钻石是如何切割的

钻石是使用高速旋转的锯片切割的。钻石是硬度非常高的矿物质，但是钻石的脆性也很大，用力碰撞就会碎裂。我们在切割钻石时一般会在锯片的边缘涂有钻石粉及润滑剂的磷青铜圆片，然后将钻石固定在夹子上，锯盘以高速旋转，钻石就被锯开了。

钻石切割时要先划线，划线就是在钻石表面做标记；然后分割原石，将划线好的钻石固定在专业的固定架上，然后用另一颗钻石沿分割线划一道凹痕，再把刀具放在凹痕上，用手捶敲击刀具，钻石会沿纹理方向被劈成两半或多块。最后成型，将分割好的钻石可以按照设计要求将钻石做成设计的形状，再进一步抛光加工。

标记是钻石切割的第一步，先检验钻坯、并在钻石表面做标记，做这项工作的人有着丰富的经验并精通加工技术。最终目的是制造出最大、最干净、最完美的钻石，以尽可能高地体现钻石的价值。划线员必须留意两点：即既要尽量保持最大的重量，又要尽量减少内含物。划线员利用放大镜研究钻坯的结构，如果是大颗粒钻石，这项工作可能要历时数月，对普通钻坯则需要几分钟。

其次是劈割，劈割师将划好的线的钻坯安放在套架上，然后以另一颗钻石沿分割线削一个凹痕，再把方边刀放在凹痕上，以手捶在劈刀上以合适的力敲击，钻石会沿纹理方向被劈成两半或多块。

再次是锯切，大多数钻石并不适宜劈开，这时需要用锯切开，由于只有钻石才能切割钻石，因此锯片是一张在边缘涂有钻石粉及润滑剂的磷青铜圆片。钻石固定在夹子上，锯盘以高速旋转，即可将钻石锯开。现代激光技术引入钻石切割，大大提高了钻坯的加工效率。

最后是成型，锯开或劈开的钻石再送到打圆部门去打圆、成型，即按照设计要求将钻石做成圆形、心形、椭圆形、揽尖形、祖母绿形等常见的切割花形，或其它特殊的形状。由于钻石是目前为止人类所认识到的最硬的天然物质，所以只有钻石才能打磨钻石，而且因钻石各个方向的硬度略有不同。所以研磨时要凭借经验，把握住钻石的基本形态：三方体、八面体、十二面体及晶体特性。一般方法是将钻坯高速旋转的车床上，然后用另一臂杆上的钻石把转动中的钻坯打圆。

参考资料：

目前常见的钻石切割方式有三种：

一，沿着钻石本身的解理方向劈钻。

二，利用钻石的差异硬度在磨盘上抹上钻石粉可以锯开钻石。

三，由于钻石的主要成分是C,利用其可燃性通过激光切割的方式切开钻石。

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对于明亮型切割而言，标准的切割方式是57面体切割。

如下各个部位的称谓请参考钻石的4C标准：

冠部（CROWN）：钻石上面的部分称为冠部，包括1个桌面（TABLE）、8个星面（STAR FACET）、8个风筝面（BEZEL FACET）与16个上腰面（UPPER GIRDLE FACET），总共33个切面

腰围（GIRDLE）：钻石最宽的部位，也是分割钻石上面的冠部与底下亭部的交界处，腰围是珠宝镶嵌时用来固定钻石的地方。

亭部（PAVILION）钻石下面的部分称为亭部，也就是从腰围以下到钻石尖端的部分。包括16个腰面（LOWER GIRDLE FACET）、8个亭部切面（PAVILION FACET）与1个最底下的尖底面（CULET），总共25个切面；因为钻石并不一这有尖底面，所以无尖底面的钻石亭部只有24个切面，切面总数为57个切面。

明亮型切割以下常见的切割方法

对于同等大小净度的钻石而言，品牌之间除了用镶嵌方法突出自己经典的加工工艺以外，也渐渐用独特的切割方式来章显自己的切割技艺。新奇的切割方法都可以申请专利。不过要说多新奇倒也说不上，不过是以上一些切割方法的融合，对切割机器的要求倒是很高。

