不知道你是否聽過生命鑽石、
紀念鑽石亦或是聽起來有點嚇人的骨灰鑽石？先別害怕，因為鑽石是純碳素構成的物質，而頭髮或骨骼裡面含有大量的碳元素，因此科學家從人或動物的毛髮、骨骼，提取出其中的碳元素，通過高溫高壓（HPHT）法，培育出這種帶有特殊紀念意義的培育鑽石。
中國濟南中烏新材料有限公司在2018年首次用人體頭髮培育出國內第一批大顆粒“生命鑽石”[1]。（圖源齊魯晚報）
高溫高壓（HPHT）怎麼“長”鑽石？
HPHT，全稱為High Pressure High Temperature，也就是高溫高壓。先明確一點的是，HPHT這個術語在鑽石中有HPHT培育鑽石（HPHT lab-grown diamond）和HPHT改色處理（HPHT treated processed）兩個概念，比如褐色鑽石通過HPHT改色處理可以變成黃色或者無色鑽石。
而高溫高壓法（HPHT）與化學氣相沉積法（CVD）（下期介紹CVD，敬請期待）是目前工業大規模生產中最常用的兩種生長方法。
根據《合成鑽石鑑定與分級》團體標準（Q/NGTC-J-SZ-0001—2019）的定義：高溫高壓法合成鑽石是指模擬天然金剛石的生長環境，以石墨、金剛石粉或石墨-金剛石粉為碳源，在高溫高壓、金屬觸媒等生長環境中形成的等軸晶系晶質體，簡稱為HPHT合成鑽石，或HPHT培育鑽石。
具體來講，其生長過程就是在頂壓機生長艙高溫區放入高純度的石墨等作為碳源，在低溫區放置天然或培育鑽石籽晶。在一定溫度梯度驅動下,碳素將從高溫處的高濃度區向低溫處的低濃度區擴散,並在低溫籽晶處於過飽和而結晶，通過籽晶，就像種子一樣一點點“發芽長大”｡所以這種方法也叫晶種溫度梯度法。
高溫高壓(其壓力一般為10-20GPa,溫度一般在1400-1700℃)可以直接使石墨轉變成鑽石，但由於在生長過程中需要非常高的溫度和壓力，技術難度很大，所以目前工業化生長過程中，都會加入金屬觸媒(如Fe、Ni、Mn、Co等及其合金)，作為催化劑(或助熔劑)，可以降低生長溫度和壓力,改善反應條件，加快反應速度（通常壓力在5-6GPa,溫度為1300-1600℃）。
高溫高壓鑽石生長腔體示意圖（圖源[2]）
一般十幾個小時後，HPHT培育鑽石就生長完成。不過這時候的鑽石表面會被碳素和金屬觸媒包裹，需要通過酸洗溶液（由90%的濃硫酸和10%濃硝酸調配而成）將這些雜質去除。經酸洗去除雜質後鑽石原石表面會留下HPHT培育鑽石特有的“
生長痕跡”。
中烏公司六面頂合成金剛石（圖源[3]）
HPHT培育鑽石表面樹枝狀圖案（圖源[4]）
中國可以“長”鑽石嗎？
HPHT法歷史最早可以追溯到1953年，瑞典一家名為ASEA的電氣公司成功合成出了金剛石微晶。
1954年，美國通用電氣公司（簡稱GE公司）將石墨與金屬觸媒混合,在1300-1500K和6-8GPa下成功製備出金剛石,1955年獲得專利權｡
1957年，GE公司通過實驗研究證明，若加入氧化硼､氮化鋰等金屬觸媒，可降低合成壓力和溫度至4-7GPa和1200℃-1700℃。[5]
俄羅斯在1967年也掌握了合成工業級鑽石晶體技術。
中國在1964年使用200噸級的兩面頂壓機，首次成功合成人造金剛石。
1964年，中國人第一次合成人造金剛石（圖源人民網）
1965年，中國成功研發六面頂壓機。此後這種設備成為了我國超硬材料合成的主導設備。相較於國外發達國家主要使用的兩面頂壓機來說，我國自主研發的六面頂壓機具有升壓、卸壓速度快，良品率高、可操作性強的優越性。單臺設備生產週期僅需24-32小時。
鄭州華晶金剛石股份有限公司
生產車間六面頂壓機
