第九章第九章第九章第九章 合成钻石及其鉴别合成钻石及其鉴别合成钻石及其鉴别合成钻石及其鉴别 第一节第一节 合成钻石的历史合成钻石的历史现有技术使合成钻石在颗粒、透明度现有技术使合成钻石在颗粒、透明度及色彩方面已接近天然钻石及色彩方面已接近天然钻石 一、合成钻石的概念一、合成钻石的概念通过一定的技术与工艺流程人工通过一定的技术与工艺流程人工制造出来的钻石，与天然钻石的制造出来的钻石，与天然钻石的外观、化学成分和晶体结构基本外观、化学成分和晶体结构基本相同 19531953年瑞士工程公司（年瑞士工程公司（ASEAASEA））使用压力球装置，生产出使用压力球装置，生产出4040颗颗钻石小晶体，未正式对外宣布钻石小晶体，未正式对外宣布19551955年美国通用电气公司年美国通用电气公司(GE)(GE)公布用压带法公布用压带法-- (Belt)-- (Belt)合成钻合成钻石成功19711971年，年，GEGE公司首次合成了公司首次合成了5mm5mm以上的宝石级钻石以上的宝石级钻石, ,不仅有黄、褐色，还有近无色及蓝色钻石不仅有黄、褐色，还有近无色及蓝色钻石 二、合成钻石的发展历史二、合成钻石的发展历史1 1、瑞士工程公司（、瑞士工程公司（ASEAASEA））2 2、美国通用电气公司（、美国通用电气公司（GEGE）） 1959 1959 年年 合成合成出工业出工业钻石钻石——钻砂；钻砂；3 3、南非、南非De beersDe beers公司公司19871987年合成了年合成了11.1411.14克拉宝石级钻石克拉宝石级钻石；；19901990年合成了质量很好的年合成了质量很好的14.214.2克拉钻石单晶。
克拉钻石单晶 5 5、、19901990年俄国采用分裂球装置合成了晶体形态、净度、年俄国采用分裂球装置合成了晶体形态、净度、色级达到了宝石级天然钻石色级达到了宝石级天然钻石的合成钻石的合成钻石4 4、、19198 85 5年日本住友公司合成了年日本住友公司合成了2ct2ct黄色的宝石级钻石黄色的宝石级钻石6、中国：、中国：1963年研究成功细粒合成钻石年研究成功细粒合成钻石 ；；1965年生年生产出产出1~3.5mm的大颗粒钻石的大颗粒钻石 上述的合成都是采用高压高温法近年来低压高温条件下化学上述的合成都是采用高压高温法近年来低压高温条件下化学气相沉淀法（气相沉淀法（CVDCVD）合成单晶钻石取得了重大进展合成单晶钻石取得了重大进展合成宝石级钻石生产技术复杂、成本非常昂贵、价格远远超过合成宝石级钻石生产技术复杂、成本非常昂贵、价格远远超过同等质量的天然品，尚未投向市场同等质量的天然品，尚未投向市场 合成工业用钻砂合成工业用钻砂, , 现年产量已超过一亿克拉（现年产量已超过一亿克拉（2 2万公斤）万公斤）, , GEGE公司和公司和De beersDe beers公司各自占据着世界公司各自占据着世界40%40%的产量。
