CVD鑽石

人造鑽石是一種由直徑10到30納米的鑽石結晶聚合而成的多結晶鑽石，早期的人造鑽石由於空氣中的氮原子進鑽石晶體而呈淡淡的糖稀顏色，經過科學家的改良製作方法，生產的人造鑽石在外觀上和自然鑽石沒有任何差異。

由於天生環境的不同，人造鑽石的的分子結構並不是自然鑽石的完全八面體結構而是一種複雜結構，從而會產生磷光現象。隨着人造鑽石生產技術的成熟，其造價低廉，且可以製作出各種顏色的鑽石而在珠寶市場上嶄露頭角。固然出自實驗室或工廠的人工合成鑽石已有幾十年的歷史，但是具備寶石質量的人造鑽石是近年才出現的。本來人造鑽石主要用於製造切割工具等產業用途上，同樣也被使用在珠寶首飾上。

由於CVD鑽石的顏色等級不高，通常只有H色以下。所以常使用中子輻射改色技術來提高鑽石顏色等級。

在輻射改色鑽石的過程中，當輻射粒子進入寶石與晶體中的碳原子發生彈性碰撞，在碰撞過程中，彼此間發生能量轉移， 從而使碰撞粒子的運動狀態發生顯著的變化，將鑽石中的碳原子從其初始位置激離，從而產生GR1 色心( 中性的碳空位)。要使鑽石形成離子缺陷，輻射粒子必須給予晶格原子足夠的動能，碳原子才能克服其周圍原子形成的勢壘，離開原來的晶格，進入鄰近的填隙位置。

但是由國家核事故醫學應急專家組郭主任的論文得知：中子輻射改色CVD人造鑽石應屬放射性物質, 放射性半衰期為 87.72 天, 輻射改色後的CVD人造鑽石製品至少應貯存 2 ～ 3 年後使用, 對消費者才可能是足夠安全的。

參考標準：

1.中華人民共和國國家標準,GB8703—88, 輻射防護規定.1988

2.中華人民共和國國家標準, GB4792—84, 放射衞生防護基本標準. 1984

因此，一些技術實力完善的企業和實驗室開始採用PECVD技術來生產鑽石。

PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) 是指 等離子體增強化學氣相沉積法

PECVD鑽石無需輻射改色，可以直接達到DEF色。

國內近些年來陸續出現多種商用型單晶金剛石 PECVD 設備，其中具有代表性的是西安交通大學王宏興教授團隊自主研發的圓柱諧振腔式 PECVD 系統，生長 PECVD鑽石質量高、工藝穩定、重複性好。

同時，武漢工程大學在 PECVD 鑽石生長設備上也有一定研究，北京科技大學利用直流電弧等離子噴射設備生長鑽石，西南科技大學採用環形諧振腔式 PECVD 對鑽石進行摻雜生長。

公平交易的法則要求人造鑽石商在銷售時如實説明其質量實況，並用一般接受的詞彙來描述，如“人工合成”、“人造”或“實驗室製造”。幾乎所有的人造鑽石都屬於Ib型，而此類型在自然鑽石中只佔不足百分之二。有一種不很昂貴的設備能驗證Ib型的鑽石，但要確定一顆鑽石是否是人工合成的，則依靠於合資格的寶石實驗室的檢測。

1954年，人造鑽石首次成功合成，當時，一批美國CVD鑽石公司的研究員在實驗室裏製造出一顆鑽石，他們仿造鑽石在自然界形成的環境，給碳加以極度的高温順高壓。

同樣在上個世紀五十年代，另一種製造合成鑽石的方法被研發成功，這種化學氣相沉積（CVD）的方法，在很低壓力和相對低的温度下，將碳從含碳的混合氣體沉積成鑽石基體。

人造鑽石的品質精良外貌與自然鑽石難以區分。剛開始的時候由於人造鑽石技術不夠精良，鑽石商可以用非常簡單的方法確認鑽石是否在實驗室培養長大，他們用的是強力磁鐵，由於人造鑽石內部有培養過程殘留的金屬結晶，強力磁鐵便能將鑽石吸起。可是隨着人造鑽石技術的不斷成熟，原來的老辦法已經失效了。

前不久，美國著名的寶石級別人造鑽石生產商將推出其人造鑽石珠寶產品線，所有鑽石都必須經過IGI鑑定才能銷售。人造鑽石的等級已經可以達到半克拉以上,H色和VS級別以上。 人造鑽石證書上會清楚註明該鑽石是人造鑽石，與自然鑽石不同，保護消費者利益。消費者切忌貪圖便宜購買來歷不明未經認證的鑽石以免上當受騙. 在2300℃、15到18萬個大氣壓的高温高壓環境下，在中心放一顆很小的自然鑽石作為種子，在種鑽四周是高温金屬液體，在金屬溶液的上層是石墨，在這種環境下石墨中的碳原子會從金屬原子中列隊走向鑽石從而形成新的鑽石。這個俄羅斯的研究小組在冷戰結束後由於經費題目而使人造鑽石研究一度停止，後來隨着美國珠寶商的注資又重新恢復過來。

