研究消息

CVD 生长合成钻石,第 2 部分:属性


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这些 CV D合成钻石由 GEMESIS 公司生产,大小范围从 0.24 至 0.90 克拉。 摄影:Robert Weldon
本系列的第 1 部分简单介绍了 CVD 合成钻石的历史
 
CVD 合成钻石的物理特性就硬度、导热性、强度等方面而言,与天然金刚石的性能在同一范围内。 因此,CVD 合成钻石有着与天然钻石相同的硬度与坚固性,当把它切磨成宝石时,具有相同的亮度和火彩。 通过控制引入的杂质可以在很大的范围内改变光学性能。 例如,可以通过控制气体在生长室中的剩余氮水平使晶体接近无色。 蓝色钻石可以通过添加硼的气体制作而成;而粉红色、黄色或其它颜色可以使用气体的混合物制成,如高氮气浓度。 CVD金 刚石生产过程中的一个特殊优点在于,在一个生长室生长的全部晶体具有相同颜色和净度,便于分级和匹配。 通过不断地生长合成,颜色可以准确地重复制作,从而确保了颜色、净度和大小的可再生性,同时也确保为宝石产业供应高品质的合成钻石。 此外,大小和净度的可控性可以使合成钻石比天然钻石有更大的使用范围,用于如光学、医疗设备、电子设备和其他有待确定的应用等新的领域。
 
其他属性
无色和近乎无色的 CVD 合成钻石通常为 IIa 型,而只有 2% 的天然钻石是 IIa 型。 IIa 型钻石的特点是高纯度(低氮环境下),并且,在紫外和红外光谱的特定部分呈现透明性。 市场上众多的紫外线探测仪器可以初步检测是否为 CVD 合成钻石。 当然,还需要其他测试来确认样品是 CVD 生长钻石还是天然钻石。 如果钻石不是 IIa 类型,那很可能是天然钻石。 在后续文章中我们还将讨论非 IIa 类型的合成钻石、蓝色、粉红色、黄色和其他颜色钻石的属性。

钻石业界和消费者常问的一个问题是,生产这样廉价的 CVD 合成宝石是否最终会威胁到天然钻石的价值。 该问题的答案是否定的。 因其制造规模和生产经验的不断累积,CVD 生长法将更高效地制造宝石。虽然如此,随着时间的推移和通货膨胀的加剧,以下制造因素耗费的成本会更为昂贵。 首先,CVD 产品的切磨和抛光成本基本上与天然钻石一样,仍然需要高技能的工匠创造出美丽的成品。 第二个因素是,生产一克拉钻石所需电力并不与晶种数量或生长室规模成比例。 电力是一个主要的成本,电价有望在未来继续上涨,所以降低成本的空间很小。 第三个成本是生产种子。 这是一个重要的开销,并且不可能发现一种廉价的钻石晶种替代品。

对钻石行业的品质和定价更持久的一个威胁是对立方氧化锆和其他称为“合成钻石”的仿制材料的误读。虽然对这些仿制品有充分的测试,但它们不能随时在网络上购买到。
 
结论
CVD 合成钻石可以制成各种颜色和大小,且具有很高的净度。 所生产的宝石如天然钻石一样美观和坚固。预计在不久的将来它会占据市场中的一个重要位置。 需要注意的是,GIA 具有检测和给 CVD 合成材料评定等级的能力,它会继续保护买家和保持钻石业的诚实。
 
在本系列的下一篇文章中,我们将讨论如何检测 CVD 合成钻石。

Robert Linares(罗伯特·利纳雷斯)博士是咨询公司 Integrated Diamond Technologies, LLC.的所有者。 他是晶体生长技术方面的专家,是 Apollo Diamond Inc.(阿波罗钻石公司)的创始人之一。该公司是首批宝石级 CVD 合成钻石的生产商。 Linares 博士曾荣获 2002 年海军伯曼奖( Navy’s 2002 Berman Award),该奖项用于表彰在钻石领域的量子计算研究和应用方面取得突破的个人。