的产量现今大部分工业钻砂都是合成的现今大部分工业钻砂都是合成的 一、合成钻石的方法一、合成钻石的方法人工合成人工合成人工合成人工合成钻石的方法钻石的方法钻石的方法钻石的方法低压合成法低压合成法低压合成法低压合成法静压触媒法静压触媒法静压触媒法静压触媒法静压直接转变法静压直接转变法静压直接转变法静压直接转变法晶种触媒法晶种触媒法晶种触媒法晶种触媒法爆炸法爆炸法爆炸法爆炸法液中放电法液中放电法液中放电法液中放电法直接转变六方钻石法直接转变六方钻石法直接转变六方钻石法直接转变六方钻石法气相法气相法气相法气相法液相外延生长法液相外延生长法液相外延生长法液相外延生长法气液固相外延法气液固相外延法气液固相外延法气液固相外延法常温高温合成法常温高温合成法常温高温合成法常温高温合成法静压合成法静压合成法静压合成法静压合成法动压合成法动压合成法动压合成法动压合成法第二节第二节 宝石级钻石合成方法宝石级钻石合成方法 种晶触媒法又包括压带法和种晶触媒法又包括压带法和BARSBARS系统系统( (俄罗斯俄罗斯) ) 高温：高温： 1350--1800Co 高压：高压： 50--80kb 因钻石中的因钻石中的C-C键要转变为石墨结构需很大能量，因此键要转变为石墨结构需很大能量，因此钻石可在常温、常压下稳定存在。
钻石可在常温、常压下稳定存在高压高温条件下，使碳原料在其饱和溶液中，随后在高压高温条件下，使碳原料在其饱和溶液中，随后在温度较低的生长舱底部围绕籽晶生长合成钻石晶体温度较低的生长舱底部围绕籽晶生长合成钻石晶体宝石级钻石合成方法宝石级钻石合成方法: :种晶触媒法种晶触媒法1 1）原理、理论基础）原理、理论基础模拟天然钻石的生长环境：模拟天然钻石的生长环境： 1 1、高温、高压条件下生长：、高温、高压条件下生长：无触媒时需更高温度无触媒时需更高温度2 2、金属触媒（催化剂）作用：、金属触媒（催化剂）作用：（（1 1）金属触媒：）金属触媒：FeFe、、NiNi、、CoCo、、Pd Pd 等合金等合金（（2 2）作用：）作用： 降低合成的温度、压力；降低合成的温度、压力； 提高合成效率（石墨提高合成效率（石墨----钻石的转变率提高）；钻石的转变率提高）； 2 2）合成钻石生长条件）合成钻石生长条件: : 3.3.碳源：碳源： （（1 1）原料：钻石粉或石墨；）原料：钻石粉或石墨；（（2 2）碳被吸收到周边的金属溶剂中，过饱和时结晶成钻石碳被吸收到周边的金属溶剂中，过饱和时结晶成钻石。
3）合成较大颗粒的钻石时需籽晶作晶核，围绕它生长）合成较大颗粒的钻石时需籽晶作晶核，围绕它生长成钻石晶体成钻石晶体 3)3)设备及合成方法设备及合成方法1 1、压带法合成方法、压带法合成方法 (1)(1)将钻石粉作为碳源放在生长仓内将钻石粉作为碳源放在生长仓内; (2)(2)生长仓放在两个碳化钨砧之间生长仓放在两个碳化钨砧之间;使其经受高温高压作用使其经受高温高压作用; (3)(3)生长仓底部的温度比顶部略低生长仓底部的温度比顶部略低, ,顶部钻石粉溶解并朝底部运动顶部钻石粉溶解并朝底部运动; ;(4)钻石在低温区围绕籽晶开始生长钻石在低温区围绕籽晶开始生长.(见图见图) 压带法设备图压带法设备图 （（4）内部是反应仓，内有）内部是反应仓，内有: 加热装置；加热装置； 籽晶籽晶 碳源碳源 金属溶剂金属溶剂 （（1 1）即分裂球无压装置；）即分裂球无压装置； （（2 2）其所需压力是通过将液体注入压力桶内得到；）其所需压力是通过将液体注入压力桶内得到；（（3 3）高压使八个球体合拢，从而对构成八面体形状的）高压使八个球体合拢，从而对构成八面体形状的6 6个活塞个活塞 产生压力；产生压力； 2、、BARS合成方法合成方法 BARS装置装置 二、合成钻石的控制二、合成钻石的控制生长速度：合成生长速度：合成1 1克拉晶体需要克拉晶体需要6060小时，每次小时，每次1 1或或2 2颗晶体颗晶体1、、加入所需量的氮即可合成深黄色的加入所需量的氮即可合成深黄色的Ib型晶体型晶体2、使用、使用N的的“吸收剂吸收剂”铅或锆，形成铅或锆，形成Ⅱa钻石，呈无钻石，呈无色色1 1）合成钻石的颜色控制）合成钻石的颜色控制 3、加入少量的硼，就可合成、加入少量的硼，就可合成IIb型蓝色钻石。
