Kim cương được tăng trưởng trong phòng thí nghiệm, Kim cương tạo ra từ phòng thí nghiệm, Kim cương phòng thí nghiệm, LGD – tất cả là các thuật ngữ chỉ đến những viên kim cương tổng hợp đã xuất hiện trên thị trường với số lượng lớn trong vài năm qua. Kim cương như một khoáng sản thực sự đã được tổng hợp lần đầu tiên trong phòng thí nghiệm vào những năm 1950, nhưng sản xuất thương mại chủ yếu bị giới hạn trong nhiều thập kỷ cho các tinh thể rất nhỏ được sử dụng trong ngành công nghiệp mài mòn. Ngày nay, kim cương chất lượng tốt và lớn hơn đang được sản xuất tại hàng chục nhà máy trên khắp thế giới và sự phổ biến của chúng đang nhanh chóng tăng lên khi chúng trở nên ngày càng phổ biến. Trong bài viết này, chúng ta sẽ thảo luận về hai phương pháp tăng trưởng, mỗi phương pháp khác nhau, để sản xuất kim cương tăng trưởng trong phòng thí nghiệm: Phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD) và Phương pháp áp suất cao nhiệt độ cao (HPHT).
![]() | ![]() | ![]() |
Những viên kim cương tổng hợp đầu tiên được tạo ra bằng phương pháp áp suất cao nhiệt độ cao (HPHT). Một máy ép kim cương khổng lồ đã được thiết kế để tạo ra áp suất và nhiệt độ lớn như trong lòng đất, nhằm chuyển đổi cacbon ở dạng than chì thành kim cương.

Máy ép HPHT
Áp suất khoảng 1 triệu PSI và nhiệt độ trong khoảng 1500 độ Celsius được sử dụng để làm tan chất xúc tác kim loại và than chì, tạo ra môi trường nơi các nguyên tử cacbon sẽ di chuyển đến một tấm hạt kim cương trong buồng tăng trưởng. Các nguyên tử cacbon từ hỗn hợp liên kết với các nguyên tử cacbon trong lưới tinh thể của tấm hạt, phát triển từng lớp nguyên tử một.
Phương pháp tăng trưởng này chạy trong khoảng thời gian quy định, tùy thuộc vào mục tiêu của quá trình tăng trưởng. Sau đó, ống nghiệm được gỡ bỏ và mở ra để lộ ra những viên kim cương đã được tạo ra. Quá trình không dừng lại sau khi bắt đầu và mọi vấn đề hoặc thiếu sót cần được khắc phục bằng các điều chỉnh trong các lần tăng trưởng sau này. Như chúng ta sẽ thấy, phương pháp CVD cho phép linh hoạt hơn. Nhưng với sự linh hoạt được thêm vào đó, một số vấn đề về chất lượng có thể xuất hiện.
Những máy ép hiện đại được sử dụng trong quá trình tăng trưởng HPHT nặng đến 70 tấn. Do đó, chúng rất đắt tiền và các nhà máy chứa nhiều máy ép cũng rất tốn kém chi phí để xây dựng, bao gồm cả việc yêu cầu nền bê tông lớn để chịu đựng trọng lượng khổng lồ của thiết bị này. HPHT cũng tiêu thụ lượng điện năng lớn để duy trì áp suất và nhiệt độ này trong suốt vài ngày hoặc vài tuần trong khi kim cương phát triển. Do đó, chỉ có một số ít nhà máy sử dụng phương pháp tăng trưởng này.
Ưu điểm của phương pháp HPHT là nó có thể sản xuất kim cương rất trong hoặc trong suốt mà không cần bất kỳ liệu pháp điều chỉnh phụ trợ nào. Tuy nhiên, điều này đi kèm với chi phí cao hơn so với phương pháp CVD.

Chuỗi máy ép HPHT
Thay vì sử dụng buồng áp suất, kim cương CVD được tăng trưởng trong một buồng chân không. Một loại khí hydrocarbon như metan được đưa vào buồng chứa một tấm hạt kim cương. Năng lượng sóng vi sóng được sử dụng để làm nóng khí thành một plasma động, làm cho các phân tử cacbon trong khí tách ra thành nguyên tử cacbon và di chuyển đến tấm hạt kim cương nơi chúng liên kết với lưới cacbon của nó.

