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人造钻石:问答


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天然刻面钻石(左)和人造刻面钻石(右)。摄影:GIA

外观像钻石并像钻石一样闪闪发光就一定是钻石,对吗?

如今,从珠宝柜台陈列的无色、闪亮的宝石中挑选出天然钻石并不容易。在世界各地开采的天然钻石中,合成钻石(也称为人造和实验室培育)和仿宝石材料可能也有一席之地。对于您看到的可能会感到困惑,并且想知道哪种材料最适合镶嵌在您的首饰中。

天然钻石是自然奇迹之一。它们由地球深处的单一元素(碳)在高温高压环境下,经过数十亿年时间形成。这样的极端地质条件形成了其物理特性——透明度、光学外观及硬度,从而影响成品钻石的价值。

“天然钻石指的是地球天然产生的、非常珍贵并罕见的钻石,”GIA 校园与实习班宝石学教学经理 Brenda Harwick(布伦达·哈维克)说,“但人造钻石在市场上也占有一席之地,前提是消费者清楚地知道自己购买的是什么。还有其他的合成宝石,例如合成红宝石、祖母绿及蓝宝石。因此,对于珠宝行业来说,合成宝石并不是什么新鲜事。”

黑色背景前一组 10 颗无色晶体原石。
中国山东的一家工厂正在生产大量的无色 HPHT 人造钻石,供货给珠宝行业。这些无色晶体最重可达 3.5 克拉。中国山东济南中乌新材料有限公司 。摄影:Jian Xin Liao(廖建新)/GIA

珠宝行业使用特殊条款来制造相似的材料:合成(人造、实验室培育或实验室制造)和仿品。

人造钻石在实验室或工厂培育生成。由于人造钻石具有生长结构和原子级别的缺陷,设备齐全的鉴定所(如 GIA)很容易就能将其和天然钻石区分开来。但是,由于天然钻石和人造钻石的一些物理和其他性质相同,即使熟练的珠宝商或训练有素的宝石学家也不能单凭肉眼来区分它们。严格的鉴定需要训练有素的工作人员在宝石鉴定所使用专业设备进行。

一组镶嵌在首饰(戒指、耳环及手链)中和未镶嵌的各色合成二氧化锆石。
合成二氧化锆石可以制成无色或有色晶体,比如这些大颗晶体。左起:44.49 克拉、29.86 克拉和 56.60 克拉。摄影:Tino Hammid(蒂诺·哈米德)

钻石仿品只能模仿天然钻石的外观。常见的仿品包括无色蓝宝石、无色锆石、合成二氧化锆石(氧化锆,CZ)和合成碳硅石(碳化硅)。合成二氧化锆石和合成碳硅石是市场上最重要的钻石仿品。它们可能是天然的或在实验室制造的,但其化学组成或物理性质与天然或人造钻石完全不同。正因为这一点,宝石学家很容易就能将其区别开来。

11 颗经过切磨的碳硅石。仅一颗为祖母绿切工,其余均采用圆形明亮式切工。
近无色的合成碳硅石在市场上被当做钻石仿品出售,用于制作珠宝。图中所示刻面碳硅石的重量为 0.09 至 0.57 克拉,展示了这种材料的外观。摄影:Tino Hammid(蒂诺·哈米德)。

近年来,人造钻石是珠宝柜台更常讨论的话题,这是因为它们在首饰中的使用越来越频繁。

“一些珠宝买家可能会选择人造钻石,但前提是他们清楚地知道自己购买的是什么”,James Shigley(詹姆斯·希格力)博士说。他是 GIA 研究团队的资深成员,数十年来,一直都在研究人造钻石并发表了很多相关研究结果。

购买之前,掌握一些关于人造钻石的基本知识并知道要提出哪些问题至关重要。

人造钻石是什么?是真正的钻石吗?

自 20 世纪 50 年代起,人们就开始生产人造钻石用于工业用途,其在电信、激光光学、医疗保健等领域中得以广泛应用。1970 年,通用电气的研究员制成了第一颗非常小的宝石级合成钻石,可以像宝石一样进行刻面处理。到 20 世纪 80 年代中期,其他制造商已能够生产合成钻石。起初,这些合成钻石几乎都很小,而且呈黄色,但后来合成钻石的质量不断提高。如今,无论是无色还是有色宝石级人造钻石,在首饰中都会使用。

分别为圆形粉红色钻石、圆形黄钻、垫型切工无色钻石、心形蓝钻和心形黄钻。
60 多年来,对天然、人造和经过处理的钻石的鉴定始终是 GIA 宝石研究项目的关注重点。这是一组天然彩色钻石(0.38 至 1.04 克拉)。摄影:Robert Weldon(罗伯特·韦尔登),由 Kevin Schumacher(凯文·舒马赫)/GIA 组拼

