人工鑽石

**鑽石**（古希臘語：**ἀδάμας**；法語、德語：**Diamant**；英語：**Diamond**；俄語：**Алмаз**），一種由碳元素組成的礦物，是石墨的同素異形體，為五種樞要寶石的一種，化學和工業應用中稱為**金剛石**。鑽石是碳元素組成的無色晶體，為已知硬度最高的天然物質。

## 化學性質

晶體中每個碳原子都以 sp3 混成軌域與另外 4 個相鄰的碳原子形成共價鍵，每四個相鄰的碳原子均構成正四面體。晶體類型為金剛石結構，因此未經琢磨過的晶體外形往往為正八面體。金剛石中的 C-C 鍵很強，所有的價電子都參與了共價鍵的形成，沒有自由電子，所以金剛石硬度非常大，不導電，熔點在 3815℃。金剛石在純氧中燃點為 720-800℃，在空氣中為 850-1,000℃。在工業上，金剛石主要用於製造鑽探用的探頭和磨削工具。形狀完整的金剛石經過打磨，稱為鑽石，可用於製造高檔飾品，價格非常昂貴。

碳有三種已知的同素異形體：金剛石、石墨和富勒烯。在熱力學上，金剛石的穩定性低於石墨，可自發轉變為石墨，但常溫常壓下這一轉變的速度很慢，可以忽略不計，因此鑽石得以穩定存在。自然界形成的金剛石一般形成於地球內部高溫高壓的環境，後來被火山噴發等地殼構造運動帶到地表，因此許多金剛石發現在火山附近。現代工業可在高溫高壓下生產金剛石，稱為「合成金剛石」。

## 物理性質

金剛石的莫氏硬度為 10；由於硬度最高，鑽石的切割和加工必須使用金剛石粉或雷射（比如 532nm 或者 1,064nm 波長雷射）來進行。金剛石的密度為 3.52g/cm3，折射率為 2.417（在 500 奈米光波下），色散率為 0.044。

## 工業用途

由於金剛石的硬度極高且導熱性極高，用於沙紙、鑽探、研磨工具之上，可以用來切削和刻劃其他物質，以及大型積體電路等散熱板上。

然而，自從 1955 年奇異發現透過高溫高壓獲得人造金剛石的技術後，科學家會利用高溫高壓製成金剛石微粒，而現在細小顆粒的合成鑽石已經較同級天然鑽石便宜。故此，天然鑽石的工業價值已經完全消失，目前的主要用途已僅限於首飾與觀賞。

## 觀賞用途

金剛石由於折射率高，在燈光下顯得閃閃生輝，稱作鑽石。巨型的美鑽往往價值連城。當鑽石帶有藍、綠或粉紅色屬十分罕有，而顏色深而鮮豔則價錢更高；目前最昂貴的有色鑽石，要屬帶有濃豔紅色的鑽石。

鑽石分為一型和二型兩種，這主要是根據它是否含有 N 元素：一型含；二型不含。而藍色的鑽石是二 B 型的，是半導體。

## 釐定的標準

傳統釐定鑽石價值高低的標準是「4C」制度，即克拉、色澤、淨度、和切割。

### 克拉（Carat）

克拉，或譯卡、卡拉（Carat），是鑽石的質量單位。一克拉相等於 200 毫克，相傳早期鑽石商人稱量鑽石所用的砝碼為稻子豆樹（carob）果實，一粒這樣的果實大約就重 200 毫克。因為鑽石的密度基本上相同，因此越重的鑽石體積越大。越大的鑽石越稀有，每克拉的價值亦越高。下表為 2005 年時的價格比較。

### 淨度（Clarity）

淨度以鑽石內的內含物多少決定。內含物可能是天然的雜質或裂痕。內含物的數量、位置、大小等都會影響評級。鑽石礦開採出來的金剛石中，只有 20% 可以成為寶石，其餘的因為內含物較多通常只能作工業用途。而 20%~40% 的寶石級鑽石中，大部分都包含肉眼可見的內含物。在此級別以上的鑽石較為大眾喜愛。至於屬完美級別的鑽石更為罕有，被稱為「博物館級」鑽石。通常使用 10 倍放大鏡觀察鑽石內部及表面內含物的大小、數量、分布及對鑽石光彩影響的程度，分出等級。一般通行的淨度分級如下：

