未來鑽石(培育鑽石)是怎麼生產的?

大自然用千年的時間形成的鑽石,為什麼科學家在實驗室裡也能做到呢?鑽石與石墨的組成元素都是碳(C),只是他們的原子排列方式不同,所以只要我們給予很大的能量,是有可能將石墨變成鑽石的。目前我們有以下兩種最主要的鑽石培育方法:

高溫高壓法(HPHT)

早在1954年,科學家們就想到模擬自然界中天然鑽石生長的環境,在大型機器中給予極高的溫度與壓力的環境 (High Pressure and High Temperature, HPHT),成功的在實驗室中創造出第一顆鑽石。主要有以下3種設備能模擬天然鑽石形成的環境:六方壓機(Cubic Press)、兩段式分球壓機(BARS)和壓帶機(Belt Press)。HPHT 是最原始的鑽石培育方法,也時常運用在增強鑽石的顏色,例如:粉紅色、藍色、綠色。

現今,我們一般給予1300-1600 °C 溫度與 870000 lbf/in2 壓力將純碳熔化後,匯集至鑽石晶種上冷卻沉澱。由於機器的結構,大小與生長的工藝限制,用 HPHT 方式培育大顆鑽石是不容易的,所以大多用於生產小顆的未來鑽石。鑽石顏色的品質多數可以達到 D~F 無色,除了少部分技術尚未克服的實驗室會有 H 以下的顏色;淨度方面多是 VS~SI 等級,生長速度越慢淨度越高,反之亦然。

未來鑽石生產方法-HPHT
HPHT 鑽石原石(未切磨)

化學蒸氣沉澱法(CVD)

1960年,為了改善 HPHT 生產方式的缺點,科學家又發明了化學蒸氣沉澱法 (Chemical Vapor Deposition, CVD),這個方式是用一顆鑽石當種子,放入真空環境並去除一切雜質,將環境加熱至800-1200 ℃,注入高溫的甲烷和氫氣,利用微波的方式進而釋放甲烷中的碳原子。這些碳會慢慢的沉積在我們放入的鑽石種子上,並複製種子的結構緩慢生長。CVD 未來鑽石的顏色主要是 F~H,真空中的雜質去除的越乾淨,顏色就越好,這也是所有實驗室現今努力的目標;淨度方面大多勝過 HPHT 未來鑽石,多落在 VVS~VS。

未來鑽石生產方法-CVD
CVD 鑽石原石(未切磨)

HPHT 與 CVD 哪一個好?

HPHT 與 CVD 的鑽石是無法用肉眼分辨的,他們都能培育出一樣美麗且閃耀的鑽石,一切的物理、化學、光學特性都與天然鑽石相同,所以並不存在哪一種方式比較好。如果想知道鑽石的好壞,透過國際鑑定所 IGI 或 GCAL的 4C 的分級,是最可靠且最方便的方法。

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