Fremkomst og status for Lab Diamonds-teknologi

1.Emergence

I øjeblikket, Laboratoriedyrkede diamanter er de mest populære blandt alle diamantapplikationer, og laboratoriedyrkede diamanter af høj kvalitet er flyttet fra laboratoriet til markedet.I 2016 lancerede Swarovski Diama, et mærke af Lab-dyrkede diamanter, og i 2020 lancerede en farvet kollektion af Lab-dyrkede diamanter.2018, De Beers Group skabte Mærket er afhængig af Element Six' stærke tekniske support og moderselskabets baggrund i smykkeindustrien, hvad angår omkostningsproduktion, kvalitetskontrol og mærkeopbygning.I 2019 vil Signet, den største smykkeforhandler i USA, sælge Lab-dyrkede diamanter online.I 2019 vurderede International Gemological Institute IGI to laboratoriedyrkede diamanter med en masse på henholdsvis 21,91 g og 23,13 g, og Gemological Institute of America GIA lancerede en ny version af menneskeskabt diamant Test rapport.

2. Dyrkningsmetoder

Efter flere års forskning og udvikling er der nu flere metoder til succesfuld fremstilling af syntetiske diamanter, hvoraf to er blevet kommercialiseret, nemlig kemisk dampaflejringsmetode eller CVD og højtemperatur- og højtryksmetode eller HPHT.

2.1.Princippet for CVD syntetiske diamanter

CVD diamant syntese er en kemisk reaktion ved en lav syntesetemperatur og -tryk for at adskille atomerne og molekylerne i kulstofkildegassen og genpåføre dem på kulstofkildegassen. diamant.frie radikaler (kulstof- og brintatomer eller methyl CH3- og H-atomer) og danner diamanter på substratet under visse temperatur- og trykforhold, når substratet er fremstillet. Når substratet er lavet af naturlige eller HPHT syntetiske diamanter - dvs. homogent epitaksialt dyrket diamantkrystaller - enkeltkrystallinske diamanter vil blive dyrket på substratet, mens substrater lavet af silicium, wolfram og molybdæn vil blive dyrket.Når substrater lavet af silicium, wolfram eller molybdæn anvendes, vil polykrystallinske diamantfilm vokse på substratet.

MPCVD (Microwave Plasma CVD) teknologi er i stand til at syntetisere diamanter med en høj grad af renhed.Dens hovedtræk er, at plasmaet producerer atomær brintkoncentration, fraværet af elektrodekontamination, evnen til at producere stabilt plasma ved højere tryk og den høje kvalitet af den dyrkede diamantfilm, og dens udstyr er i fokus for forskning af udenlandske forskere.Mikrobølgemetoden er den mest ideelle metode til at producere diamanter med stort areal og høj kvalitet i fremtiden.Denne metode er blevet godt anvendt i fremmede lande, såsom missilhætter, optiske infrarøde vinduer osv. MPCVD-metoden er i stand til at producere diamanter af høj kvalitet, som kan forarbejdes til dekorative diamanter osv. Efter forarbejdning kan den fremstille diamanter og andre dekorationer, og dens pris er kun omkring en fjerdedel af prisen på naturlig diamant, men mikrobølgeudstyret og de tekniske omkostninger er store.Prisen er kun omkring en fjerdedel af prisen på naturlige diamanter, men investeringen i mikrobølgeudstyr og teknologi er stor.

Men ikke mange indenlandske producenter har mestret MPCVD-teknologien, og den er stadig domineret af europæiske og amerikanske producenter.På nuværende tidspunkt omfatter de almindelige virksomheder på markedet Norton Technologies, Element Six, Fraunhofer, ASTeX, Westlnghouse Electric, IBM og USA.Westlnghouse Electric, IBM, ApolloDimond, De Beers osv., som alle bruger MPCVD-metoden til at dyrke diamanter.På grund af den høje renhed kan en krystal diamant ikke kun laves til smykker.Dens fremragende egenskaber inden for elektricitet, optik, mekanik og termodynamik kan også gøre det muligt at bruge det som et kernemateriale inden for halvleder, 5G-kommunikation, avanceret udstyr og militærteknologi.

2.2 HPHT-metoden dyrker diamantenkeltkrystaller, hvor kulstofkilden placeres i højtemperaturenden og frøkrystallerne placeres i lavtemperaturenden.

Vækstprocessen af ​​diamant-enkeltkrystaller af ædelsten er opløsningen og genudfældningsprocessen af ​​diamant.Da koncentrationen af ​​kulstof i katalysatoren er temperaturafhængig, driver tilstedeværelsen af ​​en kulstofkoncentrationsgradient mellem høj- og lavtemperaturenden kulstoffet til at diffundere fra den høje temperatur til lavtemperaturenden og udfældes på podekrystallerne for at opnå epitaksial vækst af krystaller.

