สารบัญเนื้อหา
เพชร CVD และ HPHT ต่างกันยังไง?
บทในความก่อนหน้าได้อธิบายว่าเพชรเป็นเฟสของคาร์บอนที่แพร่กระจายได้ที่ความดันต่ำ มีเงื่อนไขคือเมื่อศักยภาพทางเคมีของคาร์บอนในทั้งสองเฟสต่ำกว่าคาร์บอนในรูปก๊าซไฮโดรคาร์บอน เช่น คาร์บอนในรูปมีเทน (CH) จะทำให้กราไฟต์และเพชรสามารถเกิดขึ้นได้ที่ความดันต่ำและอุณหภูมิสูงจากเฟสก๊าซด้วยปฏิกิริยาทางเคมีของการสลายตัวของไฮโดรคาร์บอน เมื่อพิจารณาจากอุณหภูมิและคุณสมบัติทางเคมีที่เฉพาะเจาะจงแล้ว เพชรสามารโตได้โดยเกิดจากการทับถมของไอเคมี (CVD) แม้ในความดันต่ำ ซึ่งเพชรจะอยู่ในระยะที่แพร่กระจายได้ ในขณะที่กราไฟต์ความดันต่ำมีความเสถียรมากกว่าเพชร ทำให้เพชรมีโอกาสมากกว่าที่จะก่อตัวขึ้นจากไฮโดรคาร์บอน มากกว่าการก่อตัวของกราไฟต์
1. ข้อแตกต่าง
โดยปกติแล้ววิธี HPHT และ CVD นั้นช่วยเสริมซึ่งกันและกันอย่างมีประสิทธิภาพ ปัจจุบันเพชรที่ปลูกด้วย HPHT ถูกใช้เพื่อสร้างสารตั้งต้น (มักเรียกว่าเมล็ดหรือseed) สำหรับการเจริญเติบโตของเพชรผลึกเดี่ยว CVD ที่มีความบริสุทธิ์สูงที่ปลูกบนสารตั้งต้น HPHT ได้เปิดประตูสู่การใช้งานอิเล็กทรอนิกส์ออปติก และ ควอนตัมแบบใหม่ มีความแตกต่างที่สำคัญบางประการระหว่างเพชร HPHT และ CVD ข้อแตกต่างหลักๆ ดังนี้
1.1 ธาตุเจือปน
เพชร HPHT ส่วนใหญ่ประกอบด้วยการเจือปนโลหะของสารละลายการเจริญเติบโต ในขณะที่เพชร CVD มักจะมีการเจือปนของคาร์บอนที่ไม่ใช่เพชร นอกจากนี้ ปริมาณสิ่งเจือปนยังแตกต่างกันในเพชร HPHT และ CVD ในขณะที่ไนโตรเจนเป็นสิ่งเจือปนหลัก (อะตอมแปลกปลอมในโครงผลึกคาร์บอน) ที่พบในทั้งสองประเภท สิ่งเจือปนที่เป็นโลหะนั้นเป็นเรื่องปกติสำหรับเพชร HPHT ในขณะที่สิ่งเจือปนของซิลิคอนและไฮโดรเจนนั้นเป็นเรื่องปกติสำหรับเพชร CVD ความแตกต่างที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือการมีส่วนการเติบโตหลายส่วนในเพชร HPHT แม้จะคล้ายกันแต่ไม่เหมือนกันกับเพชรธรรมชาติ
1.2 กระบวนการ
เพชร HPHT นั้นเริ่มต้นการเติบโตจากเมล็ดเพชรขนาดเล็กมากสำหรับวิธี HPHT FG การเติบโตจะเกิดขึ้นบนทุกหน้าของคริสตัลและรอบๆ เมล็ด ในขณะที่วิธี HPHT TGG มีเพียงหน้าเดียวของเมล็ดเท่านั้นที่สัมผัสกับสารละลายการเจริญเติบโต แต่เพชร CVD นั้นยังแสดงส่วนการเจริญเติบโต แต่ในระดับที่แตกต่างกันมาก เนื่องจากเพชรเหล่านี้เติบโตบนเมล็ดขนาดใหญ่ (ซับสเตรต) โดยมีด้านเดียวที่ครอบครองพื้นที่ผิวสัมผัส อัตราที่สิ่งเจือปนรวมอยู่ในเพชรนั้นขึ้นอยู่กับช่วงการเจริญเติบโต ผลึกดั้งเดิมที่แผ่นพื้นนั้นเติบโตโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาตัวทำละลายที่เป็นเหล็ก-นิกเกิล อัตราการเติบโตของผลึกจะเปลี่ยนไประหว่างการก่อตัว จากเร็วในตอนเริ่มต้นเป็นช้าลงและสุดท้ายเป็นช้ามาก
ในการเติบโตบริเวณสีเหลืองส่วนที่มีความเข้มข้นปานกลาง (ประมาณ 50-100 ppm) ของไนโตรเจนในรูปของ C-centers และใกล้เคียงกับ 0 ppm ของสารเจือปน Ni ไม่มีการเปลี่ยนแปลงของcenter C ถึง A เกิดขึ้นในบริเวณนี้ เนื่องจากอัตราการเปลี่ยนแปลงนี้ขึ้นอยู่กับการมีอยู่และความเข้มข้นของสิ่งเจือปน Ni เหนือพื้นที่สีเหลืองในส่วน (001) อุณหภูมิการเติบโตสูงขึ้นและอัตราการเติบโตลดลง ส่งผลให้การรวมตัวของไนโตรเจนในรูปแบบ C อยู่ที่ประมาณ 