Buồng chân không CVD
Giống như phương pháp HPHT, các nguyên tử cacbon phát triển từng lớp trên hạt gốc trong khoảng thời gian từ vài ngày đến vài tuần. Nhưng thiết bị CVD nhỏ hơn, nhẹ hơn và giá rẻ hơn nhiều. Đó là một ngưỡng kinh tế thấp hơn đối với nhà sản xuất và do đó đã thu hút một số lượng và đa dạng đơn vị sản xuất lớn hơn nhiều. Hầu hết kim cương tăng trưởng trong phòng thí nghiệm trên thị trường ngày nay đều là CVD.
Một ưu điểm khác của CVD so với HPHT là do môi trường tăng trưởng có nhiệt độ và áp suất thấp hơn, người vận hành có thể nhìn qua một cửa sổ thuỷ tinh và giám sát quá trình tăng trưởng bằng mắt. Do đó, có thể phát hiện vấn đề trong quá trình tăng trưởng và dừng quá trình để khắc phục vấn đề. Tuy nhiên, việc bắt đầu và dừng quá trình là một con dao hai lưỡi đối với chất lượng. Trong khi một khuyết điểm tăng trưởng có thể bị loại bỏ, nó cũng có thể đưa sự xâm nhập vào lưới kim cương có thể ảnh hưởng tiêu cực đến độ trong suốt của kim cương được tạo ra. Quá nhiều sự gián đoạn và xâm nhập có thể khiến cho kim cương trở nên tối và mờ mịt hơn. Mặc dù có hiệu quả về năng lượng và giá thành rẻ hơn để sản xuất, kim cương CVD thường cần các liệu pháp tăng cường sau quá trình tăng trưởng để có thể tiêu thụ được trên thị trường.

Tổ hợp buồng chân không CVD, hình ảnh được cung cấp bởi GIA
Kim cương tăng trưởng trong phòng thí nghiệm thường có các đặc điểm không mong muốn do sự mất cân đối không mong muốn trong môi trường hóa học nơi chúng được tăng trưởng. Các vết boron và silica bị mắc kẹt trong lưới cacbon, hoặc khoảng trống trong mạng lưới nơi có nguyên tử carbon có thể tạo ra vấn đề như một kim cương có tông màu xanh, nâu hoặc xám. Tàn dư tăng trưởng khác cũng có thể được bao gồm trong kim cương phòng thí nghiệm và có thể trông giống như các tinh thể hoặc “điểm cacbon” trong kim cương tự nhiên. Trong nhiều trường hợp, những vấn đề này có thể được cải thiện thông qua các liệu pháp tăng cường sau quá trình tăng trưởng.
Hai liệu pháp xử lý phổ biến nhất cho kim cương phòng thí nghiệm là HPHT và LPHT. Đưa một viên kim cương phòng thí nghiệm vào một liệu pháp xử lý HPHT bổ sung, ngay cả khi ban đầu được tăng trưởng bởi phương pháp HPHT, đôi khi có thể cải thiện tông màu và khuyết điểm nhất định. Kim cương tăng trưởng bằng phương pháp CVD thường được đặt vào một máy ép HPHT để sửa các vấn đề với quá trình tăng trưởng ban đầu của chúng. Một số kim cương phòng thí nghiệm cũng có thể được cải thiện thông qua một phương pháp nung ở áp suất thấp được gọi là LPHT hoặc liệu pháp nhiệt độ cao áp suất thấp.
Trên thị trường, có sự tranh cãi về sự khác biệt chất lượng giữa kim cương phòng thí nghiệm được tăng trưởng không cần có liệu pháp xử lý sau quá trình tăng trưởng (còn được gọi là “AS Grown”), và những viên kim cương đòi hỏi xử lý thêm. Một số người lập luận rằng kim cương phòng thí nghiệm là một sản phẩm của công nghệ và không quan trọng nếu quá trình cụ thể hoặc các quy trình nào cần thiết để tạo ra sản phẩm cuối cùng là gì. Ví dụ, họ lập luận rằng trong trường hợp kim cương tăng trưởng bằng phương pháp HPHT và được đưa vào thêm thời gian trong buồng HPHT, điều này không tạo ra sự khác biệt đáng kể. Phía khác lập luận rằng kim cương được tăng trưởng mà không cần xử lý bổ sung là một sản phẩm cao cấp, được tạo ra bởi nhà sản xuất có mức độ chuyên môn cao sử dụng thiết bị hiện đại.