Syntetiske diamanter har følgende fordele i forhold til naturlige diamanter.

(1) Farve kan kontrolleres, og forskellige kvaliteter af diamanter kan produceres i henhold til markedets og kundernes behov;

(2) Størrelseskontrol, kan producere forskellige størrelser af diamanter efter behov;

(3) Farvekontrol, kan producere diamanter i forskellige farver i henhold til kundens præference;

(4) Materialet af menneskeskabte diamanter af ædelsten kan tilpasses og kan tilpasses til forskellige erindringsbetydninger;(5);de lavere produktionsomkostninger for storkornede menneskeskabte diamanter kan bedre imødekomme behovene for store industrielle applikationer;(6) prisen på menneskeskabte diamanter af ædelsten har en betydelig fordel i forhold til naturlige diamanter.Derfor er udviklingspotentialet enormt.

3. Nuværende situation

Den 6. november 2021 blev den nye produktlancering af Zenshi Technology afholdt i udstillingsområdet for forbrugsvarer på messen, og en 16,42 karat CVD mandskabt diamant 'MagicPrincess' fik sin debut i verden.

CVD-diamanter begyndte først gradvist at komme ind på smykkemarkedet i 2013. På grund af begrænsningen af ​​tekniske forhold var de uslebne diamanter dyrket ved CVD-metoden generelt ikke tykke nok, så vægten af ​​CVD var for det meste mellem 0,3 karat og 0,70 karat på det tidspunkt .

Det CVD diamanter produceret af ApolloDiamond (0,27 - 0,62 karat) viste en intens pink farve, der kan sammenlignes med de øverste naturlige pinks.I 2015, med det teknologiske gennembrud af CVD nåede 5,19 karat, men med en lidt ringere klarhed og farvekvalitet af j farve, VS2 klarhed.Med den videre udvikling af CVD-teknologien er karatvægten af ​​CVD-dyrkede diamanter blevet større, og i 2018 har den amerikanske CVD-dyrkede diamantvirksomhed WashingtonDiamond allerede hævet sin vægtrekord til 9,04 karat, men kvaliteten af ​​denne diamant er stadig begrænset ved sin farve og klarhed, ved l farve VS2 klarhed.(Superhard Materials, General 02, 2021, 16--17 (Laboratoriedyrkede diamanter) Naturlige diamanter er ikke-fornybare ressourcer, dannet i en dybde på mere end 100 km under jordens overflade, og stiger derefter til overfladen med geologiske aktiviteter som f.eks. som vulkanudbrud Den høje temperatur og trykket i jordens kappe får kulstofelementer til at krystallisere og danne diamanter, lejlighedsvis pakkes ind i omgivende støv eller flydende urenheder, hvilket gør naturlige diamanter ti The NewDiamond

Diamantdyrkningsfirmaet NewDiamondTechnology i St. Petersborg, Rusland, har produceret en 129,47 karat diamant, der måler 29,5x29,5x29,5.Den menneskeskabte diamant på 129,47 karat satte endnu en verdensrekord ved at tage omkring 400 timer at dyrke, en hastighed på 65 mg timer.Virksomheden mener, at dette er et tegn på et stort spring fremad for fremtidens store korn Lab Diamonds-marked.Derudover vil produktionsomkostningerne for uslebne Lab-dyrkede diamanter fortsætte med at falde, efterhånden som udviklingen fortsætter, og udstyret opdateres.

NewDiamondTechnology blev grundlagt i 2014 med det mål at masseproducere én-krystal diamanter af højeste kvalitet.Det sendte chokbølger i hele branchen i 2018 med en menneskeskabt diamant, der vejede 103,5 karat.

Den menneskeskabte diamantindustri har oplevet en rivende udvikling de seneste år, og folk er gået fra indledende skepsis og afvisning til omfavnelse og støtte, som er gennemblødt af sveden fra et stort antal udøvere.

Højkvalitets diamant, efter skæring, slibning og polering til diamantsmykker, har egenskaberne dekorativ visning og smagning, økonomiske investeringer og kulturel arv, og har været eftertragtet og elsket af investorer og forbrugere i mange år.Modenheden af ​​store menneskeskabte diamantforberedelsesteknologier har åbnet et nyt markedsfelt for smykkeindustrien - menneskeskabte diamanter.

Gennembruddet af nøgleteknologien af ​​stor størrelse og høj kvalitet SCD, ledsaget af stigningen i forbrugernes bevidsthed og accept af laboratoriedyrkede diamanter, kan effektivt afhjælpe det nuværende problem med 100 % afhængighed af import af naturlige diamanter på det indenlandske smykkemarked.Sammenlignet med naturlige diamanter er den vigtigste egenskab ved laboratoriedyrkede diamanter deres ubegrænsede produktion og lave pris.I de senere år, efterhånden som teknologien fortsætter med at udvikle sig, er udbyttet og kvaliteten af ​​laboratoriedyrkede diamanter blevet væsentligt forbedret, mens omkostningerne er faldet yderligere.

