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培育钻石行业研究巧艺夺天工,悦己育新生

发布时间:2023/4/3 12:26:54   
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(报告出品方/作者:天风证券,刘章明)

1.技术持续发展+国标初步构建,培育钻石迎来行业新机遇

1.1.科学性质等同天然钻石,培育钻石成市场新兴选择

培育钻石是在实验室里模拟天然钻石的自然形成环境培育而成的合成钻石,以HTHP法(高温高压)和CVD法(化学气相沉淀法)合成为主,又称生长钻石。天然钻石诞生于地表以下约公里处。每一枚天然钻石都是由碳元素构成的,随着时间的推移,地幔中高温高压使碳元素结晶形成自然界中最坚硬的矿物——天然钻石。培育钻石与天然钻石均为纯碳构成的晶体,两者在晶体结构完整性、透明度、折射率、色散等方面均无明显差异。专业人士可以通过高科技设备分辨实验室培育钻石和天然钻石,但肉眼无法区分外观上的差异。

培育钻石和天然钻石的差异主要体现在生产过程以及稀缺性两个方面。培育钻石生产过程约为半个月至一个月,简单、环保、成本较低,稀缺性较低。而天然钻石的形成耗时数百万甚至数十亿年,是一种不可再生资源,稀缺性较高;其开采过程释放大量二氧化碳,对地表造成不可逆的损害。与天然钻石相比,较高的性价比使培育钻石成为钻石消费领域的新兴选择,其拥有广阔的发展前景。

1.2.模拟天然钻石高温高压条件,HTHP法主导国内培育钻石生产

实验室主要采取高温高压法(HighPressureHighTemperature,简称HTHP)以及化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition,简称CVD)制造钻石。

①高温高压法(HTHP):高温高压法,英文名称为HighPressureHighTemperature(HTHP),是指模拟天然金刚石的生长环境,以石墨、金刚石粉或石墨-金刚石粉为碳源,在高温高压、金属触媒等生长环境中形成的等轴晶系晶质体,简称为HTHP合成钻石,或HTHP培育钻石。在该过程中,纯净的碳粉被压缩进一个生长胶囊随后被放置在一个培育仓中,液压装置模拟天然钻石在地下深处的高温高压形成条件,压强5-6GPa,温度-0°C;在高温高压下,碳原子之间互相连接形成钻石晶体。HTHP工艺可以改善品质较低的天然钻石和合成钻石的颜色和纯度,并可以将钻石颜色调成粉红色、蓝色或黄色等。

②化学气相沉积法(CVD):化学气相沉积法,英文名称为ChemicalVaporDeposition(CVD),是指将含碳元素的混合气体置于一定条件下,气体中的碳原子按金刚石的结构在预先放置在生长舱中的种晶上沉淀,不断长大后形成的等轴晶系晶质体,简称为CVD培育钻石。CVD的培育首先将一个天然或培育钻石的籽晶片置于气体原料(主要是氢气H2和甲烷CH4)的环境中;在低压高温(压力小于1Pa,温度~℃)的条件下,甲烷在高能微波或放电等方式的激发中分裂出一个个碳的等离子体,体到“种子钻石”上,籽晶片就会“一层一层”越长越大。

1.3.生产技术诞生于上50年代,各地实验室持续技术突破

18世纪末拉瓦锡的发现奠定培育钻石生产的理论基础。18世纪末,法国化学家拉瓦锡现天然钻石是由碳元素组成的单质晶体,并于地底深处高压高温条件下形成。该系列发现为培育钻石的生产技术提供了理论基础。CVD培育钻石最早诞生于年的美国。年,美国联邦碳化硅公司的科学家威廉·艾弗索运用化学气相沉积法(CVD)制造出第一颗人造钻石。但当时,CVD法制造培育钻石速度很慢,因此无法供商业应用。年,苏联科学家通过在非钻石的基片上生长培育钻石薄膜,显著提高了CVD培育钻石的速度

20世纪80年代,日本国家无机材料研究所(NIRIM)以及戴比尔斯公司的工业钻石部(现在的ElementSix公司)相继在CVD培育钻石领域取得突破,但其生长速度仍不足以供应商业化生产。20世纪90年代,荷兰Nijmegen大学、美国Crystallume公司、Badzian等研究团体在CVD培育单晶钻石的研发取得显著进展DTC和ElementSix公司生产出大量用于研究目的的晶培育钻石。21世纪,宝石级CVD单晶培育钻石的研发有了突破性进展。美国SCIOdiamond于成功培育出无色宝石级CVD钻石,铺垫了CVD培育钻石进军珠宝界的历程。

