高溫高壓翡翠製造設備

⑴ 製造人工鑽石 高溫高壓的設備是不是很貴

我也想買製作鑽石的機器，網上只是一些理論知識，河南那邊做合成金剛石的多（金剛石就是鑽石），他們用的是國產的六面頂機器壓成的，這機器國內就有出售，你網路六面頂就可以了。

⑵ 什麼高溫超高壓機 能合成翡翠晶體 怎麼能讓它透明度嗎

目前的科技手段還達不到這種效果

⑶ 化工行業中，經常出現高溫高壓材料設備情況，具體的高溫高壓的含義是什麼有具體標准碼

具體沒有什麼一定的標准規定,一般來講,10MPa到100MPa為高壓,超過100MPa為超高壓(99版的壓力容器安全技術監察規程是這樣規定的);
500~~~800是高溫,800以上是強熱(溫度在化學中是以酒精噴燈的火焰溫度來說的).

⑷ 玉石加工設備有哪些

工具有：一台小水鋸，一台吊磨，幾個或者一組金剛石磨頭，一台小拋光機。

玉有軟、硬兩種，平常說的玉多指軟玉，硬玉另有一個流行的名字——翡翠。軟玉（Nephrite），是含水的鈣鎂硅酸鹽，硬度一般在6.5以下，韌性極佳，半透明到不透明，纖維狀晶體集合體。硬玉（Jadeite），為鈉鋁硅酸鹽，硬度6.5－7，半透明到不透明，粒狀到纖維狀集合體，緻密塊狀兩種玉外型很相似，硬玉的比重（3.25－3.4）大於軟玉（2.9－3.1）。據清進士寸開泰撰寫的《騰越鄉土志》記載："騰為萃數，玉工滿千，制為器皿，發售滇垣各行省。上品良玉，多發往粵東、上海、閩、浙、京都。

依據亞洲寶石協會（GIG）的研究，軟玉狹義上是指和田玉，廣義上包括岫岩玉，南陽玉，酒泉玉等十多種軟玉。很多軟玉歷史同樣悠久，如岫岩玉。硬玉只指翡翠。

「玉石是遠古人們在利用選擇石料製造工具的長達數萬年的過程中，經篩選確認的具有社會性及珍寶性的一種特殊礦石」。《說文解字》釋玉為「石之美者，玉也」。《辭海》則將玉簡化的定義為「溫潤而有光澤的美石」。

這幾種說法就是我們今天廣義上所說的玉，它不僅包括和田玉、翡翠，而且包括玉髓，岫岩玉、南陽玉、水晶、瑪瑙、琥珀、珊瑚、綠松石、青金石等其它傳統玉石。 現代礦物學把玉分成硬玉和軟玉兩大類，硬玉即翡翠，而軟玉主要是指新疆的和田玉，這就是狹義上的「玉」的定義。

從我國用玉的歷史來看，只是在商代以後才大規模使用新疆和田玉，而在此之前各地使用的玉材基本上是就地取材的各種美石。因此，中國玉的定義，不能單純地依賴現代礦物學的標准，而應該從歷史的角度出發，尊重傳統的習慣，把廣義的玉作為研究玉器、玉文化的對象。

關於玉器的概念，廣義上的玉器應該具備三個特點：一是材料上符合「美石」的要求；二是在形制上具備典型玉制器的基本樣式；三是製成的玉器必須是由制玉的特殊製作方法如碾磨、鑽孔等技術完成的，而不是一般的制石工藝所能完成的。再者， 研究的玉器，應是具有一定歷史年代的，必須強調它的歷史文物價值。

⑸ 翡翠原石做朱子都要什麼工具

這個有做珠子的專用設備。

⑹ 翡翠的高溫超高壓法人工合成實驗

沈才卿

作者簡介：沈才卿，中寶協人工寶石專業委員會第一屆副主任委員，第二、三屆常務副主任委員兼秘書長，核工業北京地質研究院成礦模擬實驗室高級工程師。

翡翠（Jadeite）的礦物名稱叫「鈉輝石」，也叫「硬玉」，分子式為NaAlSi₂O₆。優質翡翠是由無數細小的纖維狀結晶縱橫交織而成的緻密狀集合體，稱為「氈狀結構」，所以非常牢固和堅韌，是玉石中最珍貴的品種之一，深受中華民族和東南亞各國人民的喜愛。優質翡翠產於緬甸密支那地區，我國至今沒有找到翡翠礦床。

