小編:湯峻
昨天夜裏,一則新聞刷爆了珠寶同行的朋友圈:戴比爾斯集團宣布推出一家名爲Lightbox Jewelry的新公司,該公司將于今年9月份開始銷售合成鑽石(實驗室生長的鑽石)首飾,爲消費者提供比現更便宜的高品質合成鑽石。合成鑽石價格爲0.25ct的鑽石200美元(約1400元人民幣),1.00ct的800美元(約5600人民幣),並且這些合成鑽石包括藍色、粉色的彩色鑽石……
戴比爾斯公司文件原文
New York Times報道
小編看到這則消息,立馬有一種合成鑽石將要崛起的感覺。無論對于消費者,還是鑒定人員、珠寶商人以及生産商,合成鑽石的登陸將引起一場巨大的市場變革。接下來我們來聊聊合成鑽石的那些事兒。
鑽石的來曆
目前,市場上的鑽石可分爲真鑽石和仿(假)鑽石,其中真鑽石包括天然鑽石與合成鑽石;仿鑽石包括合成立方氧化锆(蘇聯鑽)與碳化硅(莫桑石)。
天然鑽石在地球內特定的溫度、特定的壓力以及一定含量及比率的鐵族元素和石墨或碳,才會生成鑽石,再剛好有火山爆發,才能將鑽石帶到地表,只有古老的克拉通地層才有鑽石生成。地球漫長的地質年代中,最後一次帶有鑽石的火山爆發在四千萬年前。絕大多數的火山爆發沒有帶鑽石上來。隨著人類的科技進步,全地球陸地上的鑽石礦幾乎都被找到(南極洲尚未探測),海底地層因爲地殼太薄,不會生成鑽石。
地球上鑽石的總儲量約爲二十多億克拉,其中1/5左右爲寶石級,現在每年的開采量約1億克拉,所以在幾十年後天然鑽石將被開采殆盡。因此,合成鑽石的出現即順應形勢。
合成鑽石的方法
現今合成鑽石的方法有兩種:高溫高壓合成法(HPHT)和化學氣相沉澱法(CVD)。
HPHT法合成鑽石,顧名思義,即模擬地球深部的鑽石生長的環境,在特定的高溫和特定的高壓下合成出鑽石的方法。這種方法所用的儀器有三種,兩面頂(Belt Apparatus)、分離球式(BARS)和六面頂(Cubic Presser)。
HPHT法合成鑽石的六面頂儀器
六面頂內部結構
Gemsis HPHT黃色合成鑽石
俄羅斯2015年5月公布10.02 E/VS1克拉HPHT無色合成鑽石
合成鑽石
合成鑽石的種晶板
碳氫化合物如甲烷在氣態條件下受等離子體的高能解離,生成原子層級的碳離子沉積在加熱的固態基體表面,進而制得多晶或單晶鑽石的工藝技術,稱爲化學氣相沉積法合成鑽石(CVD)。
CVD法生長多晶金剛石膜在1980年代中期問世,單晶CVD金剛石在1990年代末開始有人研發,至2000年代初由元素六、卡耐基、阿波羅等公司生長成功,但未能形成市場銷售。2012年初由新加坡的IIa公司將微波等離子體化學氣相沉積法生長出的無色高品質,從小鑽到克拉級的首飾鑽石商品化,其售價較同級天然鑽石低1/3至1/2,對天然鑽石市場引起了震撼。實際上,單晶首飾鑽石只是CVD功能的一小部分,大面積6-8英寸直徑的多晶金剛石膜在聲、化、光、熱、電方面,有更多、更重要的用途。這種方法所用的反應爐有三種:熱絲(Hot Filament)、直流電弧噴射(DC Arc Jet)、微波等離子(Microwave Plasma)。
Microwave Plasma
DC ARC JET CVD爐
DC ARC JET CVD爐
DC ARC JET合成的鑽石
CVD合成鑽石
鑽石培育流程過程
合成鑽石的鑒定
1. 顯微鏡放大觀察
包裹體:(1)裂紋:羽裂紋表面呈绉折狀;(2)黑點:碳或石墨點表面呈棉花球狀;(3)近表面黑點群:CVD原石表面的黑色多晶雜質點群未切幹淨,留在成品鑽石近表面處。
