Kim cương trong phòng thí nghiệm có cấu trúc tinh thể, thành phần hóa học, tính chất quang học và tính chất vật lý giống như kim cương khai thác: các nguyên tử cacbon sắp xếp theo cấu trúc tinh thể lập phương. Kim cương nuôi cấy trong phòng thí nghiệm không thể phân biệt được với kim cương thiên nhiên có chất lượng tương đương.
Bởi vì quá trình tăng trưởng tương tự như quá trình tăng trưởng kim cương tự nhiên, vẫn có những biến thể về màu sắc và độ trong của kim cương được tạo ra trong phòng thí nghiệm. Nói cách khác, không phải tất cả kim cương được trồng trong phòng thí nghiệm đều không màu và hoàn mỹ. Kim cương nhân tạo được phân loại dựa trên các tiêu chí chính xác như kim cương thiên nhiên(4C), bởi các phòng thí nghiệm đá quý độc lập và uy tín trên toàn cầu.
Không giống như các chất mô phỏng kim cương rẻ tiền, chẳng hạn như zirconia và moissanite, kim cương nuôi cấy có độ sáng chói, ánh lửa và lấp lánh giống hệt như kim cương thiên nhiên. So với kim cương thiên nhiên, kim cương được nuôi cấy có ít tạp chất hơn và ít khuyết điểm hơn. Điều này làm cho kim cương nuôi cấy trắng hơn, sáng hơn và mạnh hơn so với đại đa số kim cương được khai thác.
Khả năng nuôi cấy kim cương là một trong những kỹ thuật chế tạo chính xác và khó nhất mà con người từng đạt được. Phải mất gần 60 năm nỗ lực để phát triển độ chính xác để tạo ra những viên kim cương chất lượng đá quý.
Ngày nay, có hai phương pháp nuôi cấy kim cương: Áp suất cao-Nhiệt độ cao (HPHT) & Lắng đọng hơi hóa học (CVD). Mỗi quy trình phù hợp nhất với kích thước và màu sắc nhất định của kim cương.
Sự tăng trưởng kim cương HPHT xảy ra trong các buồng áp suất lớn. Các hạt kim cương nhỏ được đặt vào một tế bào tăng trưởng và than chì được chèn lên trên các hạt kim cương. Nồi áp suất được làm nóng đến 1500°C và được tạo áp suất xấp xỉ 70.000 lần áp suất ở mực nước biển.
Ở nhiệt độ và áp suất cực cao này, than chì trong tế bào sinh trưởng được nấu chảy thành cacbon lỏng và sau đó được làm lạnh cẩn thận thành dạng cacbon cứng nhất đó là tinh thể kim cương.
Sự tăng trưởng kim cương CVD xảy ra trong các lò phản ứng plasma chân không. Các tấm kim cương mỏng được đặt trong một tế bào sinh trưởng và khí hydrocacbon được bơm vào lò phản ứng. Vi sóng công suất cao phá vỡ các phân tử khí, và các nguyên tử cacbon kết tủa lên các tấm kim cương, làm phát triển nguyên tử kim cương theo phương thẳng đứng.
Các viên kim cương CVD tạo thành thường phải chịu áp lực cực lớn để 'nén' viên kim cương. Bước bổ sung này giúp cải thiện chất lượng của tinh thể kim cương, giúp kim cương có màu sắc và ánh sáng tốt hơn.
Kim cương nuôi cấy CVD thô
Quan niệm sai lầm phổ biến
Có rất nhiều 'sự thật' không chính xác được lan truyền nhằm tạo ra sự sợ hãi, không chắc chắn và nghi ngờ về những viên kim cương được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm. Dưới đây là những quan niệm sai lầm phổ biến nhất và câu trả lời cho những vấn đề này:
Quan niệm sai lầm #1: Kim cương nuôi cấy có chi phí sản xuất rất rẻ?
Đây là quan niệm sai lầm phổ biến nhất và hoàn toàn sai lầm. Chi phí để nuôi cấy mỗi viên kim cương trong phòng thí nghiệm thậm chí cao hơn gấp nhiều lần chi phí khai thác kim cương thiên nhiên(theo số liệu De Beers tự báo cáo vào năm 2015 về kim cương thô và các hoạt động khai thác để đào kim cương ra khỏi Trái Đất), ngay cả khi bạn bỏ qua chi phí cố định của máy móc cần thiết để nuôi cấy kim cương trong phòng thí nghiệm.Chi phí để cắt, đánh bóng và phân loại kim cương là hoàn toàn giống nhau, bất kể nguồn gốc: được nuôi cấy hay khai thác.