Còn nhiều liệu pháp xử lý khác nhau bao gồm các loại tia xạ khác nhau để thay đổi lưới nguyên tử và tăng cường hoặc loại bỏ màu sắc trong kim cương phòng thí nghiệm.
Trong thời điểm hiện tại trên thị trường, có vẻ có một phần đáng kể người mua hàng thích Kim cương phòng thí nghiệm “AS Grown”.
Như chúng ta đã thấy, hai phương pháp tăng trưởng để sản xuất kim cương phòng thí nghiệm có sự khác biệt đáng kể với nhau. Điều này dẫn đến sự khác biệt trong một số yếu tố chất lượng giữa hai phương pháp và đây là những đặc điểm khá độc đáo đối với kim cương phòng thí nghiệm nói chung. Quan trọng nhất là cả hai phương pháp đều có khả năng tạo ra những viên kim cương chất lượng xuất sắc.
Kim cương CVD, như chúng ta đã thấy, dễ bị gián đoạn trong quá trình tăng trưởng. Vì người vận hành có thể thấy quá trình tăng trưởng diễn ra theo thời gian thực, nên có thể có ý muốn dừng quá trình bất kỳ khi nào gặp vấn đề để dự phòng. Sau khi vấn đề đã được xử lý, lò phản ứng được khởi động lại và quá trình tăng trưởng tiếp tục. Tuy nhiên, điều kiện khí quyển bên trong lò phản ứng khi khởi động lại khác với điều kiện khi lò phản ứng đang hoạt động đầy đủ tốc độ. Sự dao động này tạo ra các dải theo chiều tăng trưởng, giống như những đường vân phản ánh điều kiện trong các mùa với các điều kiện thời tiết khác nhau.

Sơ đồ Tăng trưởng CVD
Nếu có quá nhiều gián đoạn trong quá trình tăng trưởng, sự xuất hiện của đường vân có thể ảnh hưởng tiêu cực đến độ trong suốt của kim cương. Con đường của tia sáng đi qua kim cương sẽ bị méo nhẹ bởi đường vân, và với quá nhiều đường vân, kim cương có thể trở nên tối và xám xịt. Điều này thường không được ghi chú trong báo cáo phòng thí nghiệm thông thường nên cần chú ý khi kiểm tra kim cương bằng mắt thường. Bởi vì hiệu ứng có thể rất nhỏ nhẹ, nó thường cần một con mắt chuyên môn để phát hiện.
Kim cương tăng trưởng bằng phương pháp CVD cũng có thể gặp vấn đề về màu sắc – màu nâu và xám là phổ biến nhất. Mặc dù có thể tăng trưởng kim cương hoàn toàn trong suốt và không màu bằng phương pháp CVD, nên nhiều nhà sản xuất sử dụng phương pháp này vì chi phí thấp, nhưng cũng có nhiều nhà sản xuất không có đủ chuyên môn cao để tăng trưởng nguyên liệu tốt bằng phương pháp này. Do đó, nhiều viên kim cương CVD cần được xử lý sau quá trình tăng trưởng để giảm thiểu một số vấn đề phát sinh từ quá trình tăng trưởng ban đầu của chúng. Nhiều kim cương còn được đặt vào máy ép HPHT để áp suất xử lý chúng, do đó loại bỏ một số đặc điểm tiêu cực.
Một trong những vấn đề độc đáo về việc sản xuất bằng phương pháp CVD là sự ô nhiễm bằng silica từ quá trình thoát các nguyên tử từ cửa sổ quan sát bằng kính vào buồng tăng trưởng, tạo ra màu xám do các khoảng trống được tạo ra bởi nguyên tử silica. Màu xám không dễ loại bỏ bằng liệu pháp xử lý sau quá trình tăng trưởng, và thậm chí còn có thể làm trầm trọng thêm.
