在河南縣城，“鑽石賣得像白菜”

今天小編分享的科學經驗：在河南縣城，“鑽石賣得像白菜”，歡迎閱讀。

今年年初，國内各地文旅局花式整活，許多地方隐秘 " 土特產 " 闖入了大眾的視野。河南洛陽更是出手驚人，大手筆地給遊客們贈送鑽石，最大的足足有 1 克拉，一天内發了 100 顆！

一時間，網友們小小的腦袋，大大的問号——河南不是農業大省嗎？它的特產什麼時候變成鑽石了？

其實，河南不僅種農作物有一手，" 種鑽石 " 也有些年頭了，全球 80% 的人造鑽石都來自河南，尤其以商丘市柘城縣最為集中。

人工培育的鑽石，是真的鑽石嗎？

" 鑽石恒久遠，一顆永流傳。" 這是大家最耳熟能詳的鑽石廣告，也被視為 20 世紀最成功的廣告。因為光彩奪目，又和愛情和婚姻緊緊捆綁，鑽石雖然價格昂貴，卻一直活躍在大家的目光中。

那如果鑽石既能依舊閃耀，價格又遠低于現在的價位，是不是非常理想？這時候，就需要人工培育鑽石登場了。

培育鑽石的英文名是 "lab grown diamond"，直譯過來是實驗室裡培育出來的人工鑽石。

它們到底是不是真的鑽石？當然是！

鑽石是寶石級别的金剛石，成分是近乎純的碳，是石墨等碳物質的同素異形體。在鑽石晶體内部，每個碳原子都與周圍的四個碳原子緊密結合，形成一種在其他礦物中都不曾見到的特殊三維結構，正是這種致密結構使得鑽石成為自然界最堅硬的礦物。

鑽石和石墨的結構對比。二者都由碳原子組成，這也是我們能用石墨制造鑽石的原因。圖片來源：wikimedia

培育鑽石和天然鑽石一樣，都是純碳原子構成的晶體，二者的晶體結構、物理性質、化學性質、光學性質本質上沒有區别。有專家生動地形容這二者，"天然和人工的區别，就好比河流裡的冰跟冰箱裡的冰的區别。"

人工培育鑽石，是可以得到鑽石行業三大鑑定機構發放證書的，足見它的真鑽地位得到了官方認可。2018 年，美國聯邦貿易委員會對鑽石定義進行了調整，首次把培育鑽石歸到了鑽石的大類。

鑽石到底是怎麼種出來的？

天然鑽石埋藏在地球深處。它是含碳礦物和一定比例的鐵族金屬，在無氧環境中，900 ℃ ~1300 ℃ 的高溫和 45~60 千帕的高壓下，經過數億年才能形成。

天然鑽石形成時間漫長，獲取成本高昂。而人工培育的鑽石，只需要數周，甚至幾天時間即可生成寶石級的鑽石。

目前，培育鑽石的方法主要有兩種：一是高溫高壓技術（High Temperature and High Pressure，HPHT）；二是化學氣相沉積法 ( Chemical Vapor Deposition，CVD ) 。

高溫高壓技術，是中國的主流鑽石培植技術，尤其集中在河南，主要儀器是六面頂壓機。其合成經過是，将包裹有石墨粉、鑽石晶種和金屬觸媒的石墨柱，放入超高溫、高壓的反應倉内，石墨粉經過金屬觸媒粉催化，在晶種上結晶。鑽石以晶種為中心慢慢長大，一周左右即可生成，最後經過打磨，切割，變成閃亮的新鑽石。

利用了高溫高壓技術的 BARS 系統示意圖。圖片來源：wikimedia

化學氣相沉積技術，目前是歐美國家主要使用的方法。它的基本經過是：在高溫、低壓的真空環境下，把鑽石晶種、含碳氣體一起放入反應倉内，分解出氣體中的活性碳原子，并通過控制生長條件，使活性碳原子均勻地沉積到天然鑽石薄片上，形成新的鑽石。兩周後，鑽石薄片可以有原來的十倍大。這些被石墨包裹的鑽石很粗糙，需要用激光進行修整切割，再抛光，然後就是一顆顆閃閃發亮的鑽石了。

化學氣相沉積技術培養出的鑽石原石。圖片來源：wikimedia

兩種培育方法各有利弊，核心技術在于原料配比、生產工藝以及機器。CVD 法培育的鑽石，培育周期長，成本較高，顏色不易控制，但純淨度高，較适宜 5 克拉以上培育鑽石合成。HPHT 法培育的鑽石，生長速度快，成本低，但純淨度稍差，且無法培育較大的鑽石晶體，适合批量生產 1~5 克拉的鑽石毛石。

目前，中國、印度、美國分别主導培育鑽石生產、加工、零售市場。

河南為什麼能大量種起了鑽石？

鑽石的原石——金剛石起先最重要的作用，不是欣賞，而是用于機械加工。

上世紀五十年代，一些歐美國家成功通過高溫高壓法、化學氣相沉積法等方法成功合成了人工金剛石。

同一時期，新中國為了發展制造業，開始在全國選址興建砂輪廠，批量制造磨具。因河南鞏義發現了大型鋁礬土礦，中國第二砂輪制造廠最終落地于鄭州。這個砂輪廠以及廠内的鄭州三磨所（磨料磨具磨削研究所），就是之後中國超硬材料的 " 黃埔軍校 "。

制作磨料磨具需要的核心材料是金剛石。當時中國的金剛石依賴進口，想要加快工業化發展，中國必須研發自己的人造金剛石。

帶着這樣的歷史使命，1960 年，鄭州三磨所承接了這個國家研究課題。1963 年，中國終于成功研制出本國的第一顆人造金剛石，是繼美國、蘇聯等國之後的第五個國家。但是，有了人造金剛石還不夠，想要量產，就必須有制造金剛石的機器。

1965 年，鄭州三磨所和濟南鑄造鍛壓機械研究所一起突破瓶頸，最終研發出了我國第一台六面頂壓機。六面頂壓機的生產效率，是國外兩面頂壓機的 20 倍。随着這台 " 功勳壓機 " 的問世，鄭州開始成為磨具磨料中心，培養了許多技術人才，奠定了河南在超硬材料的領先地位。中國也由此，開始成為超硬材料的中心，從進口國成為出口國。據統計，河南超硬材料現有規上企業約 300 家，上市公司 7 家。