Robert Crowningshield(罗伯特·克劳宁谢尔德)是 GIA 在钻石研究方面的先驱之一,并自 1950 年起担任 GIA 的副总裁数年,他在 1970 年对通用电气的一些人造钻石进行了检验。1971 年,他在《宝石与宝石学》(Gems & Gemology) 文章中 “通用电气的可切磨合成钻石”发表了自己的检验结果。

“根据他对第一批实验培育合成钻石的检验结果,我很惊讶地发现,他能够识别合成钻石的一些独特宝石学视觉性质,而我们现在仍在用这些视觉特征鉴别合成钻石,”Shigley(希格利)说。

‘钻石’这种物质被定义为呈立方体结构的碳原子;天然与合成钻石均由这种物质构成。

“天然钻石与合成钻石截然不同的形成条件导致两者的生长结构和原子级别缺陷存在差异。因此,声称两者完全相同的说法具有误导性”,GIA 执行副总裁兼鉴定所和研究室主任 Tom Moses(汤姆·摩西)说,“如果它们真的完全相同,我们便无法将它们区分开来。”

但是,由于其物理和光学特性与天然钻石基本相同,人造钻石在经过宝石的加工工艺后和天然钻石一样闪闪发光。

“成品钻石的优点之一在于其与光线之间相互作用的独特方式,而且莫氏硬度非常高(这意味着抛光表面不容易被划伤或损坏),”Harwick(哈维克)说。“合成钻石也具有这些性质。”

它们的名称是什么?

有很多不同的术语可以用来描述人工培育的钻石,比如合成、人造、实验室培育或实验室制造等。以上及其他术语均已列入美国联邦贸易委员会 (FTC) 的钻石准则之中。

“钻石行业使用了许多术语来描述这类钻石,所以,如果能看到任何此类术语,就表明是合成钻石,”Harwick(哈维克)说,“但可能不会使用‘合成’这一术语。”

左起:放在生长室和压力机中央的一块材料的照片、立方体表面插图及人造晶体原石照片。
在高温高压合成过程中,压力机(左)对包含必要成分的中央生长室施加极高的压力和温度。成果是立方体和八面体表面(中和右)相结合的人造钻石晶体。插图:Peter Johnston(彼得·约翰斯顿),用于 GIA 教育。

它们是如何制造出来的?

人造钻石的生产方式有两种:

高压高温法 (HPHT):在实验室或工厂中创造高压高温环境来生产钻石,也就是模仿天然钻石在地球深处的形成条件。在生长室中,碳源在熔融金属中分解,碳原子通过金属聚集到一颗很小的人造或天然钻石晶种上,形成形状独特的人造钻石晶体。

化学蒸气沉淀法 (CVD):在实验室的真空室中使用富含碳的气体(如甲烷)生产人造钻石。CVD 工艺的制作过程是先将甲烷气体分子分解成碳和氢原子,然后使其沉积在钻石晶种上,形成方形扁平的人造钻石晶体。

“和天然钻石一样,合成钻石可以通过人工处理来改变颜色,或者改善其正面外观和净度,”Shigley(希格利)说。

左起:上面附有人造钻石板状晶体的板块插图、CVD 立方体插图及 CVD 原石晶体照片。
在化学蒸气沉淀法 (CVD) 合成过程中,富含碳的气体在平坦的钻石晶种表面沉积,从而形成人造钻石。人造钻石在薄层中生长,其最终厚度取决于允许生长的时间(左)。成果为扁平的板状晶体(中和右),外部覆着一层黑色石墨晶体。插图:Peter Johnston(彼得·约翰斯顿),用于 GIA 教育。

制造一颗钻石需要多长时间?

在实验室里制造人造钻石通常需要几周时间。相较于天然钻石在地球深处经历的数百万甚至数十亿年的形成过程,这个时间可以说是非常短暂了。

合成钻石的制造地分布在哪里?

“我们认为,商业化生产用于珠宝首饰的合成钻石的国家包括中国、乌克兰、俄罗斯、日本和美国等,”Shigley 介绍道。

合成钻石与天然钻石有什么区别?

