人造“大克拉”来了 钻石以后还能恒久远吗?

2019-05-24 19:47:54 来源:齐鲁晚报 作者:任志方 责任编辑:田小介 字号:T|T

  还记得那句著名的广告词吗?“钻石恒久远”,天然钻石以其漫长的形成过程和相对稀缺性,成为婚嫁饰品的首选。不过,近年来,人工合成方法越来越成熟,人造钻石个头越来越大,纯净度越来越高,最近中国兵器工业集团豫西集团中南钻石公司推出大颗粒“首饰用钻石”,表明该产品在生产上获得重大技术突破。钻石的天然与否今后可能会被人们忽略,“恒久远”的故事也很难再讲下去了。

  记者 任志方

  制造高温高压环境

  就能人工合成钻石

  钻石,又叫金刚石,和铅笔芯的主要成分——石墨一样,都由碳原子组成。但结构的差异却让石墨在莫氏硬度等级中只排在最低的1级,钻石则位于最高的10级。碳原子之间之所以会形成不同的结构,关键在于压力和温度。在不同的压力和温度条件下,碳原子会变成石墨、钻石、液体等各种形态。

  天然钻石大多数是在地球内部的高温高压下形成的,地球诞生后不久便开始在内部结晶。那里的压力在4.5Gpa到6Gpa。大致换算下来相当于地下150公里到200公里的深度。从目前开采的钻石矿中发现,绝大多数的钻石形成年代都在20亿至30亿年前,在南非地区发现的一些钻石的年龄甚至达到了45亿年左右。

  了解了钻石形成的过程,就可以根据“碳相图”人为地创造相应的压力和温度条件,合成出钻石。

  人造钻石的主要合成方法有两种:高温高压合成法和化学气相沉积法。

  最初的合成方法,也是目前普遍使用的方法,是高温高压合成法。一般情况下压力高达5GPa-6GPa,相当于用一根手指顶起一架商用喷气式飞机所承受的压力;温度则达到1300℃-1600℃。其大致原理是:高温高压下,石墨粉融于金属熔剂中,碳原子向高压舱较冷的一端扩散,最终在籽晶上结晶生长。

  制造高温高压,最简单粗暴的是爆炸法。把含碳原子的TNT和轰爆压力非常高的RDX两种炸药混合,在钢制厚壁罐体中引爆,产生1000℃以上的高温和30GPa的超高压,TNT中的一部分碳原子就会聚合成5-15纳米大小的钻石,称为金刚石粉。

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