参考资料：-钻石切割

早在18世纪的后期就已经证实了钻石和石墨都由碳元素组成，后来就开始了合成钻石的研究工作，经过较长时间的艰苦努力，于20世纪中叶才在实验室合成出人工钻石，初期的合成钻石仅仅是磨料级的。我国在20世纪60年代也合成出了磨料级钻石。

高温超高压法现又称为高温高压法（HTHP）。由于超高压设备和高温技术的限制，起初合成钻石进展较缓慢。直到1970年，美国GE公司才公布了第一颗宝石级合成钻石的诞生，之后几年各国一直在保密的情况下进行研究。进入90年代，合成钻石有了突破性进展，日本的住友公司、英国的戴比尔斯公司和美国的GE公司等相继公布了他们合成的宝石级钻石，引起了珠宝界的震惊。

关于合成钻石的方法，可分为静压法、动压法和气相外延生长法。大颗粒宝石级钻石主要是用高温超高压（HTHP）静压法中的晶种触媒法（包括压带法和BARS法）及最近多种媒体报道的化学气相沉淀法（CVD法）合成的，本节及第七节将分别予以重点介绍。

一、HTHP法合成钻石的原理

1石墨与钻石的转换

合成钻石就是人为地模拟天然钻石的形成条件，使非金刚石结构的碳转化为金刚石结构的碳。

钻石的晶体结构是1913年由WLBragy等测定出来的，钻石大部分呈立方结构而石墨则呈层状结构。金刚石的结构详见本书“钻石”一节，石墨结构如图（4-1-20）。

图4-1-20 石墨结构图

钻石中碳原子的2s、2px、2py、2pz四个轨道形成四个sp3杂化轨道，形成四面体配位，每个碳原子与周围的四个碳原子形成共价饱和键，键长0154nm。

石墨的碳原子分布在六角环上，每一个碳原子为相邻的三个碳原子所围绕，其间距为0142nm。相邻两层碳原子错位堆积，层间的间距为034nm，键力相对弱得多，所以石墨具一组极完全解理，可以滑移而分开。在高温高压下石墨可以转化为金刚石。

如图4-1-20所示，石墨的层间排列，间距为034nm，碳原子错位堆积；高压下Z轴方向中层间互相接近，由于碳原子错位堆积，1 ′、3 ′、5 ′向上运动，1、3、5、2 ′、4 ′、6 ′向下运动，从而石墨结构变为金刚石结构。

图4-1-21 碳的相图

2合成钻石的生长机制

长期以来，各国科学家都在努力寻找金刚石晶体生长的条件。图4-1-21是石墨－金刚石转换相图。由相图可知：固相区I为石墨区，Ⅱ为金刚石区，Ⅲ为金属碳区，还有液相区。在低压高温区，主要以石墨相存在，只有在较大的压力和较高的温度范围内，金刚石才是稳定的相。除气相法、外延生长法之外，金刚石晶体生长都在较高的压力范围内，触媒法可以使压力降低一些。

由相图4-1-21还可以看出，在相图上部，碳质原料在超高压高温下，碳原子集团经过压缩、切变、热振动，使非sp3杂化的原子轨道向sp3杂化转化，从而使金刚石成核生长。在低于上述压力下，在金刚石、石墨稳定区界线上，压力和温度不足以使碳原子达到金刚石结构。但如果利用熔剂－触媒的复合作用，仍可达到目的，因为这些熔剂的熔化温度相对低，并与碳共熔，使碳原子与熔剂相互扩散，形成二维、三维的间隙相，最终形成金刚石相。

现代的科技条件，很容易实现稳定可靠的技术装备和实验条件，因此，生长出宝石级钻石就成为可能。近几年，各国科学家进行了大量研究，就温度、压力、时间等实验条件和熔媒种类、碳质原料种类、杂质影响等各方面得出许多实验资料和经验，从而更加完善了合成钻石的生长理论。

二、HTHP法合成宝石级钻石的设备与合成工艺

（一）HTHP法合成钻石的设备

静压法合成钻石的设备大致可以分为四部分，即大吨位的液压机、合成钻石用高温高压容器（即模具）、加热系统和控制检测系统。

由于采取的是超高压设备，从技术上有许多难题，如材料的力学性能要高，加工精度高，压机能长时间保持压力稳定并可以升压和降压。这对压机油缸、密封、液机元件、机械加工精度等均提出了很高的要求，达到这些要求绝非易事，它与整个机械工业水平有关。