翡翠屬於高檔玉石，最優質的翡翠是一種似祖母綠色的、透明的、顆粒很細的、色調均勻而鮮艷綠色的翡翠，其價格很貴，與優質祖母綠的價格相當。傳說慈禧太後生前酷愛翡翠，死後的陪葬品中握在她右手中的翡翠「降魔杵」，就屬於這一檔次的翡翠。據《慈禧墓珍寶失竊案》一書中記載：「這降魔杵顏色濃翠而透明，比水晶更潔凈，可透視物體，實在是寶中之極品啊！」但這樣的翡翠自然界中極少，不能滿足社會的需要。人們依據人工合成寶石的品質優於天然寶石的一般規律，試圖人工合成出高檔的翡翠來。我們就是在這樣的思想指導下，進行了翡翠的人工合成研究。

一、翡翠人工合成方法的選擇及其依據

翡翠人工合成方案的制訂，首先就涉及合成方法的選擇問題。經過一系列的實驗方法試探，最後選擇了高溫超高壓法（一般認為超高壓是指壓力在10×10⁸Pa以上）。選擇該人工合成方法的依據，一方面是從實驗中得出來的，另一方面是由下列因素決定的：①天然翡翠的形成，目前有三種觀點（地質部情報所，1981），一種觀點認為是岩漿在高壓條件下侵入到超基性岩中的殘余花崗岩漿的脫硅產物；第二種觀點認為是在區域變質作用時原生鈉長石分解為硬玉和二氧化硅形成的；第三種觀點認為是花崗岩類岩脈和淡色輝長岩類岩脈在（12～14）×10⁸Pa壓力下，在鈉的化學勢高的熱水溶液作用下發生交代而產生的。仔細分析這三種觀點，可以發現它們有一個共同點，即翡翠是在高溫超高壓的條件下形成的。②世界上最優質的翡翠礦床位於緬甸北部密支那烏龍河流域，這個區域位於阿爾卑斯褶皺區外帶與前寒武紀岩石巨大隆起的交界處，為第三紀變質帶，包括一組始新世侵入的超基性岩體，廣泛分布有藍閃石片岩、陽起石片岩和綠泥石片岩，而這些礦物都是高溫超高壓變質相的代表礦物，翡翠生長於這個區域，說明形成於高溫超高壓環境。③貝爾（Bell）和羅賽布姆（Roseboom）曾用實驗的方法研究了硬玉的溫度—壓力關系曲線（圖1），由圖中可見，形成硬玉的溫度下限約400℃，壓力下限約18×10⁸Pa，證明只有在高溫超高壓條件下才能形成硬玉。由此可見，翡翠的人工合成必須在高溫超高壓的條件下才能獲得成功。

二、翡翠人工合成的步驟與方法

按照人工合成寶石的常規方法，是要先設法合成出寶石相對應的礦物，然後再設法使合成的相應礦物達到寶石級的要求。由此，我們要先設法合成出翡翠的相應礦物「鈉輝石」或「硬玉」，再使其達到寶石級（即翡翠）的要求。

圖1 硬玉成分的溫度—壓力關系圖解

（據WADcer等，1983）

實驗表明，翡翠的人工合成不僅必須採用高溫超高壓法，即利用生產人工合成金剛石的高溫超高壓設備，並且必須分兩步：第一步是按照翡翠礦物「鈉輝石」或「硬玉」的分子式NaAlSi₂O₆中的各元素理論含量（Na₂O為15.34%,Al₂O₃為25.21%,SiO₂為59.45%）選用合適的化學試劑，製成非晶質的翡翠成分玻璃料；第二步是將翡翠成分玻璃料粉碎，進行預成型工藝處理後，在人工合成金剛石的高溫超高壓設備上進行結構轉化處理，即可得到晶質的翡翠相應礦物「鈉輝石」或「硬玉」。具體方法如下。

1.非晶質翡翠成分玻璃料的合成

非晶質翡翠成分玻璃料的合成，首先要根據翡翠的礦物分子式NaAlSi₂O₆的主要元素，選用相應的化學試劑進行組合，例如，選用Na₂O、SiO₂、Na₂SiO₃、Na₂CO₃、Al₂（SiO₃）_。等進行組合。經過實驗對比，確定採用硅酸鈉和硅酸鋁作為合成非晶質翡翠成分玻璃料最理想。其反應式如下：

Na₂SiO₃+Al₂（SiO₃）₃=2 NaAlSi₂O₆

此配方的優點是：①熔點低，在1050℃以上即可被熔融成玻璃料；②等物質的量硅酸鈉與硅酸鋁混合後，恰好能獲得兩倍物質的量的非晶質翡翠成分玻璃料，沒有多餘的離子存在（化學試劑中帶入的雜質除外）。