合成鑽表面的羽裂紋
內部黑點
CVD合成鑽石近表面黑點
1. 紫外-可見-近紅外光譜
利用UV-Vis-NIR光譜中N3色心415nm吸收峰作爲鑒別特征,可以將天然鑽石中占98%的Ia型鑽石先確定,將其余2%沒有415nm峰的鑽石過濾出來,作進一步檢測。DiamondSure及其他多種儀器即利用此原理。
不同公司合成鑽石的光譜特征
3. 正交偏光圖像
CVD鑽石的生長原理是一顆顆具有4個空鍵的碳原子,連續由上而下沉積在鑽石晶種片上。所以CVD鑽石是在真空下,由下而上平行柱狀生長的,在柱與柱之間充滿了應力,正交偏光下可以看到整個鑽石內部布滿了柱狀生長結構。
4. 陰極放光圖像
CVD鑽石生長後未經HPHT處理,陰級發光圖相的顔色爲橘至紫色,HPHT處理程度的加深,顔色轉爲綠、藍。絕大多數天然鑽石顯出藍色,故陰級發光圖相不適合用來鑒別CVD鑽石。
(1) DiamondView
戴比爾斯推出的DiamondView是用230nm短波紫外光照射在鑽石表面,激發出鑽石表面因成分、生長結構不同而産生表面的不同顔色圖案及生長結構紋理,有馬耳他十字或方形生長紋理,即爲HPHT合成鑽石的鑒定特征。如果有貝殼狀、平行柱狀紋路,即爲CVD合成鑽石的鑒定特征,天然鑽石的紋理是億萬年不斷溶蝕、生長較不規則的圖案。
(2) DiamondPlus
光致發光譜PL Spectrum,液氮低溫下測試。737nm 峰, 由Si-V 色心産生,Gemesis (IIa Company) 生産之CVD鑽石有737峰,Apollo 及Element 6生産之CVD鑽石沒有737峰。
5. 合成鑽石常用快速檢測儀器原理
(1)N3色心415nm,天然鑽石片晶氮IaB型。天然鑽石98%有415nm吸收峰。
(2)深紫外光穿透量。所有無色鑽石均判爲合成;所有近無色鑽石均判爲天然。
(3)含硼發出磷光。HPHT生長時的原料石墨均含有微量的硼而發出磷光。
鑽石快速檢測所使用的儀器
合成鑽石的市場近況
(1) 多年以來,市場上有黃色及各種彩色HPHT合成鑽石銷售,因爲是彩色,所以市場接受度不高。
(2) 1998年俄羅斯生長成功無色合成鑽石,但因淨度不好且價格高,市場亦無法正式銷售,冒充天然鑽石銷售。
(3) 美國Gemsis公司經過十余年的努力,做出極好品質的黃鑽,但市場不接受而于2011年倒閉。
(4) 2012年起,新加坡IIa公司CVD無色合成鑽石開始在美國上市,引起珠寶市場的關注,少量混入天然鑽石,有中、大尺寸近無色的人造鑽石被當做天然鑽石銷售。
(5) 高溫高壓溫差晶種法生長的0.03克拉以下無色小鑽于2014年中上市,品質及價格符合于市場需求,絕大部分混在天然小鑽以稍低于天然小鑽10-20%的價格大量供應市場。
(6) 2015年秋天磷光檢測HPHT生長鑽石研發成功,無法混入天然鑽石一起銷售,市場停滯,但價格已降到天然鑽石的一半,等待市場的成熟後即可大量銷售。
合成鑽石的正式登陸,說明合成鑽石的品質越來越高,産能巨大,由戴比爾斯這樣的鑽石巨頭介入,引領合成鑽石市場,一定是一場巨大的市場變革和突破!一方面合成鑽石的低價格滿足了廣大年輕一代的消費需求,身邊的你我他都應該可以買到一兩卡,甚至是五六卡的鑽石,另一方面,合成鑽石也會對天然鑽石的鑒定工作帶來挑戰,由此鑒定鑽石費用的提升也會影響到鑽石的價格,另外,若其産量減少一定也會引起天然鑽石價格的大幅度提升。彭博財經的專欄評論:戴比爾斯永遠在追求利益最大化,此事證明合成鑽石的正式登陸,兩級分化市場即將來臨。