名稱簡介
人造鑽石是一種由直徑10到30納米的鑽石結晶聚合而成的多結晶鑽石,早期的人造鑽石由于空氣中的氮原子進入鑽石晶體而呈淡淡的糖稀顔色,經過科學家的改良制作方法,現在生産的人造鑽石在外觀上和天然鑽石沒有任何差異,由于生成環境的不同,人造鑽石的的分子結構并不是天然鑽石的完全八面體結構而是一種複雜結構,從而會産生磷光現象。随着人造鑽石生産技術的成熟,其造價低廉,且可以制作出各種顔色的鑽石而在珠寶市場上嶄露頭角。
雖然出自實驗室或工廠的人工合成鑽石已有幾十年的曆史,但是具備寶石質量的人造鑽石是最近才出現的。寶石級人造鑽石采用高溫超高壓合成法 UPHT和等離子增強化學氣象沉積PECVD合成法制造。本來人造鑽石主要用于制造切割工具等工業用途上,但現在同樣也被使用在珠寶首飾上。
公平交易的法則要求人造鑽石商在銷售時如實說明其質量實況,并用一般接受的詞彙來描述,如“人工合成”、“人造”或“實驗室制造”。幾乎所有的人造鑽石都屬于Ib型,而此類型在天然鑽石中隻占不足百分之二。有一種不很昂貴的設備能驗證Ib型的鑽石,但要确定一顆鑽石是否是人工合成的,則依賴于合資格的寶石實驗室的檢測。
1954年,人造鑽石首次成功合成,當時,一批通用電器公司的研究員在實驗室裡制造出一顆鑽石,他們仿造鑽石在自然界形成的環境,給碳加以極度的高溫和高壓。同樣在上個世紀五十年代,另一種制造合成鑽石的方法被研發成功,這種叫化學氣相沉積(CVD)的方法,在很低壓力和相對低的溫度下,将碳從含碳的混合氣體沉積成鑽石基體。
鑒别方法
人造鑽石的品質精良外貌與天然鑽石難以區分。剛開始的時候由于人造鑽石技術不夠精良,鑽石商可以用非常簡單的方法确認鑽石是否在實驗室培養長大,他們用的是強力磁鐵,因為人造鑽石内部有培養過程殘留的金屬結晶,強力磁鐵便能将鑽石吸起。
可是随着人造鑽石技術的不斷成熟,原來的老辦法已經失效了。人造鑽石的鑒别需要專門的鑒定機構和鑒定儀器才能實現,又由于設計的科技和儀器成本十分高昂,目前國際上隻有少數幾家實驗室具備鑒别合成鑽石和天然鑽石的能力。前不久,美國著名的寶石級别人造鑽石生産商将推出其人造鑽石珠寶産品線,所有鑽石都必須經過IGI權威鑒定才能銷售。目前人造鑽石的等級已經可以達到半克拉以上,H色和VS級别以上。
人造鑽石證書上會清楚注明該鑽石是人造鑽石,與天然鑽石不同,用以保護消費者利益。消費者切忌貪圖便宜購買來曆不明,未經權威認證的鑽石以免上當受騙。
生産方法
在2300℃、15到18個大氣壓的高溫高壓環境下,在中心放一顆很小的天然鑽石作為種子,在種鑽周圍是高溫金屬液體,在金屬溶液的上層是石墨,在這種環境下石墨中的碳原子會從金屬原子中列隊走向鑽石從而形成新的鑽石。這個俄羅斯的研究小組在冷戰結束後由于經費問題而使人造鑽石研究一度停止,後來随着美國珠寶商的注資又重新恢複過來。2005年美國的人造鑽石生産線的産能達到每小時5克拉。近期,俄羅斯的科學家們已經研制出了直徑在3毫米左右與天然鑽石晶體結構完全一緻的人工鑽石。相信随着研究的深入,在不遠的将來就可以造出與天然鑽石一樣的人工鑽石。
合成方法
1 、高溫高壓合成法 UPHT(ultrahigh pressure high temperature ):溫度和壓力仍是制造晶體的兩項關鍵因素,其方法是在陶瓷容器中而不是在地下制造鑽石,水壓提供高壓,電力産生高溫,使碳圍繞着直徑為 1 毫米,由天然鑽石制成的籽晶而形成晶體.
