CVD钻石
CVD合成钻石合成原理及识别特征
一、合成钻石的历史和现状
早在18世纪人们就开始了合成钻石的探索，但直到20世纪，由于热力学及高温高压技术的发展，才使钻石的合成得以实现。

1953年瑞士工程公司(ASEA)使用压力球装置首次成功地合成出了40粒小颗的钻石，美国通用电气公司(GE)也于1955年采用压带装置合成出了小颗粒的钻石。

此后，工业级钻石的合成技术得到广泛应用，目前几乎三分之二的工业用钻已由合成钻石替代了。

但直到1970年宝石级大颗粒的钻石才由美国通用电气公司合成成功。

经过近三十年的努力，目前已能获得十几克拉大的晶体，但宝石级钻石合成的成本仍然很高，不能进行大批量的生产。

2000年可切磨的合成钻石只有3500ct，仅占当年天然宝石级钻石产量的0.01%。

到二十世纪九十年代，采用化学气相沉淀法(CVD)合成钻石薄膜，在固相基片上沉积形成金刚石多晶质薄膜，作为工业用途。

2003年，美国CVD钻石公司合成出达到宝石级单晶，并开始商业性生产。

最近，美国华盛顿地球物理实验室实现100μm/h的CVD合成钻石的速度，通过化学气体沉淀，高压高温热，化学蒸镀法,www.cvd.hk,,带腰码,生产出了10ct、半英寸厚的单晶钻石。

为了进一步加大合成钻石晶体的尺寸，采用CVD顺序地在钻石基片的6个面上生长的方法，有可能实现英寸级(约300ct)无色钻石单晶的三维生长。

人们还发现，高压高温热处理能改善CVD合成钻石的颜色、提高合成钻石的硬度。

二、高温高压种晶触媒法合成钻石
(一)合成钻石的原理
钻石和石墨是碳的两种同质多像的变体。

根据钻石-石墨的相平衡图可知，在常温常压下石墨是碳的稳定结晶形式，钻石只有在高温高压下才是最稳定的，
在高温高压(相图中钻石稳定区的条件)下，石墨的中的碳原子会重新按钻石的结构排列，而形成钻石。

合成钻石的方法主要分静压法、动压法和低压法(即在亚稳定区内生长钻石的方法)。

合成工业用钻石主要采用静压法中的静压触媒法，通过液压机产生(4500～9000)X109Pa的压力，以电流加热到1000～2000℃的高温，利用金属触媒实现石墨向钻石的转化。

宝石级合成钻石也是采用的静压法，但加入了种晶，所以又称为晶种触媒法。

金属触媒的主要作用是降低石墨向钻石转化的温度和压力条件，提高转化率。

同时，金属触媒可以作为碳的溶剂。

在适当的温度压力条件下，石墨和钻石都可以溶于触媒中，并且，石墨的溶解度大于钻石，当压力升高时，二者的差异也增大。

因此，当石墨在金属触媒中溶解达到饱和时，对钻石而言就已经达到过饱和了，此时，钻石容易从触媒中结晶出来。

在合成过程中对温度、压力的控制较复杂，晶体生长的时间较长，所以成本比合成工业钻砂高得多。

(二)合成钻石的晶形、颜色及类型的控制
1、晶形：合成钻石晶体形态主要为立方体与八面体的聚形。

合成时的温度对形态有一定的影响。

温度较低(1300℃)时以立方体为主，温度较高(1600℃)
时以八面体为主。

2、颜色和类型
合成钻石的颜色和类型也可以控制。

因为生长舱内充满了空气，空气中含有氮，所以大多数合成钻石都是含孤氮的Ib型钻石。

这种钻石多为黄到褐色。

如果在反应舱内放一些氮的吸收剂，如锆或铝，则可以获得无色的不含氮的Ⅱa型钻石。

如果同时再加入一些硼，则可合成出含硼的蓝色Ⅱb型钻石。