1.4.多家机构参与分级规范,培育钻石国标完成初步构建

培育钻石分级的国家标准尚未出台,但行业内已陆续发布了相关企业标准与团体标准。近年来,部分培育钻石企业以及组织发布行业标准和团体标准,从颜色、净度、切工、质量四个维度部分或完全参考天然钻石GB/T标准的4C分级体系。其中年7月由正元韩尚珠宝(深圳)有限公司发布的Q/ZYHS-《培育钻石的鉴定与分级》、年1月由江苏省黄金协会发布的T/JSGA—《培育钻石鉴定与分级》、年7月由北京国首珠宝首饰检测有限公司发布的Q/NJC--《合成钻石鉴定与分级》在颜色、净度、切工、质量四个维度上均完全参考天然钻石GB/T标准的4C分级体系,其他企业则部分参考天然钻石4C分级体系。

自年权威机构FTC将培育钻石纳入钻石大类后,世界各地培育钻石行业组织快速成立,行业组织和技术规范逐步建立。专业实验室能够通过设备检测培育钻石,实验室如IGI国际宝石学院(InternationalGemologicalInstitute)、HRD安特卫普(DiamondHighCouncil--HRDAntwerp)、美国宝石学院(GemologicalInstituteofAmerica),部分参照天然钻石的4C分级体系,对培育钻石进行鉴定,并在培育钻石腰围进行镭射刻字,出具的培育钻石证书具有明显标识,以保障消费者知情权。

IGI国际宝石学院实验室出具的培育钻石分级报告中,分级标准与IGI天然钻石分级报告一致。证书上标注“LABORATORYGROWNDIAMOND(培育钻石)”的字样,并与天然钻石证书进行的颜色区分。IGI会在培育钻石腰部用激光刻上分级报告编号及“LABGROWN”标志,以保护消费者的知情权。IGI(InternationalGemologicalInstitute)成立于年的世界钻石中心比利时的安特卫普,是世界上最大的独立珠宝首饰鉴定实验室,并且是全球首位对培育钻石鉴定具有ISO(国际标准化组织)认证资格的机构。

GIA美国宝石研究院鉴定重量为0.15克拉或以上的未镶嵌、无色至近乎无色的合成钻石,分级报告中用“laboratory-grown(实验室培育)”指培育钻石,并且注明生产方法(CVD或HTHP)。GIA的分析方法包括观察内含物以及荧光和磷光等。然后,GIA根据钻石评级实验室的数据对培育钻石进行评级,颁发实验室制造钻石报告。该证书外观与GIA天然钻石鉴定证书类似,涵盖与天然钻石鉴定证书相同的信息,且包含颜色、净度等信息。

颜色方面,GIA分5大级别:colorless,nearcolorless,faint,verylight和light。净度方面,GIA分6大级别:Flawless,InternallyFlawless,VeryVerySlightlyIncluded,VerySlightlyIncluded,SlightlyIncluded以及Included。此外,GIA在钻石腰围进行镭射刻字,标识证书编号以声明该钻石为培育钻石。GIA成立于年,是全球最权威的钻石、有色宝石和珍珠研究机构之一,是一个非营利的公益性机构。

2.培育钻石产业链上中下游共同发力,拓展行业空间

培育钻石处于快速崛起的重要窗口期,今年是培育钻石发展元年,未来市场前景广阔。其产业链主要分为上游毛坯钻生产商、中游切割加工商和下游品牌商。

2.1.上游生产端:毛坯钻生产行业竞争小、技术门槛高、利润空间大

培育钻石是人造金刚石单晶中质优、粒大、可以用于制作首饰的宝石级人造金刚石单晶。我国在河南省郑州市、许昌市、南阳市、商丘市等地形成了一个集人造金刚石产品研发、大规模生产和销售于一体的金刚石产业集群,涌现出中南钻石、黄河旋风、豫金刚石、力量钻石、惠丰钻石、联合精密等一批知名的金刚石生产企业,河南省人造金刚石产业链完整、配套齐全,具有明显的地域优势。随着培育钻石合成技术不断提高,培育钻石的市场

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