人工合成钻石需要什么条件

⑴ 人造钻石需要什么条件在可以成型呢

人造钻石是把“碳种”放入净化干净的真空室，再把甲烷与氢气加热约3000摄氏度；然后泵入反应室，形成充电等离子体，气体就会分解，甲烷就会释放碳原子，并附在这些“碳种”上，最后复制钻石的晶体结构。

⑵ 碳变成钻石的条件

在2300℃、15到18个大气压的高温高压环境下，在中心放一颗很小的天然钻石作为种子，在种钻周围是高温金属液体，在金属溶液的上层是石墨，在这种环境下石墨中的碳原子会从金属原子中列队走向钻石从而形成新的钻石。

温度和压力仍是制造晶体的两项关键因素，其方法是在陶瓷容器中而不是在地下制造钻石，水压提供高压，电力产生高温，使碳围绕着直径为 1 毫米,由天然钻石制成的籽晶而形成晶体。

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人造钻石是一种战略性资源，在工业、科技及国防等众多领域具有重要应用，市场前景广阔。此前，世界上仅有美国、英国、日本等几个发达国家能够合成宝石级金刚石单晶。

人工合成金刚石的方法主要有两种，高温高压法及化学气相沉积法。高温高压法技术已非常成熟，并形成产业。国内产量极高，为世界之最。化学气相沉积法仍主要存在于实验室中。

巨大的商业价值使得宝石级金刚石单晶的合成技术长期以来一直受到严密的封锁。河南工业大学材料学院超硬材料研究所经过长期、大量的探索，成功掌握了合成优质宝石级金刚石单晶的核心技术，实现了3-8mm优质金刚石单晶的批量化生产，合成实验的重复性超过90%。

⑶ 高温高压法——合成钻石

一、概述

众所周知，钻石是由单元素碳组成的宝石。在自然界，钻石的生成是在高温高压下地质作用的结果。合成钻石就是人工模拟天然钻石形成的条件，让非钻石结构的碳转化为钻石结构的碳。早在1953年，瑞士工程公司(ASEL)就利用一种称为“压力球”的装置成功地合成出了40颗小的钻石晶体，但直到1955年美国通用电气公司(gE)宣布利用称为“压带”的装置首次成功生产出钻石时，他们才将其研究成果公布于众。戴比尔斯公司(de Beers)也不甘落后，于1959年掌握了合成钻石的复杂技术。他们所采用的方法与美国政府下令严格保密的通用电气公司所使用的方法非常相似。60年代初期，戴比尔斯公司和通用电气公司就开始了生产工业用合成钻石粉。我国在60年代也已成功的合成了磨料级钻石，并投入生产。1971年，通用电气公司宣布他们已合成出了平均直径为6mm的钻石晶体。这些钻石晶体不仅有黄色、褐色的，也有含氮低的近无色的，还有含硼的蓝色钻石。1985年日本住友电气公司(Sumitorno Electric Instries)开始加入合成钻石行列，1993年生产出高净度的工业用钻石。1990年俄罗斯的新西伯利亚(Novosibirsk )宣布他们利用“分裂球”(Spl(it-sphere)或称BARS装置已成功地合成出了钻石。

由于受超高压设备和高温条件的限制，生产成本较高，故宝石级合成钻石仍是昂贵和稀少的，但我们相信总有一天会有价格合理的宝石级合成钻石面世。

二、合成钻石的原理

1.碳元素的化合物

钻石、石墨和无定性碳都是由碳原子组成的，它们不同的外观和截然不同的物理性质，取决于它们完全不同的原子结构(图9-7-1)。

图9-7-1 碳原子的等间距紧密堆积结构(左)钻石；层状结构(右)石墨

2.石墨—钻石的转换

合成钻石的温压条件要求高，即使有催化剂存在下，仍需要压力(50～80)×10⁸Pa，温度为1350～1800℃。用高压设备合成钻石最常用的金属熔剂(催化剂)是铁、镍、钴及钯。图9-7-2是在碳稳定相图中，合成钻石区晶形与温压关系。在合成钻石区，温度压力不同，钻石的晶形也各不相同。所以，合成钻石受温压影响较大。温度较低时，以立方体的生长为主；温度较高时，以八面体的生长为主。所以人工生长的钻石多为立方-八面体聚形。

