A. 钻石加工工艺流程
钻石加工通常包括设计、劈、锯、车、磨五道工序。
放射型的异形钻除了腰棱的加工工艺和小面的摆布稍微不同之外，其工艺流程整体上接近圆钻。阶梯型的异形钻的腰棱不用车钻机加工，一律靠磨，其工艺流程和使用的器具与圆钻差异很大。可见并不是每一颗钻石从原坯到成品都必须经过设计、劈、锯、车、磨五大工序，但无论何种磨工和琢形的钻石，设计和磨钻这两道工序则是必不可少的。
（一）设计标线
设计标线是钻石加工最基础的一道工序。优秀的钻石设计师，至少应该具备以下一些素质和技能：
1）对钻石的主要特性，尤其像晶形、晶体结构、解理、内应力（异常双折射现象）、包体、硬度各向异性等与加工工艺密切相关的那些特性，必须了如指掌。
2）熟悉钻石加工的整个工艺流程、各道具体工序和本厂工人的技术水平，采取合理的设计选择。
3）熟悉市场行情，能在市场需求、出成率、风险程度、卖价、资金周转速度等诸多关系整体效益的因素之间权衡利弊，找出平衡点，做出最佳方案。
设计人员常备的工具有：电子秤、卡尺量规、10倍放大镜（最好能有台式放大镜）、计算器、钻石灯、钻石原石筛、偏光镜、显微镜、纸包、标线笔和油性墨水等。设计的步骤如下。
1.原石分选
根据原石的大小、颜色、净度、晶形四个方面进行分选。从设计的角度观察原石，主要考虑晶形和净度两个方面的因素。
1）晶形CSO习惯上把原石的晶形分为六类，即规则晶形（Stones）、变形晶形（Shapes）、劈理晶形（Cleavages）、双晶（Macles）、薄片（Flats）和六面体形（Cubes）等。规则晶形是指晶形完好、没有或几乎没有形变的八面体和十二面体，加工工艺上就叫可锯钻（Sawable）；变形晶体指的是沿二次对称轴方向加长、沿三次对称轴方向加长或变扁，即明显变形的完整晶体，加工工艺上叫颗粒钻（Makeable,Wholoestone）；劈理晶形指严重残缺的晶体或残片。客观地说，这几类晶形之间的区分并没有严整划一的尺度，在一定程度上要凭经验来判断。
2）净度如果说晶形主要影响出成率的话，净度则直接影响到成品钻石的价值。从设计的角度看原石，应先搞清内含物的种类、大小、数目、位置、对比度；其次确认通过加工可以去掉的瑕疵；再次，对于去不掉或去不干净的瑕疵要尽可能把它们安置在不显眼、不反射的位置。碰到表面磨砂发毛和有“壳”的原石可在适当的部位磨一磨，行话叫“开窗”，透过这扇“窗户”再去看个究竟。有时瑕疵的深浅不能一目了然，可以借助显微镜测距。办法是在同一放大倍率下，转动聚焦旋钮，找到纵深两点间的实际距离与旋纽转过的刻度之间的对应关系；然后把钻石固定在载物台上，先把焦点聚在晶体表面上，再逐步地把焦距拉伸到内含物上，记下聚焦旋钮转过的刻度，即可推算出内含物距晶体表面的实际距离，以判断能否在加工过程中把它们去掉。
2.设计原则
钻石设计的原则主要有保重原则、求净原则、适销原则和省工原则。
1）保重原则目的在于提高原石的利用率，既要保证本道工序的原料损耗最少，又要使下一道工序不受影响，所有工序都要最大限度地保留成品钻石的重量，即争取最好的出成率，这就是保重原则。但同时要注意净度和切工，片面保重忽视净度和切工反而往往使其总体价值降低。
2）求净原则钻石是天然矿物，真正纯净无瑕的极少。设计人员应拿出一个切实可行的方案，将瑕疵在加工过程中去掉。比如把石墨包体设计在贴近锯切面、劈理面的位置，以利于在磨制过程中把它们去掉。确实难以去除，也要将瑕疵设计放在不太显眼、不发生镜像反射的地方，将瑕疵对净度等级的影响降低到最小。保重和求净往往不能同时兼顾，这时设计人员就必须反复权衡，以经济效益为尺度，做出有利的选择。
