合成鑽石：從黑工業鑽到亮麗寶石

這是通用電氣公司在 20 世紀 70 年代生產的具有代表性的有色和無色合成鑽石。 中心最大的刻面寶石重 0.78 克拉。

幾個世紀以來，人們一直在設法創造與天然鑽石相仿的合成鑽石。

1772 年，Antoine Lavoisier 發現了鑽石以一種碳結晶形式存在，在 1800 年代，若干科學家嘗試製作鑽石材料，並未經證實宣稱製作成功。 英國作家 H.G. 1911 年，Wells 在名為 「The Diamond Maker」（《鑽石製造者》）的作品中描述了高溫高壓 (HPHT) 這一基礎工藝。

然而，直到20 世紀 50 年代，才採用高溫高壓工藝 (HPHT) 製作第一批商業化合成鑽石。 如今，成功製作合成鑽石已過去近 60 年時間，合成鑽石正對珠寶市場和技術應用產生巨大影響。

1952 年，Union Carbide 公司的 William Eversole 在低壓及相對較低的溫度條件下採用化學蒸氣沉澱法 (CVD) 製作出微型合成鑽石。 一家瑞典公司 ASEA 於 1953 年成功研製出高溫高壓 (HPHT) 合成鑽石，但他們未公開這一成就。 相比之下，Tracy Hall 和其他通用電氣 (GE) 科學家則在 1954 年宣布他們已經發現熱力、壓力和碳通量的適當融合，能夠在實驗室中可靠地製作鑽石。

有趣的是，這兩種截然不同的合成鑽石製作方法在幾年內都取得了首度成功。

GE 的第一批高溫高壓 (HPHT) 合成材料是一批微型褐色鑽石，廣泛應用於工業用途。 實際上，美國和其他國家政府認為工業用鑽石對製造業至關重要，因此對其進行了戰略儲備，從而存儲了大量此種重要材料。

本質上，高溫高壓(HPHT) 處理過程是模仿大自然的力量來製作天然鑽石 ，即在生長環境中施加強烈的熱力和壓力。 GE 取得突破性發現的之後幾年，戴比爾斯開始提供工業合成品，而俄羅斯科學家則完全基於相同的基礎高壓高溫 (HPHT) 工藝來開發鑽石合成過程。

雖然這些生產商每年製造數百萬克拉的工業用合成鑽石，但是沒有任何一家能夠生產出足夠大且品質足夠好的合成鑽石用於寶石行業。直到1971，GE 宣布其已創造出幾顆寶石級合成品，並將其送往 GIA 鑒定所的 Robert Crowningshield 進行檢驗。

這些鑽石經由紐約鑽石公司進行打磨，重量介於 0.26 至 0.30 克拉之間，成色範圍為 J 到 F。 GE 還創造了若干黃色和藍色彩鑽，並經過 GIA 鑒定分析。 所有情況下，這些鑽石都具有獨特的金屬通量內含物，通過光學顯微鏡可以觀察到，使之很容易被識別為合成品。

宣布的這一消息在鑽石界引起軒然大波，但這一擔憂尚且過早。這些寶石級合成鑽石晶體需要巨大壓力和熱力進行製作，因此從經濟的角度而言，用作珠寶製作並不可行。

合成品成為鑽石市場潛在問題可能還需要14 年的時間。 1985 年，日本住友電氣工業株式會社宣布其已開始採用 GE 最新工藝技術大規模生產寶石級合成鑽石用作工業用途。 由於大量採用氮來促進生成高品質晶體，因此住友合成品具有顯著不同的特色，其顏色為橙褐色或橙黃色。

住友明確否認生產這些合成鑽石用於寶石市場，並解釋說這些合成鑽石將作為熱導體銷售，用作電氣元件。因此，該公司只將其製作成非常薄的片材，不適合打磨成寶石級合成鑽石。

住友合成品的推出促使美國寶石研究院和戴比爾斯迅速採取行動。GIA 研究人員檢驗了 3 顆住友「原石」晶體和四顆成品石。 他們發現，這些合成品具有獨特的金屬內含物和內部生長模式以及紫外熒光反應，這為今後採用高溫高壓 (HPHT) 生產的合成鑽石檢驗奠定了基礎。

倫敦郊外地區的戴比爾斯研究中心開始研發一種可讓寶石學鑒定所，甚至是珠寶零售商快速區分合成鑽石和天然鑽石的裝置。在20 世紀 90 年代中期，據稱其創造了一種包含兩個合成檢測單元（而非一個）的裝置。 較小的 DiamondSure 可以從天然材料中快速過濾合成品，雖然小部分需要進一步的檢測。 DiamondView 則是一種更為複雜的裝置，可以使用超短波光照通過紫外線照射熒光模式詳細成像來檢測合成品。

隨著寶石級合成品生產技術的廣泛流傳，美國、中國和俄羅斯以及烏克蘭的少數製造商開始將其推廣到珠寶行業。

在過去十年中，通過採用成本更低的CVD 生長工藝，合成鑽石在外觀和品質上與寶石市場上的天然石材更加接近。 這種方法不僅可在低得多的溫度和壓力下發揮作用，而且與高溫高壓 (HPHT) 工藝相比可以更輕鬆地製作無色鑽石。 在過去兩到三年中，大多數製作大顆合成鑽石的生產商因其成本更低，而開始轉為採用 CVD 工藝。

DiamondSure 檢驗出可能的合成物，而大型 DiamondView 則可以對 CVD 和高溫高壓 (HPHT) 合成品與天然鑽石進行區分。

儘管生產方法截然不同，但GIA 研究人員使用專門的設備和方法，能夠將所有合成品與天然鑽石區分開來。

來源：GIA及網路

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