文章來源： 何昌梅/張每羊｜回形針PaperClip（ID: papercliptv）
－文字稿－
這里有兩顆鉆石，左邊這顆是在地底經(jīng)過上百萬年才形成的天然鉆石，而右邊這顆是用機械設(shè)備只花了三四天合成的人造鉆石。
這兩種鉆石有什么區(qū)別？怎樣才能合成一顆高品質(zhì)的人造鉆石？
鉆石，又叫金剛石，和鉛筆芯的主要成分——石墨一樣，都由碳原子組成。但結(jié)構(gòu)的差異卻讓石墨在莫氏硬度等級中只排在最低的 1 級，鉆石則位于最高的 10 級。
碳原子之間之所以會形成不同的結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵在于壓力和溫度。
從這張?zhí)枷鄨D可以看出，在不同的壓力和溫度條件下，碳原子會變成石墨、鉆石、液體等各種形態(tài)。
其中 GPa 是壓強單位，1GPa 相當于一只 10 噸的非洲象踩在你小腳趾上的力量。
這個區(qū)間就是天然鉆石的形成條件。
在地下 100~300km，約 4.5~6GPa 、1000~1500℃ 的環(huán)境下，碳元素經(jīng)過兩三百萬年的擠壓匯聚才形成鉆石，最后由火山活動帶到地表。
因此，只要根據(jù)碳相圖人為地創(chuàng)造相應(yīng)的壓力和溫度條件，就能合成出鉆石。
最簡單粗暴的是爆炸法。
把含碳原子的 TNT 和轟爆壓力非常高的 RDX 兩種炸藥混合，在鋼制厚壁罐體中引爆，產(chǎn)生 1000℃ 以上的高溫和 30GPa 的超高壓，TNT 中的一部分碳原子就會聚合成 5~15nm 大小的鉆石，稱為金剛石粉。
金剛石粉無法直接用作珠寶，但可以通過高壓高溫法制造大顆粒鉆石。
這是一臺六面頂壓機，由三軸互成 90° 的六個頂錘以及里面用于合成鉆石的生長艙組成。
生長艙外面是葉臘石，可以很好地傳導(dǎo)壓力。
里面主要分兩層，上層是金剛石粉，下層是金屬觸媒，一般為鎳鐵，起催化作用，加快鉆石合成速度，底部有一塊不到 1mm 的天然或人造鉆石作為晶種。
啟動時，頂錘向內(nèi)擠壓提供 5~6GPa 的高壓，通過導(dǎo)電使碳加熱棒升溫，讓生長艙的溫度達到到 1200℃ 以上，并在上下營造一個 20~50℃ 的溫度差。
此時，金屬觸媒將熔融，金剛石粉則會溶解到金屬觸媒中變成游離的碳原子，且高溫區(qū)的碳原子濃度會比低溫區(qū)高。
為了達到濃度平衡，高溫區(qū)的碳原子就會向低溫區(qū)擴散，不斷沉淀到晶種上。
經(jīng)過一周就能收獲一顆約 5mm 的合成鉆石。
除了六面頂壓機，還有兩面以及分球式頂壓機可用于合成鉆石。
鉆石的大小可以用克拉衡量，1 克拉等于 0.2 克。
傳統(tǒng)高壓高溫法合成的鉆石克拉數(shù)較小，而且金屬觸媒會在鉆石內(nèi)留有殘渣，機器內(nèi)極少量的氮元素還會混入鉆石中，讓鉆石呈現(xiàn)黃色。
根據(jù)鉆石的 4C 標準，這種鉆石通常處于中低端，甚至只能作為工業(yè)用途，拿來制造鉆頭、刀具、磨盤等。
相比之下，化學(xué)氣相沉淀法可以大幅改善這些缺陷。
這種方法同樣需要晶種，經(jīng)過機械拋光、酸處理等方式處理掉表面雜質(zhì)后。
放在只有十分之一大氣壓的真空室中，注入甲烷氣體和氫氣，通過微波等方式加熱到 800~1000℃。
此時，甲烷會分解出碳原子，形成等離子體，降落在底部的晶種上，沉淀結(jié)晶，能以每小時0.006mm 的速度生長，不出兩天，就會獲得一顆周圍包裹著石墨的鉆石。
這種方法合成的鉆石能達到高級天然鉆石的顏色和純凈度，克拉數(shù)也更高。
2017年，德國奧格斯堡大學(xué)合成出了一塊直徑 92mm、155 克拉的鉆石。
合成鉆石也是貨真價實的鉆石，成分、結(jié)構(gòu)與天然鉆石完全相同。
兩者只能通過非常特殊的方式區(qū)分，比如在陰極發(fā)光儀下，前者的生長紋理呈幾何狀，而后者呈環(huán)帶狀。
從 2006 年開始，GIA 等珠寶機構(gòu)開始提供鑒定服務(wù)并發(fā)放證書，主要為了防止商家用價格較低的合成鉆石冒充天然鉆石銷售。
2017 年，合成鉆石的平均售價只比天然鉆石便宜 10~20%，一年之后，這個差距已經(jīng)拉開到 30~40% 。
而這個差距將越來越大，因為，中國人來了。
中國的工業(yè)級合成鉆石年產(chǎn)量占世界份額 90% 以上，而且集中于河南省的三家公司。
但以豫金剛石為例，除了傳統(tǒng)的工業(yè)級金剛石，每年制造的無色寶石級鉆石也可達 200~300 萬克拉。
論技術(shù)實力，中國每年一千萬克拉的寶石級鉆石進口量很快就可以由河南一省來生產(chǎn)，不過，就看你愿不愿意買了。
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