Quan niệm sai lầm #2: Tất cả kim cương phòng thí nghiệm đều không màu và hoàn mỹ
Quá trình phát triển kim cương trong phòng thí nghiệm rất giống với quá trình tăng trưởng địa chất. Các loại tạp chất và khuyết tật tương tự có trong kim cương thiên nhiên cũng có thể xuất hiện trong kim cương nuôi cấy. Nếu tinh thể kim cương phát triển quá nhanh, có thể có những vết nứt nhỏ (hìnhlông vũ) trong kim cương. Cũng có thể có tạp chất nhỏ của các nguyên tố vi lượng hoặc các khuyết tật phát triển khác khiến viên kim cương gần như không màu hoặc có một chút tạp chất. Kim cương trong phòng thí nghiệm được phân loại độc lập dựa trên các tiêu chí chính xác giống như kim cương thiên nhiên bởi các phòng thí nghiệm đá quý độc lập và họ cũng phân loại kim cương thiên nhiên.
Quan niệm sai lầm #3: Kim cương phòng thí nghiệm sẽ tràn ngập thị trường
Có khoảng 25 triệu carat kim cương thiên nhiên được cắt và đánh bóng hàng năm, với hàng tỷ carat trong các mỏ hiện có. De Beers ước tính trữ lượng kim cương hiện tại của họ là 479,7 triệu carat. Để xây dựng các cơ sở sản xuất kim cương nuôi cấy đủ lớn để tạo ra 01% nguồn cung kim cương hiện tại sẽ cần hàng trăm triệu đô la vốn đầu tư để xây dựng cơ sở và hàng chục triệu đô la mỗi năm để vận hành cơ sở. Do đó trên thực tế, kim cương nuôi cấy chỉ là một phần cực kỳ nhỏ trong tổng thị trường kim cương.
Quan niệm sai lầm #4: Giá kim cương thiên nhiên được giảm bởi kim cương phòng nuôi cấy
Quan niệm sai lầm này phụ thuộc vào ba giả định không chính xác:
- Kim cương rất hiếm (xem bên dưới)
- Sẽ có đủ kim cương nuôi cấy trên khắp thế giới để giảm độ hiếm đó (xem Quan niệm sai lầm #3)
- Nuôi cấy kim cương rẻ hơn khai thác từ Trái Đất (xem Quan niệm sai lầm #1)
Trong khi những viên kim cương có màu sắc lạ mắt được khai thác và những viên kim cương có mức đầu tư lớn là khá hiếm, thì hiện có hơn một tỷ carat kim cương đá quý được sở hữu trên toàn cầu. Các chuyên gia ước tính.Thế hệ Baby Boomer ở Mỹ sở hữu hơn 500 triệu carat đá quý kim cương sẽ được thừa kế hoặc bán lại trong vài thập kỷ tới. Chúng tôi tin rằng mối đe dọa lớn hơn nhiều đối với giá trị của những viên kim cương thiên nhiên đã khai thác là việc tái chế và bán lại những viên kim cương thiên nhiên đã khai thác trước đó.
Quan niệm sai lầm #5: Ngành công nghiệp kim cương nuôi cấy chỉ tồn tại để chế tạo đá quý.
Trên thực tế, lý do chính mà ngành công nghiệp kim cương tồn tại không phải là để nuôi cấy kim cương mà thay vào đó là nuôi cấy kim cương nhằm cung ứng cho các ứng dụng công nghiệp, tính toán, chăm sóc sức khỏe và khoa học.
ĐẦU TƯ TRONG TƯƠNG LAI
Mục đích và mục tiêu chính của ngành công nghiệp kim cương phát triển trong phòng thí nghiệm không phải là để phát triển đá quý kim cương. Mục đích chính của ngành công nghiệp kim cương trong phòng thí nghiệm là dành cho các ứng dụng công nghệ cao của kim cương như thấu kính laser, dao phẫu thuật, thiết bị lọc nước, lò áp suất cao, chất bán dẫn, v.v.
Giá của mỗi viên kim cương chức năng này cao hơn giá của một viên đá quý kim cương có cùng kích cỡ. Vì vậy, chỉ những viên kim cương được nuôi cấy không đủ hoàn hảo để ứng dụng công nghệ cao mới được cắt và đánh bóng và bán cho người tiêu dùng dưới dạng đá quý.
Khi bạn mua một viên kim cương được trồng trong phòng thí nghiệm, bạn đang đầu tư vào tương lai của nhân loại. Việc bạn mua viên kim cương được trồng trong phòng thí nghiệm trực tiếp tài trợ cho các nỗ lực nghiên cứu và phát triển nhằm cải thiện việc sử dụng và hiệu quả của kim cương trong nuôi cấy trong sự tiến bộ và thành tựu công nghệ cao trong tương lai.
