合成鑽石：質量改進及鑒定挑戰

Gemesis 公司生產的 CVD 合成鑽石。 左側樣品重 0.39 克拉， 採用圓形明亮式切工，顏色等級為 F，凈度為 VVS2； 右側樣品重 0.83 克拉，顏色等級為 J，凈度為 VVS2。

採用化學蒸汽沉澱法(CVD)工藝生產的無色合成鑽石在市場上日益普遍。CVD 工藝鑽石與通過地質力量形成的天然鑽石差異巨大。 此外，它們與 20 世紀 50 年代中期以來採用高溫高壓(HPHT)?法製造的合成品也迥然不同。

CVD 合成鑽石大約在十年前開始出現於寶石鑽石市場。 工藝涉及將氣體（如甲烷）引入真空室，然後通過微波激活和分解氣體的分子。 這就導致碳原子堆積在基板上（含有扁平鑽石晶種的小平台，通常為高溫高壓 (HPHT) 合成），類似於降雪時的雪花積聚。

通用電氣於1954 年首次成功採用高溫高壓 (HPHT) 處理方法使鑽石生長，從本質上而言是模仿天然過程，即地球深處的極高熱力和壓力使碳結晶成鑽石。 由於需要一定的能量和設備，因此高溫高壓 (HPHT) 處理非常昂貴，而且生產的鑽石顏色主要是黃色或褐黃色。

CVD 處理方法則成本低得多，因為只需在適中溫度和低壓下即可工作，因此所需設備更小、更經濟。 由於真空室僅含有碳和一些氫氣，因此可以生長出無色晶體。 如果將氮或硼引入真空室，則可生長出黃色或藍色的合成鑽石晶體。

起初，這些CVD 鑽石的創造者認為，他們將能夠快速、廉價地生產鑽石。 然而，由於品質不一，且所形成的褐色通常不甚理想，因此未能實現預期。

在過去十年中，CVD 生產商已經發現，改變生長室中的氣體並使用較純的 II 型合成鑽石作為晶種可以改善成品合成鑽石的顏色和生長速率。 由於許多早期 CVD 合成鑽石略帶褐色，生產商還發現在高溫高壓下處理該材料可除去褐色，使晶體呈現無色。 該處理步驟掩蓋了一些代表性特徵，導致這些合成鑽石的鑒定變得更加困難。

位於佛羅里達州薩拉索塔的Gemesis 公司採用高溫高壓 (HPHT) 處理生產出其早期的合成鑽石，並於 2012 年 3 月開始在市場上銷售無色 CVD 合成鑽石。 其他一些公司也開始銷售 CVD 合成鑽石。

GIA 研究人員從 Gemesis 購買了 16 顆 CVD 鑽石，其中有 15 顆採用圓形明亮式切工，重量從 0.24 克拉到 0.86 克拉不等。 絕大部分具有非常高的顏色等級，即 GIA 4C 標準的 F 至 G 級。 三顆為 I 至 J 級。最大的一顆重 0.90 克拉，採用長方形切工，顏色等級為 L，因為其呈現略微偏黃的光芒。

研究人員在GIA 研發部總監 Wuyi Wang（王五一）博士的帶領下，對這些合成鑽石進行了一系列測試。 測試包括若干類型複雜的頻譜分析，以獲取通過 CVD 處理方法生長的樣本的「代表性特徵」。 通過使用先進的檢測儀器，科學家們可以讀取鑽石的光譜特徵，以確定其組成，或判定它們是源自大自然或是實驗室。 GIA 研究人員還進行了標準寶石學測試，包括檢查是否具有診斷其他合成鑽石的已知特徵，比如晶紋和紫外熒光反應。 鑽石具有晶紋（如木材），這是其結晶方式所形成的。由於大自然成長環境與實驗室不同，因此合成鑽石的晶紋也存在差異。

GIA 測試發現，CVD 處理方法引入後，無色至近無色品質的 CVD 生長鑽石在十年間品質得以大大改善。 在過去，CVD 合成品呈現出天然鑽石中所不存在的晶紋，以及獨特的熒光反應。 這些樣本表明，將這些合成鑽石與天然鑽石區分開來需要採用先進的光譜技術。 此外，合成品顯然需要經過高溫處理，以去除或掩蓋一些跡象特徵，比如經處理後很難發現晶紋。

儘管通過常規方法難以辨識這些合成鑽石，但GIA 研究人員仍然發現了獨特的光譜特徵。 他們使用 DiamondView 通過光致發光和紫外熒光反應來進行辨識，這是一種寶石鑒定所用於檢測合成鑽石的精密儀器。

GIA 繼續將合成鑽石作為重點研究課題，以識別這些最新研製的實驗室生長鑽石並出具相關證書。

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