化学气相沉淀法合成宝石

化学沉淀法主要包括化学气相沉淀法和化学液相沉淀法。用化学液相沉淀法合成欧泊、绿松石、青金石和孔雀石等多晶宝石材料的方法及鉴别在本书宝石各论中已进行了介绍，本节主要介绍用化学气相沉淀法（简称CVD法）合成多晶金刚石薄膜、大颗粒钻石和碳硅石单晶材料的工艺过程。

一、CVD法合成金刚石薄膜

早在20世纪50年代和60年代，美国和前苏联的科学家们先后在低压条件下实现了金刚石多晶薄膜的化学气相沉淀（CVD）开发研究，虽然当时的沉淀速率非常低，但无疑是奠基性的创举。进入80年代以来，科学家们又成功地发展了多种CVD金刚石多晶薄膜的制备方法，如热丝CVD方法、微波等离子体CVD方法、直流等离子体CVD方法、激光等离子体CVD方法、等离子增强PECVD方法等。随着合成技术的日趋成熟，金刚石薄膜的生长速率、沉积面积和结构性质已经逐步达到了可应用的程度。

1CVD法合成多晶金刚石膜的原理

化学气相沉淀法是以低分子碳氢化合物（甲烷CH4、乙炔C2H2、苯C6H6等）为原料所产生的气体与氢气混合（有的还加入氧气），在一定的温压条件下使碳氢化合物离解，在等离子态时生成碳离子，然后在电场的引导下，碳离子在金刚石或非金刚石（Si、SiO2、Al2O3、Si C、Cu等）衬底上生长出多晶金刚石薄膜层的方法。以金刚石为衬底生长金刚石薄膜的CVD方法也叫做外延生长法。有人曾利用微波等离子体CVD方法，以CH4和H2为原料在金刚石衬底的（100）表面成功地生长了厚度为20µm的金刚石外延层，该外延层具有平滑的外延生长表面和高的晶体质量，生长速度为06µm/h，而在金刚石（110）和（111）面的外延生长的晶体质量较差。这说明，金刚石的同质外延层的质量直接与衬底金刚石的晶面取向有关。

2等离子增强PECVD法工艺条件

等离子增强PECVD方法是目前合成金刚石薄膜采用最多的方法之一，其反应装置见图4-1-28。

图4-1-28 PECVD法合成金刚石薄膜示意图

等离子增强化学沉积法（PECVD）工艺需要使用能源装置，将输入的气体电离，产生出富含碳的等离子气体带电粒子。碳氢化合物气体通常采用甲烷和氢气，其体积比为（01～1）∶（09～9）；反应过程中需要的温度为700～1000℃，压力为（07～2）×104Pa。在上述工艺条件下，碳氢化合物气体粒子分解，碳原子沉积在基体材料上，形成合成金刚石薄膜。

3CVD方法合成金刚石薄膜的应用

据介绍，化学气相沉淀法合成的金刚石薄膜在工业上的用途极广，例如可做机械零件上的镀膜以增加耐磨性和润滑性；使用在电子产品上可提高散热效果；可以用来制作超级计算机的芯片、最好的滤波器；用在光学产品上可增强透视效果、保护镜片；在医学上可做人工关节的界面、人工心脏的阀片、最好的抗酸碱和辐射的保护膜；军事上可做导弹的雷达罩；日常生活上可用于不粘锅、音响振动膜、剃刀片护膜、条码机护膜等。

