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**、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 Industries)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9-7-3 压带装置

3BARS装置

BARS是“分裂球无压装置”的俄文词头字母缩写。该装置中所需压力是采用液压的方式，通过将液体注入压力罐内得到，而不是用巨大的水压机提供。液压使球体装置的8个部分合在一起，并在由6个活塞构成的八面体上产生压力。八面体内有一个立方体的生长舱，其中装有加热设备、籽晶、碳源(钻石粉)以及金属熔剂。在这种装置中，常用镍作熔剂。图9-7-4是BARS装置的生长舱及其截面图。

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**至褐**。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**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：( )

aα-SiC(α-碳硅石)

bSrTiO3(钛酸锶)

cTiO2(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**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2417

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1544

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( )。

钻石具有以下独有特性：1 极高硬度：钻石是自然界中最坚硬的物质，仅次于硬金刚和纳米线等合成的材料。2 耐磨性强：钻石表面极为平整光滑，不易被磨损和划伤。3 高折射率：钻石具有高折射率，使得钻石闪闪发光，成为高档珠宝的首选材料。4 高热导率：钻石具有高热导率，使其具有优异的散热性能，被广泛应用于电子领域。5 容易形成单晶体：钻石容易形成单晶体，这是制造高品质切削工具和半导体材料的重要材料。以上就是钻石的独有特性。

玉石抛光粉如何使用？

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最简单的手工玉石抛光

简单的手工玉石是抛不出效果的，玉石抛光过程实际上是一种精细的研磨作业。玉石抛光涉及抛光剂和抛光工具。即将抛光剂与某些液体如水、缝纫油等以一定比例混合，使之附着在抛光工具上与工件发生磨擦。若玉石抛光操作方法得当，即可使玉件显出亮丽的外表。

玉石抛光过程是使抛光剂附着在抛光工具上，使之与玉器发生摩擦而实现的。普通的抛光工具分为两类，一类用于抛光具凸面、球面及随形表面的玉件，通常都用如毛毡、皮革、毛呢等制作抛光盘或抛光轮，称为软盘；另一类用于抛光具有平面的玉件，通常用抗压力较强的硬质材料如金属、塑料、木头等制作抛光盘。常将以金属制作的抛光盘称为硬盘，木头、塑料甚至沥青制作的抛光盘称中硬盘。

另外，玉石加工因多以弧面或曲面多见，所以经常用用软质的玉石抛光工具。

玉石纯手工抛光的效果不是很好，最好借助一些工具进行细致的加工，做出来的产品才会好看。

玉石抛光膏如何使用

您好

玉石抛光膏使用方法如下

使用抛光轮和抛光膏

抛光轮的转动方向朝向你自己，并已获得足够的速度。将抛光蜡轻轻靠在轮子边缘，并确保在转动轴水平面的下方，直到表面覆盖满腊。用一块干净的金属件轻轻靠在轮表面几秒钟，使腊展开。反复几次，膏均匀覆盖在表面上。当表面完全覆盖上膏后，就可以进行抛光工序了。必要时可再涂抛光膏于轮上（最好擦除轮子上的腊后再涂）。用做粗抛、中抛（切削抛）、精抛（上光）的轮子应该分开，而且务必分开，否则上光过程将被粗糙的颗粒划伤表面。

正确使用抛光轮

抛光轮转向朝自己，并全速运转。用抛光膏靠在轮边沿几秒钟，使腊附着在轮子上（不要把腊放在已经抛光好的物件上）。握紧工件轻靠轮面，并确保工件在轮中心轴水平面下方，否则轮子有可能将工件从手中甩出。正确的操作方法是，用工件轻轻碰一下轮面然后拿开工件。这有助于磨去表面的锐角，避免产生斑点。必要时补加腊，但不要过量。如过量将使工件产生许多深的斑点痕迹(BOOKLET PRINTING)。如果不慎用腊过多，用铁刷子等工具擦去，必要时重涂。不要用力将腊压在轮表面上，要让轮自由旋转。当工件由粗抛改为精抛（上光）时,不要有粗颗粒残留在轮子中，否则将产生划痕。抛光完成时，用沾有滑石粉的软布擦拭工件表面，去掉腊质。简单的试一下就可以掌握整个过程。