1 ppm เท่านั้น นี่คือสาเหตุที่บริเวณนี้ดูไม่มีสี การรวมตัวกันของสิ่งเจือปน N และ Ni ในภาคการเจริญเติบโต (111) นั้นสูงกว่าใน (100) อย่างมาก ความเข้มข้นของไนโตรเจนทั้งหมดในส่วน (111) ของผลึกนี้คือประมาณ 300 ppm ความเข้มข้นของ Ni นั้นสูงกว่าในส่วนการเจริญเติบโต (1 11) และ (111) มากกว่าใน (1 ī 1) และ (11 1) และยิ่งสูงขึ้นในช่วงเริ่มต้นของการเจริญเติบโต: พื้นที่สีน้ำตาลมี Ni ที่เกี่ยวข้องกับ N ศูนย์กลางของ ประมาณ 20-25 แผ่นต่อนาที ไนโตรเจนเกือบทั้งหมดในภาคส่วน (111) เปลี่ยนรูปจาก C เป็น A ทำให้พื้นที่เหล่านี้ไม่มีสี ยกเว้นพื้นที่สีเหลืองที่ส่วนท้ายของการเจริญเติบโตที่มีระดับต่ำมากของการเปลี่ยนแปลง C เป็น A (สามารถอ่านบทความ เพชร Lab Grown Diamond คืออะไร ได้ที่ลิ้งนี้)
2. จีนกับเพชร Lab Grown Diamond
การผลิตเพชรที่มนุษย์ปลูกขึ้นทั่วโลกสำหรับตลาดอัญมณีกำลังเพิ่มขึ้น แต่ก็ยังมีปริมาณน้อยเมื่อเทียบกับการผลิตเพชรธรรมชาติ สองผู้เล่นรายใหญ่ของโลก ได้แก่ Element Six และ Sumitomo Electric Industries ผลิตเพชร HPHT ประเภท Ib และ IIa ขนาดสูงสุด 10 มม. เฉพาะสำหรับงานอุตสาหกรรมโดยใช้เทคโนโลยี belt เพชรที่มนุษย์สร้างขึ้นชิ้นแรกที่เปิดตัวสู่ตลาดอัญมณีในช่วงต้นทศวรรษ 1990 นั้นเติบโตด้วยเทคโนโลยี HPHT อื่น นั่นคือเทคโนโลยี BARS ซึ่งได้รับการพัฒนาขึ้นในอดีตสหภาพโซเวียตโดยมีส่วนร่วมหลักโดยผู้เขียน ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้สามารถผลิตผลึกเพชรประเภทต่างๆ ได้ถึง 5-6 กะรัตเป็นประจำ ในขนาดที่เล็กของผลผลิตเครื่อง BARS ทำให้มีประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจในการเพิ่มคริสตัลเพียงหนึ่งเม็ดต่อรอบ ซึ่งจะเป็นประโยชน์สำหรับการผลิตเพชรตามสั่ง จนถึงกลางทศวรรษที่สองของศตวรรษที่ 21 เพชรอัญมณี HPHT ในปริมาณที่จำกัดยังถูกผลิตโดยเทคโนโลยี toriod และ belt โดยโรงงานขนาดเล็กเพียงไม่กี่แห่งในรัสเซีย ยูเครน ยุโรป และญี่ปุ่น
เมื่อเร็ว ๆ นี้ จีนได้ใช้เครื่อง cubic presses ซึ่งประสบความสำเร็จในการใช้ประโยชน์จากรัสเซียเพื่อปลูกเพชรโดยใช้เทคนิค HP TGG ปริมาณการผลิตที่มากของเครื่องนี้ทำให้เพชรประเภท Ila และ IIb คุณภาพสูงมีจำนวนเพิ่มขึ้นมากกว่า 100 กะรัต และน้ำหนักของผลึกนี้สามารถเพิ่มได้อย่างง่ายดาย หลังจากหลายปีของการพัฒนา ผู้ผลิตเพชร HPHT รายใหญ่สามรายในจีนประสบความสำเร็จในการนำเทคโนโลยี HPHT TGG มาใช้ในช่วงกลางปี 2010 และปัจจุบัน บริษัทเหล่านี้ใช้เครื่อง cubic presses หลายร้อยเครื่องเพื่อผลิตเพชรคุณภาพอัญมณี Ib, IIa และ IIb ที่มีขนาดผลึกถึง 10 กะรัต
ซึ่งข้อได้เปรียบที่สำคัญอย่างหนึ่งของเครื่องจากจีนคืออัตราส่วนต้นทุน/แรงขับที่ต่ำมาก และต้นทุนการทำงานที่ต่ำเมื่อเทียบกับเครื่องแรงดันสูงอื่นๆ รวมทั้งมีศักยภาพอย่างมากในการเพิ่มปริมาณการเติบโต การพัฒนาการเติบโตของเพชร HPHT ที่มีน้ำหนักผลึกมากกว่า 100 กะรัตและขนาดที่มากกว่า 25 มม. จะมีนัยยะสำคัญไม่เพียงแต่ต่อตลาดอัญมณีเท่านั้น แต่เมื่อรวมกับการเติบโตของเพชร CVD จะเปิดช่องทางใหม่สำหรับการพัฒนาของ เพชรยุคไฮเทคที่เกิดขึ้นใหม่
เลือกชมเพชร CVD (Lab Grown Diamond) และ เครื่องประดับของเราได้ที่นี่
ผู้เขียนบทความ