目前，CVD方法合成金刚石薄膜在宝石业方面的应用，主要有下列几种：

1）在各种仿制钻石刻面上镀合成金刚石薄膜，以使其具有天然钻石的部分性质。

2）在天然钻石表面镀彩色金刚石薄膜用来改变刻面钻石的外观颜色，模仿彩色钻石。

3）在切磨好的钻石表面镀金刚石薄膜，可以增加成品钻石的重量。

4）在硬度低的宝石表面上镀金刚石薄膜以增强其耐磨性等，例如在德国已有人对鱼眼石或蓝晶石进行金刚石薄膜处理并获得专利。

5）合成金刚石薄膜技术可用于欧泊表面镀膜处理，防止其失水和产生龟裂现象。

二、CVD法合成钻石单晶体

近十几年来，化学气相沉淀法合成技术得到了飞速发展，尤其是2003年，CVD技术取得了新的突破，可以以相对低廉的成本生长出大颗粒的单晶体钻石，颜色、净度都可以达到较高的等级，甚至可以切磨出1ct以上的D色级、净度级别为IF的首饰用钻石。2005年5月17日美国华盛顿卡内基地球物理实验室分别在日本第十届钻石新科技国际会议和英国宝石协会的Gem-A Mailtalk网上宣布：他们通过对化学沉淀技术的改进，可以以100µm/h的速度快速生长出10ct、半英寸厚的高品质、无色的单晶钻石。但是，合成技术的细节均未透露。

CVD法合成单晶钻石的原理是将甲烷和氢气导入反应腔，利用电热丝、微波、火焰、直流电弧等设备，将碳从化合物分解成原子，在反应腔内形成等离子体。甲烷中的碳原子已具备四个键的结构，在氢的催化作用下，使每一个碳原子与四个碳原子结合形成钻石结构，并逐渐沉淀生长在预先制备好的“基座”上，其生长速度通常为每小时一微米至数十微米。生长基座可使用天然或高温高压合成的钻石切成平行{100}晶面的薄片，用微波加热形成等离子场，在800～1000℃、1/10大气压

1atm（标准大气压）=101325Pa。

的条件下，可按需要合成出不同厚度或粒度大小的钻石。

CVD法合成钻石如图4-1-29所示。

图4-1-29 CVD法合成钻石

三、合成碳硅石晶体

1概述

早在一个世纪以前，合成碳硅石（SiC）就被制造出来了，并作为磨料在工业上得到了广泛的应用。SiC单晶的生长也已被研究多年，生长出的SiC单晶主要有两种用途：一是作为一种半导体材料，二是在珠宝方面作为一种钻石的代用品。

1955年，莱利（Lely）采用升华法生长出了合成碳硅石晶体，奠定了合成碳硅石发展的基础。虽然用这种方法生长的晶体尺寸较小，且形状不规则，但生长的晶体质量很好，故莱利法一直是生长高质量碳硅石单晶体的方法。1980年初，俄罗斯的戴依洛夫（Tairov）等人对莱利法进行了改进，采用籽晶升华技术（又称物理气相输送技术）生长出碳硅石大晶体，且有效地避免了自发成核的产生，宣告有控制地生长合成碳硅石技术获得了成功。这种材料其刻面宝石的颜色可近似于无色。这种合成材料由北卡罗莱纳州道哈姆地区的克瑞研究公司（Cree Researchinc）生产，并由C3公司销售。

1995年创立的美国诗思有限公司（Charles＆Colvard Ltd），其前身即C3公司，采用高科技成果在高温常压下解决了合成碳硅石的颜色、透明度问题，合成了大颗粒宝石级合成碳硅石晶体，并经过精密的切割后镶嵌在铂金和K金首饰上，正式推向国际市场。到2000年，生长出的合成碳硅石晶体直径已达到100mm。目前，合成碳硅石年产量可达7万多克拉。

2合成碳硅石单晶技术

图4-1-30 戴维斯专利中的合成碳硅石生长设备结构简图

1990年，戴维斯对莱利法进行了改进，其成熟的技术获得了专利。该方法的设备结构简图如图4-1-30所示。工艺中用于生长合成碳硅石单晶的原料粉末经过多孔的石墨管后加热升华成气态，直接在籽晶上结晶，生长出梨晶状的Si C单晶体。整个过程既有物态的变化，也有物质结构的变化。

戴维斯专利的工艺条件为：

1）粉料的粒径应加以控制，并使用超声波振荡法填料。

2）籽晶与粉料应属于同一多型，并且籽晶的取向应稍稍偏离轴向。

3）生长初期应抽真空，而后施以低压氩气。

4）采用耐热的石墨套管加热，其中补给区温度为2300℃，晶体生长温度低于补给区温度100℃。

5）籽晶的旋转和生长过程中生长晶体位置的调整要准确无误，该方法能生长出达宝石级的有色6H型合成碳硅石晶体，直径12mm，厚度6mm，生长周期为6h。某些生长出的合成碳硅石梨晶表面显示出与钻石表面相似的三角形凹坑。

