视频 | 珠宝鉴定中的新品种——是真珠宝还是黑科技？（上）

近年来随着科学技术的不断进步，珠宝玉石这个古老的行业也正不断发生着日新月异的变化。在珠宝鉴定中，越来越多的新品种进入了人们的视线。这期节目让我们跟随专家们一同揭开合成钻石的神秘面纱。

什么是合成钻石？

合成钻石是指在实验室或工厂里通过一定的技术与工艺流程制造出来的与天然钻石的化学成分、外观和晶体结构完全相同的人工材料。

合成钻石的生产方法有哪些？

宝石级合成钻石的合成方法主要为高温高压种晶触媒法（HPHT法）和化学气相沉积法（CVD）。

01高温高压种晶触媒法（HPHT法）

通过可以模仿地球深处天然钻石生长环境（温度：1350-1800℃、压力：50-80kb）的设备，在高温高压、无氧的条件下，使用熔融的金属触媒，将碳转化为钻石。其过程是：在高压高温条件下，使碳原料在其饱和溶液中，在温度较低的生长舱底部围绕籽晶生长合成钻石晶体。在高度控制的条件下，模拟自然的过程，小钻石种晶开始生长，从分子到分子、层到层。因为钻石中的C-C键要转变为石墨结构需要很大的能量，因此钻石在常温、常压下能稳定存在。

大部分商业用HPHT合成钻石为黄色、黄橙色或黄褐色，大小约1ct。合成钻石有独特的立方八面体外形，不同于天然钻石的八面体外形。所有接近无色的合成钻石会发出磷光。

02化学气相沉积法（CVD）

在钻石的亚稳定区，用加热、放电等方法激活碳基气体（如甲烷），使之离解出碳原子和氢原子（或甲基CH3和氢原子），碳原子形成钻石。合成的条件是约0.1个大气压的CH4+H2混合气体，温度800～1000℃。当衬底使用单晶钻石时（无论是天然钻石或HPHT法合成钻石），在衬底上将生长出单晶体的钻石；使用硅、钨或钼做的衬底时，衬底上将长出多晶体的钻石。

CVD法合成钻石的优点：

1.合成钻石不必在钻石籽晶上生长，它可以在各种材料的基座上沉淀下来。

2.CVD生长过程使用了碳氢化合物、氢气和一个能量源，低温低压技术（0.01-1大气压，700-1000 ℃），合成钻石的过程中不需要昂贵的设备，更为经济。

3.大多数CVD合成的钻石是IIa型。

4.CVD法能有效地控制钻石的形状。这就意味着可以生长出可应用于微处理器或其它用途的钻石膜，CVD法也可以用来合成大尺寸钻石。

5.CVD法可以生长无色钻石。

如阿波罗钻石公司报道，CVD法终于使合成钻石可以在市场上同天然钻石展开公开竞争。CVD合成的一种多晶钻石，晶体随机排列，比单晶钻石更具韧性，更易合成大面积的钻石集合体。CVD方法可以直接在各种材料表面上生长钻石膜，而且理论上钻石膜的面积、厚度、形状等均不受限。这使CVD合成钻在切割工具、光学、抗腐蚀、散热、半导体等领域具有独特的应用前景。
目前，高温高压合成钻石主要由几家大公司所垄断，而CVD法的研究和开发是开放性的。因此，CVD合成钻石的合成工艺更加多样，参与开发生产的企业、机构众多。

合成钻石的发展历程

十八世纪，英国化学家研究得出：金刚石是碳的一种结晶形态，它与石墨同为碳的同质异象体。

1940年前后 ,理论方面取得了进展，计算出1200℃以下石墨——金刚石平衡曲线。

1953年瑞士工程公司（ASEA）首次成功地合成出了40粒小颗的钻石。

1955年美国通用电气公司（GE）合成出了小颗粒的钻石,条件为：2760℃，10万个大气压。

1970年,宝石级大颗粒(大于5mm)的钻石由美国通用电气公司采用HPHT方法合成成功。

1971年,De Beers 成功合成了宝石级的钻石。

1985年,日本住友电气公司合成了黄色宝石级钻石。

2003年，美国阿波罗公司合成出达到宝石级单晶，并开始商业性生产。但其合成钻石的产量一直维持在相当低的水平，其主要业务发展方向转为对合成彩色钻石的后期处理，尤其是粉色钻石。同年，美国华盛顿卡内基研究所地球物理实验室的研究人员已能用CVD法非常快速地生产出大颗粒钻石。

2004年,卡内基的研究人员发现,高压高温热处理不仅能优化CVD钻石的光学性质,而且能提高其硬度。采用新技术后,现今他们已能够用CVD法生产出透明的钻石而不再需要高压高温热处理。

2011年，CVD合成钻石有了最新发展。之前一直以生产HTHP合成钻石而著称的Gemesis公司宣布开始生产CVD合成钻石，并于2012年开始在网上销售其合成钻石产品。

化2015年，GIA报道了俄罗斯NDT(New Diamond Technology)公司可以生产出大颗粒HPHT合成钻石

学气相沉积法（CVD）

高温高压种晶触媒法（HPHT法）