去年我向《Popular Science》的助理编辑Sarah Fecht求婚，她很幸运地答应了！购买她订婚戒指的经历让我意识到，在过去十年里，珠宝首饰已经变得多么高科技。
她戒指上的钻石是实验室培育的宝石，并且与天然钻石几乎没有区别。我在Sarah戒指的购买公司——纽约的American Grown Diamonds的珠宝商Ariel Baruch说：“即使是训练有素的珠宝商也无法用肉眼或珠宝放大镜将其区分开来。”
制造合成钻石的公司将它们作为一种道德、无冲突且通常更便宜的替代品进行推广，与通过传统方式生产的钻石相比——即让地幔在地质时间尺度上提供压力和温度，然后开采出来的钻石。但一些珠宝专家对此表示反对，认为道德钻石开采可以促进当地经济，而且合成钻石并没有便宜那么多。无论如何，合成钻石的生产是一项重大的科学成就，仅在过去 60 多年才得以实现。
第一批商业化的人工钻石是由通用电气公司于1954年制造的，它们采用高压高温（HPHT）工艺，与地层深处的天然钻石形成方式相同。然而，通过HPHT工艺制造的钻石通常带有色斑和瑕疵，因此这类钻石通常仅限于工业用途。
如今，商业化的宝石级合成钻石通常采用一种称为化学气相沉积（CVD）的工艺制造。这种方法与天然钻石的形成过程截然不同，在真空室中，钻石在非常低的压力下，从氢气和碳氢化合物（如甲烷）的加热混合物中生长出来。
美国宝石学院（Gemological Institute of America）研发总监Wuyi Wang表示，最初通过CVD工艺生产的钻石非常小。但在20世纪80年代，科学家们找到了使用CVD制造钻石薄膜的方法，并在20世纪90年代，研究人员最终发现了一种使用CVD制造宝石尺寸和宝石级钻石的方法。
Wang表示，CVD取得这一进展的关键之一是“使用钻石晶体作为生长钻石的基底”。“在此之前，CVD工艺使用硅作为钻石晶体生长的基底。硅的原子比碳大，所以这种不匹配可能会在钻石形成过程中引入问题。”
Wang补充说，另一个促成这一突破的因素是发现了有利于宝石级钻石生长的最佳气体混合物和温度。
Wang说，CVD工艺现在可以生长出尺寸约为4克拉、净度非常好的钻石。CVD钻石的市场也在迅速增长。Wang说，目前全球领先的宝石级合成钻石供应商Gemesis在2014年的目标是生产35万克拉钻石，在2015年目标是生产40万克拉。“如果钻石每小时生长约30微米，那么1克拉就需要100小时，但你一次运行可能可以生长50到100颗石头，”Wang说。
然而，CVD钻石很快就可能成为过去式。Wang说，近五年来HPHT工艺的新进展，使得制造出的钻石比通过CVD制造的钻石更便宜、质量更好。“迄今为止，它生产的最大晶体（原石）超过30克拉，抛光后为10.02克拉——这是目前世界上最大的合成钻石，”Wang说。“我听说有传言说存在一颗60克拉（原石）大小的钻石，以及一些团队的目标是100克拉（原石）。这将改变钻石市场。”
订婚戒指中的钻石不仅高科技，其戒托也是如此。Sarah的戒指最初是使用计算机辅助设计（CAD）软件创建的3D模型，如今许多珠宝首饰都是这样制作的。
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利用3D建模程序，珠宝商可以轻松地调整戒指和宝石的尺寸、颜色和形状，以查看它们的外观效果。美国宝石学院全球珠宝制造艺术高级经理Mike Magee说，该软件甚至可以模拟宝石的折射率，计算光线在宝石内部的反射，“这样你就可以看到蓝色钻石与蓝色蓝宝石的对比效果。”
Magee说，在珠宝界，“早期采用者在20世纪90年代中期开始使用CAD，但直到21世纪初才真正兴起，并在行业内普及。”“现在有专门的、非常先进的珠宝CAD软件，珠宝行业的所有主要品牌都在不同程度上采用了CAD。”
Magee说，不仅仅是大型珠宝公司，夫妻店也在采用3D计算机建模。“这使得定制的个性化设计可以按需生产，”Magee说。“一件珠宝是为你量身定做的这种感觉，能让你感觉像个摇滚明星。”
Baruch说：“在CAD出现之前，每一个设计都必须用蜡手工制作，任何重大的改变几乎都不可能在不损害设计的情况下完成。”“一旦你学会了如何使用CAD，它就非常简单。这是一个很好的工具，可以与客户坐在一起使用，因为你可以在他们面前创造出那个特别的时刻。”
3D建模不仅在珠宝界普遍存在，3D打印也越来越普遍。在珠宝商制作Sarah戒指的最终金属版本之前，我曾亲手拿着3D打印的树脂复制品。
Magee说：“我们看到3D打印用于原型审批——让客户事先看到效果——但越来越多的时候，我们看到它被用于直接制造。”珠宝商越来越多地使用3D打印来制作熔融金属浇注成戒指的模具。
Magee说，最终，激光可以烧结金属粉末来生产许多戒指。“金属直接激光烧结在行业中尚未普及，只有少数几家公司在做，”Magee说。“成本非常高，不仅是机器本身的成本，还有你所需的金粉。”
尽管如此，人们在许多环节仍然起着关键作用，从切割、抛光、分级和镶嵌钻石，到设计戒指。为Sarah制作戒指的珠宝匠手工刻上了雕刻，以赋予她喜爱的经典风格。Baruch说：“人的触感极其重要。”
主图摄影：Stan Horaczek/Stay True Photography