* FL - 「Flawless」，完美無瑕。一般顯示在放大 100 倍無夾雜內含物或外部瑕疵。
* IF - 「Internally Flawless」，內部無瑕。在 100 倍放大倍率下顯示沒有夾雜內含物，但它們可能顯示出一些細微的外面瑕疵，而那些瑕疵可以用拋光移除掉。
* VVS1, VVS2 - 「Very Very Slight」，非常微小。內含物在 100 倍的放大鏡以下看非常困難，正常肉眼是不會看到內含物，用顯微鏡或放大鏡亦很難找到它們的內含物。
* VS1 and VS2 - 「Very Slight」，非常小。在 10 倍放大鏡下會看到輕微的內含物，但內含物通常在放大鏡或顯微鏡下才能看到。
* SI1 and SI2 - 「Slight Inclusions」，小型內含物。在 10 倍的放大鏡下會明顯看到內含物，並且內含物是有可能是肉眼可見的。
* I1, I2 and I3 - 「Imperfect」，清楚的內含物，可以被肉眼看見，這級別的鑽石耐用程度亦會受到內含物的影響而降低。

現代科技之下，有些鑽石的內含物是可以修補的。不過修補過的鑽石的價值會稍低。

### 色澤（Color）

鑽石的色澤會因為化學上的雜質而有所偏差。完全純正的鑽石應該是透明無色的。鑽石偏向不同的顏色會影響它的價值。絕大部分的鑽石都是因為帶有氮原子而偏黃。白鑽越偏黃，價值便越低。但是偏粉紅或藍的鑽石價格卻較高。顏色強烈偏向粉紅或藍的鑽石可能價值連城。

一般的方法是把鑽石按偏黃的程度分為不同的等級，把樣品與已知色級的比色石對比確定，以 D 級最高，Z 最低。

* 無色：D, E, F
* 接近無色：G, H, I, J
* 微黃：K, L, M
* 輕淺黃：N, O, P, Q, R
* 淺黃：S, T, U, V, W, X, Y, Z

在考慮鑽石色澤時，同時也應將螢光反應考慮在內，螢光反應是指鑽石曝露於紫外線光線下時，所發生的反應顏色光。但是螢光反應甚少對鑽石的價值發生影響，除非是具有非常強烈螢光的鑽石會影響其透明度及光彩，而產生油濛狀的外表，如此將減損鑽石的美麗及價值，但是若其螢光不至使鑽石產生油濛狀外觀，則不應將其視為一種缺點。

螢光反應其強弱分為 1. NONE 2. FAINT 3. MEDIUM 4. STRONG 5. VERY STRONG 五級。

### 切割（Cut）

切割指金剛石是如何從原先開採的石礦中切割成寶石。切割往往是最能影響鑽石的品量及價值的一個指標，但是它卻沒有單一的分級方法。

### 形狀

未經切割打磨的金剛石並沒有燿燦生輝的光芒。切割的功用是把鑽石割成可以盡量增加光線反射的形狀。鑽石的切磨也因刻面的形狀、數量及其排列方式的不同，而有不一樣的型式，例如：明亮式「BRILLIANT」、階梯式「STEP」、混合式「MIXED」…… 等等。1919 年數學家 Marcel Tolkowsky 發明了一種切割方法，能令鑽石在上方看來最為生輝。這種切割方法被稱為圓多面型也就是圓形明亮式（Round Brilliant），亦即最為常見的圓形鑽石。這種鑽石一般標準是有五十七個面或五十八個面，三十三面在冠部，二十四個面或二十五個面（即在底尖處再磨一個面）在腰以下。不屬於這種切割的形狀稱為 Fancy Cut，包括有方形、梨形、心形等。

**幾種常見的切割形式**

* 圓形（Round Cut）
* 公主正方形（Princess Cut）
* 梯方形（Emerald Cut）
* 上丁方形（ Assher Cut）
* 欖尖形 （Marquise Cut）
* 明亮切形（Radiant Cut）
* 橢圓形（Oval Cut）
* 梨形（Pear Cut ）
* 心形（Heart Cut）
* 牡丹花 88 瓣切割法（Peonia Diamond 獨家技術）
* 墊形（Cushion Cut）

### 質素

同級重量、顏色，而切割得宜的鑽石，顯得比切割差的鑽石更為燿燦。判斷切割是否優良，要看鑽石的各種比例，各面是否對稱，各種角度等等。有時鑽石的切割角度相差數度，便會造成截然不同的效果。