3）适销原则钻石设计成什么磨工和琢型，在保重和求净两者之间如何取舍，都必须从本身的客观实际出发，使产品适销对路，加快资金的周转。
4）省工原则钻石加工历来就有劳动密集型产业之说。从原石到成品，劳动消耗量非同寻常。在保重、求净、适销的大前提下，在选择台面、编排加工工艺的时候，适当兼顾一下省工的原则也不失为提高经济效益的一个方面。比如在一块钻石原石用锯和劈两种加工工艺都可以达到预期效果时，应首先考虑用劈的加工工艺，因为劈钻的工效比锯钻高，这样可以节省工时。钻石的硬度有各向异性的特点，不同的晶面做台面，磨的时候会有难易程度的差异。因此如果几种方案都能取得同样的结果，那么应首先用立方体晶面做台面（四向纹），十二面体晶面（两向纹）次之，不得已才考虑八面体晶面（三向纹）。
本着以上原则，从每一颗原石的具体情形出发，确定对每一颗原石应采用的磨工、琢型。
3.设计标线
1）劈钻标线劈钻的方向一定要沿解理面方向，即平行于八面体晶面的方向。接触双晶原则上要求从双晶结合缝处下刀。标线时可标出劈开面的一边或两边，开口点用墨团标明，点在晶棱上（见图5-1-18）。
2）锯钻标线锯钻时有两种选择，一是沿立方体晶面方向锯，二是沿十二面体晶面方向锯（见图5-1-19）。最常用的是沿立方体晶面方向锯，因为沿十二面体晶面锯的出成率往往不理想。锯切面必须与四次对称轴垂直，倾斜度以15°为极限。大于15。基本上锯不开。线标定之后，也用墨团点出开口点。
图5-1-18 劈钻标线
图5-1-19 钻石锯开方向
3）成形钻标线成形钻不用劈和锯，一颗就做一颗，故又叫颗粒钻。一般只用墨团标出底尖的位置，也有用圆圈中间再加打叉（×）同时标出台面位置的。碰到要“开窗”进行观察的原石，设计人员也是用墨团点出开窗的部位。
4.分包
一般每个包有1粒、3粒、5粒直到10粒不等，视钻石大小而定。分包的原则可以是下述各项中的一项或几项。
1）大小按大小相等或相近的原则分包。
2）后续工序种类不属同一个后续工序的石头不能放在一包。
3）形状按预计的出成率来分包。
4）纹向按研磨方向（四向纹、三向纹和两向纹）来分包。
5）工艺要求相同相近的分成一包。
6）荧光特征荧光色及其强度相同相近的分成一包。
7）净度净度相近的分成一包。
8）颜色颜色相近的分成一包。
一般来说，采用的项数越多就越便于监控和管理。而这主要取决于生产的规模和批量的大小。
（二）劈钻
劈钻是一门古老的钻石加工工艺，起源于几个世纪之前的印度。当时流行一种叫尖顶工（Point cut）的钻石磨工，几乎就是八面体原石。当时锯钻工艺尚未问世，印度人采用劈的方法把不规则的原石从四面八方剥“皮”，留下一个规规矩矩的八面体的“核”。而劈下来足够大的石块，还可以做成五花八门的玫瑰工钻，因此劈钻曾经盛极一时。随着放射型圆钻的流行，劈钻工艺丧失了普遍性和通用性，到20世纪70年代利用薄片加工的“锯齿工”出现时又稍微挽回了一些颓势。如今，人们只是在对付晶形极不规则、解理上有严重瑕疵的原石或者接触双晶的时候才用到它。
迄今世上最大的原石、3106ct的库利南钻石和后来的琼克钻石（726ct）的加工，都是先行靠劈钻工艺进行磨制的。此项工序要求劈钻师对钻石的特性，尤其对诸多异常情况要准确判断并谨慎行事。
1.适宜用劈钻工艺的原石
1）接触双晶，尤其是接合面破损或有隙可乘者。
2）解理面上有明显瑕疵者（大的羽裂或者羽裂连带深色后生包体等）。
3）晶形极不规则，不先劈就无从着手者。
4）劈开后的形状同锯钻相比，出成率更高、效益更好者。
5）劈钻后的非主体部分尚有其他利用价值者。
2.劈钻的主要设备