Kim cương HPHT được tăng trưởng trong một quá trình mà tránh được các vấn đề liên quan đến đường sinh trưởng do gián đoạn cơ học của chu kỳ tăng trưởng. Tăng trưởng HPHT có thể đáng tin cậy, tạo ra những viên kim cương rất trong suốt. Nhưng vấn đề vẫn có thể xảy ra trong HPHT do sự mất cân đối trong thành phần hóa học của môi trường tăng trưởng. Một trong những vấn đề đáng chú ý nhất là sắc xanh nhẹ thường được gọi là “blue naunce” do dư lượng boron. Màu xám cũng là một vấn đề do sự xuất hiện của bao thể graphitic trong lưới cacbon.

Sơ đồ Tăng trưởng HPHT
Một vấn đề khác dường như là một yếu tố được một số người mua hàng quan tâm là hiện tượng lân quang. Đây là sự phát sáng do tiếp xúc với ánh sáng UV hoặc VV và tồn tại sau khi nguồn sáng tắt. Điều này khác với huỳnh quang mà rất ít viên kim cương trong phòng thí nghiệm thể hiện vì hầu hết kim cương tăng trưởng trong phòng thí nghiệm đều thuộc Type II mà không có hàm lượng nitơ có thể đo được, đây là nguyên nhân chính của huỳnh quang màu xanh/blue fluorescence. Ảnh hưởng của huỳnh quang đối với vẻ đẹp của kim cương trong môi trường ánh sáng hàng ngày là không đáng kể đến rất nhỏ trong hầu hết các trường hợp, nhưng đây là một yếu tố ảnh hưởng đến giá trị. Mức độ ảnh hưởng của huỳnh quang có vẻ là một yếu tố có thể gây tranh cãi nhưng thị trường cũng đang tiếp cận nó như một đặc điểm tiêu cực.
Và không có cuộc thảo luận nào về chất lượng kim cương, có thể là tự nhiên hay phòng thí nghiệm, là hoàn chỉnh mà không nói đến chất lượng mài cắt kim cương. Cho dù nguyên liệu khởi đầu có tốt đến đâu, nếu kim cương không được mài cắt chính xác, nó sẽ không có những đặc điểm chúng ta mong đợi ở một viên ngọc quý đầy tinh tế. Hãy chắc chắn rằng thông tin liên quan đến bất kỳ viên kim cương nào đang được bán là đủ để đảm bảo rằng viên đá đã được chế tác để đạt được hiệu suất sáng tối ưu.
Kim cương phòng thí nghiệm là một thị trường rất trẻ tuổi trong ngành công nghiệp trang sức. Do đó, việc xác định giá của kim cương phòng thí nghiệm rất khó khăn, nhưng một điều rõ ràng là giá của một viên kim cương phòng thí nghiệm rẻ hơn rất nhiều so với một viên kim cương tự nhiên được khai thác. Theo kinh nghiệm của Trung Tín Luxury, kim cương nhân tạo có giá bằng 1/10 kim cương tự nhiên.
Có nhiều nhà sản xuất mới đang sử dụng các phương pháp tăng trưởng và kỹ thuật xử lý khác nhau để tạo ra những viên kim cương chất lượng có thể tiêu thụ được. Họ có cấu trúc chi phí khác nhau và mô hình kinh doanh khác nhau, điều này dẫn đến sự biến động đáng kể trong các phương thức định giá của họ. Cũng có một loạt các yếu tố đánh giá chất lượng được tung ra thị trường, và một số yếu tố chất lượng này không được truyền tải qua báo cáo kim cương. Một ví dụ điển hình là sự thiếu trong suốt do đường vân hoặc sự biến dạng, một vấn đề chủ yếu liên quan đến kim cương CVD. Do đó, những viên kim cương trên giấy tờ có vẻ tương đương có thể có chất lượng thực tế rất khác nhau và do đó có thể được định giá rất khác nhau.
Như chúng ta đã thấy, quá trình tăng trưởng CVD được thực hiện trong các lò phản ứng nhỏ và giá cả phải chăng so với máy ép HPHT, máy này rất đắt tiền và nặng. Do đó, CVD có một lợi thế về chi phí. Vì vậy, nhiều nhà sản xuất mới vào ngành công nghiệp đã thử nghiệm kim cương phòng thí nghiệm, không chỉ dẫn đến sự tăng tổng cung mà còn đưa ra thị trường một lượng lớn kim cương phòng thí nghiệm chất lượng thấp hơn với giá rẻ hơn. Điều này đã gây ra sự giảm giá nhanh chóng của kim cương phòng thí nghiệm nói chung so với những gì khác đã được thấy.
