合成钻石的技术进展及其鉴定.docVIP

合成钻石的技术进展及其鉴定 1 钻石合成技术的历史发展 钻石，矿物学名称为金刚石，它以其光彩夺目、晶莹剔透及稀有、高硬度等特点而著称于世，自古以来就受到人们特别是王宫贵族的追捧，是世界上公认的最珍贵的宝石，被称为“宝石之王”。除了作为宝石装饰品外，钻石以其良好的导热性、耐磨性等性能而广泛应用于精密仪器、切割、钻探、航天和军事等工业领域。但由于天然钻石的储量稀少，且开采困难，人们很早就开始尝试是否能以人工方式合成出钻石，以填补人们对钻石的渴求。 1796年英国科学家Smithson Tennant的精确燃烧实验，首次揭示石是由纯碳构成的宝石，从此人类开始了有目标漫长的合成石研究。Cagniard及英国的Hanney 和Henry Moissan也都进行了一系列合成钻石的实验，但最终都已失败告终，但是他们对于合成钻石技术的发展也作出了一定的贡献，为后人打下了坚实的基础。 合成钻石是在20世纪50年代，在静态超高压、高温技术发展的基础上成功合成的。1953年，瑞典ASEA公司的Liander 等人使用压力球装置，生产出40颗钻石小晶体，但未正式对外宣布；1955年，美国通用电气公司（GE）的F .P.Bundy 等人采用静压熔媒法（简称GE法）成功地合成了钻石；1959年，南非戴比尔斯公司（De Beers）发展了非常类似于美国通用电气公司的合成钻石的技术──外延生长技术，并于1961年开始合成钻石的商业性生产；1970年，美国通用电气公司宣布合成了克拉级（大于5mm）的宝石级钻石；1971年，前苏联的研究人员也声称他们合成出了宝石级钻石，但因成本太高，故没有经济效益；1985年，日本住友电气工业公司（Sumitomo Electric Industries）合成了黄色宝石级钻石；1987年，戴比尔斯公司合成出了11.14ct的宝石级钻石（长10mm，宽16mm，略呈黄色，为一完全的单晶体，是在高温高压条件下采用温差法合成），1990年又成功地合成出了质量很好的钻石单晶，重达14.2ct，1992年则合成出38.4ct 的世界最大的工业级钻石；1990年，俄罗斯宣布了利用“分裂球（split--sphere）法”或称BARS法生长合成出7.5mm、重1.5ct的不同颜色的宝石级钻石；同年，美国通用电气公司也宣布合成出了具有特殊物理性能的宝石级钻石。这表明着钻石合成技术取得了不断的发展[1]。 我国的钻石合成技术与世界先进水平相比，虽然存在着较大的差距，但也取得了一定的研究成果。我国从60年代开始，由中国科学院物理研究所、一机部通用机械研究所、郑州磨料磨具磨削研究所和地质科学院等单位有关实验室，先后在开展静态超高压、高温技术研究工作的基础上，于1963年首次研制成功细粒合成钻石，1965年生产出1—3.5mm的大颗粒钻石（指粒级大于1mm以上者）；此后，有关钻石的研究、开发与生产均获得长足的进展。1974年，上海硅酸盐研究所曾用金属薄膜法生长出优质钻石大单晶；1977年，又生长出直径达4mm、重0.29ct的含硼半导体钻石大单晶；1985年，该所采用晶种法在我国首次获得了直径3.2mm、重0.2ct的优质合成钻石大单晶[2]。1992年，上海硅酸盐研究所李达明[3]等合成大单晶钻石初获成功；1993年，傅慧芳[4]等成功地合成了用直流弧光放电等离子体化学气相法生长高品质钻石薄膜；同年，中科院兰州化学物理研究所用爆轰法得到了纳米钻石，拉开我国爆轰法合成纳米金刚石科研、生产的序幕；1998年，李亚栋博士和钱逸泰院士以CCl4 为碳源成功地合成了纳米钻石；1999年，黄树涛[5]研究了燃焰法沉积高品质透明钻石薄膜的方法，获得了成功。人工合成高品质钻石薄膜技术不仅在钻石业，而且在其它工业领域都具有广阔的应用前景。2003年，中国科技大学陈乾旺教授[6]等人在440℃和800个大气压的条件下，以CO2为碳源成功地逆变合成了250微米大尺寸钻石；并用碳酸镁代替CO2也成功地合成了石晶粒尺寸增加到0.51毫米 目前我国合成钻石的生产点几乎遍及全国，大颗粒合成钻石的制造技术已经突破，我国的合成钻石产量居世界之首。但由于生产设备及其资金的限制，绝大多数均致力于工业用小颗粒钻石的开发与生产，所合成的钻石属于中低档产品，产值较低，至今没有生产宝石级合成钻石的企业。而目前能合成出足够大的宝石级钻石晶体的公司有南非De beers、美国GE公司、日本住友(Sumitomo)、俄罗斯与泰国的合资公司Tairus和美国的Gemesis公司等，其中De beers、美国GE公司和住友公司只提供工业或研究用钻石，而其他公司则同时向市场提供合成钻石晶体和合成钻石成品[7]。 2 合成钻石技术 迄今为止，人们总结和发明了数十种人工合成钻石的方法，成功的方法