培育钻石技术的发展，现状和未来

 在众多奢侈品中，钻石首饰一直以其晶莹剔透、高贵典雅、历史悠久而屹立于世。“钻石很久远，一颗永流传”的口号几乎已经深深印在每个人的脑海里。钻戒已经成为婚礼和订婚过程中不可或缺的一部分。钻石首饰似乎已经成为每个女人必备的奢侈品之一。中国选择钻戒作为订婚戒指的文化还在发展。

 0 1兴起

 目前，在所有的钻石应用中，培植钻石最受资本青睐，优质的培植钻石已经从实验室走向市场。2016年，施华洛世奇培育了钻石品牌Diama，2020年推出了培育钻石的颜色系列。2018年，德比尔斯集团创立并培育了钻石品牌Lightbox。依托Element Six公司强大的技术支持和母公司珠宝行业背景，该品牌在成本产出、质量控制、品牌建设等方面具有显著优势。2019年，美国最大的珠宝零售商Signet在线销售种植钻石。2020年，国际宝石学会的IGI鉴定出两颗人工培育的钻石，质量分别为21.91克和23.13克，美国宝石学会的发布了新的人工培育钻石检测报告。

 近年来，国内钻石相关产品厂商也纷纷推出培育钻石产品，如黄河旋风、沃尔德、宁波晶钻、上海正石、杭州晁然、中南钻石等。2019年，国家检验中心深圳珠宝检测实验室有限公司起草的Q/NGTCJSZ000012019正式发布实施。行业巨头和国内外权威检测机构的加入，表明培育钻石行业发展逐步规范，消费者认可度逐步提高，短期内培育钻石市场仍有较大发展空间。

 0 2培育方法

 经过多年的研发，成功生产合成金刚石的方法有很多，其中两种已经商业化，即化学气相沉积法，简称CVD法和高温高压法简称HPHT法。

 2.1化学气相沉积金刚石合成的原理

 CVD金刚石合成是在较低的合成温度和压力条件下，通过化学反应分离碳源气体中的原子和分子，然后由于吸附作用沉积在衬底(籽晶)上形成晶体生长的技术。碳源气体在金刚石热力学亚稳区解离成自由基(碳原子和氢原子或甲基CH3和H原子)，在一定的温度和压力条件下，金刚石在基体上形成。当衬底采用自然法或HPHT法合成金刚石时——即金刚石晶体的同质外延生长——单晶金刚石将在衬底上生长，而当采用硅、钨和钼制成的衬底时，多晶金刚石薄膜将在衬底上生长。

 微波等离子体化学气相沉积技术可以合成高纯度的金刚石。其主要特点是等离子体中产生的原子氢浓度高，没有电极污染，在较高压力下可以产生稳定的等离子体，生长出的金刚石薄膜质量高，其设备也是国外科学家研究的重点。微波法可以生产大面积、高质量的金刚石，是未来人造金刚石最理想的方法。这种方法在国外得到了很好的应用，如导弹罩、光学红外窗口等。MPCVD法可用于制备高级金刚石。经过加工，可以制成钻石等装饰品。价格只有天然钻石价格的四分之一左右，但微波设备和技术的成本相对较高。

 但是国内掌握MPCVD技术的厂商并不多。目前欧美厂商仍占主导地位。目前市场上的主流公司包括诺顿公司、Crystllume公司、Lambda。技术公司、第六元素公司、弗劳恩霍夫公司、阿斯泰克斯公司、韦斯特林豪斯电气公司、IBM公司、阿波罗迪蒙德公司、德比尔斯公司等。所有这些公司都在使用MPCVD方法培育钻石。高纯度的单晶金刚石不仅可以制成首饰。电学、光学、力学和热力学的优异特性也可以使其在半导体、5G通信、高端装备和军事科技等领域作为核心材料。(湖南棕榈)

 值得注意的是，湖南航天长沙新材料产业研究院有限公司金刚石设备及产品产业化项目致力于MPCVD金刚石设备及产品的研发、技术改造和人才培养，将进一步提高我国金刚石制备和应用水平，对推动金刚石产业化具有重要的战略意义。(中国超硬材料，2020No3，p94)

 2.2采用HPHT法生长金刚石单晶。碳源置于高温端，籽晶置于低温端。宝石金刚石单晶的生长过程是金刚石溶解再沉淀的过程。由于催化剂中碳的浓度与温度有关，高温端和低温端碳浓度梯度的存在促使碳从高温端向低温端扩散，并在籽晶上沉淀，实现晶体的外延生长。

