首批宝石级合成钻石是如何生产的？了解 1970 年 GE 的突破性进展

首批宝石级合成钻石于 1970 年由通用电气（GE）使用一种特定形式的高压高温（HPHT）方法生产。通过将石墨和镍溶剂置于加压的叶蜡石管中，科学家们在一周的工艺过程中成功培育出重达一克拉的钻石晶体。

核心要点：达到宝石级质量所需的不仅仅是挤压碳；它需要受控的温度梯度。1970 年 GE 的突破性进展依赖于将石墨溶解在熔融的金属溶剂中，然后溶剂迁移到腔室中结晶在钻石晶种上，严格模仿地球的自然地质作用力。

GE 的生产方法（1970 年）

这些特定宝石的创造依赖于精确的材料排列和极端的物理力。

反应容器

该工艺使用叶蜡石管来容纳反应。选择这种材料是因为它能够传递压力，同时又能起到电绝缘和热绝缘的作用。

组件排列

在管内，将细小的钻石晶种放置在两端，作为生长的基础。原料石墨放置在管子的中央。在石墨源和晶种之间放置镍溶剂，以促进碳的传输。

生长环境

容器承受巨大的压力，达到约5.5 GPa（千兆帕），同时被加热到高温。这创造了一个环境，迫使石墨溶解在熔融的镍溶剂中。

结晶过程

在一周的时间里，溶解的碳从管子的热中心迁移到较冷的末端。然后，它从金属溶剂中析出，并结晶在晶种上。这产生了约5 毫米大小（1 克拉）的宝石级钻石。

控制颜色和纯度

该工艺的初步结果在化学上是成功的，但在美学上受到限制。

氮的挑战

通过这种方法生产的第一批钻石颜色从黄色到棕色不等。这是由生长过程中存在的氮污染引起的，这是早期 HPHT 合成中的常见问题。

获得无色钻石

为了生产无色或“白色”钻石，研究人员引入了“清除剂”——特别是铝或钛。这些金属与氮发生化学键合，将其从晶格中去除，从而形成透明的钻石。

制造蓝色钻石

研究人员还发现，他们可以操纵该工艺来有意制造出彩色钻石。通过向生长环境中添加硼，他们成功地制造出蓝色钻石。

理解权衡：HPHT 与现代 CVD

虽然 GE 的方法开辟了道路，但了解这种历史上的 HPHT 方法与现代替代方法（如化学气相沉积（CVD））的比较很重要。

金属包裹体（HPHT）

GE 方法依赖于熔融金属溶剂（镍）。因此，这些钻石通常含有源自催化剂的微观金属包裹体或杂质，这会影响净度和磁性。

生长机制与气体等离子体（CVD）

HPHT 方法模仿地球的挤压作用力。相比之下，现代CVD模仿了星际气体云中的钻石形成。CVD 使用等离子体在中等压力下分解气体，逐层沉积碳，这通常可以实现更高的纯度，而无需金属溶剂。

为您的目标做出正确选择

了解钻石合成的历史有助于评估现代合成钻石。

• 如果您的主要关注点是历史准确性：请注意，早期的“白色”合成钻石需要添加铝或钛来清除氮，这与天然钻石不同。
• 如果您的主要关注点是识别合成方法：寻找独特的颜色分区或金属包裹体，这些是 1970 年使用的金属溶剂 HPHT 工艺的特征标志。
• 如果您的主要关注点是纯度：现代 CVD 通常优于传统的溶剂基 HPHT 方法，因为它避免了金属污染，并能精确控制晶体生长。

1970 年 GE 的突破性进展证明，宝石级钻石不仅仅是地质意外，更是可重复实现的化学工程壮举。

摘要表：

特征	1970 年 GE HPHT 方法详情
核心方法	高压高温（HPHT）
压力	约 5.5 GPa
溶剂/催化剂	熔融镍
碳源	石墨
生长周期	一周
达到的尺寸	约 1 克拉（5 毫米）
颜色控制	铝/钛（用于无色）；硼（用于蓝色）

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