此外，对于压力容器的要求则更高。首先是材料问题，能承受高温下500×108Pa以上的压力的材质较少，且价格昂贵，高压下材料的性能有可能改变，甚至会自爆。目前，加热系统和测量系统已实现了自动化。

实现HTHP法的设备方案较多，有六面顶、四面顶、两面顶。下面以两面顶年轮式为例介绍一下设备原理（见图4-1-22）。1为油压机机架，可以整体铸造，对于小于1000吨位的压机可以采用铸件，如果吨位较大，可以用缠绕式机架，即机架由钢丝或钢带缠绕而成；2为高压容器，是合成金刚石的关键部分，对它的材质、加工精度、形状设计都有严格的要求；3为油缸，内部活塞靠高压油上下移动，使模具压紧，这和其他类型油压机原理类似。

年轮式高压模具如图4-1-23所示。

图4-1-22 主压机示意图

图4-1-23年轮式高压模具

图4-1-23中1为压缸，它是由硬质合金做成的，一般为W、Co、C合金，w（Co）=15%;2为压砧，也是硬质合金，一般w（Co）=6%;3为耐热含金钢环；由压缸和压砧组成一个舱体4，是合成金刚石的室。年轮式高压模具也可用钢丝缠绕而成，以使应力分布更合理，从而提高模具的使用寿命。合成金刚石所采用的生长舱有各种结构，简单的生长舱结构如图4-1-24所示。

图4-1-24中，1为叶蜡石，是理想的固体传压介质和绝缘介质，由于它含结晶水，影响金刚石的合成，目前大部分是用烧过的叶蜡石粉末再压制成型，不仅降低成本，提高了材料利用率，而且满足了合成工艺的要求。叶蜡石是合成金刚石工艺中的关键性辅助材料，其作用是：传压、保温、绝缘、密封。

图4-1-24 金刚石生长舱

图4-1-24中，2为石墨片，合成金刚石就是使石墨结构的碳转化为金刚石结构的碳，因此，碳质材料是关键材料。从理论上讲，各种形式的碳均可以转化为金刚石，但研究表明，不同的碳质材料对生长金刚石的数量、质量和颗粒大小均有相当大的影响，石墨转化为金刚石的自由能较低，因此使用较广泛。现在国内常用的石墨材料为GAI（原SK-2），它是采用熟石油焦粉、沥青焦粉和鳞片石墨为原料，并外加熔化沥青作结合剂加工而成的。

碳质材料是影响合成金刚石质量和产量的重要因素之一，为了获得较好的金刚石，对石墨有如下要求：①石墨有一定的气孔率，这样可以增加反应面积；②在合成金刚石的碳质素中，含少量Ni、Fe、Na、Co等元素是必要的，因为这些元素在合成过程中可以促进碳原子的活化，破坏原生的结构，为金刚石长大创造条件；③对石墨的结晶化程度也有要求，晶体的多少和排列对金刚石的转化都有作用，石墨化程度高，从动力学观点来看，转化为金刚石相对容易。

图4-1-24中，3为金属合金，即触媒片，根据碳的相图，石墨转化为金刚石时要125×1010Pb的压力和2700℃以上的温度，为了使合成温度有所降低，用加入合金的办法，使碳在熔化的合金的作用下，以类似于熔盐法生长晶体的过程生长。在研究过程中，采用了各种金属做试验，现在大部分用Ni、Mn、Co、Fe的合金，甚至有专门用于合成金刚石的合金片，如Ni95Co5、Ni65Mn35、Fe73Co27等。研究表明，Ni、Mn、Co、Fe、Cr等元素或由它们组成的二元、三元、多元合金，是合成金刚石基本的、有成效的触媒合金，若掺入微量Cu、Nb、Mg、B、Al等，不仅可改变金刚石成核与生长的条件，而且还可以生长出不同的金刚石。

晶体生长舱有各种形式的排列和组合，图4-1-25为一种大颗粒金刚石生长室的结构。把原料如图装进生长舱（即压缸）内，起动压机，把两个压头压紧密封，并通电加热。用这种加压、加温方式，可以生长出大于1mm的金刚石，但单次产量不高。

