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四敢争先 奋楫笃行丨1克拉钻石20天“长”成

发布日期: 2023- 04- 17 10: 34 访问次数: 信息来源: 嘉兴高新区

“钻石恒久远,一颗永流传。”这句经典的广告语造就了半个世纪以来的钻石神话,让钻石成为爱情的试金石。然而,随着人工培育的钻石出现,这句将钻石定义为爱情见证的广告语正悄然被改写。

在沃尔德美星钻石科技(嘉兴)有限公司(以下简称“沃尔德钻石”)的实验室里,一片厚度约为0.3毫米的四方形薄片,在20天后迎来华丽变身,“长”成了一颗1克拉的培育钻石。

沃尔德钻石成立于2022年3月,注册资本3亿元,是首批科创板上市企业——北京沃尔德金刚石工具股份有限公司的全资子公司,主营产品为CVD培育钻石及功能材料。

什么是培育钻石?它是不是假钻石?小小的四方薄片如何变身……不妨走进沃尔德钻石一探究竟。

实验室里“长”出来的钻石

你知道长成一颗天然钻石要多久吗?它可能在地下“成长”的时间只有几分钟、几个小时,或者是几天、几十天,但经过几百万年甚至几亿年时间才被火山喷发等地质现象带到了地表,被人们发现。我们每个人的脚下数百公里的地层中可能都有钻石,但是勘探及开采的成本过高,因此天然钻石的价格一直居高不下。

在实验室,长成一颗1克拉的钻石,一般需要20天,因此从生长时间方面来说,无法讲培育钻石和天然钻石谁生长的时间更长。但培育钻石在生长成功后却不需要长时间埋在地下,可以立即送到钻石切磨厂进行加工,加上切割时间,成为一颗1克拉璀璨钻石,只需要一到两个月的时间!

沃尔德钻石销售总监毛惠中介绍,在以前,培育钻石是以天然钻石作为种子生长,因此成本极其昂贵;而现如今,可以使用培育钻石作为种子,达到自我循环,因此极大地降低了成本。而这一小片薄薄的种子,一般称之为籽晶。在MPCVD(微波等离子体化学气相沉积)设备中,实验室人员将籽晶放入真空的环境中,通入高纯度甲烷与氢气的混合气体,在高温低压下,气体中的碳原子被打散成游离态。这些碳原子就像雨点一样,一点点沉积到钻石的籽晶上,籽晶片就会慢慢越长越大。

在沃尔德钻石的实验室里,100台MPCVD设备在高效运转。工作人员小心翼翼地将几块被清理干净的、厚约0.3毫米的籽晶,均匀地放入设备生产台上。

设备启动后,微量的惰性气体被充入到晶体所在真空腔内。在微波等离子体的作用下,甲烷会被电离分解成碳原子和氢原子。“碳原子会慢慢地沉积到晶种上,一层层地长大。”毛惠中表示,在工作人员的“精心呵护下”,长和宽都为7mm的晶体经过21天便长成3.5克拉左右的钻石毛坯。经过工作人员的激光切割、打磨抛光等工序,一颗重1克拉的人造钻石便“长”出来了。

在钻石的自然“生长”过程中,实验室基本不进行人工干预。毛惠中说,晶种的尺寸不同、生长时间不同、产出的毛坯钻石大小也不同,因此每颗钻石都具有“唯一性”,这一点和天然钻石是一致的。

“培育钻石其实并不是新鲜事,上世纪五十年代就已出现,但仅用在工业生产方面。培育钻石经过五六十年的努力,在2012年才算正式出现在大家视野里,出现在人们的脖颈指间。”毛惠中说,2018年,FTC重新划分钻石定义,把实验室培育钻石归为钻石大类,培育钻石有了新的意义。

毛惠中介绍,培育钻石在亮度、光泽、火彩、闪烁等饰品特性方面完全与天然钻石相同,但培育钻石的价格约为天然钻石的三分之一。同样的价格、更大的克拉数,市场开始逐渐把目光投向培育钻石。

“公司主要培育白钻和粉钻,粉钻培育过程相对来说要复杂,并且与白钻的毛坯在生长工艺上有比较明显的区别。因此严格意义上讲,白钻毛坯和粉钻毛坯并不是同一种产物。在长成厚厚的晶体后,首先需要通过超高温超高压(UPUT)技术对钻石晶体进行优化,使钻石晶体变得更完美;然后再使用中高能电子束辐射(不是离子束,也不是放射性物质的辐射,对人体完全无害);再次通过高温高压技术的处理,就得到了一颗非常完美的粉钻毛坯。直到这一步,才能真正拿去切割成粉钻的裸钻。”毛惠中说。

培育钻石较天然钻石而言更环保、成本更低,且其较高的性价比使得培育钻石成为钻石消费领域的新兴选择,拥有更广阔的发展前景。

钻石臻塑世界 探索无限可能

“‘Shaping Your World with Diamond’,是沃尔德的企业宣传语,中文解释为:用钻石臻塑你的世界!”毛惠中说,培育钻石产业有着广阔的市场发展前景,这也是功能性金刚石发展的必经赛道。

毛惠中表示,近年来,“悦己消费”推动培育钻石行业进一步发展。在全球钻石消费市场需求稳步增长、天然钻石市场供给日益减少的背景下,培育钻石市场迎来快速崛起的新契机,将展现出更好的成长性。培育钻石在保护地表环境、减少碳排放的绿色、可持续的发展理念,完全契合当前国家提出的扎实做好碳达峰和碳中和的工作部署要求。

