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震惊!宁波崛起国内“人造钻石”产业领跑者

admin 人造钻石 2021年08月05日

  “钻石恒久远,一颗永流传”,这句全球最大钻石生产商戴比尔斯的广告语,让天然钻石在消费者心中树立起至高无上和几乎无可替代的价值。但随着技术不断进步,人们已能人工培育出钻石。

  这些天,随着国科大“硬核”录取通知书——“把校训刻入金刚石”爆红,其幕后制作团队中科院宁波材料所也进入大众的视野。

  更让人震惊的是,脱胎于中科院宁波材料所一支研究团队的宁波晶钻工业科技有限公司,正是全国最大的人造金刚石(培育钻石)制造企业,其CVD大单晶金刚石产品已占据国内70%以上市场,产量占全球四分之一。

  培育钻石,是目前钻石行业内最火的名字。意思是“实验室生长出来的钻石”,它是人工模拟天然钻石结晶条件和生长环境而合成出来的。

  培育钻石与天然钻石拥有完全一样的物理、化学及光学性质。而且,在颜色、粒度、净度等方面,也与天然钻石别无二致。这与主要成分是碳硅石的仿钻类莫桑石以及锆石有着本质的不同。

  所不同的是,天然钻石的形成需长达亿年,而培育钻石的生产时间只需数周。因此,培育钻石的价格仅为天然钻石三分之一。这无疑会切割天然钻石的蛋糕。因此,数年来,培育钻石受到钻石巨头戴比尔斯的带头抵制,业内人士也始终怀疑和抵触。

  其实,世界上第一颗人造金刚石可以追溯到1954年,产自通用电气的“超级压力项目”。1963年,中国第一颗人造金刚石诞生。但早期的人造金刚石都用于工业领域,在色泽、净度等方面还不足以达到宝石的要求。

  人造金刚石衍生到可用作宝石的培育钻石,又花了数十年时间。随着合成技术不断成熟,如今,培育钻石品质已可借鉴天然钻石的“4C”(重量、色泽、净度、切工)标准来鉴定和分级。

  2018年,美国联邦贸易委员会(FTC)修改了钻石的定义,在原本的定义中删去“天然”一词,将天然钻石和培育钻石都统一归类为钻石。

  目前,生产培育钻石主要有两种方法:高温高压法(HTHP)和化学气相沉积法(CVD)。

  高温高压法优势是生长速度快、成本低,但纯净度稍差。这是目前中国主要采用的技术,贡献了全球一半的产量。2020年,全球培育钻石毛坯的产量约600万至700万克拉,其中一半是在中国通过高温高压法生产的。

  而化学气相沉积法培育周期较长、成本较高、有副色,但纯净度高。这项技术在中国起步较晚,目前主要在欧美、印度、新加坡等地应用。

  国信证券研报称,2020年,中国培育钻石厂商已经能批量稳定生产3克拉至6克拉钻石毛坯(对应1克拉至2克拉培育钻石饰品)。在4C标准上已达到较好水平——在评级中,颜色可达最高级的D色(无色),净度最高可达VVS级。

  如今,曾坚称绝不会销售培育钻石的戴比尔斯,也已进军和快速布局这片“蓝海”,并推出培育钻石品牌“Lightbox”。而且,定价仅800美元/克拉(人民币5000多元/克拉),令行业侧目。

  不过,目前,在整个钻石市场,培育钻石的产量仅占零头。中信证券研报称,2019年,全球宝石级钻石产量约9100万克拉,培育钻石仅700万克拉。

  但国信证券预计,到2025年,培育钻石毛坯产量有望达1800万克拉,对应市场规模约380亿元。《2019年全球钻石行业报告》也表示,2016年至2020年,培育钻石与天然钻石的价格比,已从80%逐步下降至35%。

  更低的生产成本,为培育钻石进一步拓展市场提供了支撑,也为中国企业创造了机会。

  在宁波,也早有企业瞄准这片“蓝海”,目前,创立于2013年的宁波晶钻工业科技有限公司(以下简称晶钻科技),已成长为全国最大的人造金刚石生产制造企业。

  脱胎于中科院宁波材料所一支研究团队的晶钻科技,是全球“培育钻石”这条赛道上最早一批“尝螃蟹的人”。结合中科院宁波材料所科研力量,晶钻科技创新“黑科技”,不仅在实验室里种出了钻石,而且实现了流水线生产。

  据悉,晶钻科技“培育”金刚石的技术正是在中国起步较晚的化学气相沉积法(CVD)——相对于国内多采用高温高压法,其最大优势就是,能够让“钻石种子”成长为更大、更纯、可控掺杂的钻石晶体。

  不过,晶钻科技在掌握培育钻石的独家技术后,却遭遇产业化生产难题——没有相关设备供应。当时,在国内,想要合成出高品质的单晶金刚石,能供应相关设备的厂家并不多,一般需从日本、美国、德国进口,价格贵且核心配件还会受到出口掣肘。

  为了不被国外高昂的制造设备“卡脖子”,晶钻科技决定自己制造培育钻石的生产设备。“当时团队共有40多人,我们把一半人力都投到了这一块。”晶钻科技总经理张军安回忆道。

  2014年,攻坚近一年后,中科院宁波材料所研制出全国首台CVD装备,晶钻科技用其生产出了第一颗“中国血统”的培育钻石。随后,晶钻科技迅速投入产业化尝试,产能以每年三四倍的速度扩张。

  目前,晶钻科技自主研发的CVD装备已迭代至第10代,拥有机台550台。而在全球范围内,类似机台也仅2000台左右。这些“钢铁工友”,成为晶钻科技走在全球培育钻石产业前列的最坚实后盾。

  目前,晶钻科技已成为国内生产规模最大、产量占全球四分之一的CVD大单晶金刚石生产制造商,产品已占据国内CVD大单晶金刚石70%以上市场。在该领域中,晶钻科技的生产能力、规模均位居国际前三。

  晶钻科技在生产设备技术上的突破,也让中国这个金刚石大国的产业链从中低端迅速跨入国际合成金刚石的高端应用市场。

  “现在整个行业处在飞速发展阶段,技术也在不断进步。2013年,单晶金刚石尺寸一般在3毫米左右,现在最大已可以做到30毫米。但对我们来说,这仅仅是一个开始。”张军安对未来充满信心——“硅时代”之后,“碳时代”已悄然崛起,而培育钻石正是材料领域的重要抓手。

  看准行业发展趋势,晶钻科技也加快了发展步伐——在镇海区庄市街道启动金刚石科技园建设,涉及业态涵盖金刚石的生产装备、生产材料与电商销售、联合研发等。

  据悉,甬江科创大走廊将崛起的这座金刚石科技园,规划用地约123亩,计划总投资超12亿元,建筑面积约16万平方米。一期项目将于今年投用。届时,培育钻石将被大批量人工制造,并被应用到众多高新技术领域。


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