合成钻石的碳源一般用石墨，所以，合成钻石的生产就是石墨转换成钻石的过程，不过，宝石级钻石的合成分两步走，先用石墨合成钻石粉(工业磨料)，再用钻石粉作原料，合成宝石级钻石，钻石粉可以保持压力稳定，生长出大颗粒的晶体。若采用石墨，其断裂的碳键改组成钻石时，会有体积损失，而使体系的压力降低，影响较大晶体的生成。

三、合成钻石的技术与设备

1.六面顶压机

合成钻石的设备目前多采用高温高压的压机，国内的合成钻石主要是工业钻(即工业金刚石)，设备是一种称为“立方体超高温高压装置”的压机，压机采用油压和垂直固体传压装置，根据顶锤数量的不同，分为两面顶、四面顶、六面顶几种。现国内用得最多的是六面顶压机(即上下、前后、左右三对顶锤)，其工作压力有1000～5000吨的多种，工作空间640mm×600mm×500mm，一般是上下顶锤通电加热，温度可达1900℃左右。

2.“压带”法

压带装置如图9-7-3所示，本方法与顶锤压机大同小异，将钻石粉末作为碳源放在生长舱内，生长舱放在特种材料做成的垫圈中，并放在两个铁砧之间，然后使生长舱内的原料经受极高的温度和压力，在生长舱内底部比顶部的温度低，以便形成一个温度梯度，使顶部的钻石粉充分熔化并通过熔剂向生长舱底部迁移。在温度较低的生长舱底部，钻石围绕籽晶生长成钻石晶体。

图9-7-2 碳稳定相图中，合成钻石区晶形与温压关系

图9-7-4 BARS装置的生长舱及其截面图

以上不同设备和方法，应属于不同的静压触媒法。除此之外，合成工业级钻石还有许多种方法，只是有的方法还不成熟，有的方法已被淘汰。如：爆炸法、液中放电法、气相沉积法、地下核爆炸法等等。气相沉积法近年来有很大的发展。

四、合成钻石的鉴别特征

由于合成钻石的技术条件要求高，成本昂贵，目前尚无法大规模工业化生产，市场上销售的钻石一般不需要声明它的天然属性。但是，区别合成钻石与天然钻石仍有一些方法可遵循。

1.合成钻石的颜色

由于很难排除掉生长舱中的氮，大部分合成钻石多为含孤氮杂质的Ib型钻石，常呈黄色至褐黄色。有时也在生长舱中引入硼原子，随机取代钻石结构中的碳原子，产生具有导电性的蓝色IIb型钻石。为了生长出无色的合成钻石，常使用一种称为“氮吸收剂”的金属，如锆或铝。因为氮更易与这些元素结合，而不再取代钻石中的碳原子，这样就产生了无色的IIa 型钻石。所以，合成钻石很少出现 Ia 型钻石(该型钻石约占天然钻石的98%)。

2.吸收光谱

绝大多数天然钻石(Ia型)显示415nm吸收线，而合成钻石无这种特征吸收线。

3.紫外荧光

通常合成钻石在短波紫外线下的荧光比长波下的荧光强，且荧光颜色为黄色或黄绿色，而不是天然钻石的蓝或蓝绿色。合成钻石紫外荧光的颜色分带式样所表现的立方-八面体式样，与天然钻石的八面体式样也是完全不同的。

