最早人工制造钻石的技术(合成钻石发展简史)

合成钻石这一概念，相信大家已经非常熟悉了。近几年，随着戴比尔斯、施华洛世奇等众多知名珠宝品牌纷纷涉足合成钻石领域，合成钻石这一浪潮也愈演愈烈。当然，这一切无不依托于愈加成熟的合成钻石技术。

CVD法合成钻石生长过程

罗马不是一天建成的，「宝石之王」钻石当然也不是那么好“造”的。回顾合成钻石的发展史，可以说也是近代科学的发展缩影，其中的每一点进步都得益于无数科学家们的不断探索。

早期探索：钻石的本质是什么？17~18世纪

钻石的人工合成研究，最早可以追溯到17世纪，科学家们尝试探索天然金刚石（钻石的矿物名称）的化学成分。17至18世纪，为了弄清金刚石究竟是什么，科学家们做了大量测试，不断接近“真相”。

1675年

著名物理学家牛顿得出“金刚石是可燃的”这一结论。

1772年

法国化学家拉瓦锡（Antoine-LaurentdeLavoisier）发现燃烧金刚石所得的产物会使石灰水变浑浊，从而证明了金刚石燃烧有二氧化碳生成。

1796年

SmithsonTennant

英国史密森·滕南特（SmithsonTennant）率先发现金刚石是由碳元素组成的单质，为为人工合成钻石的探索开启了一扇大门。

合成试验屡屡失败：哪条路才是对的呢？19~20世纪

近200年的时间里，钻石的合成也鲜有进展。毕竟天然钻石是在地表以下一百多公里深处，巨大的压力和高温下产生的。而在系统的热力学知识成型以前，科学家们的试验自然是困难重重。虽然众多试验均告失败，但其中有几位科学家影响重大，为后来的合成钻石技术提供了方向。

1880年左右

苏格兰化学家汉纳（JamesBallantyneHannay）采用将碳氢化合物、骨油与锂的混合物密封在坚固的铁管中，并在炉中加热数小时以析出晶体的方式来制造钻石。在80余次的试验中，大多数铁管都爆炸了，只有个别幸存，而在残余物中发现了一些很像钻石的结晶物。这些结晶物后来被提交到了伦敦大不列颠博物馆。

1943年，在汉纳逝世11年后，通过现代X射线衍射技术证明了这些结晶物就是钻石。但此后，用他记录的方法再没有人成功制造出钻石，科学界对这些钻石晶体的来源和汉纳的可信度也争论了数十年。但是，汉纳的方法为钻石合成提供了正确的思路，即在人工条件下创造高温高压环境有可能生成钻石。

1894年

法国化学家莫桑（FerdinandFrederickHenriMoissan）采用了跟汉纳类似的方法，他用电炉加热碳坩埚，使里面的碳和铁溶解并且饱和，然后将其迅速冷却，产生很高的内压，从而析出结晶物。这种方法曾被大多数科学机构所接受，曾一度成为20世纪前30年代许多化学教科书中的经典教学案例。但莫桑的试验产物没有被保存下来，无法证明是钻石，后来有人重复进行该试验，也只有碳化硅产生。

而莫桑的家人则认为，莫桑的助手为了终止他的不断试验，将一颗天然钻石放入了装置中。

*值得注意的是，无论莫桑博士的试验结果究竟是怎样的，他都是珠宝界应当记住的科学家。1894年，莫桑博士在一些陨石中发现一些碳化硅颗粒特别明亮很像钻石，但地球上从没发现过此类物质。1905年，为了表示对莫桑博士的尊敬，这个新矿物被命名为Moissanite，也就是如今市场上所称的莫桑石（合成碳化硅）的天然对应物。

1947年

美国实验物理学家布立基曼（PercyWilliamsBridgman）进行过合成钻石的试验，虽然失败了，但值得注意的是，布立基曼已经接近了合成钻石的临界限。他发明的自密封加压装置—带压（Belt）装置，压力可高达40万大气压。后来他公开发表的D-G相平衡图，解决了合成钻石需要超高压高温的理论问题。

