如何在实验室中合成钻石？

钻石本质上是由碳构成，更确切的说，是由高度有序的碳原子组成。虽然地质学家仍在研究钻石如何于10亿至30亿年前在地球上形成，但根据一项发表在《自然》（Nature）杂志上的研究，他们认为钻石的形成过程是这样的：

1 二氧化碳被掩埋入地下100英里（约160公里）。

2 加热到1200摄氏度。

3 被每平方厘米5,1000千克的压力紧紧压缩。

4 迅速流向地球表面降温。

可以看到，天然钻石的形成条件非常苛刻，因此天然钻石具有很高带的经济价值。由于天然钻石的稀少，这就催生了人造钻石：目前有两种方法可以在实验室中合成钻石。

第一种合成钻石的方法被称为高温、高压法（简称HPHT法）。这是最接近地球内部产生的钻石，原料是石墨（没错，石墨本质也是碳，是碳的一种同素异形体。我们最常接触到的石墨就是铅笔），把石墨置于高温、高压以及金属催化剂的体系中。通过HPHT法，石墨的晶体结构被破坏重组，在几天之内就能形成钻石。然而，这些钻石不像天然钻石那么纯，因为在反应体系中，有金属催化剂参与其中。

另一种合成钻石的方法就是化学气相沉积法（简称CVD法），这种方法无需巨大的压力，并且还能产生比天然钻石更完美的人造钻石。先把一块钻石置于减压室中，然后用微波束轰击天然气，形成碳的等离子体。当气体加热到2000度时，碳原子就像“雨”一样落在减压室的钻石上并依附在其之上，然后完美的钻石就能在一夜之间生长出来。最后，再用高功率的激光把钻石切割成想要的形状就行。

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人造钻石是一种由直径10到30纳米的钻石结晶聚合而成的多结晶钻石。人造钻石的的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，从而会产生磷光现象，现在生产的人造钻石在外观上和天然钻石没有任何差异。——《》

人造钻石在外观上虽然说和天然钻石看起来没有什么差异，但是毕竟内在成分不同，还是会出现鳞光现象。如今人造钻石生产技术已经有几十年的历史了，因为其造价低廉，还能够制作出各种美丽的钻石，在珠宝市场上也是炙手可热。虽然人造钻石在外貌上凭借肉眼很难和天然钻石区分，一般人要想鉴别是否是人造钻石，还需要去专门的鉴定机构用鉴定仪器才能够实现。

因为钻石的证明书上会标注是否是人造钻石，这也是为了保护消费者的利益，也是为了防止一些商家以次充好，让消费者上当受骗。会发现人造钻石在折光率上是明显低于天然钻石的，所以可以将人造钻石放在阳光下去鉴别。并且人造钻石内部存在着残留的金属结晶，如果用强力磁铁的话是能够被吸起来的。

要想要生产人造钻石，首先采用高温合成法，通过金属液体进行加热，成功的让碳原子发生反应，从而变成新的钻石。并且如今生产人造钻石成本低廉，而且速度很快，因为市场的需求，人造钻石已经具备了独特的商业价值。

通常来说合成钻石和天然钻石的主要区别在于价值不同、色泽不同、意义不同，天然钻石比较稀有，其价格是人造钻石的好几倍，甚至几百倍，其色泽均匀透亮，而人造钻石颜色大多数以**或者棕色居多。

1、价值不同

钻石是一种比较珍贵的晶石，在市面上的价格也是比较高，其实合成的钻石和天然钻石在外表上没有多大区别，但同品质等级的天然钻石要贵很多，是人造钻石的好几倍，且具有相对的稳定性。

2、亮度不同

同时天然钻石和人造钻石的色泽也是不同的，天然钻石是多种矿物组成的晶体，在显微镜的观察下，可以看出里面晶体颗粒的不规则性，看起来均匀透亮，而市场上大部分的人造钻石主要是以**、棕色居多，色泽不清晰。

3、意义不同

此外天然钻石和人造钻石的意义也不一样，天然的钻石比较罕见，很多人用钻石戒指表达自己的情感，是对感情的一种认可，也是独一无二的体现，而人造钻石外表和天然钻石类似，但没有那么好的寓意，只能作为普通的饰品。

高温高压合成钻石的原理

目前世界上流行的高温高压合成钻石的设备主要有两面顶（belt，欧美国家主要流行）、六面顶（我国特有）和分割球（barssplitsphere，俄罗斯）或改良的分割球（Gemesis公司）。

高温高压合成法又称为种晶触媒法。石墨是低压稳定相，金刚石（钻石的矿物学名称）是高压稳定相。由石墨直接向金刚石进行转变，所需的压力和温度条件都很高，一般需要10GPa、3000℃以上的压力和温度。如果在有金属触媒参与的条件下（如Fe、Ni、Mn、Co等以及它们的合金），石墨变为金刚石所需要的温压条件将大为降低，所以目前高温高压法合成钻石都有金属触媒参与。

作为溶剂的金属触媒处于碳源（一般为石墨）与金刚石籽晶之间。碳源处于高温端，籽晶处于低温端，由于高温端的碳源的溶解度大于低温端的溶解度，由温度差所产生的溶解度差则成为碳源由高温端向低温端扩散的驱动力，碳源在籽晶处逐渐析出，金刚石晶体渐渐长大。由于晶体生长的驱动力是由温度差所致，因此也将该方法称为温度差法。

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。

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℃2000℃之间，最好是在1400℃1800℃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。