劈钻的主要设备：劈钻工作台，上面有劈钻盒；工作台内缘用木隔板固定一块插劈钻杆的铅砧；劈钻杆一套，规格从直径10mm～40mm，每杆递增5mm；劈钻钢刀一组，大中小俱全；木柄圆锤一个；煤气（丁烷或天然气）喷灯一盏；劈钻胶若干。
3.劈钻的操作程序
1）确定劈开面之后，把钻坯粘牢在劈钻杆头上，开槽的面向上，并使劈线与劈钻杆中轴18°～20°倾角，同时把开槽的钻石刻刀粘牢。
2）左手执钻坯夹杆，右手执刻刀夹杆，用手指钩住钻盒两边的立销，让刻刀在钻坯开槽标线上来回蹭，刻出一条槽。目前这道工序在有的工厂已用激光来完成。
3）选择厚度适宜的劈刀，使其刃口没入刻槽之中。注意：刻刀刃口直钝不宜尖，不能让它接触槽底，让刻刀两侧抵在刻槽两壁上。
4）扶正劈刀，用木柄圆锤轻击刀臂，劈开钻石。
5）用喷灯加热劈钻胶使之软化，取出钻坯，清洗干净，检查工作质量。
一颗钻石可能不止劈一次，可按照上述程序反复操作进行。
（三）锯钻
锯钻的实际运用，可追溯到17世纪。当时锯钻的工具是一根绷紧拉直的细铁丝，抹上钻石微粉，与现今掏空用的木工钢丝锯相似。410ct的“摄政王”钻石，足足用了一年时间才锯开。由此可知其劳动效率非常低。
目前锯钻的方法主要是机械锯钻，最近兴起的还有激光切割。
现代的机械锯钻机一般是十台一组，安装在铸铁机架或实心水泥机座上。通常一个工人可以照看20台锯机。
单台锯机主要零部件有：铸铁机座、心轴、锯石夹嘴、夹臂、重力臂、进给配重球、调节螺杆、橡皮垫块及微型电机。常备的低质易耗品有：磷铜锯片、锯石胶、钻石微粉、石墨轴垫等。
磷铜锯片的直径、厚度可视心轴法兰盘的直径和钻石制品的大小而选定。各国的习惯不尽一致。
钻石设计标好锯切线之后，便可发送到锯钻工序，进行粘钻、装机、开口、锯切、清洗、质检等程序。
1.粘钻
把锯钻胶填进锯钻夹嘴，注意适量，把钻石摁入其中，注意使锯切线与夹嘴唇口平行（或者说是与夹嘴中轴垂直）且伸出唇口一点，清除多余的粘胶，勿使粘胶妨碍锯片的旋进。把粘好的钻石插进蜂窝状夹嘴盒，移入干燥箱干燥后，再仔细检查钻石与夹嘴的相对位置是否改变。
2.装钻
把检查好的钻石夹嘴装入夹臂，使锯片对准锯切线，从正面看呈一条直线，从上朝下看，锯切线必须同锯片正好在同一平面，不允许错位。总之，从锯片上方压在锯片上的钻石必须精确定位，并且必须随时检查锯路正不正，防止锯偏。国外给钻坯定位时有采用X射线法、测角器观测法、平行光管观测法等，但大多数工厂还是采用目测法，靠操作工人的责任感、眼力和经验来确保精确定位。
3.开口
开口用的锯片一般比正式锯钻的锯片厚0.05～0.10mm。开口深度以1～1.5mm为宜。
开口位置的选定和开口的质量直接关系到整个锯钻工序的质量和成败。所谓开口位置的选定，实质上就是如何处置钻石各种内含物和结构特征的问题。
如果原石有一条蚀沟，那么就从离蚀沟最近的那个晶顶开口；如果两个相邻的晶顶附近各有一条蚀沟，则从靠近深蚀沟的晶顶开口；如果两条蚀沟分别靠近相对的两个晶顶，则从靠近深蚀沟的晶顶开口；蚀沟在晶棱中段者可从它连接的两个晶顶中任意选定一个开口。
有一个负晶顶的原石就从负晶顶开口；如果有几个负晶顶就从发育最充分、最深的那个开口。
开口时勿使锯片通过玫瑰花瓣形的石墨包体。含橄榄石包体的钻石应从包体长度方向一致的地方开口。
有裂纹的原石应从裂纹最多或裂纹发育最深的那个晶顶开口。
4.锯钻
口子开好之后，更换薄1～2号的锯片正式开始锯钻。锯片直径的选择，以伸距稍大于钻石直径为准，伸距太长锯片受压弯曲，锯切面将呈凹凸状；伸距太短则锯不开。锯片最佳转速为2800r/min。锯钻的工效主要取决于钻石微粉的粒度、浓度及施压的大小。为此，在整个锯钻过程中，每间隔2～3min就得用小滚轮把用橄榄油调和的钻粉往锯片上抹。同时旋出调节螺杆，尽可能保证钻坯对锯片的施压为最大。但到锯钻接近尾声时，必须适当减少施压，避免钻石在锯开之前就崩开而留下未锯完的墩子，影响锯钻质量和后续工序的出成率。