 与天然钻石相比，人造钻石具有以下优点:(1)颜色可控，可根据市场和客户的需求生产不同品质的钻石；(2)尺寸可控，可根据需要生产不同尺寸的钻石；(3)颜色可控制，可根据客户喜好生产不同颜色的钻石；(4)可定制人造宝石级钻石的材质，定制各种纪念钻石；(5);大颗粒人造金刚石较低的生产成本可以更好地满足大规模工业应用的需要；(6)人造宝石级钻石的成本明显优于天然钻石。因此，发展潜力巨大。

 0 3 现状

 2021年11月6日，正实科技新产品发布会在中国国际进口博览会(CIIE)消费品展区举行。一颗16.42克拉的化学气相沉积钻石“MagicPrincess”首次在世界上亮相。

 2013年，CVD钻石开始一步步进入珠宝市场。由于技术条件的限制，CVD法培育的毛坯钻石普遍厚度不足，所以当时CVD的重量大多在0.3克拉到0.70克拉之间。

 ApolloDiamond生产的CVD钻石(0.27-0.62克拉)呈现出强烈的粉色，与顶级天然粉色相当。

 到了2015年，随着CVD的技术突破，达到了5.19克拉，但纯度和色级稍逊一筹，只有J色和VS2净度。

 随着化学气相沉积技术的进一步发展，化学气相沉积金刚石的克拉重量也增加了。2018年，美国CVD培育的钻石公司WashingtonDiamond将重量纪录提升至9.04克拉，但这颗钻石的质量仍然受到颜色和净度的限制，这就是L色VS2净度。(超硬材料，2021年第02期，16-17期(培育钻石)

 天然钻石是不可再生资源，在地表下100多公里处形成，然后随着火山爆发等地质活动上升到地表。地幔中的高温高压使碳元素结晶成钻石，偶尔周围的尘埃或液体杂质包裹在其中。因此，天然钻石非常珍贵。

 俄罗斯圣彼得堡的NewDiamondTechnology培育钻石公司生产了一颗重量为129.47克拉、尺寸为29.5x29.5x21mm毫米(如下图)的Ib型HPHT单晶培育钻石毛坯，再次打破了大颗粒培育钻石的世界纪录。

 19.47克拉的人工培育钻石创造了另一项世界纪录。

 培育这颗钻石大约花了400个小时，培育速度达到了65mg//小时。公司表示，这预示着未来大颗粒培育钻石市场将会有一个巨大的飞跃。此外，随着开发的不断推进和设备的更新，培育金刚石毛坯的制造成本将持续下降。

 NewDiamondTechnology成立于2014年，其目标是批量生产最优质的单晶钻石。

 2018年，一颗重达103.5克拉的人工培育钻石(如下图)，震惊了整个行业。

 103.5克拉

 近年来，钻石种植行业经历了快速发展，从最初的怀疑和排斥，到现在的支持和拥护，浸透了大量从业者的汗水。(中国超硬材料网)

 0 4结语

 4.1优质钻石经过切割、打磨、加工成钻石首饰，具有装饰、品味、金融投资、文化传承等属性，多年来一直受到投资者和消费者的追捧和喜爱。大尺寸培育钻石制备技术的成熟，为珠宝行业开辟了一个新的市场领域——培育钻石。

 4.2大尺寸高品质SCD关键技术的突破，伴随着消费者培育钻石意识和接受度的提升，可以有效缓解目前国内珠宝市场100%依赖进口天然钻石的问题。

 4.3与天然钻石相比，培育钻石最大的特点是产量无限，价格低廉。近年来，随着技术的不断进步，培育钻石的产量和质量都有了显著提高，同时成本也进一步降低。

 4.4物理研究所的布拉德比说，天然钻石通常在数十亿年后形成，在地球深处约50公里处，那里有1000摄氏度以上的高压和高温。一个国际科学家小组在实验室室温下几分钟就生产出了钻石。

 4.5钻石被视为地位、财富和浪漫的象征。随着科学家对钻石的了解越来越多，钻石在最近几年开始失去这些奥秘。

 4.6未来天然钻石和人工培育钻石能否共存？

 (1)随着钻石矿产资源的枯竭，种植钻石正在弥补天然钻石的不足；

 (2)从科学的角度来看，培育钻石和天然钻石没有区别。都是碳做的，硬度莫氏10。物理特性和化学成分没有区别，但最重要的是消费者的认知。

 (3)培育钻石近两年的发展速度极其惊人，不仅因为其价格远低于天然钻石，更因为新一代消费者的崛起和意识的转变；

 (4)培育钻石对消费者的关键吸引力在于价格低廉，较大的钻石可以同等甚至更低的价格买到。目前市场上培育钻石的价格是天然钻石的60%左右，未来还会更低；

 (5)对于珠宝商和珠宝零售商来说，仍然是基于种植钻石的高利润吸引力；

 (6)在MVI调查中，95%的珠宝商认为种植钻石的利润更高。其中，78%的珠宝商认为培育钻石比天然钻石高16%到40%。