2005年美國的人造鑽石生產線的產能達到每小時5克拉。近期，俄羅斯的科學家們已經研製出了直徑在3毫米左右與自然鑽石晶體結構完全一致的人工鑽石。相信隨着研究的深進，在不遠的將來就可以造出與自然鑽石一樣的人工鑽石。

1、高温超高壓合成法 UPHT(ultrahigh pressure high temperature ):温度和壓力還是製造晶體的兩項關鍵因素,其方法是在陶瓷容器中而不是在地下製造鑽石,水壓提供高壓,電力產生高温,使碳圍繞着直徑為1毫米,由自然鑽石製成的籽晶而形成晶體.

2、化學氣相澱積合成法PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ):使天然氣和氫氣加熱後,在洗碗機大小的壓力室裏形成一種碳等離子體,該等離子體不斷沉積在壓力室底部的碳底層上,並逐漸積聚和硬化,形成鑽石薄片,進而切割成寶石外形. 尺寸達8.2mm的高質量黃色鑽石，該樣品為內地重量和尺寸最大的人造金剛石單晶。此項成果標誌着在國內人工合成鑽石（寶石級金剛石）領域已處於領先地位。

據瞭解，優質寶石級金剛石單晶作為一種戰略性資源，在產業、科技及國防等眾多領域具有重要應用，市場遠景廣闊。此前，世界上僅有美國、英國、日本等幾個發達國家能夠合成寶石級金剛石單晶。巨大的貿易價值使得寶石級金剛石單晶的合成技術長期以來一直受到嚴密的封閉。經過長期、大量的探索，成功把握了合成優質寶石級金剛石單晶的核心技術，實現了3-8mm優質金剛石單晶的批量化生產，合成實驗的重複性超過90%。已成功合成出黃色、藍色、綠色及無色透明的優質寶石級金剛石樣品。近期將衝擊更大尺寸（預計10-15mm）的寶石級金剛石單晶，為我國寶石級金剛石高壓合成技術的發展做出新的貢獻。

合成鑽石是人類科技進步的結晶，是十分重要的人工合成晶體材料，可廣泛應用於國防軍工和民用領域，是良好的激光、半導體、超級研磨材料。合成鑽石作為珠寶材料，如果明確標註，則是符合國家標準要求及相關法律關於明示真實材質的要求，也將豐富珠寶品種，豐富人工寶石首飾市場。但如果將合成鑽石摻入天然鑽石中，充當天然鑽石銷售，勢必導致不符合標準要求、甚至違法欺詐等結果，導致企業品牌信譽損傷和不必要的經濟損失，甚至整個珠寶行業面臨行業信譽和消費信心的風險和挑戰。 ^[11] 

合成鑽石同天然鑽石在物理和化學性質基本相同，外觀基本一致，特別是無色的合成鑽石，無法用肉眼區分，常規寶石檢驗手段也無法區分，需藉助專業的設備排查。這對行業裏往常僅用放大鏡觀測的“買手”們來説，是嚴峻的挑戰，縱是資深的“買手”。對於這類鑽石，必須藉助專業儀器，經相關培訓的專業人員運用專業知識才能檢驗判定，由於對人員和儀器要求很高，國際上部分珠寶實驗室具備鑑別合成鑽石和自然鑽石的能力 ^{[11]  [13]}  。

主要鑑別特徵：

（1）內含物 具有不同形態合金包裹體，這些包裹體呈渾圓狀、棒狀、板狀、針狀等，其排列方式與內部生長區界限相關。包裹體還可呈微粒狀分散於整個晶體中。這些包裹體不透明，反射光下呈金黃色或玄色，具金屬光澤。種晶及種晶幻影區；種晶幻影區是在鑽石內部存在的沿四方形種晶片向外生長形成的、邊沿由相對明亮的細線構成的四方單錐狀生長區，無論種晶片是否在加工過程中被磨掉，該幻影區始終存在，在暗域場中或將鑽石置於浸液中觀察該現象表現更為清楚。

（2）顏色 盡大多數合成鑽石呈黃色、渴黃色（大多數）具沙漏狀色帶；而自然鑽石為無色、淺黃及其它顏色。

（3）吸收譜線 合成鑽石 缺失自然鑽石中無色－淺黃色系列具有415nm最為特徵 譜線。另外盡大部分自然鑽石為Ⅰa型，而合成鑽石主要為Ⅰb型，少數情況下有雙原子集合體氮存在。

（4）異常雙折射 正交偏光下，自然鑽石因生長及運移過程的複雜性表現出複雜的異常雙折射特徵，如不規則帶狀、波狀、斑塊狀和格子狀等，而合成鑽石異常雙折射表現較弱，某些合成鑽石呈十字形交叉的亮帶。