型蓝色钻石4、可通过对合成钻石辐照和加热产生粉红到红色、可通过对合成钻石辐照和加热产生粉红到红色5、可对合成钻石进行高温高压处理（、可对合成钻石进行高温高压处理（HPHT),晶体结构晶体结构中的孤氮原子可运移并集合中的孤氮原子可运移并集合,从而产生从而产生Ia型钻石型钻石 2）控制晶体生长）控制晶体生长温度调整可控制晶体的生长，温度调整可控制晶体的生长，13000C为立方体为立方体16000C为八面体为八面体 第三节第三节 宝石级合成钻石的鉴别宝石级合成钻石的鉴别 随着合成技术的成熟、成本下降或天然钻石随着资源随着合成技术的成熟、成本下降或天然钻石随着资源的减少，会不断的进入市场，关注并掌握合成钻石中的的减少，会不断的进入市场，关注并掌握合成钻石中的鉴定非常必要鉴定非常必要 天然钻石常呈八面体、菱形十天然钻石常呈八面体、菱形十二面体或聚形及不规则的形态二面体或聚形及不规则的形态 合成钻石合成钻石合成钻石合成钻石八面体和立方体的聚形八面体和立方体的聚形八面体和立方体的聚形八面体和立方体的聚形 一、合成钻石晶体鉴别一、合成钻石晶体鉴别合成钻石晶体基本上合成钻石晶体基本上为立方体与八面体聚形。
为立方体与八面体聚形 晶面平直、晶棱陡立、晶角晶面平直、晶棱陡立、晶角尖锐、晶体表面有树枝状、尖锐、晶体表面有树枝状、不规则的小丘或瘤状物不规则的小丘或瘤状物合成钻石具树枝及不规则图案合成钻石具树枝及不规则图案合成钻石具树枝及不规则图案合成钻石具树枝及不规则图案 天然钻石熔蚀使晶面、晶棱弯曲，浑圆状外观，三角形、四边天然钻石熔蚀使晶面、晶棱弯曲，浑圆状外观，三角形、四边形、网格状等蚀象形、网格状等蚀象 合成钻石颜色具高的饱和度合成钻石颜色具高的饱和度合成钻石颜色具高的饱和度合成钻石颜色具高的饱和度 二、合成钻石的颜色鉴别二、合成钻石的颜色鉴别1 1、大多数合成钻石呈黄色、褐黄色，色泽鲜艳、大多数合成钻石呈黄色、褐黄色，色泽鲜艳, , 具具沙漏状色带颜色分布不均匀是合成钻石的明显特征沙漏状色带颜色分布不均匀是合成钻石的明显特征 合成钻石中沙漏状纹合成钻石中沙漏状纹合成钻石中沙漏状纹合成钻石中沙漏状纹 近无色的合成钻石常带一些浅灰调近无色的合成钻石常带一些浅灰调近无色的合成钻石常带一些浅灰调近无色的合成钻石常带一些浅灰调 2 2、合成钻石近无色带有浅灰、浅蓝、微浅黄色、合成钻石近无色带有浅灰、浅蓝、微浅黄色调；调； 合成钻石更具鲜艳的色调合成钻石更具鲜艳的色调合成钻石更具鲜艳的色调合成钻石更具鲜艳的色调3 3、合成蓝色钻石比天然蓝色钻石鲜艳、合成蓝色钻石比天然蓝色钻石鲜艳 常见各种不规则状和大小混杂的金属包裹体、粉尘或面包渣常见各种不规则状和大小混杂的金属包裹体、粉尘或面包渣状包裹体状包裹体不同形状的不同形状的金属包裹体金属包裹体 三、合成钻石内含物鉴别三、合成钻石内含物鉴别 含有金属包裹体，因而产生磁性。
