我用人造钻石求婚

去年，我向《大众科学》助理编辑萨拉·费希特求婚，我很幸运她答应了！购买她的订婚戒指的经历让我了解到珠宝在过去十年中已经变得多么高科技。

她的戒指上的钻石是人造钻石，与天然钻石几乎一模一样。“即使是训练有素的珠宝商也无法用肉眼或珠宝商的放大镜分辨它们，”American Grown Diamonds 的珠宝商 Ariel Baruch 说，我从这家纽约公司购买了 Sarah 的戒指。

生产合成钻石的公司宣称，合成钻石是一种符合道德规范、无冲突且通常更便宜的钻石替代品，可以替代以传统方式生产的钻石——让地幔随着时间的推移提供压力和温度，然后开采钻石。但一些珠宝专家反驳了这些观点，他们认为符合道德规范的钻石开采可以促进当地经济发展，而合成钻石的价格并没有便宜多少。无论如何，合成钻石的生产是一项重大的科学壮举，仅在过去 60 多年里才得以实现。

1954 年，通用电气公司利用高压高温 (HPHT) 技术制造出首批商用人造钻石，就像天然钻石深埋在地下一样。然而，采用 HPHT 技术制造的钻石通常带有色彩和瑕疵，因此通常仅限于工业应用。

如今，市面上出售的宝石级合成钻石通常采用一种称为化学气相沉积 (CVD) 的工艺制成。这种方法与天然钻石的形成方式大不相同，钻石是在真空室内极低的压力下，由氢气和甲烷等碳氢化合物气体的加热混合物形成的。

美国宝石学院研发部主任王五一表示，第一批使用 CVD 生产的钻石非常小。但到了 20 世纪 80 年代，科学家们找到了一种使用 CVD 制造钻石薄膜的方法，到了 20 世纪 90 年代，研究人员终于发现了一种使用 CVD 制造宝石大小和宝石品质钻石的方法。

王说，CVD 取得这一进展的一个关键是“使用钻石晶体作为钻石在其上生长的种子”。“以前，硅被用来在 CVD 中为钻石结晶提供种子。硅的原子比碳大，因此这种不匹配可能会给钻石的形成带来问题。”

王补充说，这一突破的另一个因素是发现了宝石级钻石生长的最佳气体混合物和温度。

王说，CVD 工艺现在可生产出最大 4 克拉且净度极高的钻石。CVD 钻石市场也在快速增长。王说，目前全球领先的宝石级合成钻石供应商 Gemesis 计划在 2014 年生产 35 万克拉，2015 年生产 40 万克拉。“如果钻石的生长速度约为每小时 30 微米，那么 1 克拉钻石需要 100 小时，但一次生产可能可以生产 50 或 100 颗钻石，”王说。

然而，CVD 钻石可能很快就会过时。王说，过去五年左右，HPHT 技术的新发展使钻石比使用 CVD 制造的钻石更便宜、质量更好。“迄今为止，该技术生产的最大晶体重 30 多克拉，抛光后重达 10.02 克拉——这是目前世界上最大的合成钻石，”王说。“我听说有传言说有一颗 60 克拉的钻石原石，还有一些团体瞄准 100 克拉的原石。这将改变钻石市场。”

有时，订婚戒指上的钻石不仅高科技，而且镶嵌方式也高科技。​​莎拉的戒指最初是使用计算机辅助设计 (CAD) 软件以 3D 模型创建的，如今许多其他珠宝也是如此。

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使用 3D 建模程序，珠宝商可以轻松调整戒指和宝石的尺寸、颜色和形状，看看它们看起来会是什么样子。该软件甚至可以模拟宝石的折射率，计算光线在宝石内部的反射情况，“这样你就能看到蓝色钻石和蓝色蓝宝石的对比，”美国宝石学院全球珠宝制造艺术高级经理迈克·马吉 (Mike Magee) 说。

在珠宝行业，“早期采用 CAD 的人在 90 年代中期就开始使用，但直到 2000 年代中期，该技术才真正在行业中流行起来，”Magee 说道。“现在有专门用于珠宝的 CAD 软件，而且相当先进，珠宝行业的所有大公司都不同程度地采用了 CAD。”

大型珠宝公司并不是唯一采用 3D 计算机建模的企业，麦吉说，小商店也在采用。“它可以根据需求提供定制个性化设计，”麦吉说。“那种珠宝是为你量身定制的感觉会让你觉得自己像个摇滚明星。”

“在 CAD 出现之前，每个设计都必须用蜡手工打造，任何重大更改几乎都不可能不影响设计，”Baruch 说道。“一旦你学会了如何使用 CAD，它就变得非常简单。当你与客户坐在一起时，这是一个很棒的工具，因为你可以在他们面前创造那个特别的时刻。”

如今，3D 造型不仅在珠宝行业盛行，3D 打印也越来越普遍。在珠宝商制作出最终的金属版本之前，我手上拿着 Sarah 戒指的 3D 打印树脂复制品。

“我们看到 3D 打印用于原型审批——供客户预先查看——但我们看到它越来越多地用于直接制造，”麦吉说。珠宝商越来越多地使用 3D 打印模具，将熔融金属倒入模具中以制造戒指。

最终，激光可以烧结金属粉末，生产出许多戒指。“直接金属激光烧结在业内尚未普及——只有几家公司在做这件事，”麦吉说。“这种方法的成本相当高，不仅仅是机器本身，还有你需要的金粉。”

尽管如此，从切割、抛光、分级和镶嵌钻石到设计戒指，人仍然是戒指制作过程中许多环节的关键。制作莎拉戒指的珠宝商手工雕刻，使其呈现出她喜爱的经典风格。“人情味非常重要，”巴鲁克说。

封面照片由 Stan Horaczek/Stay True Photography 拍摄