可以，钻石是世界上最坚硬的物质,具有独特的抵抗力，可以抵抗高温和其他任何物质的刮擦。钻石是金刚石，金刚石是C，碱水是OH根。所以碱对钻石是没有影响的。

钻石保养方法

收藏、保管钻饰时应单独放置，避免与其他首饰混合，否则坚硬的钻石会将其划伤，尤其应与黄金首饰分离，因黄金较软，如与钻饰放在一起或佩戴在一起，很容易受损，并且黄金也容易使白金变黄，影响色泽。

做家务和扫除时最好把钻石饰摘下，因为油污、漂白粉和各种清洁用化学用品会影响钻石的光泽，甚至使钻石出现斑点。

钻石首饰最好用柔软手绢包裹放置在首饰盒、或透明胶袋内，不要放在人造塑料盒内，在收藏存放，建议先以软布柔和地抹拭清洁，而且应独立存放，避免摩擦、损伤钻石;其次，不同颜色、不同材料的贵金属首饰不可放在一起，以免造成颜色和成分上的混染。

加工钻石最普通的方法是传统的打圆、锯和抛光。钻石由粘附在转盘片上的其它钻石或钻石粉末进行机械加工—部分钻石在加工过程中变成了钻石粉末。尽管钻石的重量减轻了，但由于经过抛光之后形状有了改变，它的价值反而提高了。当然，钻石的净度也有了提高。

除了傅统的机械加工方法，雷射在今天已经成为一种非常重要的分割方法。与傅统的机械相比，雷射加工的初始投资大，而且材枓的损耗也比较多。但可切成许多新形状的钻石。

然而，雷射也有其很大的优越性，在劈开钻石时无需考虑钻石晶体的生长方向，钻石的机械性能也无关重要。这就使得人们可以分割多晶钻石，先前这几乎是不可能的。由于劈钻石过程中的风险，特别对于大钻石而言，因此傅统劈钻法已很少使用。

打圆

也就是使钻石成为圆形，还是按照传统方法来操作：将钻石绕轴快速旋转并与另一颗钻石接触研磨。现在人工粗磨已经越来越多地被自动研磨机所取代。

抛光

依然按照传统方法进行：将钻石粉与油混合，粘附在一个铸铁的盘子上。最新的发展是开发了一种”硬盘”，钻石粉可以粘附在盘子上。

自动抛光机也已经出现，尽管还处于上升势头，但传统的手工抛光还是主要的加工方法。

对钻石净度影向最深的传统方法是抛光。粗抛光除去明显的杂质，提高了钻石的价值。为了获得最佳的效果，现在需要一种非常专业的技术秘诀，即电脑模拟以及精湛的手工技卫。

雷射打孔不同于另外两项新的技术。这项新技术首先用于加工钻石中明显的深色杂质。雷射可以在钻石上打出通往缺陷的微孔，将黑色的碳通过微孔排除。然后用侵蚀性的化学物质对钻石进行处理，提高压力和升温，使之深度沸腾，侵蚀性的化学物质通过雷射孔使深色的包裹体淡化，使得钻石的净度提高。雷射孔不难发现：用手镜或显微镜就可以很清楚地辨认。

深度沸腾技术也可以用于除去钻石内部的深色包裹体。典型的例子是处理由氧化铁渗入裂纹而引起的着色。深度沸腾可以除去这种颜色。

钻石比较稳定倒不怕，但是要看戒指的金属材质吧 ，银质的应该有问题会变黑。K金跟铂金按理都是比较稳定的，但是不知道遇碱性物质会不会影响到光泽。

1、做家务时适时取下18K金钻石指戒

做家务时，勿让18K金钻石戒指沾上含氯的漂白剂，它不会损坏钻石，但会使18K金托褪色或变色。，同时钻石具有亲油性，很容易将油渍、污渍吸附到其表面，从而削弱钻石戒指自身的光泽。做粗活时勿佩戴18K金钻石戒指，钻石虽然坚硬，但是若依其纹理方向受到重击，可能会有损，也有可能是戒托变形。

