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依托当地资源优势，河北省承德市围场满族蒙古族自治县已形成玄武岩纤维、半导体级金刚石等产业链条，产品广泛应用于新能源汽车、精密制造等多个领域。图为该县一家玄武岩纤维生产企业，工人在查看玄武岩纤维丝。王立群摄（新华社发）

国机集团下属精工博研测试技术（河南）有限公司展出的四种规格的培育钻石。其中，最大的钻石约为5克拉，培育时间约为40天。本报记者 孔德晨摄

人造钻石用在哪儿？

1963年12月6日，郑州磨料磨具磨削研究所（三磨所）的实验室里，一台两面顶压机发出一声闷响，中国第一颗人造金刚石就此诞生。那颗金刚石的目的很朴素：做工业的“牙齿”，解决磨料和切削工具被“卡脖子”的问题。

60多年后，同样是碳原子排列成的晶体，被讨论的场合从机床车间到了商场的首饰柜台、又换到了AI数据中心——当单颗芯片的功耗冲向2300瓦，铜和铝已经不够用了，人们重新把目光投向这颗“最硬的石头”。

人造钻石用于导热，可行吗？有哪些难点、卡点？业内怎么看？

全球每两颗人造钻石，就有一颗产自中国

人造金刚石是人工合成金刚石材料的统称。其中，达到宝石级、用于首饰的，被称为人造钻石；用于工业切削、磨料以及为芯片散热提供导热功能的，则属于工业级或半导体级金刚石。

“人工培育钻石可不是假钻石。”国机集团下属精工博研测试技术（河南）有限公司（以下简称国机精工）有关负责人拿起一颗晶亮通透的一克拉钻石对记者介绍，人造金刚石在化学成分上与天然钻石完全一致，都是碳的单质晶体。区别在于，天然钻石在地幔深处经历了亿万年高温高压，人造金刚石是在实验室或工厂里用远低于地质时间尺度的手段催生出来的。

目前工业化生产主要有两条技术路线，原理完全不同，适用的目标也不一样。

第一种是高温高压法（HPHT），本质就是模拟地壳运动环境。“把石墨粉和金属触媒粉放入两面顶或六面顶压机，在5至6吉帕的压力、1300至1600摄氏度的温度下，让石墨中的碳原子在触媒作用下重新排列成金刚石晶体。”前述负责人介绍，产物呈颗粒状，单次生长周期通常在几天到两周之间，生长速度快、能耗相对较低，在1至5克拉这个区间，尤其是磨料级和中小颗粒培育钻石上优势明显。

第二种是化学气相沉积法（CVD），本质是“让碳原子一层一层落下来”。在700至1300摄氏度、低于1帕的低压真空环境里，含碳气体（如甲烷）被激活，活性碳原子逐层沉积到一片金刚石晶种上，长成片状晶体。CVD法的生长速率比HPHT慢得多，高品质生长时每小时只有几微米到十几微米，长一毫米需要上百小时，单晶生长周期约三四周。但它的优势在于纯净度极高、可以长得更大，更适合5克拉以上大颗粒以及功能性金刚石材料——芯片散热用的热沉片，走的就是CVD路线。

“目前，人工培育钻石的主要用途还是制作首饰，比如戒指、项链等。天然钻石里有一些放射性元素，而人工培育的更纯净。”国机精工有关负责人说，由于是在受控环境下生长，培育钻石的净度、颜色等指标可以根据需要进行调控。价格方面，培育钻石的价格目前约为天然钻石的六分之一到十分之一。

中国是全球HPHT法的主导者，占据全球六成以上的产能。“1963年我们集团三磨所在两面顶压机上合成中国第一颗人造金刚石，走的就是这条路线，当时的目标很朴素：解决工业磨料和切削工具被‘卡脖子’的问题。”前述负责人介绍，此后60多年间，河南逐渐“长”出了全球最完整的超硬材料产业链。到2025年，全球培育钻石毛坯产能约4000万克拉，中国以2520万克拉占据63%份额，其中河南一省就占全国产能八成以上。仅柘城县一地便聚集了223家超硬材料企业，年产金刚石单晶60亿克拉、金刚石微粉150亿克拉。全球每两颗人造钻石，就有一颗产自河南。

从“切和磨”到“导和传”

同样是人工培育金刚石，放到工业场景里，故事完全不同。

金刚石进入算力散热，不是因为珠宝柜台的生意不好做了，而是因为芯片真的“烫”到了传统材料的极限。

工业和信息化部的数据显示，截至今年6月底，全国智能算力规模已达2185EFLOPS（FP16），同比增长177%。同期，伴随AI需求从超大规模云厂商向多元化客户扩散，全球的算力急速增长。这也意味着承载算力的芯片正以更快速度消耗能量、产生热量。从英伟达公开数据看，其部分产品线芯片的热设计功耗（TDP）已提升至1400W，而下一代Rubin GPU功耗将突破2300W。

业内人士指出，随着单颗GPU功耗迈入千瓦级时代，传统风冷、铜基散热材料在局部热点扩散和芯片温度控制方面已逐渐逼近物理极限。