具體合成工藝是：稱取等物質的量的硅酸鈉和硅酸鋁試劑，再按一定比例稱量致色離子的試劑，一起倒在磨缽中加以混勻和磨細，然後倒入坩堝，蓋上坩堝蓋，放在馬弗爐中加熱到1100℃，恆溫幾小時後冷卻，即可得到帶各種顏色的非晶質翡翠成分玻璃料（照片1）。這些玻璃料用X射線粉晶分析鑒定時沒有譜線。

照片1 翡翠成分非晶質玻璃料

2.晶質翡翠的高溫超高壓合成方法

由非晶質翡翠成分玻璃料轉化成晶質翡翠，必須在高溫超高壓條件下進行，可採用人工合成金剛石時用的六面頂壓機進行。其合成工藝如下：

1）將帶顏色的非晶質翡翠成分玻璃料從坩堝中取出，剔除沾有坩堝皮的玻璃料，然後在破碎機上粉碎到125目以上（即粒徑小於0.125mm）。

2）根據葉蠟石內徑大小和設計的石墨坩堝內徑大小，將經過粉碎的非晶質翡翠成分玻璃料在6000N/cm²的嵌樣機上加熱加壓預成型成直徑為14mm、長度為15mm的圓柱體或直徑為14mm、長度為6mm的圓片。

照片2 人工合成翡翠的步驟

1—非晶質翡翠成分玻璃料；2非晶質翡翠成分玻璃料的粉末；3晶質翡翠產品

3）將預成型的非晶質翡翠成分玻璃料塊裝入特製的高純石墨坩堝中，石墨坩堝的外徑為18mm，內徑為12mm，壁厚2mm，長度有6mm與15mm兩種，它們與直徑為18mm，厚為2mm的高純石墨片配套組成石墨坩堝。

4）將組裝在石墨坩堝中預成型的非晶質翡翠成分玻璃料塊，裝在葉蠟石孔中，空隙部分用不同大小和厚度的石墨片填滿，然後放在140℃烘箱中烘烤24h以上。

5）將葉蠟石塊放入六面頂金剛石壓機的壓腔內，啟動壓機，使六面頂的六個頂錘合攏，隨後，加壓與加電流，並保持盡量長的時間（本實驗使用的壓機最長只能保持15min）。然後，斷電和卸壓，打開六個頂錘，取出葉蠟石塊。冷卻後將葉蠟石塊打碎，取出翡翠塊。此時翡翠塊表面由於石墨坩堝中碳的擴散而呈黑色，用金剛石銼或金剛石磨盤打磨後可見到人工合成翡翠的顏色，經琢磨和拋光後就成成品。人工合成翡翠的步驟（照片 2）。不同條件下合成的晶質翡翠圓片（柱）及琢磨的產品參見照片3。

三、各種致色離子對合成翡翠顏色影響的試驗

天然翡翠的顏色是多種多樣的，其中最珍貴的顏色是翠綠色，這些顏色與哪些致色元素有關呢？為此，我們做了13種致色離子對合成翡翠顏色影響的試驗。

實驗中發現，用硅酸鈉和硅酸鋁制備的非晶質翡翠玻璃料是透明而無色的，若加入鉻、鎳、鈷、錳、銅等致色離子後所得的非晶質翡翠成分玻璃料將帶有不同的顏色，並且顏色隨著加入致色離子濃度的變化而變化。隨後，非晶質有色翡翠成分玻璃料粉碎後用六面頂壓機再合成時，顏色基本不變，由此可以研究各種致色離子對翡翠顏色的影響。

照片3 不同條件合成的晶質翡翠圓片（柱）及琢磨產品

實驗方法是：選擇好各種致色離子的氧化物或其他試劑，按硅酸鈉和硅酸鋁混合料的量，用質量分數法計算並稱量致色離子試劑，加入混合料中一起混勻，放入坩堝並在馬弗爐中加熱，在1100℃下熔融幾小時後冷卻，即得到各種不同顏色的非晶質翡翠成分玻璃料。所選用的13種致色離子濃度從0.01%～10%，由小到大變化，所得非晶質翡翠玻璃料顏色變化的規律見表1，相應的某些顏色變化規律見照片4,5,6,7,8,9。