切割完的鑽石，往往只有原石的一半重量。為了在鑽石保留最多的重量，或者要避開原石上的雜質，有些鑽石切割時會犧牲完美的切割比例。

### 國際寶石鑑定

* 美國寶石學院（Gemological Institute Of America）
* 歐洲寶石學院（European Gemological Laboratory）
* 比利時鑽石高等評議會（HRD）
* 美國寶石協會（AGS）
* 國際寶石學院（International Gemological Institute）
* 自然資源部珠寶玉石首飾管理中心（National Gemological Training Center）

### 有關於鑽石專有名詞的釋意

全深百分比「DEPTH%」：
高 ÷ 寬（平均直徑）= 全深百分比以寬度為基準（圓形則以平均直徑數為基準）。

桌面百分比「TABLE%」：
圓鑽：桌面最長之對角線 ÷ 寬（平均直徑）
花式鑽石：桌面寬度 ÷ 寬（平均直徑）

星形刻面百分比「STAR LENGTH PERCENTAGE」：星形刻面長度佔腰圍至桌面邊緣的百分比。

冠部角度「CROWN ANGLE」：風箏刻面與腰圍平面的夾角。

冠高百分比「CROWN HEIGHT PERCENTAGE」：
冠部高度百分比 =（冠部高度 ÷ 平均腰圍直徑）\*100

底深百分比「PAVILION DEPTH PERCENTAGE」：
底深百分比 =（底深 ÷ 平均腰圍直徑）\*100

底部角度「PAVILION ANGLE」：又稱亭部角度，腰圍平面與底部刻面所形成的夾角。

腰圍分等「GIRDLE」：腰圍共分為八個等級，一般而言當然以厚薄適中為最理想。

1. 極薄（EXTERMELY THIN）
2. 很薄（VERY THIN）
3. 薄（THIN）
4. 適中（MEDIUM）
5. 稍厚（SLIGHTLY THICK）
6. 厚（THICK）
7. 很厚（VERY THICK）
8. 極厚（EXTREMELY THICK）

尖底「CULET」
尖底大小依次分等如下：

1. 無（POINTED OR NONE）
2. 很小（VERY SMALL）
3. 小（SMALL）
4. 中大（MEDIUM）
5. 稍大（SLIGHTLY LARGE）
6. 大（LARGE）
7. 很大（VERY LARGE）
8. 極大（EXTREMELY LARGE）

修飾「FINISH」: 包括了磨光「POLISH」和對稱「SYMMETRY」
通常以以下五級為評定標準：

1. 極優（EXCELLENT）
2. 優良（VERY GOOD）
3. 良好（GOOD）
4. 尚可（FAIR）
5. 不良（POOR）

## 出產

每年大約 1.3 億克拉（26,000 千克）的鑽石被開採，總值接近美元 90 億美元。每年有 100,000 千克的鑽石被合成。 

大約 49% 的鑽石來自非洲中部和南部，雖然在加拿大、印度、俄羅斯、巴西和澳大利亞已發現重要來源鑽石礦。它們是從由金伯利岩和鉀鎂煌斑岩（lamproite）組成的火山管道中開採出來的。地球深處的高溫及高壓使鑽石形成，而這些管道能將鑽石從地下帶到地表。

目前鑽石供應鏈被部分大公司控制，並且高度集中於世界少數地區。 2012 年 9 月，俄羅斯宣稱在其境內的波皮蓋隕石坑發現超過全球儲量總和的鑽石礦。

根據貝恩公司的報告，2018 年全球鑽石產量為 1.47 億克拉，預計 2019 年產量為 1.42 億克拉。

## 血鑽

天然鑽石的開採常常是引起衝突的主題，例如由非洲準軍事部隊販賣的、在戰地開採的鑽石稱為「血鑽」（blood diamonds）又稱為「衝突鑽石」。
因為血鑽成為許多原產地國家長期內戰的原因，因此聯合國決議禁止購買來自內戰國家的鑽石。故血鑽的交易，有人建議在「4C」制度提升為「5C」制度，在四個標準下再增加「道德」（conscience）這個新標準，來證明該鑽石不是用來資助戰爭，以及在設備安全的鑽礦開採，過程中沒有僱用童工或非法外籍勞工。在新制度下，超過一克拉的鑽石將附上載有開採鑽礦照片的電腦晶片。

