合成鑽石

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作者：高本榕 F.G.A GIA G.G.  台灣省金銀珠寶商業同業公會聯合會珠寶顧問 合成和天然鑽石的化學成份及物理現象是沒有什麼差異，只不過，合成鑽石是經由工廠製造而成，而天然鑽石是假上天的手搓成。 由於合成鑽石具有與天然鑽石一樣的獨特物理特性，在工業上廣被使用，近年來電子和醫學上對合成鑽石的依賴也愈加倚重，因此合成鑽石的需求量大為增加，生產的方法層出不窮，技術也不斷地提昇。 合成鑽石是一種通稱，透過不同的應用和行業就給予它不同的稱呼；例如工業鑽，人造鑽，培育鑽石，或是鑽皮等等。雖然如此，但不是所有帶〔鑽〕字的東西都是鑽石，蘇聯鑽(CZ)是合成立方鋯石，完全跟鑽石搭不上邊，泰國水鑽是鋯石，也只是冒充鑽石而已。所以這些產品跟本沒有一絲鑽石的化學成份和物理特性。 合成鑽石的歷史   古代煉丹，希望點石成金，十九世紀以來化學科技更加發展，對合成寶石積極研究，也想煉成鑽石，以下是它簡略的歷史軌跡:     1、 英國一位有名的科幻小說家魏爾司(H. G. Wells)曾經在他的小說〔鑽石製造家〕(1911)中描述合成鑽石的概念。 2、 1953年瑞典一家電氣生產公司ASEA利用龐大的設備，產生83,000大氣壓，持續一個小時後有一些微小的結晶出現，但此次的發現製程並未公佈。 3、 1954年美國奇異電氣公司重復實驗並發表合成鑽石的製程於〔自然〕科學雜誌上，它便成為至今大家所公認的首創生產合成鑽石。 4、 往後的十多年，奇異公司和戴比爾斯工業鑽石為研發工業用鑽石的兩大主角。 5、 1980年代，中國、日本和韓國都出現上百家自稱有生產合成鑽石的公司。其中以日本的住友電氣重金屬，US Synthetic和Megadiamond較有名氣，1987年住友合成鑽石在市場上曇花一現，令許多人感到驚豔。 6、 進入21世紀，美國Apollo Diamond和Gemesis兩家號稱製造合成鑽石的公司活躍於市場，但只見到Gemesis公司有產品上市，並且在珠寶首飾界做了許多廣告，尤其著力於彩色鑽石。 7、 2006年以前，工業鑽石每年平均有十億美元價值的需求，產值約三億克拉(600噸)，相對於珠寶用鑽石則僅有130萬克拉(約26噸)。 合成鑽石的生產技術   生產合成鑽石有兩大主要技術；     一、最早開發出來的是〔高壓高溫的技術〕(High Pressure High Temperature HPHT)，它的生產成本較低，是當前最被廣為採用的方法。基本上它是在1,500℃，5萬個大氣壓力下，營造出數百萬年前天然鑽石在地底下形成的同樣環境，來生產合成鑽石。美國奇異公司運用的是壓帶式的設備(belt type apparatus)，它的產量規模較大，這個技術至今仍為一般主要製造工廠所使用。 中國大陸則採用六方加壓(cubic press)方式，它是一種小型的產壓設計，所以它的產能比壓帶式小很多。 二、第二種方法是在1980年代研發出來的〔化學氣相沉積技術〕(Chemical Vapor Deposition)簡稱CVD，它主要的原理是用碳等離子體(carbon plasma)加強的化學蒸氣沉澱，把碳原子沉積在基質(鑽石、寶石胚種或其它物質)上，逐漸堆積成鑽石層。   CVD製程的合成鑽石有下列的優點:     1、 它不像HPHT僅能有限體積的培育，而是可以大面積的生產；目前已有15公分大面積的合成鑽石覆膜(coated with diamond)記錄，未來有可能更大。 2、 最主要的重點是這個方法可以將合成鑽石直接沉積在基質上，因此許多需要高導熱材料、耐熱槽、承軸、切割工具、或其它需要高硬度的工具都可以由此技術覆膜而取得該有的效果。 3、 這種技術還有一個特點；就是製造過程中，利用甲烷的介入狀況，壓力的調節和等離子體(plasma)的產生方法來控制合成鑽石內的碳結構，進而改變鑽石的特質，例如產生不同的硬度、光滑度、導熱、光學特性等等來滿足應用上的需求。 珠寶首飾市場的反應   每當合成鑽石出現市場的消息上報，便引起消費者和業者的恐慌，其實對珠寶市場而言，天然寶石和合成寶石的消費市場界限是非常明顯，一般付得起的消費者他們的首選當然是天然寶石，尤其是當合成鑽石的成本還是相當高時，它吸引客戶的條件更明顯降低；當二十世紀初，合成寶石上市時曾造成業界的恐慌，然而經過幾年的調適，天然紅寶的市場有增無減，合成紅寶則走向一般飾品和工業用途。 1970年代的合成立方鋯石(蘇聯鑽)的命運亦何嘗不是如此。 今日的合成鑽石也一樣會走同樣的歷史軌跡；喜愛天然鑽石的人依舊對天然的鑽石情有所鍾，縱使合成鑽石的成本降低到合理的價格時，它還是只能擁有它區塊的客戶，並不會影響真正喜愛天然寶石的那一群。 其實，合成鑽石的研發，珠寶的市場只不過是他們考量的一個部份，最重要的是著重在一般工業生產或是改善生活的器具上，因為這些廣泛的消耗性用途才是他們真正營利的市場。     （1） 凍地：具強蠟狀光澤，微透明至半透明，硬度為摩氏2—3，顏色又分單色和染色二類。其中白色半透明的叫"羊脂凍"；黑色半透明的叫"牛角凍"；黃色半透明的叫"田黃凍"；灰色半透明的叫"藕粉凍"，都是難得的佳品。而全紅凍地或五彩凍地則更珍奇，十分少有。 （2） 軟地：具弱獵狀光澤，微透明至不透明，硬度為摩氏3—4，也可分單色和染色二類。這是雞血石中產出最多的品種，約占總產量的70％。這一類中常有含砂釘或暗淡無光者則屬下品。 （3） 剛板：硬度達摩氏3—5，其特點是質地雖較細潤，但脆性大，易碎裂。不少人誤以為是凍地而買進，結果刀不能入。故在購買雞血石時，應要求賣主給予試刀機會。 （4） 硬地：常為矽化凝灰岩，顏色以灰為主，硬度達到7，俗稱"硬貨"，光澤差，屬低檔料。 參考資料:   Wikipedia.com Gem & Gemology 金石共和(No.7)