自從1953年GE公司首先生長出高溫高壓合成鉆石,中國至1963年也生長成功,至今大家都努力長大顆粒做首飾用途。近年高溫高壓方式每年生長黃色磨料約200億克拉,需現用六面頂壓機8000臺左右。白色首飾用大鉆石約300萬克拉,約需現用六面頂壓機3000臺左右,都占世界絕對優勢。其他用途極少量,如車刀片、拉絲模等。
一、鑄造、鍛造六面頂壓機
全中國約有1萬多臺六面頂壓機,另有五家新廠在籌建中,預計要增加5~6000臺大型六面頂壓機,現在大型六面頂壓機的制造是瓶頸,兩年前新出來的鍛造六面頂壓機是另一種選擇,正在接受時間的考驗。原來都是用鑄造法制作鉸鏈梁,塑性較低,不易變形,壽命約十幾年,經過半個多世紀的考驗,業界基本滿意。鍛造鉸鏈梁的塑性較強,生長大顆粒鉆石還好,如頻繁生長磨料極易變形,長期使用后應力會使六個鉸鏈梁塑性變形,使得六個頂錘的對中性發生偏差,易產生放炮,損傷頂錘及機件,在不斷升壓降壓、升溫降溫的使用狀況下,能堅持多少年待觀察。現在鑄造加鍛造六面頂大型壓機,能夠供應給客戶的量,全國每年約600臺左右。
二、高溫高壓適合生長3、4克拉大小的毛坯
如因戴比爾斯因素,全球其他培育鉆石廠家無法競爭1.5克拉以上的成品培育鉆石,高溫高壓業者還能競爭1.5克拉及以下的成品培育鉆石,因戴比爾斯這些大小的成品培育鉆石零售價仍賣US$800/克拉,我們還有空間可以競爭。這些規格的培育鉆石, 我們可以用高溫高壓六面頂壓機生長3、4克拉的毛坯,用來切磨出1.5克拉以下的成品培育鉆石。凈度好的毛坯可以切磨出一克拉以上的大鉆,凈度差的毛坯,可由印度切磨廠敲碎,做成各種尺寸的中、小鉆。高溫高壓六面頂壓機要慎重考慮增加的數量,否則市場飽和后,多出來的壓機都再回去生長工業用磨料,產量過剩,將使金剛石磨料價格降低,全體業者利潤受損。
三、必須要有好的生長技術
生長工藝、技術是長出高品質培育鉆石的一個重要因素,投資者必須找到真正好的技術來源,如果產品品質不夠好,將會產生極大困擾。
高溫高壓培育鉆石的凈度絕大部分是Sl,甚至PK,這也是跟生長速度有關,生長慢一些,凈度就比較好,生長速度快,黑色的觸媒金屬雜質就會多,VS的比較少,良率約10~40%,看各家的技術,VVS的會有,但是比例極少。
四、高溫高壓鉆石顏色的控制
高溫高壓鉆石的顏色,現在每一家的技術都進步到基本上可達D/E/F,只有少部分的廠家的技術還沒有克服,有一些比較差的顏色,如H/I/J/K,或帶一些綠色、藍色等雜色。高溫高壓生長無色鉆石的工廠,在選購石墨的時候,要確定硼含量盡量少,雖然導電性能一定無法避免,但是硼盡量少時,成品鉆石的顏色不會帶灰藍而呈微暗色調。
五、大型壓機兩層生長新技術
中國礦業大學鄧福銘教授在2021年10月14日在2021超硬材料及制品產業(長沙)交流會中發布用1000mm缸徑大型壓機排列兩層晶種,一爐生長出34粒3~4克拉毛坯,這個技術將會逐漸展開,對業界將有極大幫助。
六、六面頂大型壓機的改進
六面頂壓機業界已向有缸的1000、1100mm缸徑的大型壓機改進中,如此將對業界的產量及效果有相當的改進。
七、高溫高壓無色鉆石的導電性
無色高溫高壓合成鉆石是電的半導體。天然鉆石只有lIb型因為含硼,可以導電,其它型別都不導電。
生長高溫高壓無色鉆石時,會加鈦或鋁作為除氮劑,把氮先結合掉,石墨里的硼就存在鉆石的晶格里,視硼的量多少而呈現藍色或無色,極少量的硼,甚至幾個ppb的量,鉆石仍為無色,卻都有半導體性能而導電。在自動拋光機研磨每一個刻面完成時,夾具與磨盤接觸時產生導電,無色高溫高壓鉆石本身就有半導體性能,無法利用自動拋光機加工。但可以加一絕緣的陶瓷套筒,這樣的操作比較困難,僅適合加工粗底、粗面。
八、高溫高壓無色培育鉆石的導熱性
高溫高壓培育鉆石的導熱系數較低,用熱導儀來測,它們大部分會停留在莫桑石(Mossanite)的位置,少部分會跳到鉆石位置。其原因,是它們在生長過程中,進入了太多的鐵、鎳金屬,形成非常小的離子態留在鉆石內部成為雜質,這些雜質極小,數量又多到影響鉆石的導熱系數。
▲ (左)HPHT培育鉆石部分顯示Moissanite;(右)部分顯示Diamond
九、高溫高壓電解污染的控制
全國任何地方都在要求減少污染,現在化學電解金屬觸媒和石墨已有改進更好的方式,業界必須更進一步的利用新技術控制污染。