希望回答可以帮助您

玉石抛光粉怎么用

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玉石如何抛光到很光滑？ 5分

质地是抛光好坏的主要部分。

以下是抛光的步骤，其中首先和其次的程序做好，能收到事半功倍的效果。

首先，将作品的底子用平棒或细砂的工具清理干净。

其次，用800号的砂棒打磨，直到没有加工的痕迹；再用1000、1500、2000号的如此循环。

然后，用刷子清洗干净，再上绿粉。

最后，将玉器浸泡在液态蜡油中20分钟。

请问玉石上的抛光粉怎么去掉！谢谢！

1、准备一个类似小电钻的吊磨机和一个圆盘抛光机还有震动抛光机一般适合大批量的抛光。 2、准备相应的一套金刚石打磨头（作修饰玉件用）及玉石条形锉刀和砂纸等 3、准备相应的一套毡磨头和橡胶磨头及抛光膏、羊毛毡和牛皮及橡胶打磨轮和毛刷等 4

请问玉石上的抛光粉怎么去掉！有家庭普通去掉抛光粉的方法吗？谢谢！

玉石抛光的几种简单方法

抛光的原理就是用非硬质的材料（比如布）磨。不要太硬，不要太粗糙（太细磨不动，以感觉到摩擦为准）

玉器抛光：一般有两种方式，对光身玉器（如玉镯、玉扣、鸡心、吊胆和戒面）多用手工抛光；对观音、弥勒佛和各种花件等，则下浸机抛光。浸机抛光所需时间长，大约经过一星期左右才能完成，但一次能抛光一大批。

第一种：准备一些600#---1200#的抛光砂纸，作为手工抛光用。（因为消耗多，所以耗资）

工序是：先用电动工具安上金刚石钻头修饰玉件，再用金刚石什锦锉细致修好。用圆砂纸（由粗砂细砂）进行大面积修磨。用圆布轮抹上抛光膏进行大面积抛光。用毡磨头抹上抛光膏进行细部抛光。亦可用橡胶磨头直接抛光。最后可用1200号砂纸进行手工抛。

第二种：

第一步：上膏，将雕好的翡翠的表面涂上一层膏状的抛光粉，绿色的为氧化铬橙红色的为氧化铈．

第二步：推磨，用二千目的砂轮磨表面．

第三步：重复前两步，一般要重复二次．

第四步：上毛刷，将钻石粉涂在翡翠的表面然后用硬毛刷来抛．

第五步：细工，开始对大工具抛不到的小地方来抛磨．用竹子，沾钻石粉，大一点用竹筷子，小的地方就要用到竹牙签了．

第六步：精抛，将翡翠涂上钻石粉后用硬皮来抛磨，国内大多用牛皮，缅甸大多用象皮．翡翠这就抛好光了，不过还要有几道收尾的工作要做．

第七步：清洗，目的是将抛光好的翡翠上面残留的抛光粉清洗干净．主要用超声波机来清洗，清洗不到的地方再用酒精来擦．

第八步：上腊，对翡翠成品表面一的种保护，可用开水洗掉，接下来就是吹干．一件精美的翡翠就这样与大家见面了．

第三种：

翡翠的雕刻抛光工艺---翡翠硬度高，但只要有金刚石或人造金刚石工具加上速度就可以进行随心所欲的雕刻。抛光打磨到光彩照人可不是简单的。有最基本的三道工序：a粗磨--用（1000-2000目）金刚砂制作成各种形状工具认真细致打磨光滑。b细磨--用（1600-1800目）金刚砂同上法进行打磨致光滑有光泽。c上亮--用半生牛皮制作工具蘸抛光粉（2800-3000目金刚石粉）反复摩擦，使翡翠制品里里外外光泽鲜亮。d过蜡--过蜡是为了防水，防脏物污染。

第四种：不用机器用手抛光玉器

1 准备好下列东西：水瓢一个；长约8厘米的废牛皮带一段；600#、1500#水砂纸；玉石抛光粉

2 依次用600#，1500#的水砂纸打磨玉器至看不见磨痕为止。

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玉器抛光用的抛光粉对人体有害吗，望详解

抛光粉，抛光粉通常由氧化铈、氧化铝、氧化硅、氧化铁、氧化锆、氧化铬等组份组成。不同的材料的硬度不同，在水中的化学性质也不同，因此使用场合各不相同。通常，氧化铈抛光粉用于玻璃和含硅材料的抛光，氧化铝抛光粉用于不锈钢的抛光，氧化铁也可用于玻璃，但速度较慢，常用于软性材料的抛光。石材的抛光常使用氧化锡，瓷砖的抛光常使用氧化铬。

