学习钻石与应用课程后对人造钻石的基本认识

学习钻石与应用课程后对人造钻石的基本认识罗伯特•林纳而斯在用树脂制取金刚石时偶然得到了第一颗人造钻石之后，人工制造这种世界上最珍贵的晶体的技术就已经不再是什么神秘的事，它从一件和炼金术同样神秘的事逐渐成为一项产业化的技术。由于有些矿物在自然界产出较少，不能满足工业生产的需要，从19世纪四十年代开始了人造矿物的研究。许多人造矿物的性能已接近或超过相应的天然矿物，有些人造矿物可以代替某些天然矿物，成本比开采天然矿物的成本还低，并且可以控制矿物的质量和大小。所以人造矿物的研究和生产发展很快。金刚石以其最大的硬度、半导体性质以及光彩夺目的光泽，分别应用于钻头切割、电子工业和宝石工业上。故人造金刚石的意义显得尤为重大。人造钻石是一种由直径10到30纳米的钻石结晶聚合而成的多结晶钻石，早期的人造钻石由于空气中的氮原子进入钻石晶体而呈淡淡的糖稀颜色，经过科学家的改良制作方法，现在生产的人造钻石在外观上和天然钻石没有任何差异，由于生成环境的不同，人造钻石的的分子结构并不是天然钻石的完全八面体结构而是一种复杂结构，从而会产生磷光现象。随着人造钻石生产技术的成熟，其造价低廉，且可以制作出各种颜色的钻石而在珠宝市场上崭露头角。人造金刚石是用超高压高温或其他人工方法，使非金刚石结构的碳发生相变转化而成的金刚石。与天然金刚石相比，它具有生产成本低，应用效果好的优点。由于非金属材料和其他硬脆材料，如大理石、花岗石、耐火材料、玻璃、陶瓷、混凝土等加工工业的发展，对锯片、钻头用金刚石质量的要求越来越高，需求量越来越大，目前世界上工业用金刚石的８５％以上已由人造金刚石代替。人造钻石的品质精良外貌与天然钻石难以区分。从原子结构上来说，人造钻石与天然钻石区别很小，其光学性能、物理性能和化学性能都是完全一样的，而由于制造过程在严格控制之下，人造钻石通常比天然钻石具有更高的纯度。刚开始的时候由于人造钻石技术不够精良，钻石商可以用非常简单的方法确认钻石是否在实验室培养长大，他们用的是强力磁铁，因为人造钻石内部有培养过程残留的金属结晶，强力磁铁便能将钻石吸起。可是随着人造钻石技术的不断成熟，原来的老办法已经失效了。人造钻石的鉴别需要专门的鉴定机构和鉴定仪器才能实现，又由于设计的科技和仪器成本十分高昂，目前国际上只有少数几家实验室具备鉴别合成钻石和天然钻石的能力，目前国际上人造钻石鉴定最权威的机构是IGI国际宝石学院和GIA美国宝石学院。由于人造金刚石在各个工业领域得到越来越广泛的应用，人造金刚石市场的总体需求将继续稳定增长，市场价格将稳中有降，用于加工非金属材料和工程建设的工业金刚石所占比重将继续占主要地位，锯片级粗颗粒高强度产品将继续走俏。根据各工业应用领域不同使用需求制定的产品系列以及专用产品系列、规格品种进一步完善，价格低廉的中低档人造金刚石磨料及工具产品在发展中国家将有较大发展。高技术产品不断涌现，工业用单晶大颗粒和纳米级超细微粉产品开始进入市场，采用单晶大颗粒人造金刚石制成单件钻石工具在工业上得到成功应用，表明人造金刚石在工业上全面取代天然金刚石的时代已经到来。低压气相沉积（ＣＶＤ）技术取得重大进展，金刚石膜作为新型结构材料和功能材料正进入市场，充分显示出人造金刚石新应用领域的广阔发展前景。静压法及金刚石压机仍是当今生产人造金刚石最主要的方法和装备，不同类型的合成设备各有所长，压机大型化是人造金刚石工业发展的必然趋向。动态法合成人造金刚石已走上工业化生产规模，新的合成方法（如液相外延法、激光法等）将引起人们的普遍关注。目前世界上生产人造金刚石的国家主要有：美国、南非、爱尔兰、瑞典、英国、德国、俄罗斯、乌克兰、亚美尼亚、日本、中国、罗马尼亚、波兰、捷克、朝鲜、希腊、印度等近２０个国家。在中国，河南理工大学材料学院超硬材料研究所成功合成出重2克拉、尺寸达8.2mm的高质量黄色钻石，该样品为目前内地重量和尺寸最大的人造金刚石单晶。此项成果标志着该校在国内人工合成钻石（宝石级金刚石）领域已处于领先地位。据了解，优质宝石级金刚石单晶作为一种战略性资源，在工业、科技及国防等众多领域具有重要应用，市场前景广阔。此前，世界上仅有美国、英国、日本等几个发达国家能够合成宝石级金刚石单晶。巨大的商业价值使得宝石级金刚石单晶的合成技术长期以来一直受到严密的封锁。河南理工大学材料学院超硬材料研究所经过长期、大量的探索，成功掌握了合成优质宝石级金刚石单晶的核心技术，实现了3-8mm优质金刚石单晶的批量化生产，合成实验的重复性超过90%。河南理工大学目前已成功合成出黄色、蓝色、绿色及无色透明的优质宝石级金刚石样品。近期该校将冲击更大尺寸（预计10-15mm）的宝石级金刚石单晶，为我国宝石级金刚石高压合成技术的发展做出新的贡献。随着世界科学技术不断发展，人造金刚石的工艺不断更新，人造金刚石工业在世界范围内受少数国家（公司）垄断的时代已经过去，生产布局向多极化方向发展，亚洲将成为新世纪初期人造金刚石工业发展“热点”地区。进入２１世纪，建材、地质、石油天然气、机电、汽车等行业都将需要大量的金刚石，人造金刚石市场需求将更加旺盛，前景更加辉煌。