華爾茲 2021-06-23 11:29:22 本文來源:真如此鉆 責(zé)任編輯:華爾茲
這段時間,培育鉆石再次成為鉆石市場的熱門話題,那么你對培育鉆石是否完全了解呢?今天這篇文章就為大家深度科普下培育鉆石的相關(guān)知識。
一、什么是培育鉆石
培育鉆石(Lab-grown diamond),又稱合成鉆石。指在實(shí)驗(yàn)室或工廠里通過一定的技術(shù)與工藝流程制造出來的與天然鉆石的外觀、化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)完全相同的晶體。與天然鉆石一樣是真鉆石。
二、目前市場上培育鉆石的分類
截止到現(xiàn)在,市場上售賣的鉆石主要有兩種,真鉆石和仿鉆石。真鉆石包括天然鉆石(Mined Diamond)和培育鉆石(Lab-grown diamond),他們都是由同一種元素碳元素組成的物質(zhì),具有相同的物理和化學(xué)性質(zhì),因此兩者都是真鉆石。假鉆石包括莫桑石、鋯石等,它們與真鉆石的組成成分完全不同,可以說是毫無關(guān)系,是商家營銷出來的假鉆石。
三、培育鉆石的方法
培育鉆石的方法包括化學(xué)氣相沉積法(CVD法)和高溫高壓法(HTHP法),兩種方法各有特色,CVD法主要培育高品質(zhì)的大鉆石,HTHP法主要培育小鉆石。
1、化學(xué)氣相沉積法(CVD法)
一般是在高溫等離子的作用下,分離含碳?xì)怏w,然后碳原子會在基底上沉積成鉆石膜。單晶鉆石就是這樣形成的?;卓梢允褂靡环N或多種氣體,利用甲烷、氫、氮等氣體輔助,讓甲烷中的碳分子不斷累積到鉆石原石上,經(jīng)過一層層增生,最后可以形成10克拉左右的大鉆石。1980年中期,化學(xué)氣相沉積法(CVD法)開始出現(xiàn),1990年末,有人研究單晶CVD金剛石,2000年初期,卡耐基、阿波羅等公司已經(jīng)用這種方法培育出鉆石,但最終沒有形成市場銷售。2012年初,新加坡的IIa公司生長出了無色的高品質(zhì)鉆石,從小鉆到克拉級的鉆石都有,并且對外售價比同級天然鉆石低很多,引起了天然鉆石市場的很大震撼。實(shí)際上,CVD功能很多,生產(chǎn)單晶鉆石只是一小部分,大尺寸的單晶、多晶金剛石在聲、光、電等方面也有很重要的用途。
CVD反應(yīng)爐的種類分為三種:熱絲 (Hot Filament)、直流電弧噴射(DC Arc Jet)和微波等離子 (Microwave Plasma )。前兩種適合生長多晶薄膜。微波等離子反應(yīng)爐分為兩種頻率,2.45GHz和0.915GHz,其中后者的生產(chǎn)效率要比前者高很多,大型設(shè)備是未來CVD爐的趨勢。
上圖為2019-2022年各國CVD反應(yīng)爐的數(shù)量,可以看出,中國是也是主要的CVD鉆石生產(chǎn)廠家并且品質(zhì)最好。
2、高溫高壓法(HTHP法)
基本原理是在人造的高溫高壓環(huán)境下,將石墨轉(zhuǎn)生成鉆石,大概需要10GPa、3000℃以上的壓力和溫度。高溫高壓法制造鉆石的過程中需要用到的核心設(shè)備有六面頂壓機(jī)、合成塊和石墨芯柱等??偟膩碚f,現(xiàn)在國際上主要有三種HTHP機(jī),兩面頂、分離球式和六面頂。這種方法對培育鉆石的形狀有直接影響。溫度高的話,鉆石形狀接近于八面體,溫度低的話,鉆石則接近于立方體。
值得一提的是,高溫高壓法產(chǎn)出的鉆石會出現(xiàn)各種各樣的發(fā)光樣式,有的肉眼可以看見,有的需要借助光照儀器觀察。
四、國際培育鉆石工廠分布
高溫高壓法(HTHP法)六面頂主要集中在中國(10000臺),俄羅斯(100臺)和歐洲(25臺),國內(nèi)培育鉆石的公司主要有:中南、黃河旋風(fēng)和華晶等公司。
CVD工廠在世界上的分布如下圖,主要集中在美國,中國和印度等。
五、怎樣鑒別培育鉆石和天然鉆石
1、顯微鏡放大觀察
用顯微鏡放大觀察HPHT鉆石時,里面的內(nèi)含物為黑色金屬包裹體,形狀是拉長的八面體或者進(jìn)球形八面體。
CVD鉆石的內(nèi)含物多羽狀為裂紋,表面呈褶皺形狀,黑點(diǎn)群多為棉花球狀,并且上面有很多黑色多晶雜質(zhì)沒有切干凈。
2、深紫外光圖像
用深紫外光照射鉆石晶體表面,根據(jù)成分和結(jié)構(gòu)不同,會顯示出不同的顏色和形狀。比如如果出現(xiàn)貝殼狀條紋,一般都是CVD鉆石。
3、紫外—可見—近紅外光譜
利用UV-Vis-NIR光譜中N3色心415nm吸收峰作為鑒別特征,將天然鉆石中占98%的IaB型鉆石先確定,將其余2%沒有415nm峰的鉆石過濾出來,作進(jìn)一步檢測。
4、在雙目寶石顯微鏡下使用偏光鏡觀察
在載物臺上置放一個折疊正交偏光鏡,關(guān)掉上方燈光,打開下方底光,用攝子夾住鉆石臺面及尖底,把他放在上下兩片偏光鏡之間。從鉆石的冠部、亭部進(jìn)行觀察,用棉花棒輕輕轉(zhuǎn)動鉆石,觀察鉆石冠部、亭部面上的條柱狀圖案和顏色。
培育鉆石小問答,你想知道的這里全都有
1、電弧噴射的CVD能否在理論上超越MP CVD作為單晶生長?