锯钻和单人单班工效因石头大小和锯片厚度不同而不同。
5.清洗
锯钻清洗一般用洗发香波兑水摇洗，再用清水冲洗、干燥。
6.质检
其实锯钻的检验在清洗之前就应该进行一次，目的主要是检查锯路是否遵从了设计标线。清洗以后，主要是检查锯切面的质量。以下几种情形为不合格：
1）深锯齿痕若不太深、对后续工序的出成率影响不大，可勉强通过（图5-1-20（a）。
2）锯切面凸凹不平主要是锯片伸距太大，被钻石压弯而又未及时纠正所致（图5-1-24（b））。
3）锯切面倾斜因锯片走偏而未及时纠正所致，但设计斜锯者除外（图5-1-20（c）。
4）锯切面梯坎一般是一刀切不开、迎面又锯时锯路对不准造成的，梯坎越高情况越糟，因为磨台面的损耗越大（图5-1-20（d）。
5）墩子是锯钻进程接近尾声时未及时减少锯片施压钻石崩裂造成的，弄不好锯掉的一半还会“飞”掉（图5-1-20（e）。
图5-1-20 质检的各种情况
（a）深锯齿痕；（b）凹锯面和凸锯面；（c）斜锯面；（d）锯面有梯坎；（e）墩子
（四）车钻
车钻的工作对象是钻石腰棱，目的是赋予它以未来成品钻琢型的优美曲线（圆形、双弧形、弯弓形等）。阶梯型的磨工腰棱呈直线，一部分混合型的磨工（如拜丽恩磨工等）的腰棱也是直线，打磨它们的时候用不着车钻这道工序。
1.车钻的设备
最早打磨腰棱全靠手工，如今电动车钻机已经非常普遍。在此简单介绍几种最新的加工设备。
1）全自动车钻机这种机器除了装石之外，其余的事都由车钻机完成。与通常的车钻机不同的是：双头车钻机两根心轴的转向完全相反，两颗钻石同样既为工具（车刀），又为工件（被加工件）。两颗钻石互相刮擦的情况由摄像头放大再现在观监屏幕上，便于操作工掌握进度。
2）激光车钻设备其原理同激光打孔、激光切割相似。激光加工造成的表面微裂和较高的成本费用，是其不足之处。
3）车钻机这种机器在国内普遍使用，有单头和双头两种：单头机用胶粘在制品（工件）上，双头机则靠左边的夹嘴和右边的顶针配合来夹持钻石。
以双头机为例介绍一下车钻机的结构：一个整体浇铸的机座，左边装有制动轮和浮游卡盘，右边是顶针座和弹力顶针，中间是车刀架和残渣收集盒，有的还配备有吸尘器。安装在机台底下的电动机通过分配轴和两条同步皮带带动双轴同步旋转。
与车钻机配套使用的主要工具是车钻棒。主要辅助工具有各种规格的车钻夹嘴，一个木榔头，若干作为车刀用的有棱有角的钻坯或人造聚晶颗粒。像牙医工具那样靠转轴驱动的旋转车钻棒被越来越多地采用。除了工效提高以外，它加工出来的腰棱质量也好。
2.车钻的步骤
1）仔细观察钻坯主要看尖正不正、高度够不够，有无瑕疵和瑕疵的确切方位，以决定部分或全部去掉的方案，决定是粘还是夹。
2）固定钻坯办法有两种，一种是粘，一种是夹（见图5-1-21）。
图5-1-21 固定钻坯的两种方法
两种办法各有优缺点。夹的优点是操作简便，工效较高，更适宜正尖、无瑕的坯料；而粘的方法多了一道粘的工序，比较费事，但适用于几乎所有的坯料，尤其是夹有所不能的歪尖、无尖、有裂、有瑕的坯料，其车裂钻坯的概率较小，安全系数较大。
粘：先加热铜头，抹上专用粘胶剂，把钻坯轻轻地摁在粘胶剂上，粘牢，再加热30分钟左右，使粘胶剂硬化，复查钻坯是否移位。加工好之后再加热使钻坯与粘胶剂分离。
夹：选择夹嘴，使其承窝与底尖相配，把它安装在车钻机前顶底座上，左手执钻石，底尖向左，右手扳动后顶针座顶住钻石台面。注意顶压的力度：太小夹不住钻石，太大会把钻石夹坏。
