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白俄罗斯钻石“种植”工厂揭密,10人每3天“收割”上百颗原钻

 qyphhh 2020-09-12


在地球表面以下约200公里深处的地球地幔内。天然钻石是在1300°C到1500°C的高温和5万-7万大气压的压力下形成的。陨石,金伯利岩和其他火成岩将晶体带到地球表面。实验室中生长的钻石与开采的天然钻石完全相同。

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左边是天然开采钻石,右边是人工种植钻石

人造钻石的首次尝试是在18世纪末进行的,当时科学家得出的最终结论是,钻石的基础是碳,它与石墨的区别仅在于其晶格。破坏钻石的结构要比形成钻石容易。

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左-天然天然钻石,右-人工种植

19世纪末以来,科学家试图将廉价的碳(煤或石墨)转化为坚硬而有光泽的钻石。许多人都声称成功,其中包括法国化学家亨利·莫桑,英国物理学家威廉·克鲁克斯等著名科学家。但都不能提供所获得结果的严格证据。

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技术来源:俄罗斯专利号 RU2586140C1 (2016.06.10发布), RU2650971C1 (2018.04.18发布)等

金刚石的合成技术——CVD(化学气相沉积,气相沉积)。

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将小金刚石种子放置在特殊腔室中的基板上。借助微波辐射,碳氢化合物气体(例如,甲烷)被加热到高温(3000°C),分子分解为碳和氢原子,形成电离气体。气体中的碳沉积在加热到600-700°C的基板上,添加到钻石晶体中以使其进一步生长。

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1954年,在通用电气的实验室中获得了世界上第一颗人造钻石。通用电气的技术为HPHT(高压高温),电弧压机中放置了石墨和充当催化剂和溶剂的铁-镍-钴熔体。

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1980年代末,俄罗斯科学院新西伯利亚分公司的科学家创造了一种称为“分裂球”(BARS)的无压力装置,温度可以升高到2000°C,压力可以升高到2万个大气压。

液压机压接一个特殊的容器,里面装有金属熔体(铁,镍,钴等)和石墨。将金刚石籽晶(直径最大为0.5毫米),将其置于石墨层上。然后压制石墨。液压机压接带有上述所有组件的陶瓷容器。电流流过容器腔室,将熔体加热到所需温度。

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金属充当金刚石晶种上碳结晶的溶剂和催化剂。在温度和压力的影响下,石墨的共价pi键转换为金刚石的sigma键。金属在此过程中熔化,而石墨则沉积在晶种上。生长一个大或几个较小的晶体的过程平均持续12到13天。

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1990年的成功测试后,七位著名的苏联科学家(其中两名是白俄罗斯人)提出了创建世界上第一座钻石合成工厂的想法。

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白俄罗斯被选为基地,成为阿达玛斯“Adamas”公司的创始人。

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第一批人造钻石。

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其中4人后来去了美国,在1995年创立了Genesis钻石公司。剩下的3人前往圣彼得堡和莫斯科,这就是世界上三个最初的人造钻石中心。

车间共有10名员工操作120个分裂球和几十个气瓶。

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分裂球的气缸控制面板:调整温度,压力,时间和气体,监控钻石生长状态。钻石的生长取决于许多细微差别,例如,外部环境在各个阶段的温度变化。

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打开液压电弧炉体。

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黑色油压软管,产生压力。并给3.5吨的炉体提供电流和温度。

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打开分裂球。

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设备内部有两个球体:一个大球和一个小球。

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每个分裂球的球体由6个部分组成,由特殊合金制成的冲压头。

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大冲压头重16公斤,小冲压头重不到1公斤。

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小冲压头是消耗品。每个成本为200美元,平均经过五次合成后作废。

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设备入口处的为1500°C,压力为1800个大气压,在内部,温度最高可升高2000°C,压力最高可升高1至2万个大气压,温度和压力在整个钻石生长过程中都会发生变化。

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只需要3天,取代自然生长周期的数个世纪。

在球体的中心是一个特殊的陶瓷立方体。其中包含着所有的技术。

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在立方体被发送到棒之前,先将其填充:放置一个特殊的压制片,该压制片由通常是金属的单个部件,和一小颗钻石组成。

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然后,将立方体放在烤箱中干燥,并用某些材料浸渍,只有在完成所有这些步骤之后才能将其放置。然后放入石墨棒,石墨环境使钻石有生长。

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钻石是否生长,技术非常反复无常,甚至取决于工人手的温度。钻石可能大,可能小,可能好或坏,或者根本不长。

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这完全取决于十几个因素:组装立方体的工程师的手,干燥的方式,是否正确地浸渍了立方体,直到车间的温度以及石墨的质量。种植钻石并不仅仅是简单打开开关。

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3天后,将立方体从BARS上移开,打碎并得到一个小的金属圆锭,在上面依稀可见钻石毛坯的边缘。

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将金属圆锭放入烧瓶中,并倒入王水。

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将烧瓶放置在专用柜中并加热,以加快反应。

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正常条件下,金属会在两个小时内溶解,仅剩下钻石。然后取出钻石,将其洗净并浸入铬混合物中。

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去除石墨并获得干净的钻石,称重,装袋。

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包装好的原钻发给一家俄罗斯公司进行切割。

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钻石加工

加工后的钻石比最初的毛坯重量可能会减少30%到60%。这取决于毛坯钻石的形状和纯度。

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人工钻石在化学和物理特性方面与天然钻石没有任何不同。

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甚至需要进行激光刻字才能分辨。

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激光雕刻的刻字用肉眼看不到,但使用10倍放大镜很容易阅读

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激光打标的服务已成为一种时尚,如心愿,感激,出生日期和婚礼纪念等。可以在重量超过0.30克拉的钻石上用进行激光打标。外文字符的最大数量为50个。

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2019年人工钻石产量接近200万克拉。中国出口的人工钻石,每克拉低至不可思议的0.2到1美元。

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不仅出口人工钻石,还大量出口钻石生产炉。

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2015年破纪录的人工钻石,加工前重达30克拉。

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这一枚28克拉,大小如同硬币的人工钻石,现在已不算稀奇。

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人工合成,可以获得自然中稀有的有色钻石。制造彩色钻石需要额外的处理,因此也需要更长时间。

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Bayco珠宝的黄色和白色天然钻石

黄色钻石是氮原子浸渍的结果,

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棕色钻石和粉红色钻石是晶格弯曲(熔化过程)的结果。

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一家俄罗斯公司在三年前,即2017年,收获了最大的蓝色人工钻石,该钻石被切成5克拉钻石,售价为25万美元,几乎比这种稀有颜色的天然钻石要便宜一个数量级。

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