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什么是低温高压法(HPHT)生长培养钻石

不晓得你能否听过生命钻石、怀念钻石亦或是听起来有点吓人的骨灰钻石?先别惧怕,由于钻石是纯碳素组成的物质,而头发或骨骼内里含有少量的碳元素,因而迷信家从人或植物的毛发、骨骼,提取出此中的碳元素,经过低温高压(HPHT)法,培养出这种带有特别怀念意义的培养钻石


低温高压(HPHT)怎样“长”钻石?

HPHT,全称为High Pressure High Temperature,也便是低温高压。先明白一点的是,HPHT这个术语在钻石中有HPHT培养钻石(HPHT lab-grown diamond)和HPHT改色处置(HPHT treated processed)两个观点,好比褐色钻石经过HPHT改色处置可以酿成黄色大概无色钻石。

而低温高压法(HPHT)与化学气相堆积法(CVD)(下期介绍CVD,敬请等待)是现在产业大范围消费中最常用的两种生长办法。

依据《分解钻石判定与分级》集团尺度(Q/NGTC-J-SZ-0001—2019)的界说:低温高压法分解钻石是指模仿自然金刚石的生长情况,以石墨、金刚石粉或石墨-金刚石粉为碳源,在低温高压、金属触媒等生长情况中构成的等轴晶系晶质体,简称为HPHT分解钻石,或HPHT培养钻石。

详细来讲,其生长历程便是在顶压机生长舱低温区放入高纯度的石墨等作为碳源,在高温区安排自然或培养钻石籽晶。在肯定温度梯度驱动下,碳素将从低温处的高浓度区向高温处的低浓度区分散,并在高温籽晶处于过饱和而结晶,经过籽晶,就像种子一样一点点“抽芽长大”。以是这种办法也叫晶种温度梯度法。

低温高压(其压力一样平常为10-20GPa,温度一样平常在1400-1700℃)可以间接使石墨变化成钻石,但由于在生长历程中必要十分高的温度和压力,技能难度很大,以是现在产业化生长历程中,都市参加金属触媒(如Fe、Ni、Mn、Co等及其合金),作为催化剂(或助熔剂),可以低落生长温度和压力,改进反响条件,加速反响速率(通常压力在5-6GPa,温度为1300-1600℃)。

一样平常十几个小时后,HPHT培养钻石就生长完成。不外这时分的钻石外表会被碳素和金属触媒包裹,必要经过酸洗溶液(由90%的浓硫酸和10%浓硝酸分配而成)将这些杂质去除。经酸洗去除杂质后钻石原石外表会留下HPHT培养钻石特有的“生长陈迹”。

中国可以“长”钻石吗?


HPHT法汗青最早可以追溯到1953年,瑞典一家名为ASEA的电气公司乐成分解出了金刚石微晶。

1954年,美国通用电气公司(简称GE公司)将石墨与金属触媒混淆,在1300-1500K和6-8GPa下乐成制备出金刚石,1955年取得专利权。

1957年,GE公司经过实行研讨证明,若参加氧化硼、氮化锂等金属触媒,可低落分解压力和温度至4-7GPa和1200℃-1700℃。[5]

俄罗斯在1967年也掌握了分解产业级钻石晶体技能。

中国在1964年利用200吨级的两面顶压机,初次乐成分解天然钻石。

1965年,中国乐成研发六面顶压机。今后这种设置装备摆设成为了我国超硬质料分解的主导设置装备摆设。相较于外洋兴旺国度次要利用的两面顶压机来说,我国自主研发的六面顶压机具有升压、卸压速率快,良品率高、可操纵性强的良好性。单台设置装备摆设消费周期仅需24-32小时。
中国六面顶压机的杰出功能吸引了浩繁国度和企业喜爱,美国US SYNTHETIC公司、TRIBOCOL(特博克)公司、戴比尔斯旗下ELEMENT SIX公司,俄罗斯的新钻科技公司,日本住友电工、昭和电工,韩国ILJIN公司、ADICO公司,伊朗、印度等都购置了中国产的大型六面顶压机。[6]

中国不但能“长”钻石,现在照旧低温高压法分解金刚石的第一大消费国,分解金刚石产量一连18年稳居天下第一,宝石级分解金刚石——培养钻石的消费也不停处于天下前线,消费制造技能与才能在国际财产开展中起到不行无视的作用。

低温高压技能能“长”多大的钻石?

低温高压分解金刚石技能劈头于上世纪50年月,最后次要使用于航空和军工,在近来十年间才完成了技能上质的奔腾,宝石级另外分解钻石在品格和本钱上到达了可市场化的程度。

1971年,GE公司接纳晶种温度梯度法初次分解出5mm(约1ct)宝石级黄色单晶金刚石。

1990年,DeBeers分解出11.14ct的宝石级金刚石,1996年又分解出最长16mm(25ct)的宝石级金刚石。

2001年,美国Gemesis公司使用BARS压机乐成分解出黄色宝石级金刚石,3天半就能生长2.8ct,并于2003年景功将切磨后的黄色宝石级钻石推向市场。

2001年,日本住友公司用大晶种法生长出10mm(7-8ct)的宝石级金刚石,大幅进步了晶体生长速率,而且明显低落晶体缺陷。

2002年,吉林大学起首接纳国产六面顶压机技能分解出4.5mm黄色金刚石单晶体。成为继美国,日本,英国,俄罗斯后,拥有自主自觉HPHT宝石级金刚石技能的国度。现在,国际郑州华晶金刚石有限公司[yǒu xiàn gōng sī]、中南钻石有限公司、河南黄河旋风有限公司[yǒu xiàn gōng sī]等大型人工金刚石企业均已乐成研产生产出大颗粒培养钻石。

2015年,俄罗斯New Diamond Technology (简称NDT)公司用中国六面顶压机消费出分量高达32.26ct,事先最大的无色低温高压原石。

切磨后的制品最大10.02ct E/VS1,大局部为1-3ct,D-F颜色,IF-VVS净度。

同年,NDT又乐成培养出事先最大的HPHT蓝色培养钻石,切割制品分量到达5.03ct。

2018年,NDT钻石生长技能失掉进一步打破,乐成培养出重达 55.94ct 的亮黄色单晶原石。切割后的制品钻石重达 20.22ct。
2019年,国际豫西团体中南钻石公司已掌握了20ct以内大尺寸低温高压培养钻石单晶分解技能,掌握了黄色、蓝色、绿色、紫-白色等黑色培养钻石消费技能。

2020年4月,河南省力气钻石有限公司[yǒu xiàn gōng sī]打破掌握 5ct 白色培养钻石生长技能。

现在,中国批量消费HPHT培养钻石技能已到达天下前线程度。据报道,2018年中国宝石级培养钻石产量到达130万克拉,产量占有环球总量的90%以上,曾经成为环球培养钻石最大的质料消费国[9]。新华社撰文评价,“中国制造”无望重塑环球钻石格式。





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