钻石的培育是一个将小钻石培养长大的过程。
(1)源自钻石种子:在实验室中,利用先进的设备和前沿技术还原自然环境,将砂砾大小或是薄片装的钻石作为种子,置入培养仓内,为钻石的生长提供原子结构模板;
(2)高温高压环境:在培养仓里,温度和压强将迅速升高,大道地底深处过百里公里处的高温高压环境,人工创造天然钻石苛刻的形成条件;
(3)通入含碳养料:石墨(C)或甲烷(CH4)将碳源加入培养仓,在高温高压环境和特殊处理下,原料中的碳原子间的化学键将断裂,成为游离的碳原子;
(4)种子培育大小:游离的碳原子会被附近的碳原子结构吸引,所以他们会逐渐附着在钻石种子上,与钻石种子的碳原子结合,形成新的化学键,从而让种子逐步长大。
培育钻石分类
市面上可以批量生产钻石的方法有两种: Chemical Vapor Deposition 化学气象沉积,简称CVD, 以及High Pressure High Temperature 高温高压,简称HPHT。
CVD化学气象沉淀法
化学气相蒸镀乃使用一种或多种气体,在一加热的固体基材上发生化学反应,并镀上一层固态薄膜。所谓CVD(Chemical Vapor Deposition化学气相沈淀)钻石是以一块天然钻裸石为母石,利用高纯度甲烷、加上氢、氮等气体辅助,在微波炉中以高压方式,让甲烷中与钻石一样的碳分子不断累积到钻石原石上,经过一层层增生,可形成大至10克拉之透明钻石。为使CVD的钻石生长顺利,碳源常用已具钻石结构的甲烷。甲烷可视为以氢压出的单原子钻石。这种「长大」的钻石,品质与天然钻石几无二致,肉眼难辨。
HPHT高温高压法
HPHT有几种不同的机器,原理都是类似的,在机器中心创造出一个高温高压的环境,能把碳原料粉末压成钻石。中间需要金属催化剂,因此很多HPHT钻石都会有金属杂质包含在内。早期只能制作**小颗粒,作为工业磨料使用;随着技术进步,很多国内厂商可以制造出无色大颗粒,金属包含物也越来越少,达到了珠宝等级。国内产能主要集中在切割后裸钻重量1克拉以下。俄罗斯有一家曾经长出一颗切割后10克拉的大钻石,不过这种大颗粒万里挑一,目前不能量产
一、“合成钻石和天然钻石几乎没有差别”这句话不严谨
合成钻石和天然钻石肉眼观察外观时,几乎没有差别,没有任何一个人,哪怕是专业人士,可以用肉眼分辨出天然和合成钻石。如果有人告诉你,肉眼可以区分合成和天然钻石,合成钻石很假,那这个人一定是在骗你。
Gemesis公司生产的两粒CVD合成钻石
但是从放大观察和大型仪器检测,是可以鉴定区别两者的。具体方法有以下几点:
放大观察。HPHT合成钻石:常见金属触媒包体,呈云雾状分布的点状包体,与生长区相对应的色带或色块等。CVD合成钻石:内部特征较少,有时可见不规则或点状包体。
紫外荧光。HPHT合成钻石:长波下常为惰性;短波下为无至强的淡**、橙**、绿**、绿蓝色等,不均匀,部分有磷光,通常短波荧光强于长波。CVD合成钻石:荧光可为弱-强的橙**、橙红色、黄绿色、蓝绿色或惰性,通常短波荧光强于长波。
发光图像。HPHT合成钻石:多呈明显的生长分区特征,不同生长区,发光颜色不同。CVD合成钻石:发光颜色多呈橙黄、橙红、蓝绿、绿、蓝紫等,可见层状生长纹。
紫外-可见-近红外吸收光谱。HPHT合成钻石:**HPHT合成 钻石从550 nm至短波吸收逐渐增强,无色合成钻石通常可见227 nm吸收峰,多数可见270 nm吸收峰;有时可见880 nm等特征吸收峰。CVD合成钻石:通常可见227 nm,有时可见270 nm、737 nm等特征吸收峰。
红外光谱。HPHT合成钻石:**HPHT合成 钻石主要为Ib型,可见1344 cm-1特征吸收峰以及1130 cm-1特征吸收宽峰,经过HPHT处理后可为Ia+Ib型;无色HPHT合成 钻石为IIa型或IIa+IIb型,蓝色HPHT合成钻石为IIb型。CVD合成钻石:CVD合成 钻石主要为IIa型,也可有孤氮或硼的吸收峰存在。
光致发光光谱。HPHT合成钻石:低温(液氮)条件下,多具8832 nm/8849 nm特征发光双峰。CVD合成钻石:低温(液氮)条件下,可具596 nm/597 nm、7366 nm/7369 nm等特征发光峰。
磁性。强磁铁确认待测样品具有磁性,部分HPHT合成钻石会呈现有磁性,主要还是因为有金属包体的缘故。
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