含有金属包裹体，因而产生磁性 四、合成钻石磁性鉴别四、合成钻石磁性鉴别天然钻石中未见此特性天然钻石中未见此特性 天然钻石表现为复杂的发光图案天然钻石表现为复杂的发光图案 五、阴极发光仪五、阴极发光仪合成钻石具有规则的阴极发光，八面体发光区和立方体发合成钻石具有规则的阴极发光，八面体发光区和立方体发光区排列规则光区排列规则 合成钻石阴极发光的式样合成钻石阴极发光的式样合成钻石阴极发光的式样合成钻石阴极发光的式样 六、吸收光谱的鉴别六、吸收光谱的鉴别合成钻石缺失天合成钻石缺失天然钻石中无色然钻石中无色——浅黄色系所具有浅黄色系所具有415nm415nm特征谱线特征谱线Diamond Sure Diamond Sure （（钻石光谱鉴定仪钻石光谱鉴定仪) ) 5%5%的天然钻石和全部的合成钻石不能通过第一代的钻石确认的天然钻石和全部的合成钻石不能通过第一代的钻石确认仪，而使用仪，而使用ⅡⅡ型的确认仪时，只型的确认仪时，只0.8%0.8%的天然钻石和全部的合的天然钻石和全部的合成钻石不通过成钻石不通过 在长、短紫外线下，均在长、短紫外线下，均为黄为黄——黄绿色荧光，短黄绿色荧光，短波强于长波荧光波强于长波荧光 合成钻石在短波有合成钻石在短波有较强不均匀的荧光较强不均匀的荧光 七、合成钻石紫外荧光鉴别七、合成钻石紫外荧光鉴别荧光分布呈十字、八边形或其它荧光分布呈十字、八边形或其它几何图形。
几何图形天然钻石在紫外线下荧光可有可无，若有则为长波下强天然钻石在紫外线下荧光可有可无，若有则为长波下强于短波，短波很弱于短波，短波很弱 利用合成钻石与天然钻利用合成钻石与天然钻石荧光的差异石荧光的差异De BeersDe Beers研制的仪器，称研制的仪器，称““Diamond ViewDiamond View””，，区区分合成钻石与天然钻石分合成钻石与天然钻石钻石观测仪（钻石观测仪（Diamond View Diamond View TMTM）） 八、磷光鉴别八、磷光鉴别天然钻石若是发磷光的话则是在长波紫外光下天然钻石若是发磷光的话则是在长波紫外光下合成钻石在短波紫外光照射后可看到磷光；合成钻石在短波紫外光照射后可看到磷光； 天然钻石因生长及运移过程的复杂性表现出复杂的异常双天然钻石因生长及运移过程的复杂性表现出复杂的异常双折射特征，如不规则带状、波状、斑块状和格子状等折射特征，如不规则带状、波状、斑块状和格子状等 九、异常双折射九、异常双折射合成钻石异常双折射表现较弱，某些合成钻石呈十字形交叉合成钻石异常双折射表现较弱，某些合成钻石呈十字形交叉的亮带的亮带 某些合成钻石中存在的沿着四方形种晶向外生长延伸边缘某些合成钻石中存在的沿着四方形种晶向外生长延伸边缘由相对明亮的细线构成的锥状生长区。
无论种晶是否被切由相对明亮的细线构成的锥状生长区无论种晶是否被切磨掉，幻影区仍可存在，浸液中观察更明显磨掉，幻影区仍可存在，浸液中观察更明显籽晶幻影区籽晶幻影区籽晶片籽晶片 十、籽晶及籽晶幻影区十、籽晶及籽晶幻影区 请请 你你 回回 答答 用图画出合成钻石的一些晶体外形，描述生用图画出合成钻石的一些晶体外形，描述生 长温度如何影响晶体外形长温度如何影响晶体外形 说明合成宝石级钻石的过程，合成宝说明合成宝石级钻石的过程，合成宝 石级钻石对未来钻石商贸有什么影响石级钻石对未来钻石商贸有什么影响 简述合成钻石与天然钻石的鉴别，如何鉴别简述合成钻石与天然钻石的鉴别，如何鉴别 已切磨的合成钻石已切磨的合成钻石。