中國六面頂壓機的卓越性能吸引了眾多國家和企業青睞，美國US SYNTHETIC公司、TRIBOCOL(特博克)公司、戴比爾斯旗下ELEMENT SIX公司，俄羅斯的新鑽科技公司，日本住友電工、昭和電工，韓國ILJIN公司、ADICO公司，伊朗、印度等都購買了中國產的大型六面頂壓機。[6]
中國不光能“長”鑽石，目前還是高溫高壓法合成金剛石的第一大生產國，合成金剛石產量連續18年穩居世界第一，寶石級合成金剛石——培育鑽石的生產也一直處於世界前列，生產製造技術與能力在國際產業發展中起到不可忽視的作用。
高溫高壓技術能“長”多大的鑽石？
高溫高壓合成金剛石技術起源於上世紀50年代，最初主要應用於航空和軍工，在最近十年間才實現了技術上質的飛躍，寶石級別的合成鑽石在品質和成本上達到了可市場化的水平。
1971年，GE公司採用晶種溫度梯度法首次合成出5mm(約1ct)寶石級黃色單晶金剛石｡
1990年，DeBeers合成出11.14ct的寶石級金剛石,1996年又合成出最長16mm(25ct)的寶石級金剛石｡
2001年，美國Gemesis公司利用BARS壓機成功合成出黃色寶石級金剛石,3天半就能生長2.8ct,並於2003年成功將切磨後的黃色寶石級鑽石推向市場。
Gemesis公司用HPHT法合成的寶石級金剛石（切割打磨後）（圖源[7]）
2001年，日本住友公司用大晶種法生長出10mm(7-8ct)的寶石級金剛石，大幅提高了晶體生長速度，並且顯著降低晶體缺陷。
2002年，吉林大學首先採用國產六面頂壓機技術合成出4.5mm黃色金剛石單晶體。成為繼美國,日本,英國,俄羅斯後,擁有自主自發HPHT寶石級金剛石技術的國家｡目前，國內鄭州華晶金剛石股份有限公司、中南鑽石有限公司、河南黃河旋風股份有限公司等大型人工金剛石企業均已成功研發生產出大顆粒培育鑽石。
2015年,俄羅斯New Diamond Technology （簡稱NDT）公司用中國六面頂壓機生產出重量高達32.26ct，當時最大的無色高溫高壓原石。
NDT無色原石（圖源NDT官網）
切磨後的成品最大10.02ct E/VS1,大部分為1-3ct,D-F顏色,IF-VVS淨度｡[8]
NDT 2015年10.02ct E/VS1（圖源NDT官網）
同年，NDT又成功培育出當時最大的HPHT藍色培育鑽石，切割成品重量達到5.03ct。
NDT 5.03ct深彩藍 VS1（圖源NDT官網）
2018年，NDT鑽石生長技術得到進一步突破，成功培育出重達
55.94ct 的亮黃色單晶原石。切割後的成品鑽石重達 20.22ct。
NDT 22.02ct/ VS2 /豔橙色枕墊型培育鑽石
（圖源NDT官網）
2019年 ，國內豫西集團中南鑽石公司已掌握了20ct以內大尺寸高溫高壓培育鑽石單晶合成技術，掌握了黃色、藍色、綠色、紫-紅色等彩色培育鑽石生產技術。
（大顆粒“首飾用培育鑽石”）
（圖片源自中國兵器工業集團）
2020年4月，河南省力量鑽石股份有限公司突破掌握 5ct 白色培育鑽石生長技術。
河南力量鑽石公司培育 5ct 白色培育鑽石
（圖源diamondcn）
目前，中國批量生產HPHT培育鑽石技術已達到世界前列水平。據報道，2018年中國寶石級培育鑽石產量達到130萬克拉，產量佔據全球總量的90%以上，已經成為全球培育鑽石最大的原料生產國[9]。新華社撰文評價，“中國製造”有望重塑全球鑽石格局。
新華社視頻：“中國製造”人工鑽石尋求開拓消費市場
培育鑽石堪稱正在崛起的國貨之光。你會考慮購買培育鑽石嗎？歡迎評論區留言討論。
下期我們會繼續分享培育鑽石的另一種方法——CVD化學氣相沉積法，敬請期待。
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