科学家使用两种主要方法培育钻石:高压高温法(HPHT)和化学气相沉积法(CVD)。
高压高温法复制了地球地幔的自然条件,高压和高温使碳原子结晶成钻石。
相比之下,CVD 法是在较低的压力和较高的温度下,将气体中的碳原子沉积到钻石种子上。
科学家如何培育钻石?4 种主要方法解析
1.高压高温(HPHT)法
高压高温法是将一颗小的金刚石种子放在一个能产生极高压力(通常约为 5 GPa)和约 1500°C 温度的仪器中的一个胶囊里。
胶囊中含有碳源(通常是石墨)和铁、镍或钴等金属熔融助熔剂。
这种助熔剂有助于降低金刚石生长所需的温度和压力。
石墨中的碳溶解在熔融金属中,向温度较低的金刚石种子移动,并在那里结晶。
这个过程可能需要几天到几周的时间,在此期间会生长出一个或几个金刚石晶体。
一旦晶体达到所需的尺寸,就会被取出、切割和抛光。
2.化学气相沉积(CVD)法
化学气相沉积法是将金刚石种子放入充满富碳气体(如甲烷)的密封室中。
密室被加热到 700°C 至 1300°C,压力明显低于 HPHT 方法。
在这种条件下,气体分子分解,碳原子沉积到金刚石种子上,一层一层地形成金刚石。
这一过程也需要数周时间,生长时间直接影响金刚石的最终尺寸。
金刚石生长完成后,还需要进行其他处理,以去除残留的石墨层,提高金刚石的质量。
3.20 世纪中期以来的改进
这两种方法自 20 世纪中叶最初开发以来都得到了改进。
这样就可以生产出更大的宝石级钻石,既适用于工业应用,也适用于珠宝应用。
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