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你想知道的:人工合成钻石真能替代天然钻石吗

admin 人造钻石 2021年08月19日

  天然钻石的成因天然钻石的形成分为两类,一类是地幔深处形成后被岩浆岩带到地表的钻石,另一类是陨石撞击形成的多晶金刚石。

  地球上绝大多数天然钻石来自地下150-250km深处——天然有着高温高压环境的上地幔——它们多形成于33亿年前及12~17亿年这两个时期,经过岩浆活动被带到地表,后再火山岩筒中被人类找到。

  另外,在压强和温度合适的情况下,地壳深处、俯冲带、过渡带、下地幔里也可能形成一些钻石,不过产量很少、质量也不好。

  小天体撞击过程中产生瞬时高温高压,可以迅速将地表碳元素变成金刚石。俄罗斯有名的波皮盖金刚石矿就是陨击形成的矿藏。不过,撞击形成的天然钻石大多颗粒较小,质量也达不到商业价值的观赏水平,只能作用工业钻石。

  人工合成钻石制造法合成钻石主流制造法目前分为两种,一种是高温高压法(HTHP),另一种是化学气相沉积法(CVD)。

  即在高温高压下模拟钻石自然生长的条件,将钻石的同素异形体石墨进行结构改变,形成合成钻石。

  这种工艺一般需要10GPa、3000℃以上的压力和温度。如果有金属催化剂(Fe、Ni、Co、Mn等及它们的合金)的参与,石墨相变为钻石所需的条件可大幅降低,通常需要的压力为5.4GPa温度为1400℃。

  是一种在高温低压条件下,将碳从含碳混合气体沉积成钻石基体的合成方法。具体化学方法有微波等离子法、热丝法等。

  其中MPCVD(微波等离子气体化学气相沉积法)是现阶段合成单晶钻石的研究热点。这种方法是在一定带电环境下将甲烷等气体打散,让其中的碳元素落在金刚石钟晶上,然后一层层加厚。

  HTHP法合成出的钻石发育晶面以面为主,最终形成的多是立方体形态;而CVD法的形成过程是碳原子一层层落到钟晶上,所以合成出来的钻石多呈板状,没有固定的晶体形态。

  天然钻石与合成钻石主要成分都是碳,天然钻石还含氮、氢、硼等杂质元素。HTHP法合成的钻石,因为加入Fe、Ni等触媒,最终晶体内除了常见的氮、氧、氢等杂质外,还会包裹进一些Fe、Ni等触媒。而且,人造金刚石由于形成速度快,内部常有包裹体、气泡,及碳原子空位、错位等。

  就目前而言,人工合成钻石尚不能完全替代天然钻石,一是人工合成钻石产量有限,二是对于大克拉数钻石而言,人工合成的成本太高。

  不过,人工合成钻石从肉眼看与天然钻石几乎没什么分别,只是作为首饰佩戴而不考虑保值的话完全可以选择购买人工合成的钻石。


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