“鉆石恒久遠(yuǎn)，一顆永流傳”，在這個七夕，你耳邊是否又回響起了這句經(jīng)典的廣告詞。鉆石（金剛石）的價值自然不菲，無論是商業(yè)價值還是在高精尖領(lǐng)域的應(yīng)用，無不詮釋其背后的意義。近年來大單晶金剛石越來越成為行業(yè)巨頭競相發(fā)展的重點，其目的自然是提高附加值，搶先攻占高端領(lǐng)域。今天小編就帶各位聊一聊大單晶金剛石為何貴的如此有意義。

       大單晶VS寶石級
       金剛石≠鉆石
       人類對金剛石的追求，確切來說應(yīng)該從鉆石說起，很多人都以為金剛石就是鉆石，其實這是不準(zhǔn)確的。鉆石是指經(jīng)過琢磨的金剛石，簡單理解，金剛石是素顏照，而鉆石是美顏照，或上妝照。        寶石≠鉆石
       寶石是珍貴的石頭，是指那種經(jīng)過琢磨和拋光后，可以達(dá)到珠寶要求的石料或礦物裝嵌，一般來說寶石包含鉆石、水晶、祖母綠、紅寶石、藍(lán)寶石和金綠寶石，甚至是琥珀、珍珠、珊瑚、煤精和象牙都可以納入寶石范疇。
       金剛石按照粒度和質(zhì)量分為寶石級金剛石（也可理解為鉆石級金剛石）、鉆頭級金剛石、磨料級金剛石。寶石級金剛石(gemdiamond)可用做工藝品和裝飾用的金剛石單晶。這種金剛石單晶需要有很大的粒度和較高的質(zhì)量，簡單來說是大尺寸和高品相。
       那大單晶和寶石級到底有什么區(qū)別呢？
       其實兩者有千絲萬縷的關(guān)系，簡單來說大單晶金剛石是從材料行業(yè)的角度命名的，而寶石級金剛石則是從其商業(yè)應(yīng)用方面命名的，兩者的標(biāo)準(zhǔn)雖然有很多相近之處，但依然有差異，后者的還有其他要求。
       既然兩者都對尺寸提出了要求，那究竟多大的尺寸才稱得上大單晶和寶石級呢?
       購買鉆石時，我們通常聽到的是克拉，這是一個質(zhì)量（重量）單位，規(guī)定1克拉等于0.2克或200毫克，克拉又分為100分，如50分即0.5克拉。一般情況下1克拉的鉆石，長寬尺寸約為6.5mm，厚度約為1.5mm（金剛石的密度約為3.5g/cm3）。大單晶對尺寸的要求不是十分明確，一般一克拉對應(yīng)的尺寸就足以稱得上是大單晶了。而寶石級金剛石是指金剛石尺寸大于1mm的金剛石單晶。
然而很多時候大家也經(jīng)常提到寶石級大單晶金剛石，從這里來看，大單晶和寶石級其實差別很模糊，基本上是一回事。