（5）發光特徵 紫外熒光： 有些合成鑽石在長波紫外光下呈惰性，在短波紫外光下顯示中等至強的黃綠色熒光，並且具分帶現象，與自然鑽石的熒光特徵不同。 陰極發光儀（電子激發下）：合成鑽石：顏色：黃色-黃綠色，規則分區（主方體、八面體區不同） 自然鑽石：藍色為主，層狀生長或複雜的生長形式

（6）晶形及表面特徵 合成鑽石常以八面體和立方體聚形為主體，並且可發育菱形十二面體、四角三八面體或三角三八面體晶面。 表面可能顯示樹枝狀生長紋或不規則的小丘或瘤狀物與自然鑽石不同。

檢測機構根據其機構的標準，或者相關國家標準，行業標準對CVD鑽石進行檢測和分級。培育鑽石/合成鑽石可以被進行鑽石4C分級以及鑽石光性能分級的 ^{[4]  [6]  [10]}  ，並由檢測機構出具鑽石證書 ^{[7]  [9]}  。

CVD（Chemical Vapor Deposition化學氣相沉澱）鑽石的影響

1. 顛覆對鑽石價值觀

過去號稱要百萬年才能結晶的昂貴鑽石，可以在實驗室中不到一週就製造完成，顛覆了一般人對鑽石的價值觀感。

2. 提升鑽石在各領域應用

以往鑽石因價格高昂，多半用作珠寶飾品。一旦可便宜製出高質量的鑽石，其應用價值，會迅速普及到各個領域。

專家預言廿一世紀最重要的發明將是會長大的鑽石。有朝一日，價廉物美的鑽石會取代硅在半導體的角色，使人類科技進入另一世界。

鑽石大量生產後，可更平價，且發展有更多元的功能。鑽石硬度高，具優異導熱及切割、研磨特性，可在醫療上及電子組件上有很好之應用。

合成鑽石：HPHT合成鑽石大多為Ⅰb型；CVD合成鑽石都是Ⅱ型的。主要用於區分改色鑽石。但就從科技發展本身的規律來看，所有的儀器並不可能成為終極武器。文獻資料顯示，還有更多的大型儀器和研究方法用於檢測合成鑽石及優化處理方法，例如，液氮冷卻技術用於可見光吸收檢測、紅外光譜檢測、光致發光光譜、激光拉曼光譜、陰極發光等等。

合成鑽石也可經過輻照和高温高壓處理獲得各種豔麗的顏色。按行規，人造鑽石需要在鑽石的腰部註明“人造”字樣，或是英文，或是中文，而這批100多粒的人造鑽石並沒有亮明身份，供貨商也未附帶任何產品説明，國內外均有人工鑽石的加工基地，加工地點相當隱蔽。鑽石難辨真假，市場上售賣的鑽石往往帶有專業機構出具的鑑定證書 ^[5]  。用老方法檢測易被“忽悠”，所以業內專家提醒消費者，人造鑽石價格便宜近兩成，且不具保值潛力，購買鑽石時應看清楚第三方檢測證書 ^[2]  。

高壓高温造人造鑽石

在實驗室有兩種製造人造鑽石的途徑。

這種方法較靈巧，是一種在高壓器裏製造鑽石。具體是在一個如洗碗機大小的高壓器裏，用化學氣體相沉積的方法來加熱天然氣和氫氣，接着便會產生一種碳化電漿，電漿隨後會像雨點一樣撒落在高壓器底部的碳化基片層上。電漿越積越多，而且慢慢變硬，最後形成像鑽石一樣的晶體，純且清亮。

在數十年的實驗之後，科學家終於可以“種”出實驗室培育鑽石/人造鑽石。 ^[2] 

大於2克拉的單晶鑽石很快就可以被“種”出來。科學家們已經成功掌握了造出10克拉單晶鑽石的方法，最厲害的是，這種鑽石在顏色和純淨度上甚至超過了真的礦產鑽石。在10年內，人造鑽石將會變得越來越便宜。2011年，第一顆鑽石半導體將會面市。

鑽石研究團隊對CVD培育鑽石最新品種進行了系統測試和研究。研究結果顯示，實驗室接收到的黃色CVD培育鑽石重量大多在1克拉~2克拉之間，最大的重量為1.81克拉，顏色從淡黃色到深褐黃色不等，其中不乏顏色較純正明亮的豔黃色，內部常含深色點狀包體或是深色呈層狀分佈包體。經檢測，該批次黃色CVD培育鑽石為Ib型，主要含孤氮原子，是CVD法生長的新品種。這些黃色培育鑽石是經CVD法生長後，再經高温高壓處理，以達到去除褐色調、提高鑽石透明度的目的 ^[14]  。