理論上是不可能的。電弧噴射法的培育鉆石的速度很快,但是必須要釬焊,溫度太高了,還特別容易造成金屬污染,對鉆石品質(zhì)影響極大,不適合生長單晶,也不適合做鉆石首飾。
2、目前有哪些方法可以辨別天然和培育鉆石?
3、TEM是怎么觀察鉆石的,直接觀察合成的納米金剛石嗎?
這個比較困難,我們是直接觀察單晶鉆石,先將鉆石減薄至0.03mm,再氬離子減薄儀減至穿透,然后放在TEM里面觀察,最大可放大到百萬倍,經(jīng)過處理后才可以看到圖像,難度比較大。
4、固態(tài)微波源和磁控管電源相比有優(yōu)勢嗎?
固態(tài)微波源是最新的一種模式,是未來發(fā)展的趨勢,特別是小一點(diǎn)的功率,比如5KW,6KW,用固態(tài)微波源效果非常好。但是它也有體積大,成本高的缺點(diǎn),最重要的是它的穩(wěn)定性。
5、納米金剛石有顆粒嗎?還是只是薄膜呢?
納米金剛石的意思就是納米尺寸的金剛石顆粒。顆粒狀一般有兩種產(chǎn)生方式,一種是爆炸法制造的非常小的金剛石顆粒,另一種是將大金剛石顆粒研磨至微米尺寸。金剛石膜是用CVD方法生長多晶薄膜。
6、目前MP CVD生長情況呢如何?快速生長的話有什么需要解決的問題嗎?
快速生長一定會產(chǎn)生咖啡色,然后又要高溫高壓改色,改色之后就會產(chǎn)生灰黑色,那么久沒有辦法銷售出去了。但是慢速生長的話獲得高品質(zhì)白鉆的概率極高。
7、培育鉆石什么時候能夠在市場上普及呢?未來會對天然鉆石市場造成怎樣的沖擊?
隨著戴比爾斯培育鉆石的大量供應(yīng),肯定會影響到現(xiàn)有培育鉆石的價格,價格會有一段時間的大幅度降低。培育鉆石會逐步侵蝕天然鉆石顧及不到的空間,比如其中的小顆粒、中低品質(zhì)的鉆石會漸漸被培育鉆石替代。
8、CVD金剛石正交偏光條紋狀產(chǎn)生的原因是什么?可以消除嗎?對后續(xù)鉆石加工有什么影響?
CVD培育鉆石的正交偏光條紋是因?yàn)樯L時的區(qū)域狀而產(chǎn)生的條柱狀應(yīng)力。一旦產(chǎn)生后無法消除。對后續(xù)加工沒有什么影響,只是鑒定的時候無法根據(jù)這種現(xiàn)象來判定CVD鉆石。
9、 目前市面上是用什么方法培育黑鉆?
大部分都是用輻照改色,先用品質(zhì)差的鉆石進(jìn)行過度輻照處理,使鉆石變成暗綠色,只要不用強(qiáng)光看,正常情況下就成了黑鉆。
10 、天然的鉆石用HPHT法改色提純也會變成彩色,為什么沒有得到大范圍推廣?
天然IIa型鉆石經(jīng)過HPHT法改色后會變成無色,這種方法在市場上已經(jīng)普遍使用了。Ia型鉆石經(jīng)過HPHT法改色后會變成很好看的黃綠色,但是培育鉆石市場對這種鉆石需求量不大,所以不多見。
11、 是不是所有的HTHP和CVD都沒有415吸收峰?
國際上有報導(dǎo),Ib型合成鉆石經(jīng)過HPHT長時間處理,使N結(jié)合成IaB,這種方法非常困難。曾經(jīng)試過達(dá)到IaA,想要達(dá)到IaB,則需要更多的成本。小顆粒鉆石沒有市場價值,大顆粒鉆石有很多方法鑒定出來是合成鉆,也沒有商業(yè)價值,所以不擔(dān)心混充。
12、 培育鉆石的分級體系什么時候可以成熟起來?
IGI上海公司已經(jīng)在做細(xì)分級證書,HRD、EGL也都可以簽發(fā)細(xì)分級證書。對培育鉆石不做細(xì)分級,是天然鉆石的擁護(hù)者。NGTC延用老規(guī)則粗分級,等到國家標(biāo)準(zhǔn)改變后才有可能細(xì)分級。
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