1. 人工合成钻石的原理
人工合成钻石的原理是通过模拟天然钻石形成的过程,将含有碳元素的物质放入高温高压环境下,经过数周或数月的时间内与金属催化剂反应,形成钻石的晶体结构。而这种形成方式就是模拟自然界形成钻石的原理。所以人工合成钻石的主成分也是碳元素。
2. 制备人造钻石的基本步骤
制备人造钻石的基本步骤如下:
原料处理:将富含含碳物质的原料处理,去除杂质。
高温高压处理:将原料放到主体反应的高温高压反应环境中。在此环境下,原料中的碳元素会开始形成类似钻石的结晶。高温高压环境的温度和压力大致为1500℃和高压5GPa左右,大约需要数周或数月的持续时间。
固化与取出:一旦反应过程完成,需要冷却系统,将物质取出并去除杂质。
切割与打磨:最后将成品进行切割与打磨,打造成最终的钻石宝石。
3. 制备人造钻石的方法分类
制备人造钻石的方法可以分为两种:
高压高温法(HPHT法):直接将碳气体或含碳物质放置于高温高压下进行反应,这是最早报道的人造合成钻石方法。HPHT法一般在6到8 GPa和1300到1700℃左右的条件下进行。
化学气相沉积法(CVD法):在低压条件下,利用气相反应在基底上进行晶体生长。物质输入到反应器内部通过化学方法挥发,化学反应后沉积于基底上。CVD法钻石晶体可以在比较宽阔的温度和压强范围内得到生长。
4. 人造钻石的优缺点
人造钻石的优缺点如下:
优点:首先它们可以成本更低,也更环保,更能持续供应。其次,它们还有其他有用的物理特性,如更高的热导率,以及可以选择更适合特定目的的颜色。此外,它们没有社会问题——即无“血钻”问题。
缺点:人造钻石的硬度不够天然钻石高,光折射率相对较低,克拉值较小。
5. 总结
人工合成钻石已经发展了数十年,较多地用于工业方面。但自从一般大众认识到它的存在,裸钻、结婚戒指等钻石珠宝也已经开始应用人工合成钻石。对于一些人们来说,人工合成钻石是珠宝界的一件“福音”,而对于一些珠宝爱好者,仍然认为钻石应该是自然界的杰作。