## 合成鑽石

合成鑽石試圖利用複製高溫高壓的環境施加於晶種上，人工製造鑽石的生長現象。

近年由於鑽石的高導熱性，合成鑽石也望成為取代矽成為半導體材料大幅加快電子產品性能，許多公司也在研發「鑽石電腦」的概念；甚至有人喊出矽谷將改名為鑽石谷，日本電信電話公司（NTT）2003 年就宣布已經開發出一種工作頻率為 81GHz 執行速度高於先前元件速度兩倍的鑽石半導體（diamond semiconductor）元件。NTT 稱這項進展顯示著首次能夠放大 30GHz~300GHz 頻段的 mm 波，強化數位電視廣播的能力。

20 世紀的科技以往只能製造極小的鑽石顆粒，附加於沙輪和切割刀上做工業用途，沒有珠寶價值，化學氣相沉澱法發明後有出現較大顆粒鑽石但是多半有雜色澤和雜質，尺寸也還是相對小。

但是毛河光等人公開發表 CVD 鑽石的研究申請專利後，全世界有百家實驗室一窩蜂投入這種 CVD（Chemical Vapor Deposition，化學氣相沉澱）鑽石研發，但因無法突破鑽石生長的速度後來紛紛退出，毛河光的實驗室則是耗費百萬美元不斷實驗，終於 2005 年發表發現了人工鑽石迅速長大的秘方，生產出 10 克拉純潔鑽石一舉轟動鑽石業界，其後毛河光只表示與多家珠寶廠商洽談量產應用中，從此深居簡出也沒有再發表過鑽石相關論文、也沒有後續生產應用的公開消息，成為學術界一大謎團。2010 年毛河光研究小組的蒙宇飛博士合成出目前世界上最大的 CVD 無色鑽石，切割後達 2.3 克拉，外觀媲美優質天然鑽石。

現主要生產國為美國、俄羅斯、愛爾蘭及南非等。2019 年央視報導中國科學院突破以籽金片和甲烷氣體製造人工鑽石，能以每小時 0.007 公厘的速度生長，每個氣體槽中每星期可以長出一克拉大小。

## 鑽石保養

由於鑽石的成分是碳，故忌高溫，1 克拉的鑽石在一般火災現場（溫度 1,130 度）經過 70 分鐘後就會完全變成二氧化碳。鑽石雖然堅硬，但若將兩顆鑽石放在一起會互相刮花。因此應將鑽石獨立放在首飾盒內，避免與其他飾物同時存放。每年可以將鑽石首飾拿給珠寶商檢查一次，查看鑲託是否鬆脫與磨損，重新給它固定和擦亮。鑽石對油脂有粘結性，粘上皮膚油脂、化妝品及廚房油脂的鑽石會失去光澤，因此應每月清洗一次。清洗方法是：將鉑金首飾浸入首飾清洗液中約 5 分鐘，取出後用小牙刷輕刷鑽石，再將其放入濾網上用水沖洗，最後用軟布吸乾水分。清潔鑽石應該以清水加入少量清潔劑，浸泡後以軟身的毛刷洗刷鑽石，再以清水沖洗並將水份吸乾。也可以專業鑽石抹布輕輕抹擦鑽石，或到購買之鑽飾店請職員代替清洗。鑽石的碳鍵在紫外線強烈或長期照射下會分解，所以應當保存最實在無陽光或紫外線照射的地方。以防鑽石表面出現類似腐蝕的痕跡。洗碗或做粗活時不要佩戴鑽石，鑽石雖然堅硬，但是若依其紋理方向受到重擊可能會有刮損。鑽石應小心避免碰撞或摔落，鑽石雖然硬度最高，但韌性卻相對的小，由高處摔落雖不會碎，但會崩裂。

## 市場交易模式

鑽石交易須透過特定的機構方能買賣，極具封閉性的市場，現今全球過半數的鑽石原石集中於英國倫敦的中央統售機構（Central Selling Organization，CSO），全球僅不到百家的看貨商可以向該機構購買。其中知名的鑽石品牌商戴比爾斯（De beers，其古典廣告詞：鑽石恆久遠，一顆永流傳）則是在此市場擁有龐大的權力，而日本可於中央統售機構看貨的僅有田崎真珠。鑽石原石經過裁切後，再透過鑽石交易所販售後，到達各個通路，再銷售予一般消費者手中。

## 圖集

* 著名的鑽石
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## 相關條目

* De Beers
* 鑽石認證
* 超硬材料
* 慶伯利岩
* 仿製金剛石

## 參考資料

## 外部連結

* 搜狐財經：看圖說話第 54 期：鑽石流傳百年的壟斷騙局
* 如果鑽石是行銷騙局，那人造鑽石也沒好到哪裡去