Kim cương tự nhiên và kim cương tổng hợp có tính chất vật lý giống hệt nhau. Tuy nhiên, quá trình để tạo ra hai loại kim cương này lại rất khác biệt.

Qua bài viết này, bạn hãy cùng Jemmia tìm hiểu xem sự khác biệt đó là gì nhé!

Quá trình hình thành kim cương trong tự nhiên

Vào thời cổ đại, trái đất được bao phủ bởi những cánh rừng bạt ngàn. Khi những tia sét mang theo lửa đến, những thân cây to lớn đã cháy thành than và ngã xuống.

Trải qua hàng tỷ năm, than đá trong các vụ cháy đã bị chôn vùi ở độ sâu khoảng 1500 km. Ở đó, có nhiệt độ cực cao là 1200 độ C và áp suất lên đến 5 gigapascal. Đây là những điều kiện thuận lợi để cacbon trong cây kết hợp với các chất vô cơ có sẵn trong lớp trung gian của trái đất để tạo thành kim cương.

Quá trình hình thành kim cương tự nhiên và kim cương tổng hợp
Kim cương tự nhiên thường được tìm thấy xung quanh các núi lửa

Sau đó, kim cương sẽ theo những đợt núi lửa phun trào mà trở lại mặt đất dưới dạng đá núi lửa Kimberlite. Người ta thường khai thác kim cương ở những lục địa cổ có nhiều núi lửa đã tắt như châu Phi, Nga, Canada…

Thỉnh thoảng, kim cương tự nhiên còn được tìm thấy trong tâm của thiên thạch rơi xuống trái đất. Tuy nhiên, chúng chỉ ở dạng tinh thể rất nhỏ gọi là bụi kim cương.

Quá trình hình thành kim cương tổng hợp

Vào giữa những năm 1950, những tinh thể kim cương tổng hợp đầu tiên đã ra đời. Mặc dù lúc này chúng có kích thước nhỏ và chất lượng hạn chế. Nhưng chúng đã mở ra kỷ nguyên mới cho sự phát triển của thị trường kim cương.

Đến những năm 1990, kim cương tổng hợp bắt đầu được sử dụng làm trang sức.

Quá trình hình thành kim cương tự nhiên và kim cương tổng hợp
Các loại kim cương tổng hợp

Từ đó đến nay, kim cương nhân tạo đã có thể đáp ứng cho cả hai nhu cầu là thời trang và công nghiệp. Thậm chí, nó được dự đoán sẽ dẫn đầu xu hướng đá quý trong tương lai.

Để tạo ra kim cương tổng hợp có hai cách phổ biến nhất. Cả hai phương pháp này đều nuôi cấy kim cương từ một tinh thể rất nhỏ.

Đặc biệt, chỉ trong một thời gian ngắn là có thể thu được kim cương.

Xem thêm:

Quá trình hình thành kim cương tổng hợp theo phương pháp HPHT

Quá trình tăng trưởng kim cương HPHT diễn ra ở một buồng kính. Buồng kính này được đặt bên trong một thiết bị có khả năng tạo ra nguồn áp suất rất cao.

qua-trinh-hinh-thanh-kim-cuong-tu-nhien-va-kim-cuong-tong-hop-h
Buồng chế tạo kim cương HPHT

Bên trong buồng kín, bột kim cương (vật liệu tổng hợp (metal alloy flux) được hòa tan trong hợp kim nóng chảy thường là sắt (Fe), nickel (Ni) hoặc cobalt (Co). Sau đó kết tinh sẽ hình thành trên mầm để tạo thành tinh thể kim cương tổng hợp. Quá trình kết tinh này chỉ mất vài tuần đến hơn một tháng. Khi kết thúc sẽ tạo ra một hoặc một số tinh thể kim cương tổng hợp.

Đặc điểm nhận biết kim cương HPHT

Các tinh thể kim cương HPHT có các mặt hình khối bổ sung ngoài các bề mặt bát diện. Do dạng tinh thể của kim cương tự nhiên và kim cương HPHT khác nhau, nên cấu trúc tăng trưởng bên trong của chúng cũng khác nhau. Đây là một trong những dấu hiệu đáng tin cậy nhất để phân biệt chúng với nhau.

qua-trinh-hinh-thanh-kim-cuong-tu-nhien-va-kim-cuong-tong-hop-h
Kim cương HPHT thô

Kim cương HPHT, sau khi được cắt, có thể được xác định từ một số tính chất. Ví dụ như phân bố vùng màu, huỳnh quang, hạt chéo và thân kim loại đen, v.v.

Kim cương HPHT cũng dễ dàng được xác định bởi các thiết bị hiện đại trong các phòng thí nghiệm. Tiêu biểu như máy đo quang phổ visible hoặc photoluminescence.