基于在CVD(化学气相沉积)金刚石的制备及应用技术研发方面已有超过15年的积深耕累,同时面对培育钻石的极大发展潜力,2021年,沃尔德开始角逐新赛道,培育钻石技术取得突破。“当时,我们已经可以稳定生产4-5克拉左右的钻石毛坯。”毛惠中说。

2021年9月,沃尔德全资子公司——上海沃尔德钻石有限公司旗下培育钻石品牌ANNDIA线下体验店在上海落地,并于2022年1月开设天猫旗舰店。

自此,培育钻石广阔的渗透空间也让沃尔德感受到新的无限可能。2022年,沃尔德钻石成立。沃尔德钻石投资建设的CVD培育钻石及金刚石功能材料项目,总投资3.3亿元。该项目沿用母公司成熟的CVD工艺技术,引进高端的CVD生产设备。公司计划分3期投建,并于2024年12月完成全部项目建设。完全建成投产后,年产量可达20万克拉。

目前,公司已完成一期投产,其中100台MPCVD(微波等离子体化学气相沉积)设备专门用于培育钻石及金刚石功能材料的生产。

致力于打造中国粉钻新标杆,今年3月,沃尔德钻石与中国新奢品牌ANOTA达成合作伙伴关系,双方将通过合作共赢,用高品质的原料、高品位的设计来获得更多消费者的喜爱。

“野心勃勃” 抢占未来发展新风口

随着科技的进步,选择利用宠物毛发制作骨灰钻石随身佩戴,已经成为一种时尚。宠物即使逝去还能与主人亲密相伴,所以这一纪念方式自诞生以来就受到爱宠人士的青睐。除了骨灰钻石外,夫妻、情侣间的结发钻石也成了“钻石恒久远”的新诠释。

“自从布局培育钻石生产线后,已有多家企业询问我们是否有该业务。”毛惠中表示,由于毛发制作钻石属于私人定制,对产线的“排他”性较高。未来,沃尔德将逐步试水该领域,开拓一条专属产线,满足更多消费者需求。

CVD金刚石的终点在哪?一般而言,人工培育出来的钻石主要是应用到珠宝消费品和工业金刚石两方面。

珠宝类培育钻石是沃尔德企业发展的一项大动作,布局生产线、发力零售端,一系列动作不可谓不运筹帷幄。不禁有人猜测,沃尔德的战略规划是从超硬材料中的工业金刚石扩展至消费级的培育钻石,并将培育钻石业务作为公司收入的第二条增长曲线。

然而,沃尔德的“野心”并非如此简单。毛惠中告诉记者,对于沃尔德而言,培育钻石是通往更高赛道的起跳板,是战略发展的必经之路,是抢占行业新风口的重要筹码。

那何为战略发展方向?答案正是高精尖工业金刚石。

这和前期生产研发的CVD金刚石刀具有何不同?作为沃尔德的拳头产品,钻石刀轮深耕市场十余载,不仅打破了国外技术垄断的怪圈,填补了国内技术空白,还成为企业与世界一流高端品牌同台竞争的“制胜法宝”。

然而CVD金刚石开发潜力巨大,钻石刀轮仅仅是冰山一角。记者了解到,CVD金刚石还可作为高新技术材料,在半导体、光学、量子技术等工业领域有广阔的应用空间,具有尺寸大、低杂质浓度、高结晶质量等优点,是具有巨大开发潜力的功能性材料。

沃尔德的眼光显眼已经瞄准了这一领域。毛惠中表示,就像不断升级打怪,前期的工业金刚石适用于磨具加工,而珠宝类培育钻石对CVD金刚石赋予了更高的技术标准;如果想迈向更高领域的半导体类、光学材料类金刚石,则只有CVD技术才能办到。

毛惠中举例道,比如“光学窗口”这一产品,低吸收系数、高激光损伤阈值以及高热导率使金刚石作为激光输出窗口热透镜效应比ZnSe窗口低200倍;低原子序数使金刚石对X射线几乎透明。珠宝类的培育钻石将成为检验技术标准的一块试验田,推动公司不断攻坚克难,实现技术的能级提升,从“种”钻石向“种”技术延伸。

“也许,不久的将来,CVD金刚石还将成为芯片的新材料,替代传统的硅材料芯片。”毛惠中表示,目前硅芯片领域的制造工艺已经近乎达到了极限,研发小于3纳米工艺制程的投入巨大。随着今后技术的突破,人造金刚石生长的尺寸越来越大,是可以替代目前硅材料做成芯片的一个重要前提。

金刚石具有超高的导热率,将快速带走芯片的热量,从而使芯片保持一个稳定高速的频率,目前已有成功的先例。沃尔德将继续在研发上下功夫,攻克技术关卡,完善上下游配套等。“人工培育的钻石在半导体行业还有漫长的路要走。”毛惠中说,如果能“种”出金刚石的芯片,无疑意味着人类的科技水平有了史诗级的飞跃,未来可期!

CVD金刚石的终点在哪?也许未来还有新答案。但作为“专精特新”企业的沃尔德而言,将不断探寻CVD金刚石的奥秘,塑造更多宝藏与财富。