2、避免18K金钻石戒指置于过酸或过碱环境

钻石与酸、碱溶液接触会引起褪色，特别是18K金戒托更容易受酸、碱溶液腐蚀而褪色，失去原有光泽亮度。因此在洗手、化妆或洒香水时应适时取下手指上的钻石戒指，因为这些都是含有酸、碱的化学物质。

3、避免18K金钻石戒指置于过冷或过热的环境

金属有热胀冷缩的性质，因此，18K金钻石戒指会受到温度的影响。把18K金钻石戒指置于过冷或过热的环境，会对钻石镶嵌的牢固性造成影响，甚至有可能会使钻石松动脱落，造成不必要的损失。因此，不要把18K金钻石戒指放在过冷过热的地方，也尽量避免出入冷热温差大的场所，如冷库、浴室等。

4、定期对18K金钻石戒指清洗

18K金钻石戒指自已保养，难免会不够完美，所以要定制到首饰店对其进行清洗和电镀使其光亮如新。

钻石的保养方法

日常生活中很多人都不太注重钻石的保养工作,这样的做法是不对的,下面我给大家介绍几种简单的保养方法:

1，快速清洗法：

购买一瓶名牌的珠宝清洁液，连同一馈赠的容器，按照说明清洗钻石。

2，用牙膏清洗珠宝——错误方法

在珠宝圈流传着一种说法：用牙刷沾着牙膏刷珠宝，可使用的珠宝看来亮丽如新。清洗珠宝是应该的，但用牙膏是不理想的,因为牙膏内含有微细的高硬度研磨颗粒物质，这些颗粒物质很细小但是硬度高达六,七度(几乎与水晶相同)，因此用牙膏清洗珠宝会损坏比水晶硬度低的宝石表面，尤其珍珠、黄金与K金表面；珍珠则绝对避免，最正确的洗涤溶液应是稀释后的中性界面活性剂(例如沙拉脱、婴儿洗发精)。

3，钻石不要经常抚摸

珠宝戴在身上能够保护干净，看来很简单其实不容易，许多人看见珠宝漂亮迷人，这禁不住而用手抚摸宝石表面，这样做法其实会影响宝石的光泽与亮度。人的体内不时在皮肤表面排泄汗水与油质，手是最容易碰触身体部位，因此皮肤上的油质经常沾染到手的表面上，用手触摸宝石时，手上的油很容易停留在宝石上面，而影响宝石的光泽与亮度。尤其是钻石属于亲油性宝石，表面容易沾染油质，大大地影响光泽。但翡翠白玉属于集合体结构，常去触摸它则可使玉质更加湿润可爱。

4，小心使用超音波洗净机

超音波洗净机对K金宝石的珠宝及K金清洗功能的首饰确实有很好的洗涤效果，尤其能将宝石细缝中，毛刷无法刷到的油垢尘埃清洗干净。但超音波洗净机并不适合所有宝石，例如祖母绿、珍珠……等特殊结构的宝石,在超音波清洗时会破坏它的结构，因此应绝对避免。另外超音波洗净机虽然清洗效果好，但不可因为好用就常常使用它，若使用太过频繁，容易使小钻经不起多次震荡而松脱甚至掉落。

5，注意含酸、碱性的物质

我们日常生活或食物中接触的某些物质，含有浓度不一的酸或碱，而这些不同浓度的酸碱化学物质可能损害宝石,尤其是珍珠；或其他有机质宝石。日常生活化汝品的使用，应尽量避免沾染到珠宝。平日着装时应先化妆与喷洒香水后，再佩戴珠宝，以避免较高浓度的化妆品或香水直接接触到珠宝表面，如需补充香水，也应避免将香水直接喷酒到珠宝表面。

6，自来水损害珍珠光泽

有些人佩戴几次珍珠以后想要清洗保养，殊不知道用自来水作短暂的清洗对珠宝的影响不大，但若用来浸泡珍珠，则万万不可。因为自来水中有着固定含量氯(C1)，会损害珍珠表面的光泽，其实泡洗珍珠应以矿泉水最理想。另外戴了珍珠以后将它送往银行的保管箱之前要先洗涤保养,以免日后污垢积累太久使珍珠变色，再说保管现钞与文件的银行保管箱，由于相对湿度比较低，它的储存条件比较不适合珍珠等潮泾属性的宝石，例如珍珠、蛋白质……等，因此须每隔一段时间取出，泡水保养并补充湿度。