Hầu hết các tinh thể kim cương HPHT có màu vàng, cam, nâu vàng và chủ yếu thuộc loại Ib, rất hiếm trong kim cương tự nhiên.

Sự phát triển của công nghệ chế tạo kim cương tổng hợp

Trước đây, việc tạo ra một viên kim cương HPHT không màu là một thách thức rất lớn. Bởi vì việc tạo ra một viên kim cương HPHT không màu phải giải quyết hai vấn đề chính:

  • Thứ nhất là ngăn chặn sự xâm nhập của tạp chất nitơ đi vào cấu trúc mạng trong quá trình tăng trưởng
  • Thứ hai là tốc độ tăng trưởng của kim cương HPHT không màu (loại IIa hoặc loại IIb yếu) chậm hơn kim cương loại I.

Gần đây với sự phát triển của khoa học, con người đã điều chỉnh các điều kiện tăng trưởng và thiết bị phù hợp. Nhờ đó có thể tạo ra các tinh thể đủ lớn để nghiền một viên đá nặng hơn 10 carat

Quá trình hình thành kim cương tự nhiên và kim cương tổng hợp
Kim cương HPHT màu xanh

Bằng cách thêm tạp chất boron (B) vào quá trình tăng trưởng, các tinh thể kim cương HPHT màu xanh được tạo ra. Các màu khác, như hồng và đỏ thì được chế tạo bằng cách xử lý chiếu xạ và ủ sau tăng trưởng. Tạo ra những màu sắc kim cương rất hiếm trên thị trường.

>> Xem thêm: Những cách làm kim cương hiện nay

Cách để tạo ra kim cương tổng hợp CVD

Sự tăng trưởng kim cương CVD diễn ra trong môi trường chân không chứa đầy các loại khí nhiều carbon.

Quá trình hình thành kim cương tự nhiên và kim cương tổng hợp
Buồng chân không chế tạo kim cương CVD

Một nguồn năng lượng (chùm microwave) được sử dụng để phá vỡ liên kết giữa các phân tử khí và các nguyên tử cacbon rơi xuống dưới tấm mầm.

Quá trình kết tinh này mất vài tuần để tạo ra nhiều tinh thể cùng một lúc. Số lượng tinh thể phụ thuộc vào kích thước của buồng tăng trưởng và số lượng mầm.

Quá trình hình thành kim cương tự nhiên và kim cương tổng hợp
Tấm mầm để nuôi cấy kim cương CVD

Các tinh thể sau khi tăng trưởng có dạng tấm với đường viền graphite (than chì đen).

Đặc điểm của kim cương CVD

Hầu hết các tinh thể kim cương tổng hợp CVD có màu nâu nhạt hoặc xám nhạt. Nhưng nếu một lượng nhỏ tạp chất nitơ hoặc boron được thêm vào buồng tăng trưởng. Chúng sẽ tạo ra màu vàng, hồng, cam hoặc xanh.

Trái ngược với phương pháp HPHT, các tinh thể không màu được tạo ra bằng phương pháp này dễ hơn rất nhiều. Tuy nhiên, cần phải mất một thời gian tăng trưởng rất dài. Hầu hết các viên kim cương CVD không màu trên thị trường đã trải qua quá trình xử lý nhiệt để loại bỏ màu nâu. Kim cương CVD chủ yếu là loại IIa.

Quá trình hình thành kim cương tự nhiên và kim cương tổng hợp
Kim cương CVD thô

Kim cương CVD có đặc tính đá quý hơi khác so với kim cương HPHT. Sự phân bố màu sắc đồng đều hơn và có một chút “sự biến dạng” cấu trúc dải khi nhìn dưới ánh sáng phân cực.

Ngoài ra, độ tinh khiết có xu hướng cao hơn do chỉ có các pinpoint carbon (điểm đen carbon).

Giống như tổng hợp HPHT, quá trình tổng hợp CVD liên tục được cải thiện. Điều này cho phép các nhà sản xuất tạo ra kim cương tổng hợp lớn với độ tinh khiết và cấp độ màu tăng dần.

Như vậy, nhờ vào công nghệ mà con người đã có thể chế tạo kim cương một cách nhanh chóng. Từ đó, đáp ứng đầy đủ kim cương cho nhu cầu công nghiệp và trang sức.

Tuy nhiên, kim cương tổng hợp quá hoàn hảo cũng gây không ít khó khăn cho công tác giám định. Hãy cùng Jemmia tìm hiểu 5 cách giám định kim cương tự nhiên và nhân tạo nhé!

Bạn hãy xem thêm:

Hiện tại Jemmia có 3 Showroom để quý khách hàng trải nghiệm trực tiếp kim cương tự nhiên có chứng nhận GIA tại:

Xem nhẫn cầu hôn 2020Xem giá kim cương