Nhà sản xuất HPHT có sự đầu tư lớn nhất và nói chung là có nhiều chuyên môn nhất trong lĩnh vực này. Cấu trúc chi phí và chất lượng tổng thể của họ làm cho kim cương HPHT trở nên đắt đỏ hơn. Do chi phí sản xuất cao hơn, họ đóng vai trò nâng cao giá của kim cương phòng thí nghiệm nói chung. Đối với họ, việc sản xuất kim cương dưới một ngưỡng giá nhất định là không bền vững. Trong khi đó, có khả năng là, khi giá giảm, những nhà sản xuất CVD chuyên môn thấp sẽ rời khỏi ngành kinh doanh, chỉ để lại những nhà sản xuất CVD có chuyên môn cao hơn, tạo ra chất lượng tổng thể tốt hơn. Điều này sẽ có xu hướng làm ổn định thêm giá của kim cương phòng thí nghiệm và dẫn đến một cấu trúc thị trường có thể dễ dự đoán hơn.
Hiện nay, cách tốt nhất để hiểu giá cả là trải nghiệm một số trang web và danh mục kim cương khác nhau có sẵn, đồng thời chú ý đến nhiều vấn đề đã được thảo luận ở trên để đánh giá giá trị tương đối. Bởi vì một số khuyết điểm không được tiết lộ từ việc đọc báo cáo phòng thí nghiệm, nên quan trọng nhất là phải xem xét chất lượng và danh tiếng của người bán kim cương. Cụ thể, họ có kiểm tra cẩn thận các viên kim cương mà họ cung cấp để đảm bảo rằng chúng không có vấn đề tiềm ẩn nào không? Họ có kinh nghiệm rộng rãi trong lĩnh vực kim cương và hiệu suất ánh sáng đặc biệt không? Họ có cung cấp các dịch vụ đánh giá bổ sung như hình ảnh nâng cao hoặc video hóa không? Họ có kim cương có sẵn trong kho không? Tất cả những yếu tố này sẽ đóng góp vào giá cuối cùng của viên kim cương.
Có nhiều cuộc tranh luận xoay quanh vấn đề về tính bền vững, trách nhiệm xã hội và môi trường của kim cương phòng thí nghiệm so với kim cương tự nhiên được khai thác. Trong khi nhà sản xuất phòng thí nghiệm muốn được coi là một ngành công nghiệp ‘xanh’, và một số người đang thực hiện những điều quan trọng để giảm lượng khí nhà kính, thì vấn đề này không dễ phân biệt trắng đen. Một lượng lớn điện năng được tiêu thụ trong quá trình tăng trưởng kim cương. Một số nhà sản xuất có sử dụng một phần hoặc toàn bộ nguồn năng lượng của họ thông qua các nguồn tái tạo, điều này là đáng khen và chắc chắn là hướng đi đúng.
Từ góc độ lợi ích của cộng đồng trên quy mô toàn cầu, ngành công nghiệp kim cương phòng thí nghiệm rất ít khi sánh kịp với ngành công nghiệp khai thác kim cương tự nhiên. Các nhà máy tăng trưởng kim cương mang lại lợi ích cho một nhóm tương đối nhỏ gồm các nhà khoa học và kỹ thuật viên (và nhà đầu tư của họ), trong khi ngành công nghiệp khai thác kim cương tự nhiên mang lại thu nhập cho hàng triệu người trên khắp thế giới. Ngành công nghiệp khai thác kim cương tự nhiên cung cấp quyền lợi giáo dục và chăm sóc sức khỏe cho cộng đồng mà nếu không có nó, họ sẽ ít có lựa chọn.
Liên quan đến sự khác biệt giữa kim cương tăng trưởng bằng phương pháp CVD và HPHT, vấn đề về quy trình nào là đáng tin cậy hơn càng phức tạp hơn. Đúng là CVD tiết kiệm năng lượng hơn trong quá trình sản xuất. Nhưng trong dài hạn, nhà sản xuất có thể cung cấp nhiều kim cương chất lượng cao hơn vào thị trường thông qua HPHT, giảm sự chênh lệch về chi phí năng lượng. Cũng có thể các nhà sản xuất HPHT có vốn tốt hơn sẽ đầu tư vào các cách tiếp cận năng lượng tái tạo hiệu quả hơn, giảm thiểu sự chênh lệch. Ngược lại, có thể là CVD sẽ trở thành phương pháp tăng trưởng chính khi công nghệ này trở nên chín muồi hơn, cải thiện về chất lượng và về hiệu suất năng lượng đã cao từ trước.