由于形成条件不同,天然钻石和人造钻石的性质也有差异。

晶体形状:天然钻石晶体和实验室培育钻石的形成温度所差无几,但天然钻石会长成八面体(八个等边三角形晶面)晶体,而人造钻石晶体可以长为同时包含八面体和立方体(六个正方形晶面)的晶体。

左起:展示 CVD、HPHT 和天然钻石形状的插图。
天然和人造生长环境下形成的钻石晶体的形状迥然不同。从左至右分别是 CVD 钻石、HPHT 钻石和天然钻石。八面体表面显示为黄色,立方体表面为蓝色。大部分天然钻石都会生长成八面体(右),但 HPHT 钻石(中)通常是立方体和八面体表面的结合。CVD 钻石(左)中完全没有八面体表面。晶体生长的方向如箭头所示。虚线代表 HPHT 钻石中晶种的位置和 CVD 钻石中晶体的边缘。插图:Peter Johnston(彼得·约翰斯顿)。

“立方体晶面比八面体晶面生长得更快,”Shigley(希格利)说,“它们被保留在合成钻石上,但没有保留在天然钻石上。”

钻石的生长方式取决于生长环境:

  • 天然钻石以八面体晶面结构向外生长
  • HPHT 合成钻石沿八面体和立方体晶面向外生长
  • CVD 合成钻石主要沿一个方向朝上生长(立方体晶面)
并排摆放的一颗天然钻石晶体和一颗人造钻石晶体。
钻石原石比较:一颗 0.83 克拉的天然钻石晶体(左)和一颗 1.02 克拉的 HPHT 晶体(右)。这两颗晶体均来自 GIA Research Collection(研究收藏)。拍摄:Orasa Weldon(奥拉沙·韦尔登)。

内含物:天然和人造钻石可能包含各种内含物(裂缝、断裂、其他晶体、空心管),因此它们并不能始终用作宝石鉴定的诊断工具,Shigley(希格利)说。

颜色:人造钻石通常为无色、近无色、淡到深黄色或黄-褐色;较少出现蓝色、粉红色或绿色。和天然钻石一样,人造钻石也可以进行颜色处理,所以任何颜色都有可能。

净度:人造钻石的净度有高有低。

切工:人造钻石的切工和天然钻石一样-任何切工都有可能。最常见的无色人造钻石形状和切工样式是圆形明亮式。

彩色人造钻石和大型人造钻石往往会加工成花式形状,以便保留更多的原有钻石晶体,尽量避免减轻重量。晶体的形状也会影响对刻面样式的选择。

人造钻石有多大?

Harwick(哈维克)说,人造钻石生产商能够生产各种尺寸的钻石,从米粒钻到重达 10 克拉或更大的钻石,应有尽有。一般来说,除了盛产的米粒钻,大多数商用尺寸都小于 2 克拉。

据 Shigley(希格利)介绍,人造成品钻石的尺寸可分为三类:

  • 大尺寸(大约 5 至 10 克拉或更大):这类成品钻石广受媒体关注,但相当罕见,并且可能已在宝石检测鉴定所进行过检验和准确鉴定。
  • 商用尺寸(大约 0.25 至 2.5 克拉):这类成品钻石的数量更多,但同样地,它们可能会被提交给宝石鉴定所进行评估,必然也会进行鉴定。
  • 小尺寸或米粒尺寸(大约 0.10 克拉或更小):这类成品钻石的产量最大,但由于尺寸小,检测更为困难,且并不经常会进行检测,因此这是珠宝行业面临的真正鉴定挑战
各种大型、商用和米粒成品人造宝石在市场上均有售。从左至右,这些高温高压 (HPHT) 钻石的重量分别为 0.41 克拉、0.31 克拉和 0.50 克拉,以及三颗米粒大小的钻石。
各种大型、商用和米粒成品人造宝石在市场上均有售。从左至右,这些高温高压 (HPHT) 钻石的重量分别为 0.41 克拉、0.31 克拉和 0.50 克拉,以及三颗米粒大小的钻石。摄影:Orasa Weldon(奥拉沙·韦尔登)/GIA

GIA 如何对人造钻石进行鉴定和分级?

过去 30 年里,宝石学研究人员对人造宝石级钻石进行了广泛研究,现在对人造钻石的培育和鉴定方式已经有了比较全面的了解(大量出版资料已广泛传播)。

“合成钻石鉴定就是将经过很长一段时间在很久之前形成的天然钻石,和最近快速形成的合成钻石区分开来,”Shigley(希格利)说。

GIA 对十多年来提交给其鉴定所进行分级鉴定的所有钻石进行了筛查,以确定是否为天然钻石、人造钻石还是经过处理的钻石。经过初步筛查后,任何可能的人造钻石或经过处理的钻石都要进行严格的检测,以确定其为天然还是人造钻石,以及进行过哪些处理(如有)。

GIA 能够准确地鉴定用 HPHT 法和 CVD 法制造的人造钻石。

一位女士坐在 GIA 的 Diamond Check 机和电脑前。
通过 GIA 钻石分级服务提交的所有样品均采用 GIA DiamondCheck™ 进行检查,鉴定是否为天然钻石;是否需要进一步检测处理或可能属于人造钻石;或并非钻石。摄影:Jian Xin Liao(廖建新)/GIA。

GIA 鉴定证书包含哪些信息?

