科普|如何區分天然鑽石與實驗室製造鑽石?

2021-12-24 寶石指南

實驗室製造 CVD 鑽石原石（左）、實驗室製造 HPHT 鑽石原石（中）以及天然鑽石原石（右）

兩顆刻面結晶碳的樣本——均如水晶般清澈，在直射光下發出千變萬化的光譜顏色。看上去完全相同。但是，一顆有著十億年以上的歷史，另一顆則是最近在實驗室中培育而成。

當然，二者都是鑽石。第一顆是地球形成早期的地球深層力量打造而成的天然鑽石。第二顆出自實驗室，有著與天然鑽石基本相同的化學、物理以及光學特性。

根據聯邦貿易委員會 (FTC)，鑽石——材料，而非寶石——是一種由「在等距立方晶系中結晶的純碳」組成的礦物，該組織為寶石和珠寶行業制定貿易指南。

儘管 FTC 稱鑽石本質上為純碳，但絕大多數天然鑽石都含有微量的其他物質，尤其是氮，會讓鑽石呈黃色，或是讓鑽石呈藍色的（極少含有）硼。此外，鑽石通常還含有內含物，這是幾百萬年前陷入仍在形成的鑽石中的微小異物。

約五年前，實驗室製造鑽石（有時也稱為人造鑽石或合成鑽石）大量進入寶石與珠寶市場。雖然實驗室製造鑽石與天然鑽石外表看上去完全相同，但它們之間還是有著細微的差別，只有經過專業培訓的寶石學家和專門為鑑別而設計的精密設備才能檢測出來。

鑽石原石比較：一顆 0.83 克拉的天然鑽石晶體（左）和一顆 1.02 克拉的 HPHT 晶體（右）。這兩顆晶體均來自 GIA Research Collection（GIA 研究收藏）。攝影：Orsasa Weldon（奧薩薩·韋爾登）/GIA

早在 30 億年前，天然鑽石就形成於極端高溫高壓下的地殼深處。火山活動將它們帶至地表，藏在一種叫做金伯利巖管的火山巖中，等待開採。僅有大約 5% 的金伯利巖管含有足夠的鑽石來確保其開採在經濟上可行。

20 世紀 50 年代，適合工業使用的人造鑽石首次在實驗室中生產出來。儘管 1971 年就首次在實驗室中生產出寶石品質的鑽石，但直到 21 世紀的前十年，無色實驗室製造鑽石才大量進入寶石與珠寶市場。

GIA 特聘研究員 James Shigley（詹姆斯·希格力）博士在 GIA 研究實驗室製造鑽石已逾 30 年，據他稱，如今，有兩種方式製造實驗室製造鑽石。

在實驗室中創造高壓高溫環境來生產高壓高溫 (HPHT) 鑽石，也就是模仿天然鑽石在地球深處的形成條件。這個過程生產出形狀獨特的實驗室製造鑽石晶體。

化學蒸汽沉澱 (CVD) 法先將富含碳的氣體（如甲烷）分解成碳和氫原子，然後使其沉積在鑽石晶種上，形成方形扁平的鑽石晶體。

無論使用哪種方法製造鑽石，大部分尺寸通常都需要至少一個月的時間。大多數 CVD 製造鑽石都需要其他處理方法，如加熱或輻射，以便在製造過程完成後改善或改變鑽石的顏色。

通常情況下，實驗室製造鑽石重量為一克拉以下，但隨著科技和技術的提高，市場上出現了更大的寶石。

HPHT（高溫高壓）壓機封裝在能夠生產多種尺寸的寶石級鑽石的工廠內。攝影：王五一（Wuyi Wang）/GIA

由於消費者需要了解自己要購買的是什麼，再加上實驗室製造寶石和天然寶石之間通常有著明顯的價格差異，因此鑑定實驗室製造鑽石至關重要。

由於實驗室製造鑽石的化學性質和光學性質與天然鑽石基本相同，傳統寶石學觀察和老式「鑽石檢測器」無法檢測出它們的差別。在專業的寶石學實驗室進行鑑定，或使用 GIA 和其他組織開發的精密設備，是區分實驗室製造鑽石和天然鑽石的唯一可靠方法。

「幾百萬年前在地球內部形成的天然鑽石與幾周內在實驗室內製造的鑽石在生長方式方面有很大差異。此外，HPHT 和 CVD 製造鑽石有著不同的生長形態，生長條件影響鑽石晶體形狀的方式也不同，」Shigley（希格利）博士說道。

這張圖基於鑽石的生長方式或是生長形態展示了不同的鑽石原石。雖然鑽石經過切磨之後已經失去了這種形狀，但通過在其他事物中尋找鑽石特殊的生長形態造成的螢光圖案，仍然可以對鑽石進行鑑定。

GIA 高級研究科學家 Sally Eaton-Magaña 博士作出進一步解釋，「HPHT 和 CVD 鑽石採用的鑑定標準截然不同，」他補充道，過去 10-15 年來，實驗室製造鑽石變得愈發多樣化，要求 GIA 研究人員跟上新技術的發展步伐。

「我們還定期針對新產品開展研究，GIA 也有在實驗室製造鑽石的計劃，確保始終能引領新趨勢。」Eaton-Magaña 博士表示。

來源：GIA

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