震驚！德國製造出155克拉世界最大合成鑽石

小編：珠銘睿

為了滿足工業生產和首飾消費的需求，合成鑽石應運而生。其中，化學氣相沉積法（CVD）合成鑽石生長速度快，成本相對低，並且與天然鑽石最為相似，應用前景廣闊，是當前寶石學研究的熱點之一。2016年9月，GIA發布了一顆5.19ct，具有具有J色和VS2凈度的CVD合成鑽石的檢測報告，並將其作為CVD合成鑽石技術的一個里程碑。

GIA迄今檢測的最大CVD合成鑽石（10.04 × 9.44 × 6.18 mm，5.19ct）圖片來源：Johnny Leung，Tony Leung

令人意想不到的是，近日，德國奧格斯堡大學的研究人員宣布通過化學氣相沉積法合成出了155克拉的鑽石。這項研究始於1991年，已經耗時26年。

奧格斯堡大學物理研究所物理學家馬蒂亞斯·施雷克手拿155克拉的合成鑽石 圖片來源：CNTV

1.化學氣相沉積法（CVD）的發展

合成鑽石是指用人工方法得到的，與天然鑽石有著相同的化學成分和晶體結構的合成材料。19世紀的科學家就採用將碳溶於溶劑中使之析出晶體的方法製造鑽石，並將溫度、壓力與鑽石的合成聯繫起來。1952年，美國的William Eversole首次獲得CVD合成鑽石，即在鑽石襯底上生長新鑽石。早期的CVD合成鑽石同樣生長緩慢，效率低下。直到上個世紀80年代，CVD技術取得關鍵進展，才實現了商業化生產。2009-2013年間，多數CVD合成鑽石在0.25-0.50ct範圍內。過去幾年中，突飛猛進的技術催生了更多高品質、大克拉數的合成鑽石。

板狀CVD合成鑽石 圖片來源：Elementsix

2. CVD合成鑽石的原理

CVD合成方法是指在低於一個大氣壓和700-1300℃溫度下，在真空室中釋放甲烷和氫氣的混合物，實現碳原子在基底或種晶上的化學氣相沉積。這枚155克拉的CVD合成鑽石就是在大約十分之一大氣壓力下被生產出的。在工業用途中，基底可採用硅、鎢、鉬，以從而得到多晶體的鑽石膜。如果基底採用單晶鑽石，只要CVD合成單晶達到足夠厚度，可以加工成刻面寶石。

CVD合成鑽石生長艙過程示意圖 圖片來源：De Beers

正常情況下，在這樣低的壓力下加熱甲烷和氫氣混合物，將產生石墨或其它非金剛石形態的碳。但在CVD生長艙中，通過施加微波能量，使分子氫轉化為原子氫，會促進金剛石的形成，因為金剛石在該環境中更穩定。

此外，通過可控地添加氣體摻入雜質元素，可使CVD合成鑽石的光學性能在較寬的範圍內變化，得到多種顏色的產品。

Ib型，0.4ct彩黃色方形鑽石 圖片來源：Sood Oil (Judy) Chia

3.合成鑽石的應用

目前，市場上的CVD金剛石產品有多種形態，包括：純多晶金剛石厚片、塗層金剛石、大單晶金剛石和納米金剛石膜。對於珠寶行業來說，合成鑽石不得不說是把雙刃劍：一方面，將合成鑽石混入天然鑽石首飾中生產和銷售，會大大增加質檢部門的檢測難度，影響市場秩序，損害消費者利益；另一方面，合成金剛石粉末廣泛用於玉雕行業，使得翡翠、和田玉等玉石的拋磨質量得到明顯的提高。

除了用作珠寶，CVD合成鑽石在激光、電子零部件、光學窗口和切割工具上發揮著重要的作用。高科技領域的應用是提高CVD合成技術的主要驅動力。

本文為作者原創，未經授權不得轉載