图4-1-25 大颗粒金刚石生长舱

关于高温加热系统，在静压法中有直接加热和间接加热两种，直接加热是通过反应材料本身发热，间接加热是通过套在外面的石墨管（与缸体绝缘）加热。

（二）HTHP法合成宝石级钻石的工艺过程

最常见的合成宝石级钻石的方法是压带法和BARS法。

1、压带法合成钻石工艺

1955年通用电器公司（GE）宣布利用压带（belt）装置首次成功生产出合成钻石，直至1970年通用电器公司采用晶种触媒法经过七天的生长获得了大于5mm、重约1ct的钻石单晶，其生长舱如图4-1-26所示。

图4-1-26 合成宝石级钻石生长舱（a）和改进后的生长舱（b）

图4-1-26所示的生长舱分上下两部分，作为碳源的金刚石粉放在压腔中心区，两端放置籽晶，触媒金属（铁或镍）放在碳源与籽晶之间，利用碳管的电阻加热（用碳管的不同厚度或用其他热材料放在不同部位也可改变温度梯度），在舱内保持一定的温度梯度，中心碳源区温度最高，端部结晶生长区的温度最低。当加热到1700℃时，金属触媒熔融，中心碳源区的金刚石粉就不断溶解到金属触媒中变成游离碳原子。起初，碳的密度比金属小，因此籽晶有从底部晶床向舱体中心区（籽晶被溶解）或从中心区向上端晶床上浮的倾向，约1h后达到平衡。顶部晶床含有许多细小的金刚石晶体，而在底部晶床上剩下少量的金刚石晶核，由于碳在金属中已达到饱和，所以金刚石晶核不再继续溶解，金属熔融体中的碳开始了缓慢的扩散过程。由于舱体内温度中心区高、两端低，所以中心区溶解的碳原子多于端部，并向端部进行扩散，从而沉积在金刚石晶核上。这个过程不断进行，直到中心区的细金刚石粉用完为止。若能使舱体中部与端部的温度梯度保持在30℃/cm时，晶体就能稳定地生长成宝石级大小的金刚石。又由于底部晶床晶核少，故能获得大的宝石级金刚石。

实验证明只要保持温度为1370℃、压力为60×109Pa，生长一周即可获得5mm大小（约lct）的宝石级金刚石。若在舱体中加入适当的微量元素，可改善金刚石的性能，使金刚石着色，如加入氮，可使金刚石晶体显**；加入硼，呈蓝色，并具有半导体的性质。

2“BARS”法合成钻石工艺

1990年俄罗斯公布了他们用BARS系统生长合成钻石的成果，BARS的意思是分裂球无压装置。近年来，美国Gemesis公司的技术人员在俄罗斯技术的基础上改进，设计了一个新的BARS“分离体”的装置。该装置合成舱体（大约有25cm厚）中的压力是从一个连续的碳化钢压砧复合施压而获得的。内舱设置6个压砧，这些压砧位于立方体的面部，围绕着合成舱体；外舱设置8个压砧，它们位于八面体的面部，围绕着内舱。整个排列好的多压砧部件被放在两个钢铸的半球中（这两个铰接的半球就称为“分离体”，可以作为压砧和合成舱体的通道），有两个大钢铗把这些部件连接在一起，见图4-1-27。这种“BARS”装置采用石墨管来加热合成舱体。

图4-1-27 改进的“BARS”法合成钻石装置

经过改进的设备具有使用寿命较长、生产率高、操作较为简单、更容易维护等特点。重要的是，它的操作十分安全，在操作过程中高压容器泄漏而导致危险的机率也很小。除了纯度、浓度和晶体的初始生长外，商业化宝石级合成钻石生长的关键是要小心谨慎地通过电脑控制整个晶体生长过程的温度和压力，以保证持续稳定的生长环境。另一个技术创新就是铸造半球可以开合，便于进行样品的装卸。

使用这种改进的设备，生长35ct的合成钻石晶体大约需要80h。合成钻石中**的浓度及晶体的外形、对称性、透明度，均可以控制在一定的范围内。该装置曾用实验的方法在一个舱体内生长出多个晶体，晶体生长的周期为36h。但是，由于容积所限，这些晶体生长得很小。倘若舱体内生长4个晶体，则每个晶体只有06ct大小；如果舱体内生长8个晶体，则每个晶体只有035ct。