Naturlige diamanter dannes normalt over milliarder af år, omkring 50 kilometer dybt i Jorden, hvor der er højt tryk og temperaturer på mere end 1.000 grader Celsius, sagde Bradby fra ANU's School of Physics and Research.Et internationalt hold af forskere har skabt diamanter i laboratoriet inden for få minutter ved stuetemperatur.Betragtet som et symbol på status, rigdom og romantik, er diamanter begyndt at miste disse mysterier i de senere år, efterhånden som videnskabsmænd har lært mere om dem.Industriel diamant har en bred vifte af anvendelsesområder, lovende udviklingsmuligheder og støt voksende efterspørgsel Industriel diamant omfatter diamantenkeltkrystaller og diamantmikropulver, hvoraf diamantmikropulver dannes af diamantenkeltkrystaller ved knusnings- og kuglefræsningsprocesser til dannelse af diamantpulver på mikron eller submikron niveau.

Den konstante vækst i efterspørgslen efter industriel diamant kommer hovedsageligt fra det traditionelle forarbejdningsfelt, og det avancerede produktionsfelt primært inden for solcelle ny energi og tredje generation af halvlederapplikationer.Efterspørgslen efter industrielle diamanter forventes at vokse støt fra traditionelle forarbejdningsfelter og avancerede fremstillingsområder, hovedsageligt fra nye solcelle- og tredjegenerations halvlederapplikationer.Det globale industrielle diamantmarked forventes at nå op på 8,027 milliarder dollar i 2025 med en sammensat årlig vækstrate på 7,53%.Det globale industrielle diamantmarked forventes at nå op på 8,027 milliarder dollar i 2025 med en sammensat årlig vækstrate på 7,53%.Det industrielle diamantmarked i Kina vil nå op på 7,225 milliarder RMB, inklusive 4,613 milliarder RMB for diamant-enkeltkrystal og 2,612 milliarder RMB for diamantpulver.

Efterspørgslen efter industrielle diamanter i traditionelle forarbejdningsområder vil fortsætte med at vokse støt på lang sigt.

Byggematerialer og sten: Som en af ​​de største industrier i Kina har ejendomsbranchen set sin investering vokse fra 6,2 billioner yuan i 2011 til 14,1 billioner yuan i 2020, hvilket har bibeholdt en høj vækstrate i lang tid.

(2) Efterforskning og udvinding: De materielle og tekniske fordele ved monokrystal diamant er betydelige i efterforskning og udvinding, og dets anvendelse i dybe hulsboring vil blive yderligere forbedret i fremtiden, og mængden og sværhedsgraden af ​​mineraludvinding vil drive den voksende efterspørgsel af diamant monokrystal.

Maskinfremstilling: Syntetisk diamant er et uundværligt råmateriale til skærende værktøjer i maskinfremstillingsindustrien, og skærende værktøjer står for 90% af den samlede bearbejdningsproces.Ifølge QYResearch vil markedsstørrelsen for skærende værktøjer nå 199,9 milliarder yuan i 2026 med en sammensat årlig vækstrate på 3,91%.Avanceret produktionsområde for ny solcelleenergi og tredje generation af halvlederskalaapplikationer vil skabe voksende efterspørgsel.

Fotovoltaisk ny energi: Med gennembruddet af diamanttrådsavskæringsteknologi siden 2017 og de hurtige nedadgående omkostninger, er diamantmikropulver blevet meget brugt i skæreområdet af fotovoltaiske monokrystallinske silicium- og polysiliciummaterialer, hvilket effektivt erstatter den traditionelle mørtel- og siliciumcarbidmørtelskæring .Ifølge CPIA's estimat vil den globale nye PV-installation fra 2021 til 2025 vokse fra 170GW til 330GW, ifølge beregningen af ​​diamanttråd på 37,50 millioner km/GW og kapacitetsforhold 1,32 vil den globale efterspørgsel efter siliciumwafer nå op på 436GW og diamanttråd. efterspørgslen vil nå 163,35 millioner km i 2025 med en sammensat årlig vækstrate på 23,90 %.

Tredje generations halvledere: Tredje generations halvledere bruges i vid udstrækning i nye energikøretøjer, højhastighedstransport, 5G-kommunikation og andre områder, og hårdheden af ​​siliciumcarbidmaterialer er høj.Siliciumcarbidmaterialets hårdhed er så høj, at det skal bearbejdes med diamantpulver eller relaterede produkter i flere produktionsprocesser, såsom krystalskæring, waferslibning og waferpolering.Ifølge CASA Research anslår, at det internationale bilmarked i siliciumcarbid vil vokse med en sammensat årlig vækstrate på 38% og vil overstige 10 milliarder dollars i 2025.

