如何形成?

HPHT鑽石(高溫高壓法)

HPHT是一種較為傳統的鑽石培育方法,此法是透過實驗室內的特殊裝置,來模擬地球深處天然鑽石形成時的高壓高溫環境(約5萬大氣壓力、1300~1600°C),用裝置內的碳材料製造培育鑽石。

HPHT鑽石的生長過程:

  1. 將鑽石晶種置於專門打造的壓力條件下。
  2. 將生長室加熱至1300~1600°C,壓力高於5萬大氣壓。
  3. 熔融金屬(鐵、鎳、鈷等元素)將高純度碳源分解。
  4. 碳原子沉積在一小塊鑽石晶種上,培育鑽石開始生長,結晶過程需要數天至數週時間,以形成一個或多個晶體。

製造無色的HPHT培育鑽石曾是一大難題,因為氮會使鑽石變黃,過去技術尚未成熟時,培育出的鑽石會呈橙色、黃色不等,但多年來,隨著技術進步,HPHT培育鑽石的顏色不斷改善。除了使用於生長鑽石之外,HPHT法還可應用於改變天然鑽石的顏色,使其變為無色、粉紅色、綠色、藍色或黃色。

以HPHT法培育鑽石,鑽石的顏色等級通常可以達到D、E、F無色,少部分技術尚未成熟之實驗室會出現H級以下的顏色;淨度方面多半是 VS~SI 等級。高淨度的無色鑽石需要更長的生長時間,其生長所需溫度和壓力條件也需要得到更精準的控制。

 

CVD鑽石(化學氣相沉積法) 

前文提到的高溫高壓法,培育鑽石過程緩慢,於是到了1960年,為了改善HPHT生產方式的缺點,科學家發展出化學蒸氣沉澱法(CVD),是更為新型的鑽石培育方法。

CVD 鑽石的生長過程:

  1.  將鑽石晶種置於鑽石生長室中(真空環境),並去除一切雜質。
  2. 生長室中注入甲烷和氫氣
  3. 將生長室加熱至900~1200°C。
  4. 啟動高功率微波,使碳原子與氫原子分開。
  5. 游離的碳原子逐漸附著到晶種上,慢漫沉積成結晶狀的鑽石,並複製晶種的結構生長。

大多數CVD培育鑽石最初都是褐色的,但也可以生產出近無色或呈淺黃色的晶體,有時帶有石墨邊緣。HPHT可用於改善CVD鑽石的顏色,使鑽石顏色達到近乎無色的範圍。被選擇切磨成寶石的「無色」CVD鑽石,其淨度往往比天然鑽石高,大多在VVS2至VS1之間。

 

【文章轉載自, HKJMA.】