固定钻石车刀的办法也是粘和夹两种。已锯钻（Sawn）、圆粒金刚石（Boart）或人工聚晶颗粒都可以充当车刀。
3）钻坯定中即令钻坯的转动轴与可能获得最大直径的成品钻的中轴重合。定中精确与否，在很大程度上就决定了车钻工序的最终结果：出成率、该去的瑕疵是否已经去掉或下道工序有无把握去掉。
4）粗车粗车的目标是将钻坯突出的部分（如晶顶等）打磨掉。注意进刀量不宜太大太猛，并要反复多次补充定中。
5）精车预期目的是使在制品的直径圆度和腰箍预留高度均达到工艺要求。
6）光边对腰棱进行最后修葺。有三条途径可供选择：
第一种途径是仍旧在车钻机进行，把车刀换成已锯钻的锋刃，轻触在制品。这样加工的腰棱较粗糙，表面呈灰白色，鉴定证书上注明为“打磨腰棱”（Bruted girdle）。
第二种途径是采用专用的光边机。这种机器比车钻机小巧，原理相近，只是做工具用的已不是手执的车刀，而是一个在一定振幅内前后振摆的高速旋转的钻石微粉抛光轮。按照烧结在轮边上的钻石微粉的目数，它有很细、细、中等和粗之分。光边机加工的腰棱鉴定证书上注明为“抛光腰棱”（Polished girdle）。它们表面光亮而且透明，几何形状规整。
第三条途径是在磨钻机上进行。对中、小钻而言，这必须是在成品完成以后，腰棱上发现有缺口、过大的原晶面等严重影响正圆度的问题才采用的补救办法。只有大钻和巨钻，才会有意识地把腰棱修饰成一连串的小面。在鉴定证书上，这样处理过的腰棱注明“小面腰棱”（Faceted girdle）。
以上三种光边的办法仅适用于圆钻，均不适用于阶梯型磨工。对于腰棱呈曲线的异形钻，如心形、马眼、梨形、椭圆之类，只考虑有“打磨腰棱”和“小面腰棱”两种可能，暂时还没有一种安装钻石磨轮的机器，能够胜任它们那种不同曲率、比例伸缩性又很大的腰棱。
7）质检 对车好的圆钻在制品的工艺要求是：①制品俯视图必须正圆。容许误差只能是1.1%～1.5%。②制品腰距高度最小值不小于直径的12.5%，即要能容纳下成品钻的整个冠部和腰棱。③制品高度与直径之比不小于60%且不大于80%。④制品底部倾角应不小于45%且不大于56%。⑤腰箍表面必须光滑，无崩缺、无凹陷，无露面的瑕疵，无微裂，粗糙度不明显，呈暗灰白色。
台面不得倾斜，底尖要正。
（五）磨钻
1.磨钻机理
磨钻过程是一个热学作用和力学作用兼而有之的理化过程，即一方面钻石与磨盘摩擦生热，导致钻石表层石墨化，另一方面钻石在钻石微粉的碰撞冲击下一点一点地剥落。磨钻的效率取决于磨盘的磨削性能及其转速、钻石微粉的目数和密度、钻石对磨盘施加的压力，以及钻石在磨盘上的取向，即台面的选定和机头的朝向。
2.研磨方向
钻石加工行内的习惯叫法有：四尖石（Four points）、两尖石（Two points）和三尖石（Three Points），或者四向纹、两向纹和三向纹。其实质就是钻石硬度的各向异性，同一颗钻石不同的晶面硬度会有差异，同一个晶面不同的方向上的硬度也会有差异。磨钻时发生的所谓“纹向”的问题，就与钻石硬度的各向异性有关。
用立方体晶面方向做台面方向的钻石是四尖石，用菱形十二面体晶面方向做台面方向的钻石是两尖石，用八面体晶面方向做台面方向的钻石是三尖石。换句话说，就一个八面体而言，从晶顶开面（开始磨台面）的是四尖石，从晶棱开面的是两尖石，从晶面开面的是三尖石（见图5-1-22）。
图5-1-22 钻石台面的选取方向
这些表述法都是以未来成品钻台面的选定为着眼点的。理论和实践证明：四向纹相对硬度最小，两向纹居中，三向纹最大，其相对硬度之比约为1:1.414:2.308。所以设计师在选择台面时，也应该参照这个比率，在同质等大的前提下，设计成四向纹是上策，两向纹是中策，三向纹是下策。