Kan naturlige diamanter og laboratoriedyrkede diamanter eksistere side om side i fremtiden?

Efterhånden som diamantforekomster bliver opbrugt, opvejer laboratoriedyrkede diamanter mangelen på naturlige diamanter.

Fra et videnskabeligt synspunkt er der ingen forskel mellem laboratoriedyrkede diamanter og naturlige diamanter, begge er sammensat af kulstof, begge har en hårdhed på 10 på Mohs skalaen, og begge har de samme fysiske og kemiske egenskaber.Der er ingen forskel på fysiske egenskaber og kemisk sammensætning, men det mest kritiske er forbrugerens opfattelse.

Laboratoriedyrkede diamanter har udviklet sig med en ekstremt imponerende hastighed i de sidste to år, ikke kun fordi prisen i sig selv er meget lavere sammenlignet med naturlige diamanter, men også på grund af fremkomsten af ​​en ny generation af forbrugere og skiftende bevidsthed.

Den vigtigste appel af laboratoriedyrkede diamanter til forbrugerne er den lave pris, evnen til at købe en større diamant til samme eller endnu lavere pris, og det nuværende marked for laboratoriedyrkede diamanter er i øjeblikket prissat til omkring 60 % af naturlige diamanter og vil være endnu lavere i fremtiden. For juvelerer og smykkeforhandlere, eller baseret på den høje profitattraktion ved laboratoriedyrkede diamanter.

95 procent af guldsmede, som MVI adspurgte, mener, at det er mere rentabelt at drive laboratoriedyrkede diamanter.Af disse mener 78 % af guldsmede, at handel med diamanter, der er dyrket i laboratoriet, er 16 % til 40 % mere rentabel end handel med naturlige diamanter.

Den accelererede fremkomst af Lab-dyrkede diamanter og den brede vifte af industrielle diamantapplikationer.Som et spirende valg for diamantforbrug har laboratoriedyrkede diamanter åbenlyse fordele med hensyn til kvalitet, omkostninger, miljøbeskyttelse og teknologi og har et bredt markedsudsigt, hvilket tiltrækker Flere og flere indenlandske og udenlandske diamantproducenter er opmærksomme og laver produktionslayout.

Fra 2018 til 2020 vil den globale produktion af laboratoriedyrkede diamanter vokse fra 1,5 millioner karat til 7 millioner karat.Ifølge Bain & Companys prognosedata vil den globale markedsstørrelse for laboratoriedyrkede diamanter Den globale markedsstørrelse for laboratoriedyrkede diamanter stige fra 16,7 milliarder yuan i 2020 til 36,8 milliarder yuan, hvoraf markedsstørrelsen for laboratoriedyrkede diamanter i Kina vil stige. fra 8,3 milliarder yuan Markedsstørrelsen på Kinas menneskeskabte diamantmarked vil stige fra 8,3 milliarder USD til 29,5 milliarder USD.

Den hurtige udvikling af den menneskeskabte diamantindustri er hovedsageligt drevet af følgende faktorer.

(1) stramning af udbuddet af naturlige diamanter.På nuværende tidspunkt er de globale producenter af naturlige diamanter hovedsageligt Rusland, Australien og Congo osv., efter geopolitik, ESG-evalueringsstandarder, mineralefterforskning og andre faktorer, vil det naturlige diamantmarked stå over for et udbudsgab på mellemlang til lang sigt.

(2) Diamantprodukters forbrugsplads er enorm.Ifølge De Beers statistikker, i 2020, USA og Japan per capita diamant forbrug på $ 105,60 og $ 40,07, mens Kina og Indien per capita forbrug på kun $ 4,96 og $ 2,95.I fremtiden forventes det trinvise forbrug fra Kina og Indien og andre nye markeder yderligere at åbne op for den globale diamanthandelsskala.

(3) Forbrugernes anerkendelse af laboratoriedyrkede diamanter er gradvist stigende.Ifølge konsulentfirmaet MVEye forskningsdata er amerikanske forbrugeres bevidsthed om laboratoriedyrkede diamanter i 2020 steget fra 58 % til 80 % i 2018, mens forbrugernes bevidsthed om menneskeskabte diamantmærker også er steget fra 49 % til 69 %.I øjeblikket lancerer traditionelle juvelerer som De Beers, Swarovski og Pandora, såvel som nye juvelerer som DiamondFoundry og Light Mark, menneskeskabte diamantmærker for proaktivt at vejlede forbrugernes vaner.Derudover, katalyseret af den globale epidemi, er mere anerkendelse af omkostningseffektive produkter såvel som jagten på deres egen fornøjelse blevet en ny forbrugertrend.Drevet af forskellige faktorer vil forbrugernes anerkendelse af laboratoriedyrkede diamanter vokse i fremtiden.