高溫高壓鑽石

鑽石有哪些種類及製作方法?該如何選則?

工業用的鑽石,也就是合成鑽石,其製作方法主要有三種高溫高壓 (HPHT)、爆炸法和CVD

1.高溫高壓

鑽石的成份為大家已知只有一種成分即為碳(C),石墨的成分一樣為碳(C),只是在結構上有所差異,石墨SP2結構為三向配位的二維分子面(CN=3),鑽石SP3結構為四向配位的三維分子體(CN=4),因此只要將石墨加給足夠的壓力跟溫度,亦即給予足夠的能量,予以適當的催化劑,即可將石墨轉換成為鑽石,一般來說轉換石墨成為鑽石需要1200-1500度C的高溫,同時合併要有5-7萬個大氣壓,這樣的設備主流的生產方式有兩種設備即兩面頂與六面頂兩種設備,但因六面頂生產成本及生產效率較兩面頂來得能夠降低成本,目前高溫高壓生產的鑽石,有超過九成都是以此方法生產

2. 爆炸法

爆炸法分為兩種一種為直接合成,是在密閉空間引燃炸藥,在空間內因氣體爆發大量的碳原子彼此互相一起撞擊產生高壓,且處於缺氧的情況下,將炸藥本身的碳原子瞬間壓成炸渣,此種方式所得到的鑽石顆粒極小比表面積極大,因此會吸附大量的雜質,這種直接合成法適用於生產單晶的奈米鑽石。

另一種爆炸法為以超音波震波件接著撞擊石墨,使其石墨在瞬間轉換為微米或是奈米鑽石,製造實為將石墨與銅粉均勻混合,並施以等靜壓法製成圓棒,圓棒以一內含真空隔層的鋼管密封,再加以數公噸的炸藥填塞於周圍,點燃炸藥後會把鋼管由一端擠壓到另一端,管內石墨會在瞬間經歷約數千度及20~30萬左右的大氣壓力,在數微秒內石墨會轉變成鑽石,這種製作方法出來的鑽石因含有大量缺陷的多晶體,外形如爆米花或馬鈴薯狀,因此此種方法多為生產多晶奈米或微米鑽石

3. CVD 氣相沈積法

氣相沈積法 (CVD) 鑽石是用一種較為新型的培育鑽石的方法,將含碳氣體(甲烷氣體)充滿真空室,真空室底部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,整個結晶過程會持續數週,所產生的片狀晶體通常會有黑色的粗糙邊緣,晶體也常呈現棕色,不過可以通過熱處理去除。運用CVD合成法培育的鑽石晶體大多呈褐色或淺灰色,但如果在真空室中加入少量氮或硼,則可培育出黃色,粉紅色- 橙色或藍色晶體,通過這種方法,也可能培育出無色晶體,但培育週期更長。通過CVD合成法培育而成的鑽石大部分是IIa型,而市面上大多數通過CVD合成法培育的無色鑽石都是經過HPHT退火脫色處理的棕色晶體。運用CVD合成法和運用HPHT合成法所培育出的鑽石具有不同的寶石學特性,運用CVD合成法培育出的鑽石往往具有更高的透明度,並且幾乎沒有內含微小的暗色

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