2 、化學氣相澱積合成法PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) :使天然氣和氮氣加熱後,在洗碗機大小的壓力室裡形成一種碳等離子體,該等離子體不斷沉積在壓力室底部的碳底層上,并逐漸積聚和硬化,形成鑽石薄片,進而切割成寶石形狀.
國内水平
河南工業大學材料學院超硬材料研究所成功合成出重2克拉、尺寸達8.2mm的高質量黃色鑽石,該樣品為目前内地重量和尺寸最大的人造金剛石單晶。此項成果标志着該校在國内人工合成鑽石(寶石級金剛石)領域已處于領先地位。
據了解,優質寶石級金剛石單晶作為一種戰略性資源,在工業、科技及國防等衆多領域具有重要應用,市場前景廣闊。此前,世界上僅有美國、英國、日本等幾個發達國家能夠合成寶石級金剛石單晶。巨大的商業價值使得寶石級金剛石單晶的合成技術長期以來一直受到嚴密的封鎖。河南工業大學材料學院超硬材料研究所經過長期、大量的探索,成功掌握了合成優質寶石級金剛石單晶的核心技術,實現了3-8mm優質金剛石單晶的批量化生産,合成實驗的重複性超過90%。
河南工業大學目前已成功合成出黃色、藍色、綠色及無色透明的優質寶石級金剛石樣品。近期該校将沖擊更大尺寸(預計10-15mm)的寶石級金剛石單晶,為我國寶石級金剛石高壓合成技術的發展做出新的貢獻。(《大公報》2009年9月8日第A15版)
2017年鄭州大學物理工程學院使用PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition等離子體增強化學的氣相沉積法)技術成功合成出1.2克拉珠寶級鑽石,淨度、亮度不輸天然鑽石。
合成鑒别
過去合成鑽石及處理成本仍然很高,尤其是在設備、技術、工藝等方面要求仍然很高,但目前世界上已有少量的合成鑽石投放市場,但無價格優勢。但随着科技的發展,目前人造鑽石已經具備商業價值。主要鑒别特征:
(1)内含物
具有不同形态合金包裹體,這些包裹體呈渾圓狀、棒狀、闆狀、針狀等,其排列方式與内部生長區界限相關。包裹體還可呈微粒狀分散于整個晶體中。這些包裹體不透明,反射光下呈金黃色或黑色,具金屬光澤。
種晶及種晶幻影區;種晶幻影區是在鑽石内部存在的沿四方形種晶片向外生長形成的、邊緣由相對明亮的細線構成的四方單錐狀生長區,無論種晶片是否在加工過程中被磨掉,該幻影區始終存在,在暗域場中或将鑽石置于浸液中觀察該現象表現更為清楚。
(2)顔色
絕大多數合成鑽石呈黃色、渴黃色(大多數)具沙漏狀色帶;而天然鑽石為無色、淺黃及其它顔色。而目前品質較好的CVD鑽石也能達到無色或淺咖啡色,肉眼幾乎無法辨認。
(3)吸收譜線
合成鑽石 缺失天然鑽石中無色-淺黃色系列具有415nm最為特征 譜線。另外絕大部分天然鑽石為Ⅰa 型,而合成鑽石主要為Ⅰb 型,少數情況下有雙原子集合體氮存在。
(4)異常雙折射
正交偏光下,天然鑽石因生長及運移過程的複雜性表現出複雜的異常雙折射特征,如不規則帶狀、波狀、斑塊狀和格子狀等,而合成鑽石異常雙折射表現較弱,某些合成鑽石呈十字形交叉的亮帶。
(5)發光特征
紫外熒光: 有些合成鑽石在長波紫外光下呈惰性,在短波紫外光下顯示中等至強的黃綠色熒光,并且具分帶現象,與天然鑽石的熒光特征不同。
陰極發光儀(電子激發下):
合成鑽石:顔色:黃色-黃綠色,規則分區(主方體、八面體區不同)
天然鑽石:藍色為主,層狀生長或複雜的生長形式
(6)晶形及表面特征
合成鑽石常以八面體和立方體聚形為主體,并且可發育菱形十二面體、四角三八面體或三角三八面體晶面。
表面可能顯示樹枝狀生長紋或不規則的小丘或瘤狀物與天然鑽石不同。



