“BARS”法合成钻石的工艺条件为：

1）压力　50～65GPa（相当于5万～65万大气压）。

2）温度　1350～1800℃。

3）触媒　各种过渡金属（如Fe、Ni、Co等）。

4）种晶　天然钻石或合成钻石。

5）碳源　石墨粉或金刚石粉。

种晶的定位决定了生长晶体的晶形。在合成舱体的顶端（亦称“热端”，放置碳源）和底端（亦称“冷端”，放置晶种）存在着很小但却很重要的温差。该温差为钻石晶体的生长提供了动力，因此，这项技术也被称为“温度梯度”法。在高温高压的条件下，原料区的石墨粉迅速在热端熔融于金属熔剂中。在温度梯度的推动下，热区碳原子通过熔剂，向舱体冷端扩散，最终沉积在籽晶上，结晶成为单晶体。

1、瑞丽国际珠宝翡翠学校

位于瑞丽市姐告边贸区内，结构面积192平方公里，是中国实行境内关外税收政策特殊监管地，姐告与缅甸木姐特区城市是仅仅相连，是国家面向西南开发桥头堡城市的最前沿。

瑞丽国际珠宝翡翠学校前身是瑞丽国际珠宝翡翠培训学校，于2008年报经瑞丽市人民政府批准设立；后经过德宏州教育主管部门审核批准，并报云南省教育厅备案，正式设立国家普通中职学校。

2、中国地质大学（武汉）珠宝学院（Gemmological Insitute China University of Geosciences(Wuhan)缩写为（GIC）

珠宝学院是一所以珠宝教育为中心任务的教学和科研单位，是我国最早和最具规模的宝石学教育和研究专业机构。

多年来，学院植根于国家“211工程”重点大学的沃土，逐渐发展成多层次、多种类型的珠宝教育、珠宝检测、科学研究、技术开发等多功能的教学科研机构，先后为珠宝业培养了各类专业人才3000余名，被海内外珠宝界誉为“珠宝教育的摇篮”。

3、北京城市学院（Beijing City University）

位于北京市，是经教育部批准成立的一所综合性普通高校，具有颁发国家承认的研究生、本科学历学位资格，并举办中职、高职专科教育，入选国家级、北京市级大学生创新创业训练计划项目。

4、河北地质大学

位于河北省石家庄市，是原地质部直属五大院校之一，是自然资源部与河北省人民政府共建高校，河北省重点骨干大学。

学校土地面积232103亩，教学科研仪器设备总值1438755万元，图书馆藏书130万册；开设15个二级学院，开办64个本科专业，拥有11个一级学科、51个二级学科、7个专业硕士学位授权领域；全日制在校生约18000人，专任教师900多人。

5、保定理工学院（原中国地质大学长城学院）

位于河北省保定市，是经国家教育部批准普通全日制本科院校。学校具有学士学位授予权，在校本科生15000余人。

学校占地面积1400余亩，建筑面积456万平方米，具有齐全的教学基础设施、文化体育设施和学生综合服务设施。图书馆藏书130万册，拥有维普《中文科技期刊数据库》、超星电子图书等多个电子期刊数据库。 

学校以学科建设为龙头、以师资队伍建设为重点，以提高教育教学质量为核心，不断优化教育教学过程，提高人才培养质量，坚持“特色立校、质量兴校、人才强校、注重内涵、科学发展”的办学理念。

——瑞丽国际珠宝翡翠学校

——中国地质大学（武汉）珠宝学院

——北京城市学院

参考资料来源：——河北地质大学

——保定理工学院

    钻石（Diamond）的名称来源于希腊语中的「adamas」，意为「坚不可摧」。这种稀有的贵重宝石由碳元素（C）组成，通过正四面体的方式连接，形成稳定的结构，因此钻石拥有天然宝石中最高的硬度，相应的加工对珠宝匠也有着极高的要求。

这种宝石最早发现于公元前4世纪的印度，其加工工艺则起始于14世纪，由最初保留天然结晶形态的「尖琢型」（Point Cut），保重的「玫瑰式切割」（Rose Cut），再到如今的「明亮式切割」（Brilliant Cut），钻石的加工历经数百年的发展才呈现出完美的火彩。