照片4 加入氧化鉻的顏色變化

照片5 加入氧化鈷的顏色變化

照片6 加入氧化鎳的顏色變化

照片7 加入氧化銅的顏色變化

照片8 加入硫酸錳的顏色變化

照片9 加入氧化鉻和氧化銅的顏色變化

表1 不同濃度的不同致色離子對合成翡翠顏色的影響

實驗表明：①產生翡翠中翡的紅色不是這13種致色元素（三價鐵在本體系中被還原成二價鐵）；產生翡翠的紫色或紫羅藍色可能是鎳或錳元素；產生翠色的主要元素是鉻。鐵和鑥也能產生綠色，但影響甚小。②透明度與致色離子濃度有關，例如加入鉻的致色離子所得玻璃料中，含Cr₂O₃在0.7%以前是透明的，大於0.7%後不透明。③以鉻離子為主，分別加入鎳，鐵，鈷，銅等致色離子時，將出現以綠色調為主色的，相互間有差別的翡翠綠色。照片 9是加入不同量的氧化鉻和氧化銅時的顏色變化，當氧化鉻含量為主時呈現綠色。④以鉻離子為主，鎳、鐵、鈷、錳、銅等離子為輔，再加入少量能協同致色的離子如釩、鑥、釹等致色元素，所得綠色色彩將更鮮艷，色調更豐富。所以，可以認為，天然翡翠多種多樣的綠色是由不同濃度的鉻離子與各種不同濃度的其他致色離子組合形成的。

四、高溫超高壓法合成翡翠相應礦物的岩礦鑒定結果

合成產品是不是預先設計的礦物，只有經過各項岩礦鑒定才能確定。其中，最主要的是結構分析鑒定，這也是礦物定名的鑒定，其次是成分，硬度，密度等鑒定。用高溫超高壓法合成翡翠相應礦物的礦物學鑒定結果如下。

1.X射線粉晶分析鑒定

合成產品與天然翡翠同時進行X射線粉晶分析，其分析數據基本一致，與標准數據也一致，所以，確定合成產品具有硬玉礦物的結構，也就是具有天然翡翠的結構。鑒定報告定名為硬玉礦物。可見，合成基本成功，X射線粉晶分析的數據見表2。

表2 合成翡翠的X射線粉晶分析數據

2.紅外吸收光譜分析鑒定

紅外吸收光譜分析是利用紅外線照射樣品，使被分析礦物中的原子、離子或原子基團共振，產生共振吸收光譜，與標准礦物的紅外吸收光譜進行比較^[3]，其主要特徵峰出現，則可證明被分析礦物與標准礦物一致。從圖2～圖4可知。

硬玉的標准礦物紅外吸收光譜圖中的主要特徵峰 1060cm^-1,985 cm^-1,930 cm^-1,582 cm^-1,460cm^-1等在合成產品中均有，並且合成產品與天然翡翠的紅外光譜圖基本一致，所以，鑒定結果定名為硬玉礦物。

3.成分分析

合成翡翠的各成分含量，是按翡翠礦物分子式的理論量配的，因此，最終產品中各主要成分與理論量接近。表3是最終合成產品的電子探針分析結果。

圖2 硬玉的標准紅外吸收光譜圖

（據彭文世等，1982）

圖3 合成翡翠紅外光譜圖

圖4 天然翡翠紅外光譜圖

表3 合成翡翠的電子探針分析結果

4.硬度測定結果

硬度測定要把被測礦物磨出一個拋光面，在硬度計上測定，所測結果的維氏硬度（10N/mm²），可通過圖表查相應的摩氏硬度。結果與資料列出的天然翡翠硬度范圍基本一致。

表4 合成翡翠的硬度測定結果

5.相對密度測定結果

送樣88—5號樣品，經岩礦鑒定室用比重顯微管法測定相對密度為3.36；兩個成品經測定分別為3.28和3.31，與資料所列數據基本一致。

6.折射率測定結果

兩個成品經測定分別為1.65和1.66～1.68，與資料所列數據基本一致。

7.熒光測定結果

兩個成品經測定，一個在紫外線長波下無熒光，短波下為暗紫色熒光；另一個在紫外線長波下為弱暗藍色熒光，短波下為弱灰藍紫色熒光。

由上面7個方面的鑒定結果，可以確定合成產品是硬玉礦物，是我們預想要合成的礦物，所以，合成基本上是成功的。但這些礦物能否當翡翠用，還要達到翡翠寶石的指標才行。

五、結果與討論

1）實驗表明，晶質翡翠的轉化條件必須是高溫超高壓，我們實驗的范圍為：溫度 900～1500℃，壓力（25～70）×10⁸Pa。六面頂金剛石合成用壓機可以達到1900℃，360×10⁸Pa的條件，但在900℃以下，非晶質翡翠成分玻璃料不能被熔化，所以900℃以下不能轉化其結構；溫度和壓力低時，合成翡翠的結構轉化不好，產品硬度低，比較鬆散，到雨季時吸潮；合成壓力增大，可在較低的溫度下獲得晶質翡翠，並且壓力越大，所得產品的硬度也越大。壓力大溫度高時的產品在雨季不吸潮，說明結構轉化較好。這些合成產品雖然都達到了天然翡翠（或硬玉）的各項礦物學指標，可以認為合成成功，但離進入商品市場還有距離，主要是對作為寶石用的幾項指標不過關，如「水頭」不足，顏色呆板，「地」比較臟等。