4.包裹体

合成钻石有时会出现金属熔剂、尘状物、面包渣状包裹体，及“砂漏状”色带。

5.仪器

针对合成钻石的性质特征，戴比尔斯公司研制了两种鉴别合成钻石的仪器。即钻石光谱鉴定仪(Diamondsure)和钻石结构荧光鉴定仪(DiamondView)。利用钻石光谱鉴定仪可观察到大部分天然钻石中的415nm吸收线。如果发现有415nm吸收线，便不需进行进一步的检测。钻石结构荧光仪可用来观察合成钻石紫外荧光所表现出的立方·八面体式样，这是由于不同的生长区和生长带含杂质的浓度不同所致。

思考题

一、是非判断题

1.珠宝市场上最常见的合成宝石是玻璃。

2.钇铝榴石的代号是GGG。

3.有无气液相包裹体是区分水晶与合成水晶的主要证据。

4.用水热法可生产祖母绿，也可生产红宝石。

5.弧形生长线是助熔剂法合成宝石的特征之一。

6.摩尔硬度大于7的人工宝石中有SrTiO₃这个品种。

7.目前市场上的合成变石是水热法产品。

8.见到小片状铂或合金包裹体的合成宝石即水热法的产品。

9.合成祖母绿常见的针柱状、柱状包裹体，可以是方解石。

10.合成的红宝石的色带总是弯曲的。

11.钇铝榴石的代号是GGG。

12.有无汽液相包裹体是区分水晶与合成水晶的主要依据。

二、选择题

1.区分绿碧玺与合成绿色水晶时应使用：( )

a.滤色镜

b.偏光镜

c.折光仪

2.一般讲，助熔剂法合成宝石中的液滴状的包体是( )

a.助熔剂的残余

b.捕虏来的液体

c.填隙的后生气液包体

3.区分水热法合成红宝石与红宝石时，要观测：( )

a.折射率

b.有无同生气液包体

c.有无金红石或锆石等同生包裹体

4.“YAG”中文名称是：( )

a.钇铝榴石

b.镓榴石

c.钛酸锶

5.人工生长的下列宝石，哪种必须在宝石名称前冠以“合成”二字：( )

a.金绿宝石

b.钛酸锶

c.钇铝榴石

6.合成变色刚玉加入的着色离子是：( )

a.钒

a.铬

c.钛

7.任何一种具有与天然无机宝石相同化学成分，原子结构和物理性质的人工生长晶体都应称为：( )

a.人造宝石

b.人工宝石

c.合成宝石

8.用焰熔法可以合成( )

a.钇铝榴石

b.祖母绿

c.尖晶石

d.立方氧化锆

9.冷坩埚(熔壳)法生产立方氧化锆所需的热来自( )

a.液化石油气

b.丙烷和氯

c.高频电流

d.高温电阻

10.合成绿色水晶：( )

a.有强二色性

b.无二色性

c.有弱二色性

11.目前合成宝石或人造宝石中色散最强的是：( )

a.α-SiC(α-碳硅石)

b.SrTiO₃(钛酸锶)

c.TiO₂(金红石)

12.从熔体结晶的人工宝石中不会含( )

a.气—液两相包裹体

b.同生的气-液两相包裹体

c.后生的气液两相包裹体

13.目前人造GGG由以下途径形成：( )

a.从熔体中结晶

b.从溶液中结晶

c.从气体中结晶

14.助熔剂法合成祖母绿中的特征包裹体为：( )

a.同生气液两相包裹体 b.固相-气相两相包裹体 c.指纹状气液两相包裹体

15.提拉法合成变石的特征包裹体为：( )

a.愈合裂隙中三相同生包裹体

b.指纹状气液两相包裹体

c.弯曲生长纹

16.腰棱标有“GE POL”的改成白色的钻石是：( )

a.用褐钻改的

b.用黄色钻石改的

c.用劣质绿色钻石改的

17.下列仿钻材料中，热导率最接近钻石的是：( )

a.合成CZ

b.合成α-SiC

c.合成刚玉

三、多项选择题

1.合成Moissanite(α-SiC)的物理性质是：( )

a.有一个n值为2.417

b.有双折射

c.热导率高于钻石

d.维氏硬度与钻石十分相似

e.反射率高于钻石

2.仿宝石 Imitation stones是指( )