台面选定了，纹向就确定了。而对于同一种纹向的钻石，还有进一步的硬度各向异性的问题。一般地说，四尖石有四组平行于立方体晶棱的纹向硬度相对较小，同时有四组沿四边形对角线方向的纹向硬度相对较大；两尖石有两组平行于菱形短对角线方向的纹向硬度相对较小，同时有两组沿长对角线方向的纹向硬度相对较大；三尖石有三组平行于三角形之高的纹向硬度相对较小，同时有三组平行于三角形三条边的纹向硬度相对较大。磨钻的时候，只有当研磨方向与硬度相对较小的纹向大体一致时，研磨面才会是锃亮的镜面。
台面和纹向确定之后，磨钻师就在既定的纹向下，找到硬度相对较小的方向，按照规定的比例把石头磨好。在理想的情况下，最佳研磨方向的确认本来是有章可循的，但自然界中理想的规则的晶体很少见，这就使得问题复杂化。
当然，钻石相对硬度的大小，还有可能受其他因素的影响，比如结构现象（双晶缝、生长线等）、应力状态、内含物乃至荧光颜色等。
3.磨钻设备和磨钻步骤
（1）磨钻设备
磨钻工的主要工具是：磨床、磨钻夹具、10×放大镜、腰棱划线器，钻石微粉、橄榄轴等。
磨床要强调三点：
1）修整好的磨盘必须达到大面积平整和微观不平度的统一，保持动态平衡。磨盘工作面修整平以后，用粗砂轮或砂条划上双弧线或抛物线的划痕，以便嵌入钻石微粉。最后还要在调平衡机上用配重法作好动平衡测试。
2）用适量的橄榄油（有时为桃油或其他植物油）拌上钻石微粉，用泡沫塑料块均匀地涂抹在磨盘工作面上，开动磨床，用大钻石来回蹭轧，使钻粉与磨盘比较牢固地粘合，以提高磨具磨料的工作效率和延长其使用寿命。
3）磨盘的使用，应强调明确分区。一般把靠近转轴的内圈作为试磨区，把磨盘边缘线速度最大的外圈作为研磨区，而把内、外圈之间的中圈部分作为抛光区（见图5-1-23）。
图5-1-23 磨盘工作面的区域划分
早先的磨钻夹具用锡头来固定钻石。现代的夹具采用带分度尺、角度板和微调旋钮的机头，此夹具又叫磨手、机械手。用于磨台面的叫台面夹具，用于磨底小面的叫底小面夹具，用于磨冠小面的叫冠小面夹具，等等。
（2）磨钻步骤
磨钻是占据钻石加工工艺流程整个工作量50%～60%的一道主要工序。
西方国家传统的做法是分两步走：
第一步：“磨十字”（Cross），即磨台面、底四面、冠四面。
第二步：“添光加彩”（Brilliantering），即磨底八、底腰小面、冠八、冠腰小面、星小面。
在这种情况下，磨底和磨冠是交替进行的。也有先磨底再磨冠的，或者反过来。前者一般适用于小钻，后者一般适用于中、大钻。国内一般小型的钻石厂，大都采取这种做法。
最细致的做法可以分成八道工序：台面→底四→冠四→底八→冠八→底腰小面→冠腰小面→星小面（见图5-1-24）。具体怎么做，依习惯而定。但专业化分工、流水作业无疑是发展趋势。生产规模则是一个重要的制约因素。
图5-1-24 钻石加工工序
（六）清洗和检验分级
钻石磨成之后的清洗是成品分级前最后一道工序。将1000m L浓硫酸掺100g硝酸钾配成溶液，注入盛有适量钻石的瓷盘或烧杯，煮沸几分钟，冷却后用蒸馏水或开水冲洗几遍，滤干，然后送检并分级。
B. 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( )。
C. 钻石与立方体的关系
钻石属于等轴晶系，立方体属于立方面心格子。
当温度逐渐升高时，钻石的形态逐渐从立方体向八面体转换，因此高温高压法合成的钻石主要为立方体与八面体的聚形，但是天然钻石的形态主要以八面体为主，立方体较为少见。