7，切勿将钻饰与其它珠宝一起放在抽屉或首饰盒内

因钻石在摩擦时会将其它珠宝刮伤。同时，铂金首饰也不宜和黄金首饰同时佩戴，因黄金较软,若互相摩擦，不但会使黄金饰品受损，也会使黄金染在铂金上，使之变黄，且很难去掉。

8，钻石对油脂有粘结性

粘上皮肤油脂、化妆品及厨房油脂的钻石会失去光泽，因此应每月清洗一次。清洗方法是：将铂金首饰浸入首饰清洗液中约5分钟，取出后用小牙刷轻刷钻石，再将其放入滤网上用水冲洗，最后用软布吸干水分。

9，每年因将铂金饰品送到珠宝店检验一下

查看钻石与镶托是否有松动与磨损，以便及时整修。

10，适时取下，就是钻石保养

正确的佩戴珠宝应视人、事、时、地、物的不同而勤于更换或取下，但是对于忙碌的现代人而言可能没办法。但至少在洗手时最好将它取下，因为某些肥皂含着程度不一的碱性物质，日积月累对于较脆弱的钻石，可能造成一种“伤害”，并且肥皂中的皂质也容易卡在戒指的细缝中，因而大大影响钻石的光泽与亮度。

11，注意珠宝佩戴顺序

佩戴年度爪镶珠宝或戒指时，应避免勾到衣服、皮包，万一勾到了衣服，虽不致于马上造成主石脱落。一般来说，珠宝佩戴的顺序是应在衣服穿戴好之后，再佩戴珠宝。试想手上戴着爪镶单钻戒指，再着装、穿着丝袜，对服装、丝袜与宝石而言，是不是件危险的事珠宝的镶法有很多种,最保险而不勾到衣服的镶法是包镶，但包镶却将整个腰围包住,使光线无法进入，再者由于K金部分用得较多，所以视觉效果并不如爪镶来得销丽迷人，因此现在珠宝市场上最流行的仍是以爪镶为主，但需注意佩戴顺序。

钻戒的钻石为什么会变成**的？

1钻石表面很脏。

钻石吸油。如果一颗钻石在做家务时不小心接触到厨房的油，很有可能油会附着在钻石表面，使钻石失去光泽。表面的油脂堆积，久而久之会造成一点点发黄，让钻石看起来发黄。

2钻石本身的颜色等级较低。

买钻石的时候，在珠宝店的特定光线下看起来纯净明亮，但是离开这个环境，在自然光下观察，成色等级低的钻石看起来明显偏黄，比如J色以下的钻石。

钻戒发黄是质量不好吗？

这和戒指托的材质有关系。戒指的材质一般为18K金，是目前市面上最常见的镶钻材质。18K金在日常生活中如果不打理会变黄。因为18K金由75%的黄金和其他金属制成，所以戒指戴久了出现暗**是正常的。18k白金被化学品、化妆品、汗液、香水等的划痕和腐蚀而损坏。表面的铑层已经被破坏。里面的金属元素接触空气会发生氧化反应，变黄。因为戒指戴在手上，比其他首饰更容易佩戴，而且会因为化妆品和汗水的侵蚀而变黄。

家里的钻戒变黄了怎么清洗？

1牙膏清洗

在软毛牙刷上挤少量牙膏，轻轻擦洗钻戒发黄的部分，然后用清水冲洗干净，再用软布擦干。注意:牙膏一定要选择不与钻戒发生化学反应的，牙刷和布的质地要柔软，避免划伤钻戒。用水清洗钻戒时，不要使用流水。

2清洗剂的清洗方法

将棉签蘸上洗洁精或稀释后的清洁液，在钻戒上轻轻擦拭，将**痕迹擦干净，然后用水冲洗干净，最好是软布。注意:洗洁精质地要温和，最好选择珠宝清新专用试剂。清洗钻戒时，动作要轻柔。