化学气相沉积 (CVD) 是一种精确的实验室方法，通过将碳原子从混合气体沉积到基底上来生长合成钻石。该工艺不使用挤压力，而是在真空室中使用中等温度和低压来分解碳氢化合物气体，使碳能够逐层结晶到钻石籽晶上。
核心要点 高压高温 (HPHT) 方法模仿地球地幔的挤压力，而 CVD 则复制了星际气体云中的条件。该技术通过从活化的气体等离子体中逐个原子组装钻石，从而实现高纯度钻石的生长。
CVD 工艺的机械原理
籽晶的制备
该工艺并非凭空制造钻石，它需要一个基础。将一块薄的钻石片，称为籽晶或晶片，放置在密封的真空室中。
该籽晶充当原子结构的蓝图。它通常是先前通过 HPHT 方法合成的钻石。
气体环境
籽晶固定后，腔室中会充入特定的碳氢化合物混合气体。
最常见的组合是氢气和甲烷。这种混合物是最终形成钻石的碳源。
电离和等离子体形成
腔室加热到通常在 800°C 至 900°C 之间的温度。
使用微波、激光或热灯丝等能源对混合气体进行电离。这会将气体转化为等离子体，打破气体的分子键。
原子沉积
一旦键断裂，纯碳原子就会从甲烷分子中释放出来。
这些碳原子从气体云中沉淀出来，并沉积在较冷的钻石籽晶上。它们与籽晶表面结合，逐个原子结晶，并扩展钻石的晶格结构。
垂直生长
钻石以层状垂直生长，形成通常为方形或片状的粗糙晶体。
这与天然钻石中常见的八面体形状不同。该工艺在籽晶上形成实心、连续的薄膜。
理解操作权衡
污染风险
CVD 工艺非常精细，需要严格控制。有时，碳会以石墨（黑色碳）的形式沉积，而不是晶体钻石。
必须密切监控该工艺。在某些迭代中，会定期暂停生长，以便技术人员或机器清除石墨堆积，然后再继续。
生产周期
通过 CVD 生长宝石级钻石并非一蹴而就。该过程通常需要几天到几周的时间。
虽然速度较慢，但该方法允许批量处理。生产商通常可以在同一反应器中同时生长数十颗宝石。
副产物管理
涉及的化学反应会产生挥发性副产物。
为了维持清洁的生长环境，必须不断地将这些副产物扩散并排出反应器，以防止它们干扰钻石结构。
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做出正确的区分
在评估合成钻石的质量和来源时，理解 CVD 至关重要。
- 如果您的主要关注点是纯度： CVD 可实现对化学成分的出色控制，通常产生 IIa 型钻石，其化学纯度高于大多数天然宝石。
- 如果您的主要关注点是生产可扩展性： 在单个晶片或单次运行中生长多颗宝石的能力使 CVD 具有高度可扩展性，尽管需要大量时间。
CVD 方法代表了从蛮力转向化学精度的一种转变，它通过原子组装创造出在化学上与其天然对应物相同的钻石。
摘要表：
| 特征 | CVD 钻石生长规格 |
|---|---|
| 机制 | 将碳原子化学沉积到籽晶上 |
| 环境 | 中等压力的真空室 |
| 温度 | 800°C 至 900°C |
| 气体来源 | 碳氢化合物混合物（通常是氢气和甲烷） |
| 生长形状 | 方形或片状层 |
| 晶体纯度 | 高纯度（通常是 IIa 型钻石） |
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