天津自然博物馆
教育活动Education and activities
当前位置 > 首页 > 教育活动 > 科普传播

合成钻石

    人类使用钻石的历史悠久,可追溯到3000多年前的印度,而直到1953年美国通用电气公司的Hall成功设计了能产生2.1×105 MPa高压以及2000℃以上高温的两面顶装置,人工合成钻石才有了出现的可能性。1955年,Hall和Bundy等人使用该设备,以石墨为原料,采用铁、钴、镍等过渡元素作为催化剂,成功合成出了世界上第一颗人造钻石,从此人工合成钻石开始得以发展。

    最早的合成钻石采用HPHT(高温高压)法,而直到2017年,HPHT法合成钻石仍占据市场中合成钻石90%的产量。然而,虽然HPHT合成钻石产量大,但其存在许多缺陷:HPHT钻石呈黄色至暗黄色,缺陷密度较高,整体质量相对较差。

图1  HTHP法合成的钻石,重约2克拉。由Ulrika D` Haenens - Johansson拍摄[1]

    CVD(化学气相沉积)法是继HPHT法之后开发出的一种在相对较低的温度和压力下,以甲烷、乙炔等含碳气体作为碳源,利用电、热等能量将含碳原料分解并沉积在基座上生长出钻石的方法。与HPHT合成法相比,CVD法拥有合成设备安全简单、合成钻石面积更大、晶体质量更好、合成成本较低以及掺杂可控等多种优点,目前广泛运用于宝石级钻石的生产。除无色钻石外,CVD法可以直接合成黄色、粉色、蓝色等彩色钻石,非常符合时尚首饰对钻石的需求。

图2  0.40克拉的CVD法合成钻石,色级为Fancy yellow。由Sood Oil Chia拍摄[2]

图3  0.28~0.67克拉的CVD法合成粉钻[3]

    合成钻石的成分和结构都几乎与天然钻石相同,肉眼难以鉴别,所以可作为钻石的代替品应用于时尚首饰。目前最有代表性的合成钻石饰品是De Beers戴比尔斯旗下的Lightbox系列,其设计并发售以合成钻石和银、10K金等为材料的首饰,目前官方售价是800美金/克拉。

图4  Lightbox蓝钻手链,镶嵌0.625ct枕形合成蓝钻,底座由纯银制作。

 

图5  Lightbox粉钻耳钉,镶嵌2颗0.75ct枕形合成粉钻,底座由10K玫瑰金制作。

    虽然合成钻石的外观与天然钻石相同甚至更漂亮、价格也更便宜,但随着合成技术越来越成熟,合成钻石的成本会随之降低;同时天然钻石具有的文化价值、象征意义是合成钻石所不具有的,所以笔者认为合成钻石不能完全替代天然钻石。               (作者 中国地质大学珠宝学院  张雨阳)

参考文献:

    [1]D' Haenens-Johansson, Ulrika FS, et al. Large Colorless HPHT- Grown Synthetic Gem Diamonds from New Diamonds Technology, Russia. Gems & Gemology, 2015, 51.3.

    [2]Kyaw Soe Moe, Wuyi Wang, and Ulrika D’Haenens-Johansson. Yellow CVD Synthetic Diamond.Gems & Gemology, 2014, 50(2). 

    [3]WANG, Wuyi. CVD-Grown Pink Diamonds. GIA News from Research http://www. gia. edu/researchresources/news-from-research/treated_ pink_CVD_06, 2009, 24.

    [4]Toyota H, Nomura S, Mukasa S, et al. Diamond synthesis by plasma chemical vapor deposition in liquid and gas.Diamond and Related Materials, 2010, 19(5-6):418-422.

返回
地址:友谊路31号,银河广场(近平江道) 
版权所有:天津自然博物馆 技术支持:才略科技 备案信息:津ICP备14004277