一种是快抛粉;另一种是慢抛粉

从1940年开始，高氧化铈含量的稀土抛光粉开始取代氧化铁（即铁红）用于玻璃抛光，成为玻璃抛光加工过程中的关键工艺材料之一。与传统抛光粉—铁红粉相比，稀土抛光粉具有抛光速度快、光洁度高和使用寿命长的优点，而且能改变抛光质量和操作环境。例如用氧化铈抛光粉抛光透镜，一分钟完成的工作量，如用氧化铁抛光粉则需要30～60分钟。稀土抛光粉因其独特的化学机械作用原理而带来的高抛光效率，成为玻璃抛光材料的首选，被广泛用于镜片、光学元件（透镜、棱镜）、彩电玻壳、平板显示器用电子玻璃、硅片、磁盘玻璃基片等产品的抛光加工。

根据铈含量的不同，稀土抛光粉可分为高铈（>90%）、富铈（>70％)和低铈（<70%）三种。

根据其应用领域的不同，稀土抛光粉产品可分为微米级、亚微米级、纳米级三类，其特性与应用领域如下表所示：

类别 颗粒大小（m） 铈含量（％） 应用领域

微米级 1－10 40-80 眼镜片、光学元件、彩电玻壳

亚微米级 01-1 40-80 平板显示器用电子玻璃

高档 <01 99 硅片、磁盘玻璃基片

粉尘可以通过呼吸道，直接进入肺部。长时间及大量吸入可以在肺部沉积，形成矽肺。平时工作要记得戴防尘口罩。如果颗粒较粗会扎手，还可以引起皮肤搔痒，长期接触也会进入血液循环系统，而且玻璃粉末是无法在人休内被分解的，由于颗粒极小，容易被皮肤表厚吸收，很容易对皮肤造成伤害。现使用的抛光粉大多含铝和稀土成分较高，铝盐一旦进入人体，首先沉积在大脑内，可能导致脑损伤，造成严重的记忆力丧失，这是早老性痴呆症特有的症状。并且长期接触稀土含量过高的物品，会对人体的肝脏和骨骼造成危害。尤其是农村，食用井水的居民，将食用渗透了加工废水的井水，怎么变傻的、怎么癌变的都不知道

钻石是一般民间通称, 由钻石矿挖掘而来, 是为天然钻石, 首饰用的都是天然钻石 工业用的钻石都可称为金刚石, 分天然与人造两种: 天然金刚石与首饰用者相同但等级较低才被用来作工业用途; 而人造金刚石为碳结晶烧结物, 即PCD聚晶钻 金刚石又分金属包覆及无金属包覆等工业加工后的各种不同成品

钻石的加工方法近况　 加工钻石最普通的方法是传统的打圆、锯和抛光。钻石由粘附在转盘片上的其它钻石或钻石粉末进行机械加工—部分钻石在加工过程中变成了钻石粉末。尽管钻石的重量减轻了，但由于经过抛光之后形状有了改变，它的价值反而提高了。当然，钻石的净度也有了提高。除了傅统的机械加工方法，雷射在今天已经成为一种非常重要的分割方法。与傅统的机械相比，雷射加工的初始投资大，而且材枓的损耗也比较多。但可切成许多新形状的钻石。然而，雷射也有其很大的优越性，在劈开钻石时无需考虑钻石晶体的生长方向，钻石的机械性能也无关重要。这就使得人们可以分割多晶钻石，先前这几乎是不可能的。由于劈钻石过程中的风险，特别对于大钻石而言，因此傅统劈钻法已很少使用。打圆也就是使钻石成为圆形，还是按照传统方法来操作：将钻石绕轴快速旋转并与另一颗钻石接触研磨。现在人工粗磨已经越来越多地被自动研磨机所取代。抛光依然按照传统方法进行：将钻石粉与油混合，粘附在一个铸铁的盘子上。最新的发展是开发了一种“硬盘”，钻石粉可以粘附在盘子上。自动抛光机也已经出现，尽管还处于上升势头，但传统的手工抛光还是主要的加工方法。对钻石净度影向最深的传统方法是抛光。粗抛光除去明显的杂质，提高了钻石的价值。为了获得最佳的效果，现在需要一种非常专业的技术秘诀，即电脑模拟以及精湛的手工技卫。雷射打孔不同于另外两项新的技术。这项新技术首先用于加工钻石中明显的深色杂质。雷射可以在钻石上打出通往缺陷的微孔，将黑色的碳通过微孔排除。然后用侵蚀性的化学物质对钻石进行处理，提高压力和升温，使之深度沸腾，侵蚀性的化学物质通过雷射孔使深色的包裹体淡化，使得钻石的净度提高。雷射孔不难发现：用手镜或显微镜就可以很清楚地辨认。深度沸腾技术也可以用于除去钻石内部的深色包裹体。典型的例子是处理由氧化铁渗入裂纹而引起的着色。深度沸腾可以除去这种颜色。