除了传统的圆形切割，常见的现代钻石琢型还包括「祖母绿切割」（Emerald Cut）、「梨形切割」（Pear Cut）、「椭圆形切割」（Oval Cut）、「长阶梯形切割」（Baguette Cut）、「枕形切割」、「心形切割」（Heart Cut）、「公主方切割」（Princess Cut）、「榄尖形切割」（Marquise Cut）等。

钻石加工工艺的演变

诞生于14世纪中叶的「尖琢型」（Point Cut）是钻石最早的切磨形态，当时的珠宝匠依照钻石的八面体外形，仅进行简单的抛光打磨，保留钻石的天然结晶形态。

15世纪初，「桌形切工」（Table Cut）首次应用于钻石，八面体中的一个顶角被磨去，形成上半部分的「冠部」与下半部分的「亭部」，这种切割方式标志着现代宝石琢形的诞生，一直沿用到17世纪。

「玫瑰式切割」（Rose Cut）出现于16世纪中期，由24个三角形切割面组成的拱顶和一个底面组成。这种琢型最大的特点是「保重」，多用于扁平状的钻石晶体，此后演化为48个切面的「双玫瑰切割」。

「老式单多面形琢型」（Old Single Cut）是近代圆形切割钻石的雏形，由一个台面、八个冠部刻面、八个亭部刻面组成，这一切割方式为34个切面的「双多面形琢型」（Double Cut）、正圆形的「新式单多面形琢型」（New Singel Cut）奠定了基础。

17世纪后半叶，一位威尼斯钻石切割师在「双多面形琢型」的基础上增加了数个切面，显著提高了钻石的亮度和火彩，这种枕形的切割方式被称为「老矿工切割」（Old Mine Cut），是最早的「明亮式切割」的尝试。

「老式欧洲切割」（Old European Cut）是现代「明亮式切割」钻石的原型，诞生于18世纪初，拥有较小的台面和较厚的冠部，从顶部欣赏呈现与「明亮式切割」钻石相同的正圆形。

「明亮式切割」（Brilliant Cut）由比利时钻石切割师 Marcel Tolkowsky 于1919年发明，能够完美地呈现出钻石各个角度的火彩。一颗天然的正八面体钻石被切割为一大一小两颗钻石，最大程度地减少了原料的浪费。

    其实钻石切磨加工经过了这么多年的发展，不但是钻石首饰的发展史，也是欧洲乃至世界发展的一个缩略，它从最开始的王室专享到如今结婚必备，它的普及率越来越高了，而且大众对它的关注也是水涨船高，在未来的时间里相信钻石会有更好的发展趋势。

人工合成钻石的技术，主要就是模仿天然钻石生长时的环境来培养钻石。合成钻石就晶体形成之生长方式而言，大致可分为三种方式：一就是高温高压法，二是震波法，三是化学气相沉淀法。

一、高温高压法：这种方法用的材料有煤、焦炭、石墨、石蜡、糖等；有份报告曾列举二十几种合成成功的材料。应用的催化剂可用铁、钴、镍、铑、钌、钯、锇、铱、铬、钽、镁，或这些金属元素的混合物。要求至少要达75,000atm(大气压)，最好在80,000atm至110,000atm的高压状态，形成温度则要在1200℃�9�12000℃之间，最好是在1400℃�9�11800℃之间。反应舱的中部为高温区，碳源置放在该区，晶种放在反应舱下部的低温区。以石墨为碳源，晶种固定在氯化钠（食盐）晶床内，晶种某特殊晶面对着金属催化剂，在晶种和碳源之间放置直径６mm，厚３mm，金属催化剂圆柱，此金属催化剂是铁镍合金。组合后，置入单向加压，四块斜滑面式立体超高压高温装置中，再放入１０００顿的油压机内，反应腔温度约１４５０℃，压力控制在６GPa左右，生长时间２２~５２小时。

二、震波法：主要是利用爆炸时所产生的瞬间高温高压条件来合成钻石，所合成的钻石颗粒都很小(通称钻石粉)，只适合在工业上应用。

三、化学气相沉淀法：首先把氢气和含碳氢的气体(一般使用甲烷CH4)，通过一组调节器，调节两种气体的比例，然后利用微波波源或电热丝等，加热混合的气体，使温度达2000℃左右，氢气和甲烷会分解成氢原子和碳原子形成的电浆流，然后在加热至600~1000℃的基质上，结核长成薄膜。