GIA 于 2006 年开始提供合成钻石的证书服务。GIA 将持续提供合成钻石鉴定证书,这些证书无论是外观还是其中包含的信息,都和 GIA 的天然钻石鉴定证书不同。合成钻石鉴定证书会清楚地标明该钻石是人造钻石或实验室培育的钻石,并会使用描述性范围对颜色和净度进行评估,而不是指出具体的颜色和净度等级。

“推出这种鉴定证书之后,业内对 GIA 鉴定合成钻石产生了不同的意见,”Shigley(希格利)说,“由于合成钻石仍然罕见,为了将它们与天然钻石鉴定证书中的钻石区分开来,只使用了颜色和净度范围。”

此外,我们会用镭射刻字技术在人造钻石的腰围刻上证书编号,并声明该钻石是实验室人工培育的。GIA 会对其鉴定所鉴定的每一颗人造钻石执行这种处理。

“腰围上的刻字是识别钻石的关键,”Harwick(哈维克)说。

这些证书中还会使用美国联邦贸易委员会 (FTC) 批准的其他(人造和实验室培育)合成钻石术语。

三位男士在珠宝柜台前查看钻石首饰及相关文件。
根据法律和道德义务,珠宝商必须在出售时披露宝石的性质。这有助于确保消费者对自己购买的货品有信心。

考虑购买人造钻石……应该注意什么?

确保选择信誉良好的珠宝店购买任何钻石首饰,且店内有受过专业教育的宝石学家。他们可以指导您挑选天然和人造钻石。

“销售人员应该准确、清楚地说明向您展示的是何种宝石。如果他们称之为‘钻石’,您可能会认为那是天然钻石,”Harwick(哈维克)说,“根据 FTC 的规定,[如果不是天然钻石]他们需要在描述中称之为实验室制造、合成、实验室培育或制造商制造的钻石。”

向销售人员询问宝石是天然钻石还是人造钻石,以及他们是如何知道这些信息的。

“即使是珠宝商或训练有素的宝石学家,要准确识别合成钻石可能都比较困难,但 GIA 有能力鉴定,”Shigley(希格利)说,“珠宝商可以使用各种仪器来检测合成钻石,但 GIA 并不使用这些仪器,因此不便对其操作或准确性作出评价。”

向广受认可的宝石鉴定所获取钻石鉴定证书-这些证书清楚地披露了钻石的性质。GIA 天然钻石与合成钻石的证书在外观上迥然不同。

Harwick(哈维克)建议:“对钻石这类珍贵物品进行投资时,应当索要鉴定证书。”

与相应的天然钻石相比,合成钻石的生产成本是多少?

GIA 资深行业分析师 Russell Shor(罗素·肖尔)表示,无论采用 HPHT 法还是 CVD 法,人造钻石的生产成本都相当高。

“人造钻石的售价是天然钻石的三分之一甚至更少,这表明人造钻石通常是根据天然钻石来定价的,其定价方式并不能反映真正的合成钻石市场情况,”Shor(肖尔)说。他指出,与大多数技术一样,创新有可能会降低生产成本,并相应地提高需求量。

黑色背景前的一组九颗圆形明亮式成品人造钻石。
由于类似于这些(0.22-0.31 克拉)用化学蒸气沉淀法生成的无色宝石级人造钻石在市场上可以买得到,正确的鉴定就变得尤为重要了。摄影:Jian Xin Liao(廖建新),由 Kevin Schumacher(凯文·舒马赫)/GIA 组拼。

人造钻石的前景如何?

没有人能确切地知道人造钻石是否会成为长期的消费者热门选择。每个买家在购买前都有自己的考虑因素。

“购买天然钻石还是人造钻石,具体取决于消费者的偏好,但正确披露钻石信息至关重要,”GIA 研发总监王五一说,“只要钻石来源得以完全公开,消费者和市场将决定合成钻石的未来。”

Amanda J. Luke(阿曼达·J.·卢克)是 GIA 的高级通讯经理。她曾任《The Loupe》杂志编辑,现在是《GIA Insider》和《Alum Connect》的编辑。