a.人工宝石模仿天然宝石的颜色、外观者

b.人工宝石模仿天然宝石的特殊光学效应者

c.某天然宝石模仿另一种天然宝石的特征

3.天然水晶与合成水晶：( )

a.可有菱面体与六方柱等单形组成晶体外形

b.其化学式是SiO₂·nH₂O

c.可有较强的多色性

d.晶面条纹平行C轴

e.任何切面上都有一个固定不变的折射率为1.544

四、填空题

1.焰熔法合成尖晶石的密度和折射率比镁铝尖晶石都( )。

2.合成刚玉宝石主要方法有( )、( )、和( )。

3.人造与合成宝石中代号CZ是( )，GGG是( )。

4.合成紫水晶不仅需要在原料中加着色元素( )，还需经( )处理。

5.合成宝石指其制取的全部或部分工艺过程是由人控制进行的。它们的( )、( )与它们所)和(对应的天然宝石基本相同。

6.除拼合石之外，人工宝石的制造方法可分为：从熔体中结晶或冷凝，从( )中结晶及从( )中结晶，和( )等。

7.水热法合成祖母绿的特征包裹体形状常为：( )、( )、( )。

8.与水热法相比，助熔剂法合成宝石的优点是能在( )情况下加热熔剂和熔解各种原料，并使晶体在熔体中结晶。

9.水热法合成的红宝石内部可见：( )、( )、( )、金属包裹体和( )。

⑷ 制造钻石一定要高压吗

现在人类的技术已经可以模拟钻石生成的环境，用碳来制造钻石，在2300℃、15到18万个大气压的高温高压环境下，在中心放一颗很小的天然钻石作为种子，在种钻周围是高温金属液体，在金属溶液的上层是石墨，在这种环境下石墨中的碳原子会从金属原子中列队走向钻石从而形成新的钻石。但是用这种方法制造的钻石分子结构并不是天然钻石的完全八面体结构而是一种复杂结构，体积也比较受限。垍头条莱所以在一定程度上讲，人造钻石确实没办法和天然钻石相比。但因为外观看起来与天然钻石没多大区别，主要在于后期加工，造假又比较低廉，也很受欢迎。好看耐用不就完了吗？然而也并非如此，人都是有点虚荣心的，手上戴个千百万年前形成的天然钻石和实验室中短时间形成的人造钻石，当然是前者更容易满足人的心理。

⑸ 谁知道人工合成钻石的工序和所需要的设备啊

钻石是纯净的碳!宝石是纯净的氧化铝!生成条件是瞬间高温高压!只有在密闭高压的空间里产生爆炸才有此条件!至于熔铁饱和石墨是试验室的做法!无论何法!其设备个人是很难具备的!生产钻石和宝石的企业对外都以是某某研究所明名的!你可以去河南的黄河科技有限公司(上市公司)去看看!他们就是生产人造钻石和磨具的!

⑹ 高温高压就能人工造钻石吗这里面有什么原理

高温高压合成法又称晶种催化剂法，石墨是低压稳定相，金刚石的矿物学名称，他是高压稳定相，而且如果我们从石墨直接转化为金刚石需要高压和高温条件，一般要求压力和温度在10GPa和300 ℃ 以上，如果涉及金属催化剂 ，如Fe，Ni，Mn，Co等及其合金，石墨成为金刚石所需的温度和压力条件将大大降低，因此，目前金属催化剂参与高温高压法合成金刚石。

通常化学气相沉积合成金刚石是在低压和高温条件下进行的，压力一般小于一大气压，温度大概约为1000度左右，人造金刚石以石墨和金属催化剂为主要原料，采用高温高压原理，通过原料和辅助材料的制备和组装，合成，提纯，切割和抛光，镶嵌，最终形成人造钻石饰品。

关于高温高压就能人工造钻石吗这里面有什么原理的问题，今天就解释到这里。