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鉆石也叫金剛石，這種礦物的主要成分是碳元素，它的特殊結構讓其非常堅硬，加工難度大，具有硬度高，化學穩定性好，韌性差等特點，鉆石的單位叫克拉（Ct），1克拉等于0.2克。
, p4 `( ]1 j9 n, _4 Y0 x. H' A圖片來源：pixabay
& J1 s m+ s, U7 t" T% d古代，在鉆石還沒有被發現時，人類的各大古代文明都有自己的寶石，如中國古代就將玉石作為寶石，歐洲人將琥珀作為寶石，還有的將祖母綠作為寶石。
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直到2500年前，有人在印度河流中撿到了鉆石的原礦石，人們發現這種石頭非常堅硬，可以切割打磨任何物體，由于其非常難得，將它視為權力和地位的象征。 到18世紀，經過加工后的鉆石出現在最高統治者的權杖和皇冠上。 隨著鉆石的原礦石礦藏在非洲被發現，鉆石的數量開始增多，就已不再只有統治者才能擁有，它也變成了財富的象征。 , r& x0 @6 ?1 i0 p5 a
圖片來源：pixabay * Q) |4 U/ Y3 v9 L* T$ @3 T- n
鉆石號稱世界上最硬的天然物質，硬度是鐵的2倍多，那么用鐵錘去砸鉆石會是什么結果嘞，結果是鐵錘會將鉆石砸碎，鉆石不是最硬的物質嗎？怎么干不過鐵錘啊。 ( f. J( B y0 V/ O+ Z% z
這是鉆石的特殊內部結構造成的，鉆石的原子晶體結合力很強，這就是它堅硬的原因，但在天然形成的過程中也會有一些錯位，滑移，雜質等缺陷，這么強的組合當受到外力沖擊時，就會自身不變形將這個外力層層傳遞下去，這個沖擊力在某些缺陷部位造成結構性破壞，這個結構破壞會沿著一個面傳遞下去，從而使整個鉆石裂開。
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雖然鉆石的硬度是最高的，但是它的韌性（脆性）卻很低，也就是物體抗破裂能力很差，一個物體韌性越高就越不容易破裂，而鉆石的韌性與玻璃幾乎一樣，這也就是鉆石容易被砸碎的原因之一。
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! {, o5 D2 f, L5 @在地球內部100~300公里處，壓力為4500~6000兆帕，溫度1000~1500攝氏度，這個環境是高溫高壓，猶如一個煉爐般的過程中，由碳元素組成的結晶體經過數億年，最后形成了天然鉆石，再由火山噴發將其帶到地表，這就是天然鉆石的形成過程。 8 Q0 j" @8 A e1 ~3 I! G( E
人造鉆石又叫它培育鉆石，是模擬天然鉆石結晶的過程而生產出來的鉆石；有兩種鉆石生長法。高溫高壓法（HPHT）只能做小顆粒鉆石，具有成本低，純度低等特點，這種鉆石處于中低端，作為工業用途，如用來制造鉆頭，刀具等；
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化學氣體沉積法（CVD）能做大顆粒鉆石，具有成本高，純度高等特點，這種方法制造的鉆石能達到高級鉆石的顏色和純凈度
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圖片來源：pixabay 8 W( W7 k. U, O; v) Y( R5 ?
化學氣體沉淀法& `4 z) v) x, }, N
首先用激光從人造鉆石或天然鉆石上削下細小的薄片，這塊薄片就好比是人造鉆石的種子，激光會讓鉆石薄片變黑，還要對這塊鉆石薄片拋光，在鉆石薄片周圍涂上樹脂和化學劑，讓鉆石薄片完全固定在鋼塊上。 2 q, @& @% Z% g7 }" U$ s
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0 Y+ z9 V6 g+ T& q6 S7 n將固定有鉆石薄片的鋼塊旋接在螺紋桿上，放入帶有鉆石顆粒的轉輪上，讓鉆石薄片與鉆石顆粒接觸，轉輪旋轉時會產生摩擦力，鉆石是最堅硬的礦物，只有其它鉆石能有效拋光鉆石，前后差別非常驚人，鉆石薄片表面會變得晶瑩剔透。
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現在就可以開始培養了，用夾子將鉆石薄片放在特制的金屬底座上，它們之間留有生長所需的足夠空間。
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0 w6 t. y3 K6 [6 G, p- M, V用金屬箱蓋住它們，注入氫氣和甲烷氣體，機器內會增加壓力，還將鉆石薄片加熱到1千攝氏度以上，甲烷會分解出碳原子，形成等離子體降落在鉆石薄片上，沉淀結晶幫助它們長大。
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. e; X2 B, N0 ?鉆石能以每小時0.006毫米的速度生長，兩天時間就能獲得周圍包裹著石墨的鉆石。 # R) u* V4 v& l; Q7 O8 T7 j
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' ?! X7 L4 k- b; M! @! Z, Z但這些粗糙的鉆石還需要加工才能發出光芒，在尖頭鋼棒上涂上樹脂，將人造鉆石粘在樹脂上，通過不斷旋轉激光會切削修整每個面，讓人造鉆石變得晶瑩剔透。
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$ I C2 \( j* R" V g3 ?通過放大鏡檢查品質，還要放入另一個拋光轉輪將鉆石修剪成經典的鉆石形狀，就會讓鉆石更加閃亮奪目。 & v- U; j- u8 s; F
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& H% C2 R0 a8 b; ?" ]8 p1 @5 C+ F4 r高溫高壓法- p& u8 A8 t6 v$ q- o! E% c1 h
這種方法也需要用鉆石薄片作為人造鉆石的種子，再將提純后的碳元素金剛石粉，起催化作用的鎳鐵，和鉆石種子裝入生長艙中。 3 `8 }1 a" H0 L8 A( Y
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6 r) U: m8 f& D1 }- N4 ^' C將生長艙放入一臺分球式頂壓機中，啟動時頂壓機產生5000~6000兆帕的高壓，通過導電讓生長艙上的加熱棒加溫，讓生長艙內的溫度達到1200攝氏度以上，還要讓生長艙內上下有20~50攝氏度的溫差，金剛石粉將熔化成移動的碳原子，高溫區的碳原子會向低溫區擴散，不斷沉積在鉆石種子上，經過一周就能生長出一顆人造鉆石。
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人造鉆石也是真實的鉆石，成分及性質和天然鉆石都一模一樣，兩者之間只有通過特殊的儀器才能區分，比如在陰極發光儀下人造鉆石的生長呈多邊幾何狀，而天然鉆石會呈環帶狀。 ; o! S; [* C5 q- y/ ]/ @; V
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- i' o' C; k) ^0 n, g2 \% B目前中國是世界上人造鉆石的主要生產國，從工業級人造鉆石到高品質的寶石級鉆石，從幾克拉到幾十克拉都能人工培育，人造鉆石的價格比天然鉆便宜40%左右，也許人造鉆石有一天真的會像養殖珍珠般發展。
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人造鉆石不僅可以用作各種珠寶，通訊，半導體等行業上，更重要的是科學家可以利用這些物理化學性質，隨溫度壓力而產生的變化，作為探索地球內部的研究基礎。
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發表于 2022-11-15 09:55:40
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