合成鉆石單晶大都呈板狀，偶爾可在邊部見到小的八面體面和菱形十二面體面。早期的CVD合成鉆石顏色多為暗褐色或淺褐色，而近期發現的CVD合成鉆石被證明經過后期高溫熱處理，因此顏色為無色或近無色。CVD合成鉆石內部包體較少，個別可見到針點狀、黑色不規則包體。但并不能作為區別天然鉆石、HTHP合成鉆石的依據。CVD合成鉆石中不會出現金屬包體，因此不具有磁性。

普通放大鏡識別不了CVD合成鉆石

　　早期CVD合成鉆石呈現橙色到橙黃色熒光，短波強于長波；近期新發現的CVD合成鉆石具有黃綠色熒光，短波強于長波，且多具有磷光。在超短波紫外燈下，CVD合成鉆石具有典型的層狀生長結構，是CVD合成鉆石的主要鑒定特征。

　　科技的進步，為美化人們的生活提供了更多的可能與便利。人工晶體技術的發展為市場提供了更多更廉價的材料，鑒定技術的提高則為市場與消費起到了監督與維護的作用。人工合成鉆石，尤其人工合成彩色鉆石，讓愛美人士能以較低的消費享受到彩色鉆石帶來的裝飾美。