超硬材料网

       央广网北京9月16日消息（总台中国之声记者富赜）据中央广播电视总台中国之声《新闻超链接》报道，近日，可年产70万克拉金刚石的国内最大CVD金刚石生产基地在河南郑州开建。上世纪50年代，我国在人造金刚石领域还是一片空白，主要依赖进口，而如今，我国金刚石产量已经突破200亿克拉，占全球总产量的90%以上，实现跨越式发展。

       很多朋友对金刚石的第一印象，就是所谓的人造钻石，天然钻石和人造钻石到底有什么区别？除了作为珠宝的观赏价值之外，金刚石还有哪些我们意想不到的重要作用？手机镶钻，在未来可能成为常态？

       培育钻石和天然钻石有啥不一样？

       郑州三磨所功能金刚石事业部负责人吴晓磊介绍，从材料角度而言，培育钻石和天然钻石没有任何区别，都是纯碳构成的晶体，物理、化学和光学性质都相同。其区别在于形成的过程不同。

       天然钻石的生长环境通常为1100℃~1600℃、压力为5~8GPa，相当于在150~200公里深的地下，经过上亿年的生长，最终由火山活动带至地表被人类开采。而培育钻石是通过人工模拟天然钻石的生长环境培育出来的钻石。如果说天然钻石是自然条件下结成的冰块，那培育钻石就是冰箱里冻成的冰块。

       天然钻石和培育钻石二者无法通过肉眼或简单设备鉴别，必须借助精密仪器。但事实上，培育钻石是真正的钻石也早已得到了普遍承认。吴晓磊指出，早在2018年，美国联邦贸易委员会就更改了沿用60余年的钻石定义，将“天然”二字从钻石定义中删除，变相承认了培育钻石也是真正的钻石。

       天然钻石一般从克拉重量（CARAT WEIGHT）、净度（CLARITY）、色泽（COLOR）、切工（CUT）4个方面对钻石产品进行评价鉴定，简称为钻石的4C评价标准。曾经这一标准被天然钻石独享，目前也正接受来自培育钻石的挑战。并且培育钻石不同于打钻石“擦边球”的莫桑钻和锆石等，而是与天然钻石进行正大光明的正面竞争。

       实验室里钻石如何“生长”？

       吴晓磊介绍，目前培育钻石有两种技术路径。一是传统的高温高压法（HPHT），通过六面顶压机，在1300℃、6GPa以上的高温高压环境下，以石墨为原材料，在催化剂的作用下将石墨转化为钻石原石。二是微波等离子体化学气相沉淀法（MPCVD），在充满氢气和甲烷等含碳气体的真空室内，用微波能量源将气体电离成等离子态，碳原子向较冷、平坦的钻石种子板扩散结晶，实现金刚石晶体的增长。

       方法不同，“生长”出来的钻石品质也有差异。就目前技术而言，高温高压法适合于合成磨成品重量较小的培育钻石，通常重量小于1.5克拉，合成单晶尺寸小于10mm，无法用于合成2~6英寸等大尺寸的光学材料和导热材料。并且合成的单晶形状不规则，由于催化剂的存在，杂质含量也偏高。而微波等离子体化学气相沉积法则适合2克拉以上甚至20克拉的培育钻石，单晶尺寸也大于10mm，形状也较规则。并且由于输入的气体纯度可控，杂质含量较少，可用来合成2~6英寸的金刚石光学材料和导热材料。

       不同的技术路线也面临不同的挑战。高温高压法主要面对的是，如何加快大型化六面顶压机的开发，以及如何快速突破新型的密封、传压介质、顶锤材料同步控制等相关技术，以开发更大或更小粒度金刚石单晶。而微波等离子体化学气相沉积法存在的挑战是如何快速研制出高可靠性的高功率MPCVD装备，以及如何快速开发系列材料，加快金刚石功能化应用进程。

       “手机镶钻”不是梦

       俗话说：“没有金刚钻别揽瓷器活”，中间的金刚钻指的就是金刚石。除了做成观赏的饰品钻石之外，小到门窗的玻璃切割，大到工业机床用的切磨抛工具，金刚石被广泛应用于工业加工制作的各个领域，被称为“工业牙齿”。

       除了利用金刚石超高硬度的力学性能制作成机床工具之外，利用优异的光学性能还可以制作成光学窗口材料，利用超高导热性能则可制作成半导体散热衬底材料。金刚石的热导率能达到铜的5倍以上，未来随着金刚石成本的降低，手机电脑中的散热材料都可能用到金刚石，“手机镶钻”有机会成为常态。

       吴晓磊表示，我国在高温高压法合成金刚石领域具备领先的产业规模、产业链和技术等方面的优势，在化学气相沉淀、合成装备、合成技术等方面也取得了一定进展，但在光学材料、导热材料、电子金刚石等功能金刚石领域与国外还有一定的差距。目前我国的CVD金刚石生产基地正在建设，希望建成后能为生活和工业发展带来更多的可能。