CVD法是一种起步较HPHT法晚，技术门槛稍高，发展迅猛的一种优秀的合成钻石技术。图：CVD合成钻石起步较HPHT法晚十年左右（图源Bain） 大家都知道，在我国、俄罗斯等，HPHT法合成钻石技术占据整个合成钻石产业绝大 ...
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CVD法是一种起步较HPHT法晚，技术门槛稍高，发展迅猛的一种优秀的合成钻石技术。
图：CVD合成钻石起步较HPHT法晚十年左右（图源Bain） 大家都知道，在我国、俄罗斯等，HPHT法合成钻石技术占据整个合成钻石产业绝大部分市场份额，而CVD法合成钻石技术的市场份额要小一些，不过这一现状近几年有所改变；在国外，如印度、新加坡、欧洲、美国等，主要以CVD法合成钻石技术为主，相反，HPHT法合成钻石技术的市场份额很小。
图：2020年国内外HPHT法及CVD法合成钻石所占比重（图源Bain） 既然CVD法与HPHT法合成钻石的两种技术能同时存在，接受市场的考验，说明CVD法合成钻石技术必有其过人之处。“二蚌相争，渔翁得利”，利好的是广大消费者，良性竞争的必然结果是物美价廉的合成钻石产品供应市场。今天笔者带大家一起聊聊CVD法合成钻石技术的优势与劣势。
图：CVD法合成钻石技术与HPHT法对比（图源德邦证券） CVD法的英文全称为Chemical Vapor Deposition， 中文为化学气相沉积法，其基本原理是把碳基气体的C原子与钻石种晶上的C-C键结合一层一层堆积而形成单晶钻石，比较复杂，大家可以理解为是钻石在C原子层面的生长。
图：CVD法合成钻石原理图（图源网络） 虽然都是化学气相沉积法，但在市场上衍生出好几种技术路线，各大厂商使出浑身解数，目的就是率先合成出大颗粒单晶钻石。占领行业制高点。 化学气相沉积法 ( CVD法 )技术路线有：HFCVD (热丝直流等离子体) 、 DC Arc plasma jet CVD (直流电弧等离子体)、DC-PACVD ( 直流热阴极等离子体 ) 、 MPCVD ( 微波等离子体 )
图：CVD（化学气相沉积法）合成钻石市场主流技术路线（图源网络） 目前，化学气相沉积法合成钻石的主流技术路线是MPCVD（微波等离子体化学气相沉积法），该方法技术最成熟，市场应用最广泛。MPCVD 技术优点有：沉积设备决定大颗粒，MPCVD 法合成钻石原理：将微波发生器产生的微波用波导管经隔离器进入反应器 ，并通入CH4与H2的混合气体，在微波的激励下，在反应室内产生辉光放电，使反应气体的分子离化，产生等离子体 ，小的金刚石晶种上在原子层级上一层层的生长，从而沉积得到更大的单晶金刚石。
图：MPCVD 法合成钻石原理图（生长仓，图源网络） MPCVD 技术优点有：沉积设备决定大颗粒，MPCVD 法无需高压条件，反应腔室较大，更适用于培育大颗粒金刚石；气体反应决定高净度与低颜色：CVD 技术的气体反应过程中固体颗粒杂质含量低，易生成高净度产品。
图：MPCVD法合成钻石流程（图源财通证券） 说了这么多CVD法合成钻石的技术问题，各位朋友对该技术有了初步的认识，也明白了CVD法与HPHT法是两种完全不同的合成方法，均在市场上得到一定的认可。那么，CVD法合成钻石有哪些优势，能与HPHT法合成钻石掰手腕吗？我们一起分析分析……
图：HPHT VS CVD合成装置（图源网络） 1、净度高 CVD 法下毛坯净度更高， 大部分产品均在 VS 以上，品质较HPHT合成钻石品质好。但CVD颜色上稍有劣势， 多为褐色，近几年技术改进，这一劣势也在不断弥补。
图：HPHT（左） VS CVD（右）合成钻石（图源网络） 2、颗粒大 HPHT法下， 国内头部厂家均可以生产1-3、 3-6 克拉毛坯钻石， 大克拉技术成熟。CVD法下，毛坯相对更大，可以生产5ct以上、10ct以上甚至更大的钻石毛坯， 具备一定优势。未来合成CVD大钻会占据一定的市场份额，而HPHT合成法要供应小克拉钻石。
图：印度CVD法合成的切磨后重达50.25克拉的钻石（图源网络）
图：印度总理莫迪送给拜登夫妇的CVD合成绿钻（图源网络） 3、片状晶形适合做半导体材料 纯净的钻石本身是一种极好的绝缘体，只有当引入受主（B）和施主（N）元素时才可由绝缘体变为半导体。目前，在半导体领域中，硅材料的潜力基本已被挖掘到极致，需要性能更好的材料接续。钻石作为超宽禁带的下一代材料，被公认为“终极半导体”材料。而能够承接这一伟大使命的只能是CVD合成钻石，因为CVD合成钻石可以生产片状-板状晶体，特别适合加工晶圆。
图：金刚石（钻石）的超宽禁带宽度（图源网络）
图：CVD合成片（左）及晶圆加工（右）（图源日经中文网）
图：日本制造CVD合成钻石存储芯片（存储量相当于10亿张蓝光碟容量，图源网络） 4、MPCVD合成设备技术迭代快 伴随着第四次工业革命（工业4.0，智能化时代）的到来，相比较笨重的HPHT合成设备，精密电子、机械控制的CVD合成设备更适合技术迭代，从而在全球分布着各大生产厂商。MPCVD 设备厂商包括美国 Lgihtbox、 日本 SEKI、 德国 Iplas 等， 中国厂商包括东莞优普莱、上海铂世光、 普莱斯曼等。印度目前是最大的 CVD 培育钻石产地， 可自主生产CVD 设备， 但其设备性能较差。
图：全球各大MPCVD生产厂商信息（图源财通证券）
图：各国2021年CVD设备数量对比（图源财通证券）
图：中国2021年CVD设备数量及所属公司（图源财通证券） 综上所述，HPHT 法和 CVD 法合成钻石产品会同时出现在市场上，其产品会逐步趋于同质化，同时也会有一些差异化的产品。国内 HPHT法工艺路线成熟，占据主要市场份额， 设备供应也以国内为主。 CVD 法技术则在多国应用， 海外设备供应商较为分散。最终，两种方法会共存于世，最终惠及的是广大消费者。
图：CVD与HPHT培育钻石方法对比（图源财通证券） 参考文献 [1]张蓓莉.系统宝石学[M].2版.北京.地质出版社.2006. [2]李娅莉等.宝石学教程（第三版）[M].武汉.中国地质大学出版社.2022 [3]2022年培育钻石行业深度分析报告,财通证券. [4]2022年培育钻石行业深度研究报告,浙商证券. [5]培育钻石行业报告：从天然钻石长短周期看培育钻石,国金证券，2022. [6]GB／T16554-2017钻石分级. [7]GB／T 16553-2017 珠宝玉石 鉴定. [8]GB／T 16552-2017珠宝玉石. [9]碳索芯材科技有限公司：https://www.crcmt.cn 来源：宝石科普课堂 |
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