淺述合成鑽石與天然鑽石的區別

2021-01-15 老金匠鑽石定製

今天瀏覽鑽石相關資訊的時候看到一條「人工合成鑽石與天然鑽石完全沒有區別，天然鑽石根本就是智商稅！」的內容。我「啪」一下就點進去了，很快啊！

然後金匠看完就笑了笑，隨之有了這篇文章。

合成鑽石與天然鑽石究竟有什麼區別呢？且慢慢往下看。

形成過程不同

天然鑽石的成因天然鑽石的形成分為兩類，一類是地幔深處形成後被巖漿巖帶到地表的鑽石，另一類是隕石撞擊形成的多晶金剛石。

1）地幔

地球上絕大多數天然鑽石來自地下150-250km深處——天然有著高溫高壓環境的上地幔——它們多形成於33億年前及12~17億年這兩個時期，經過巖漿活動被帶到地表，後再火山巖筒中被人類找到。

金伯利巖巖漿侵位的理想模型

另外，在壓強和溫度合適的情況下，地殼深處、俯衝帶、過渡帶、下地幔裡也可能形成一些鑽石，不過產量很少、質量也不好。

2）小天體撞擊

小天體撞擊過程中產生瞬時高溫高壓，可以迅速將地表碳元素變成金剛石。俄羅斯有名的波皮蓋金剛石礦就是隕擊形成的礦藏。不過，撞擊形成的天然鑽石大多顆粒較小，質量也達不到商業價值的觀賞水平，只能作用工業鑽石。

俄羅斯波皮蓋隕石坑航拍圖

合成鑽石製造法合成鑽石主流製造法目前分為兩種，一種是高溫高壓法（HTHP），另一種是化學氣相沉積法（CVD）。

1）HTHP法

即在高溫高壓下模擬鑽石自然生長的條件，將鑽石的同素異形體石墨進行結構改變，形成合成鑽石。

這種工藝一般需要10GPa、3000℃以上的壓力和溫度。如果有金屬催化劑（Fe、Ni、Co、Mn等及它們的合金）的參與，石墨相變為鑽石所需的條件可大幅降低，通常需要的壓力為5.4GPa溫度為1400℃。

2）CVD法

是一種在高溫低壓條件下，將碳從含碳混合氣體沉積成鑽石基體的合成方法。具體化學方法有微波等離子法、熱絲法等。

其中MPCVD（微波等離子氣體化學氣相沉積法）是現階段合成單晶鑽石的研究熱點。這種方法是在一定帶電環境下將甲烷等氣體打散，讓其中的碳元素落在金剛石鐘晶上，然後一層層加厚。

晶體形態不同

天然鑽石會長成單晶形態（以八面體為主）或聚晶或集合體的形態。

天然鑽石原石與其表面溶蝕坑

HTHP法合成出的鑽石發育晶面以面為主，最終形成的多是立方體形態；而CVD法的形成過程是碳原子一層層落到鍾晶上，所以合成出來的鑽石多呈板狀，沒有固定的晶體形態。

HTHP合成鑽石，為八面體+菱形十二面體
CVD法合成出的鑽石單晶

主要成分一致，但雜質有區別

天然鑽石與合成鑽石主要成分都是碳，天然鑽石還含氮、氫、硼等雜質元素。HTHP法合成的鑽石，因為加入Fe、Ni等觸媒，最終晶體內除了常見的氮、氧、氫等雜質外，還會包裹進一些Fe、Ni等觸媒。而且，人造金剛石由於形成速度快，內部常有包裹體、氣泡，及碳原子空位、錯位等。

合成鑽石的陰極發光圖，條帶十分清晰

常規條件下天然鑽石與合成鑽石的鑑別

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