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合成钻石与中国制造
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钻石,矿物学名称为金刚石,人类认识和利用钻石的历史有上千年了,随着对钻石认识的深入,人类逐步认识到,钻石不仅仅是财富、地位的象征,还有许多卓越的性能,这就激发了人类对钻石研究的兴趣,也期望能够实现钻石的人工生产,这是合成钻石的初衷,从十八世纪到十九世纪,英国、美国、法国等科学家都进行了很多探索,限于简陋的实验条件,理论上的研究不够等,当时没有成功。

到了二十世纪上半叶,工业上开始广泛应用钻石原料,特别是发明了金刚石钻具和钻头之后,让金刚石步入了世界上消耗最大的领域,包括建材、钻探等。

美国在第二次世界大战期间,对金刚石工业的需求增大,但是美国天然的金刚石矿稀缺,靠国外进口,促成了美国在人工合成金刚石技术上取得的较大进展。

1954年,美国通用电气公司(GE)成功合成出金刚石,且产量稳定,并持有合成金刚石专利。

1957年起,美国通用电气合成金刚石的方法已经成熟,可以批量生产,产量稳定,大量用于工业生产金刚石。我国金刚石最初通过苏联从非洲进口,1961年地矿部提出,由机械工业部承担合成金刚石设备的研制,由北京通用器械研究所和郑州磨料磨削磨具研究所负责承担,1965年郑州磨料磨削磨具研究所、济南铸锻所和上海材料研究所成功研发铰链式六压砧超高温高压设备,就是我们常说的六面顶,这种设备成为我国合成金刚石的主导设备,到1966年启用并进行生产,当年我国合成金刚石产量达到了1万克拉。

在合成金刚石方面,1966年贵阳建立第六砂轮厂,是目前国内生产超硬磨料磨具、合成金刚石的主导和重要生产厂。

合成钻石从1957年进入工业应用,但都是小颗粒的,达不到宝石级的应用,无法体现工业用途。1970年美国通用电气首次合成大颗粒的宝石级钻石,实现了钻石合成史上的突破,但合成钻石的成本不亚于天然钻石的开采成本,甚至更高。

2000年,可切磨的人工合成钻石只有3500克拉,占天然钻石的1%,今天钻石合成技术相当发达,真正能够合成宝石的国家有美国、俄罗斯、中国、日本等,从合成钻石来说,合成钻石的方法主要有高温高压法法(HPHT),以及化学气相沉积法(CVD),高温高压法自上世纪50年代开始,是成熟的方法,最大的缺陷是对设备要求很高。化学气相沉积法,在高温的条件下利用含碳的气体如甲烷离解,产生的碳原子在基体沉淀得到小颗粒的钻石膜,基体可以是小块的钻石或者是其它材料,此方法对设备的要求相对于高温高压法要简单得多。最近几年,才获得宝石级的钻石。2012年郑州华金金刚石股份有限公司、中原工学院、郑州磨料磨削磨具研究所联合申报触媒法合成高品级金刚石关键设备与成套工艺技术开发,获得了2011年度国家科技进步二等奖,标志着中国大颗粒高品质的金刚石合成取得了突破,2013年山东贝斯特环境技术有限公司宣布成功生产出粒径厘米级的大颗粒合成钻石,中国成为世界大颗粒钻石的主要产地,目前世界上90%以上高色级、高净度、强硬度合成钻石产自中国。我们所说的中国人工金刚石产量世界第一,都是指用于工业用途的粉末、砂粒级的金刚石;而用于首饰领域的宝石级金刚石,就是我们所说的钻石,由于技术基础雄厚,加之近几年的研发深入,中国宝石级金刚石的培育生产也居于世界前列。在2013年中国钻石首饰重要产业基地深圳爆发了钻石行业的“非典”事件,大量的小粒人工钻石被当做天然钻石混入各大首饰加工厂,珠宝首饰检测行业将人工合成钻石的筛查加入到检测的项目中。中国高温高压法宝石级钻石合成钻石是中国制造的代表,目前为止,世界上包括美国、日本、韩国、伊朗、印度等都是使用中国制造的六面顶碾压机合成金刚石,可以说中国的六面顶碾压机荣耀世界,是名符其实的中国制造之光。从金刚石的产量来看,截止2018年底,中国金刚石的产量连续18年稳居世界第一,全国目前有大小600余家金刚石生产厂,绝大部分分布于河南。合成钻石的中国制造技术到底有多强,戴比尔斯为了迎接中国钻石,将他有名的广告语“A diamond is forever”改为“Real is Rare,Real is Diamond”,从“钻石恒久远 一颗永流传”,到“真实是稀有的,真实是钻石”,体现了中国的合成钻石对钻石市场的冲击。


   (作者单位:局实验室)

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