Kim cương phòng thí nghiệm đang nhanh chóng trở thành một phần chính của ngành công nghiệp trang sức. Mặc dù kim cương đã được tạo ra lần đầu tiên trong phòng thí nghiệm từ những năm 1950 và đã được sản xuất và ứng dụng cho việc cắt, mài và các ứng dụng công nghiệp khác trong vài thập kỷ, nhưng chỉ trong vài năm gần đây kim cương phòng thí nghiệm đã xuất hiện trên thị trường với số lượng thương mại lớn. Sự phổ biến giữa người tiêu dùng đã tăng nhanh chóng khi giá cả cho những viên kim cương chất lượng tốt đã di chuyển liên tục theo hướng có thể chấp nhận được.
Hiện nay, có hai phương pháp rất khác nhau để tăng trưởng kim cương làm chủ đạo trong ngành công nghiệp này: HPHT và CVD. Phương pháp đầu tiên sử dụng máy ép kim loại lớn để tạo ra áp suất và nhiệt độ lớn để biến than chì thành kim cương, trong khi phương pháp thứ hai sử dụng một buồng chân không và hydrocarbon được đun nóng trong một lò phản ứng plasma để “mưa” nguyên tử carbon lên một tấm hạt giống. Cả hai phương pháp đều yêu cầu một hạt giống kim cương chất lượng cao để các nguyên tử có thể kết hợp, làm cho lưới cacbon phát triển từng lớp qua nhiều ngày hoặc tuần.
Cả HPHT và CVD đều có khả năng sản xuất kim cương chất lượng cao. Và cả hai đều có thể bị lỗi từ quá trình tăng trưởng, đôi khi đòi hỏi xử lý sau tăng trưởng để kim cương hoàn thiện có thể tiêu thụ được trên thị trường. Mỗi phương pháp có các nhược điểm riêng biệt, giúp phòng thí nghiệm xác định chúng và đôi khi đưa ra một dấu hiệu trực quan về phương pháp tăng trưởng đã được sử dụng.
Hiện nay, có nhiều kim cương CVD hơn trên thị trường so với HPHT, do có nhiều nhà sản xuất sử dụng phương pháp này chi phí thấp hơn. Và nhiều nhà sản xuất CVD đang tận dụng các con đường tắt trong quá trình để sản xuất càng nhiều kim cương trong thời gian ngắn nhất có thể và/hoặc sử dụng hạt giống chất lượng kém và giá rẻ hơn, dẫn đến việc xuất hiện nhiều kim cương phòng thí nghiệm chất lượng thấp hơn trên thị trường. Hầu hết kim cương CVD đều cần các liệu pháp xử lý sau khi tăng trưởng để làm cho chúng có thể bán được.
Giá cả của kim cương phòng thí nghiệm nói chung rất phức tạp do nhiều yếu tố. Sự khác biệt về cấu trúc chi phí và mô hình kinh doanh của các nhà sản xuất khác nhau tạo nên sự chênh lệch về giá cả, cũng như các vấn đề chất lượng mà có lẽ không rõ ràng từ báo cáo phòng thí nghiệm. Việc nhận thức về những vấn đề này và đảm bảo chỉ giao dịch với một nhà buôn thông thái có danh tiếng tốt là chìa khóa để mua một viên kim cương đẹp. Việc mua sắm với một công ty có đạo đức và chuyên môn cao là điều quan trọng khi mua kim cương phòng thí nghiệm cũng như kim cương tự nhiên để có được chất lượng và giá trị tốt nhất cho chuyến mua sắm của bạn.
Nếu bạn có nhu cầu cần tư vấn mua kim cương, hãy liên hệ với chúng tôi tại đây.
Chúng tôi có dịch vụ cầm cố trang sức, kim cương, đá quý. Tham khảo tại đây.
Cảm ơn các bạn đã đọc bài viết.