合成钻石也叫培育钻石，是人工在实验室生长出来的钻石，这是与天然钻石的唯一差别。合成钻石的技术一直在不断地发展，其真正达到商业化水平，始于2015年中国HPHT（高温高压）合成钻石技术的突破发展，从那时开始，中国的合成钻石技术不断迭代，合成颗粒不断增大，合成成本不断下探。目前，中国已然成为全球最大的合成钻石生产国。

图：培育（合成）钻石发展历程（图源财通证券）

       据统计数据，2020年的全球合成钻石产量在600-700万ct，而中国产量在300万ct左右；2021年，全球产量900万ct，中国400万ct；2022年，全球产量2000万ct，中国900万ct。中国合成钻石产量占全球产量的近一半，妥妥的世界霸主。

图：2020年全球培育（合成）钻石产量（图源Bain）

图：2018-2020年全球培育（合成）钻石产量趋势（图源中信证券）

      在中国合成钻石产业界流传着这样的传说：世界钻石看中国，中国钻石看河南！河南钻石，统治全球。这不是浪得虚名，是实至名归。据2022中国珠宝行业报告：全球宝石级培育钻石产量2000万ct，中国占近50%，中国培育钻石8成以上产自河南。河南基本囊括了HPHT合成钻石的全产业链，并且100%国产化，就连老外都争着抢着买中国先进的HPHT合成设备，而且价格还不便宜，妥妥地掌握核心技术就能挣外汇。

图：河南培育（合成）钻石产业集群分布（图源财通证券）

       既然河南那麽牛！那么我们今天一起来聊聊河南和他的HPHT合成钻石技术的革新术，看看河南那些大大小小的厂是如何“卷”的？

图：河南培育（合成）钻石主要生产企业（图源财通证券）

1、生产设备之“卷”

      从1994年开始，HPHT合成钻石的铰链式六面顶压机的缸体直径越做越大，使得合成块越来越大，合成柱越来越大，生产的钻石晶体越来越大，数量越来越多，成本越来越低。虽然现在已研发出950-100mm钢径的压机，但据2020年年底统计数据，目前80%的厂家仍然使用650mm钢径的压机从事合成钻石生产。只有部分实力雄厚的大厂才陆陆续续跟换950-100mm钢径的压机。

图：HPHT培育（合成）钻石生产流程（图源招商证券）

图：国内某企业自动智能化培育（合成）钻石生产车间（图源网络）

图：国内六面顶压机技术发展（图源德邦证券）

图：国内不同型号压机型号及性能对比（图源财通证券）

       就目前的形势来看，650型压机无论从生产销量、产量和产值来看，都比不过850型以上的新机型，有点捉襟见肘。但受限于大规模更新生产设备的成本比较高昂，一些资金雄厚的大厂尚可投入，对于小厂650型也基本够用，生产出来的产品也具有一定的竞争力。

图：650型与850型压机产量、产值剂生产效率对比（图源浙商证券）

图：合成3-5ct钻石晶体（7-9天左右时间，13粒左右，650型压机）

图：合成1-3ct钻石晶体（5天左右时间，30粒左右，650型压机）

图：从合成柱上剥离下来的合成钻石单晶（黄色立方体种晶未剥离）

2、生产工艺之“卷”

       既然设备卷不动，更新新设备需要巨大的资金投入，索性开始卷生产工艺。

①金属触媒及除氮剂的搭配

       教科书上通常用的金属触媒都是Fe、Ni触媒，而实际生产过程中，工程师会根据实际情况来调配触媒配方，以期获得比较好的产品。一般用的除氮剂为Al或Zr，商业上也可能加一些其他的元素。

图：培育（合成）钻石生长用触媒和除氮剂（图源财通证券）

②合成温压的控制

       教科书上通常用的合成温度是1300-1800摄氏度，压力50-80kb。而实际上据内部消息，某些生产厂商为了提高生产效率，其压力可以高压到接近100kb。

③晶床材料的革新

       晶床，即放置种晶，保证原料熔融围绕种晶快速生长的底部支撑平台，一般为一些惰性材料组成。现在也有厂家在这方面下功夫，看看能不能在改良的晶床上“长出”优质的钻石晶体。

图：高温高压合成钻石晶床发明专利（图源国家知识产权局）

3、生长仓之“卷”

       教科书上的生长仓结构，全球生产厂家已经使用了半个多世纪了，技术已经非常成熟了。但随着HPHT合成设备的不断革新，钢体直径的不断增大，生长仓的也会越来越大，“一居室”变“两居室”，“两居室”变“三居室”，空间变大了，那“室内装修”必然要变化，是不是这个道理？

图：高温高压合成钻石生长仓结构

图：高温高压合成钻石生长仓结构实物图

       看看加了“隔断”的生长仓，让加热组件放置于生长仓中间一点，更有利于温度的传递和晶体的生长，钻石产量和品质也会相应地得到提升。

图：高温高压合成钻石生长仓实用新型专利（图源国家知识产权局）

      下面这个生长仓的设计更是绝了，完全是把一个单层设计成了多层，这样可以在生长仓内放置多层晶床，形成倍数产量，笔者推测这种设计应该是针对950-1000型压机比较大的生长空间设计的。

图：高温高压合成钻石生长仓发明专利（图源国家知识产权局）

       最后总结，从以上HPHT钻石设备近几年的迭代速度来看，未来一定会有越来越优质价廉的合成钻石产品提供给消费者。我们已经经历过1ct合成裸钻从一万多人民币到7000，再到5000，再到3000，再到2000以下的过山车似的下降过程，未来人手一颗的梦想并不是遥不可及。

图：高温高压合成钻石样品

来源：宝石科普课堂