钻石生长理论和高温高压技术的不断成熟，昭示着合成钻石只差临门一脚了。

曙光：成功是不断探索的结果20世纪

20世纪开始，由于钻石优越的性能，工业级钻石被广泛应用于建材、钻探等各领域。需求量的攀升和自然资源的紧缺，使得各国开始大力开展钻石的合成探索试验。

*Tips:金刚石消耗比曾一度作为一个国家工业化水平的衡量指标。

1954年左右

在历经4年试验后，美国通用电气公司（GE）采用高温高压法和压带装置成功合成了钻石。并在1958年开始销售合成钻石，短短一年内产量就达到75万克拉。

当然，通用电气公司并不是合成钻石领域的独行者。1953年，瑞典工程公司（ASEA）就采用压力球装置成功合成了40颗钻石小颗粒（直径约0.5mm）。由于合成出的晶体比预期的要小，ASEA尝试改善实验条件以期获得更大的晶体，因此并没有第一时间公开发表。而正在此时，通用电气公司公布了他们的合成成果。

1963年

北京通用机械研究所和地质科学院在采用两面顶压机试验成功，经郑州磨料磨削研究所及地质科学院的分析测试，确定中国第一颗合成钻石于1963年12月6日诞生。

各国成功合成钻石的时间

尽管各国合成钻石陆续成功，但由于总带棕黄色调，所以长期仅供工业用途。

早期合成钻石带有浓重棕色调（左HPHT法，右CVD法）

1971年

美国通用电气公司（GE）培育出了第一批达到珠宝级别的高品质合成钻石，但制造成本高昂，很难进行商业化推广。

至2007年

此后科学界又不断改善技术，使合成钻石更大、更好也更便宜。越来越多公司加入其中，成功制造出了出了黄钻、粉钻等彩钻。至2007年，彩色合成钻石技术已较为成熟，成为物美价廉的珠宝替代方案。

合成钻石，颜色等级艳黄色

虽然彩钻已经足够美丽，但各大合成公司和科学家们都坚持朝着最终目标努力——合成出宝石级的无色钻石。

2012年

Gemesis公司宣布掌握了IIa型无色钻石的合成技术，可谓合成钻石技术的重大突破。毕竟IIa型天然钻石也仅占目前世界天然钻石产量的2%不到。

2015年

宝石级合成钻石技术的日趋成熟、其市场化的诱人前景，吸引了许多传统珠宝商加入其中。2015年12月，美国最大的珠宝制造商Stuller开始销售合成钻石。

2018年5月

2018年5月29日，戴比尔斯对外正式宣布推出全新的合成钻石品牌LightBoxJewelry，无色、粉色、蓝色三种颜色的合成钻石将统一以每克拉800美元的价格出售。

2018年7月

2018年7月，美国联邦贸易委员会在最新发布的珠宝指南中，对使用了62年的钻石的定义进行了修改，删除了“天然”二字。允许使用“培育”（Culture）一词作为前缀用于实验室生长的钻石。这标志着人们对人工合成钻石的认可和接纳。

2019年

从2019年7月1日开始，GIA实验室生成的钻石报告和鉴定报告不再使用“合成”一词，而采用“实验室培育钻石”等词汇。

GIA实验室在合成钻石腰围上的标记字样

2020年

2020年1月的巴黎高级时装周上，施华洛世奇公布了首批实验室合成彩钻，涵盖了16种颜色，其中包括了红色、橘粉色、青绿色等天然钻石中罕见的色调，但价格尚未公布。

施华洛世奇实验室合成彩钻

如今，合成钻石大规模进入市场已成必然趋势。但因为价格、稀有性的差异，合成钻石和天然钻石的受众和定位已逐渐分化，显现并头发展的苗头，而这无论是对行业还是消费者都是喜闻乐见的良好趋势，毕竟让科技服务于大众才是合成钻石技术的初衷。

—THEEND—

作者介绍：潘彦玫，中国地质大学（北京）珠宝学院硕士，英国皇家宝石协会珠宝鉴定师（FGA）。现任国家珠宝玉石质量监督检验中心国检珠宝培训中心讲师，主要从事钻石、彩色宝石及玉石的教学与研究工作。授课风格生动亲切、深入浅出，注重培养学生的实践能力，使其学以致用。