震惊!德国制造出155克拉世界最大合成钻石

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为了满足工业生产和首饰消费的需求,合成钻石应运而生。其中,化学气相沉积法(CVD)合成钻石生长速度快,成本相对低,并且与天然钻石最为相似,应用前景广阔,是当前宝石学研究的热点之一。2016年9月,GIA发布了一颗5.19ct,具有具有J色和VS2净度的CVD合成钻石的检测报告,并将其作为CVD合成钻石技术的一个里程碑。


GIA迄今检测的最大CVD合成钻石(10.04 × 9.44 × 6.18 mm,5.19ct)图片来源:Johnny Leung,Tony Leung


令人意想不到的是,近日,德国奥格斯堡大学的研究人员宣布通过化学气相沉积法合成出了155克拉的钻石。这项研究始于1991年,已经耗时26年。


奥格斯堡大学物理研究所物理学家马蒂亚斯·施雷克手拿155克拉的合成钻石图片来源:CNTV


1.化学气相沉积法(CVD)的发展

合成钻石是指用人工方法得到的,与天然钻石有着相同的化学成分和晶体结构的合成材料。19世纪的科学家就采用将碳溶于溶剂中使之析出晶体的方法制造钻石,并将温度、压力与钻石的合成联系起来。1952年,美国的William Eversole首次获得CVD合成钻石,即在钻石衬底上生长新钻石。早期的CVD合成钻石同样生长缓慢,效率低下。直到上个世纪80年代,CVD技术取得关键进展,才实现了商业化生产。2009-2013年间,多数CVD合成钻石在0.25-0.50ct范围内。过去几年中,突飞猛进的技术催生了更多高品质、大克拉数的合成钻石。


板状CVD合成钻石 图片来源:Elementsix


2. CVD合成钻石的原理

CVD合成方法是指在低于一个大气压和700-1300℃温度下,在真空室中释放甲烷和氢气的混合物,实现碳原子在基底或种晶上的化学气相沉积。这枚155克拉的CVD合成钻石就是在大约十分之一大气压力下被生产出的。在工业用途中,基底可采用硅、钨、钼,以从而得到多晶体的钻石膜。如果基底采用单晶钻石,只要CVD合成单晶达到足够厚度,可以加工成刻面宝石


CVD合成钻石生长舱过程示意图图片来源:De Beers


正常情况下,在这样低的压力下加热甲烷和氢气混合物,将产生石墨或其它非金刚石形态的碳。但在CVD生长舱中,通过施加微波能量,使分子氢转化为原子氢,会促进金刚石的形成,因为金刚石在该环境中更稳定。

此外,通过可控地添加气体掺入杂质元素,可使CVD合成钻石的光学性能在较宽的范围内变化,得到多种颜色的产品。


Ib型,0.4ct彩黄色方形钻石 图片来源:Sood Oil (Judy) Chia


3.合成钻石的应用

目前,大发PK10上的CVD金刚石产品有多种形态,包括:纯多晶金刚石厚片、涂层金刚石、大单晶金刚石和纳米金刚石膜。对于珠宝大发PK10来说,合成钻石不得不说是把双刃剑:一方面,将合成钻石混入天然钻石首饰中生产和销售,会大大增加质检部门的检测难度,影响大发PK10秩序,损害消费者利益;另一方面,合成金刚石粉末广泛用于玉雕大发PK10,使得翡翠、和田玉等玉石的抛磨质量得到明显的提高。

除了用作珠宝,CVD合成钻石在激光、电子零部件、光学窗口和切割工具上发挥着重要的作用。高科技领域的应用是提高CVD合成技术的主要驱动力。


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