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人造钻石的演变史

作者:  转载自:  发布日期:2008-12-17

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        人类一直梦想能在家中做出钻石,这样便可不必大费周章,辛勤劳苦的上山下海采矿。但钻石的成分到底是什么,一直到距今210年前的1797年,才被同时发现「铱」(Iridium)和「锇」(Osmium)元素的化学家史密森,潭能(Smithson Tennant)弄明白,是和石墨一样纯碳元素的异构物。

 

        潭能先生揭开钻石成分秘密后的150年,许多人争相研究钻石的合成,改良创新了许多科学上的制程,实验室炸掉了好些个,宣称成功但禁不起复验的假文件也时有所闻。

 

奇异公司(G.E.) Dr.Tracy H.Hall 霍尔博士195412月打开锅盖捡视人类历史上第一批 “宝石级合成钻石”的情形

 

        1953年瑞典ASEA电气公司的一组科学家于8万大气压及未记录的温度下制出人类第一颗合成钻石,但有说因实验数据不完整,或被当时的De Beers买下技术致使研究中断,ASEA拖到1960年代,才正式向世界宣布制出人工钻石。(也有说其律师认为「天然钻石比比皆是」,误以为人工「钻石」无法申请专利发明而未发表)

 

        19541216晨,当我打开盖子剎那,双手开始颤抖,心跳跟着加速,膝盖变得不听使唤,几乎站不住了……..。」霍尔博士(Dr.H.Tracy Hall)回忆起制出人类史上第一颗合成钻石。

 

        (G.E.)在重复验证霍尔的数据和制程,确认其可重复性之后,正式对外宣布成功制造了人工钻石,将该制申请了世界专利。

 

        奇异公司的成功引起了各方的关注,也带动了合成钻石的研发,各家纷纷加码经费,招兵买马,莫不想争食工业钻石应用的大饼。De Beers要求业界应开诚布公遵守「最佳执业守则」,告知消费者该品为合成石的讯息。1950年代适逢二次世界大战,低质量天然钻石研磨的钻石细粉,已无法供应世界的扩大需求,人工钻石工好可弥补此一空缺。

 

人工钻石广泛应用在工业钻头及磨具上

 

        人工钻石的用途非常广泛,举凡工具上的钻头、开矿用或医疗用皆是,钻石絶佳的导热性(铜的五倍)也成为电子组件上的优异散热器。今日人工钻石已是一个大产业,约有20国投入生产,年产量约三百公吨,超过天然钻石总产量的20公吨有十五倍之多,且逐年增长。然而这些钻石是很小的微粉、细粒或薄膜,少有大颗粒的宝石级晶体,制造晶形大且完整的设施需有较大腔体,成本上高昂许多。

 

        珠宝业比较关注的是宝石级近无色及彩色人工钻石的发展,以及与天然钻石在分辨上是否造成困扰。奇异的团队在1970年代已经制出一克拉上近无色的人工钻石,日本的住友(Sumitomo)商社在1985年也公开展示15拉的宝石级合成黄钻,在各家技术日益成熟之际,最大公开的宝石级合成钻石已能达到34拉之谱,纪录并不断的翻新。

 

        数年前,同时膺选美、台科学院士的毛河光博士,曾于国际珠宝中展示10拉切磨完成的近无色人工钻石,媒体甚至以「牛粪变钻石」的耸动用语,吸引了大众的目光和话题。

 

        原理上,只要将碳转换成 SP3(化学键结上的一种方式,即每个碳原子在三度空间中的此一轨域相互结合)的结合,即可形成钻石组态。转换同为纯碳以石墨为最快速,奇异的成功即是此法。此外,一切含碳的物质均可能在纯化碳元素,去除其它元素后,在适当温度和压力下,化成钻石。甲烷即是一优良的碳来源,又牛粪经发酵成沼气后富含甲烷,故有「牛粪变钻石」一说。近年也流行以先人骨灰制钻石,也是同样道理。据报导国外有人取音乐大师贝多芬的遗发做「发钻」,报导中少少的10根,碳的量应不足以制出电子媒体照出来那颗褶褶发亮的「克拉」蓝钻,只能推测该钻中的部分碳,来自贝多芬的发吧?!

 

合成钻石大事记

 

        合成钻石进入珠宝首饰业中最值得一提的大事记,是约1993年旧金山的「人工祖母绿」发明人卡洛恰腾Carroll Chatham之子汤姆恰腾藉前苏联解体之机,取得先前用于国防科技的合成钻石技术,向世界宣布推出「恰腾制宝石级人工钻石」(Chatham Created Diamond),一时之间,全球宝石业为之撼动。本人曾于最热门时约1994年邀请他来台湾,分别于台北和台中做了两场演说,他的比喻倒是令人玩味:「人工钻石(宝石)之于天然钻石,一如冰箱所制冰块之于天然冰」。当年的恰腾合成钻石声势浩荡,但技术始终停滞,未能制出更大颗粒及无色晶体。汤姆也在数年后告诉我,他投资的数百万美元算失败,只做了一千颗「样本」(他还兴冲冲地委请GIA开立合成钻石报告书呢!)

合成钻石 Chatham Created Diamonds

 

        不气馁的汤姆后转向其它合成技术,在 2005年香港珠宝展设柜展售「恰腾制彩色合成钻石」,网络上只要点选Chatham Created Diamonds,便可与之连结。

 

        GemesisApollo(阿波罗)则是另两家较知名,近年也积极推广人工合成钻石的厂家。Gemesis公司本部设于美国的佛罗里达州,据称佛罗里达大学在研发上也提供相当大的协助,该公司也于香港中环觅有营销据点,阿波罗总部则位于麻州的波士顿。

合成钻石 Chatham Created Diamonds

 

人工钻石与天然钻石之比较数据:

 

 

天然钻石

恰腾合成钻石

颜色

多样

多样

光泽

金刚光至蜡状

金刚光至蜡状

晶系

正八面体

正八面体

成分

硬度

莫氏10

莫氏10

折射率

2.4

2.4

比重

3.5

3.5

色散率

0.44

0.44

熔点

3820k

3820k

劈制

完整

完整

荧光

多样

多样

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