       為什么要發(fā)展大單晶金剛石？
       大單晶金剛石自然是金剛石中的高級貨，重點發(fā)展這種大單晶金剛石究竟有什么意義呢？主要是其高的商業(yè)價值和在高精尖領(lǐng)域的高附加值，簡單來說，這些領(lǐng)域能產(chǎn)生更多的收益。
       目前人工合成的高品級大單晶金剛石，在性能上已經(jīng)接近或在某些這方面超越了天然金剛石單晶。由于天然金剛石比較稀少，故人工合成的金剛石單晶已經(jīng)逐步地代替天然金剛石被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、科技、國防、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。當(dāng)然這類金剛石還具備其獨(dú)特的用途，尤其是它可以作為單晶金剛石刀具刀坯的最佳選擇材料。
       先看一下不同尺寸的單晶金剛石的用途吧，具體如下。        其實從表中不難看出，單晶金剛石的尺寸越大，質(zhì)量越高，其在高精尖領(lǐng)域的應(yīng)用就越多，價值也就更大，主要應(yīng)用如下。
       精密切削
       金剛石作為一種切削材料主要是利用它的超硬特性，以及它所兼?zhèn)涞母邿醾鲗?dǎo)率、高耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性、低膨脹率和它與被切削材料之間的低摩擦系數(shù)。據(jù)說智能手機(jī)的外殼就是用CVD大單晶金剛石做成的超精密銑刀“切”出來的。具體應(yīng)用如下表所示。        光學(xué)材料
       除部分近紅外，金剛石具有從X射線到微波整個波段高的透過率，兼?zhèn)涓哂捕?、高熱?dǎo)率、高化學(xué)穩(wěn)定性和低膨脹系數(shù)，是一種優(yōu)異的光學(xué)材料。        半導(dǎo)體及電子器件
       金剛石具有寬的帶隙，以及強(qiáng)固的sp3化學(xué)鍵，能將碳原子牢固地鎖定在晶格上不易受撞擊而離位，金剛石可制成在宇航飛船和原子能反應(yīng)堆等強(qiáng)輻射環(huán)境中正常工作的耐輻射器件。        此外金剛石具有高的電子、空穴遷移率、高的擊穿電壓、高的熱傳導(dǎo)率、摻雜可半導(dǎo)體化，是一種很有希望的高溫半導(dǎo)體材料。以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）、金剛石、氮化鋁（AlN）為代表的寬禁帶半導(dǎo)體材料是第三代半導(dǎo)體材料，具有發(fā)光效率高、頻率高等特點，在發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器等方面有重要應(yīng)用。而金剛石禁帶寬度大(5.5eV，明顯高于其他第三代半導(dǎo)體)，集力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、耐蝕等優(yōu)異性能于一身，是目前最有發(fā)展前途的半導(dǎo)體材料。
       盡管金剛石半導(dǎo)體蘊(yùn)藏著巨大的潛力，但真正制成金剛石半導(dǎo)體還面臨著巨大挑戰(zhàn)，歐洲和日本已經(jīng)投入大量資金來開發(fā)金剛石半導(dǎo)體。其中國際巨頭元素6一直在探究金剛石在高純度半導(dǎo)體元器件方面的應(yīng)用。
       珠寶首飾
       人造金剛石在物理上和化學(xué)上是百分之百的金剛石。人造大單晶金剛石，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到與天然金剛石相媲美，甚至比天然金剛石還要完美的程度，以至于珠寶專家僅憑肉眼或是借助低倍放大鏡已經(jīng)無法區(qū)別。除了能合成黃色和無色的金剛石之外，還能夠合成天然金剛石中極為稀少的藍(lán)色和粉色金剛石。

       合成方法
       大單晶金剛石的合成方法主要有兩種，即高溫高壓法（HPHT法）和化學(xué)氣相沉積法（CVD法）。
       CVD法合成單晶金剛石與金剛石多晶膜技術(shù)上有很大不同，單晶金剛石合成需要使用有特殊要求的優(yōu)質(zhì)單晶金剛石作為基板，即此方法對使用的晶種有特殊要求：其一，晶種必須為純{100}面組成的單晶金剛石；其二，晶種必須具有一定的尺寸，原則上晶種有多大，才能生長出多大的單晶。這就在一定程度上限制了其產(chǎn)業(yè)化，目前元素6基本代表了行業(yè)里的頂級水平。
       高溫高壓法（HPHT法）合成金剛石大單晶的方法實際上是溫度梯度法，這種方法想相對比較成熟，但也存在一定的局限性。HPHT金剛石的粒度、純度、可加工性、成形性以及物理化學(xué)性質(zhì)的可調(diào)性等都遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代工業(yè)特別是軍工與高端科技發(fā)展之需。在不考慮成本，單純考慮技術(shù)的情況下，HPHT金剛石的尺寸可以接近10mm，但如果要做到更大尺寸，設(shè)備將很難滿足要求。主要是能提供超高壓強(qiáng)和溫度的材料、技術(shù)及工藝還達(dá)不到要求。另外工藝過程難控、周期長、再現(xiàn)率差、成本高，所得材料有極高的硬度，極難加工成所需形狀。HPHT金剛石難于形成較大面積薄膜或片狀，物理化學(xué)性質(zhì)也難于調(diào)節(jié)，從而限制了其應(yīng)用范圍。
       兩種方法具體對比如下：        大單晶金剛石的主要生產(chǎn)企業(yè)（排名不分先后）
       國際
       1、元素6
       主要技術(shù)：CVD法和HPHT法
       2、住友電氣工業(yè)株式會社
       主要技術(shù)：HPHT法
       3、Gemesis公司
       主要技術(shù)：HPHT法
       4、Apollo Diamond（阿波羅金剛石公司）
       主要技術(shù)：CVD法
       5、D. NEA、Chatham人造金剛石
       主要技術(shù)：HPHT法
       6、New Age Diamonds（新世紀(jì)金剛石）
       主要技術(shù)：HPHT法
       7、Tairus
       主要技術(shù)：HPHT法

       國內(nèi)
       1、河南黃河旋風(fēng)股份有限公司
       主要技術(shù)：HPHT法
       2、中南鉆石公司有限公司
       主要技術(shù)：HPHT法
       3、鄭州華晶金剛石股份有限公司
       主要技術(shù)：HPHT法
       4、寧波晶鉆工業(yè)科技有限公司
       主要技術(shù)：CVD法