2）壓力過大時（約1700℃，70×10⁸Pa），在轉化成晶質翡翠的過程中，將出現透明的玻璃質翡翠，如照片10所示。經X射線粉晶分析鑒定，原來的晶質翡翠結構此時又轉化成非晶質，可見高溫超高壓合成翡翠時也有其穩定范圍，超過其穩定的上限又會轉化成非晶質。

照片10 約1700℃70×10⁸Pa合成翡翠時出現玻璃體（透明）

3）在高溫超高壓合成晶質翡翠時，若選用溫度高，壓力大的條件，經常在壓塊中心出現玻璃體，此時，用雙目鏡能見到在玻璃體與晶質非玻璃體翡翠相應礦物交界處有放射狀或平行的針狀晶體，可能是硬玉晶體，見照片11,12,13,14,15。

照片11 87-3號樣品在玻璃體結合部的硬玉晶體

照片12 87-3號樣品另一邊的硬玉晶體

魏然借用筆者的樣品對玻璃體與非玻璃體部分作了礦物學方面的研究（魏然等，2004），它是由結晶質和玻璃質物質組成，結晶礦物為自形的長柱狀硬玉；玻璃質區域在偏光鏡下表現為全消光，為均質體，折射率1.541，在顯微鏡下可見到該區含有大量顏色較深的包裹體。結晶質與玻璃質物質的化學成分基本一致，接近硬玉礦物的組成。

李漢聲也借用筆者的樣品作了礦物學方面的研究，發現合成翡翠樣品在偏光鏡下具有不等粒粒狀結構，鬆散；束狀結構（菊花狀）和空心骸晶結構；還有鑲嵌變晶結構交代脈。

由此可見，玻璃地天然翡翠生成於溫度較高（估計1500℃以上），壓力大（估計60×10⁸Pa以上）。合成翡翠時若掌握好這些合成條件，有可能合成出玻璃地的高檔翡翠。

4）高溫超高壓下的合成翡翠用查爾斯濾色鏡檢查時，有的合成產品呈現紅色，表明鉻離子沒有進入晶格；有的合成產品呈現綠色，表明鉻離子已進入晶格。所以，總結實驗條件，找出鉻離子進入晶格的規律和實驗條件，定能合成出半透明至透明，在查氏濾色鏡下呈現綠色的合成翡翠來。

照片13 不等粒粒狀結構，鬆散正交偏光6.3×6.3

照片14 束狀結構（菊花狀）和空心骸晶結構單構偏光6.3×16

照片15 鑲嵌變晶結構交代脈正交偏光6.3×6.3

照片13,14和15是李漢聲同志借用筆者的樣品，磨成薄片後在顯微鏡下拍的照片。發表在歐陽秋眉著的《翡翠全集》中（歐陽秋眉，2002）。

5）將高溫超高壓合成的晶質翡翠在800℃下加熱幾小時（常壓下熱處理），結果體積增大，內部出現空洞，綠色比加熱前鮮艷，並且較鮮艷的綠色通常在壓塊的中間。所以處理後的壓塊在雨季不再吸潮（照片16）。

照片16 在800℃下熱處理後的合成晶質翡翠

6）六面頂金剛石壓機通過液壓原理加壓，由上下頂錘通電流加熱。金剛石合成用高純石墨作原料，石墨本身導電，可直接加熱。翡翠原料不導電，因此要做石墨坩堝輔助導電發熱，在操作時要特別小心，別使頂錘「放炮」。

7）由於某些客觀原因，本研究課題沒有能繼續進行下去，所以沒有得到可以進入市場的產品。希望有意於進行合成翡翠的同志能從中得到啟發，早日使高溫超高壓法合成翡翠的產品進入市場。

致謝：本文的寶石學方面的部分測試由王曼君協助完成，還借用了魏然與李漢聲對合成樣品礦物學的研究成果，謹此表示衷心的感謝。

參考文獻

地質部情報所編.1981.翡翠.國外地質科技，（2）:75.

歐陽秋眉.2002.翡翠全集.香港：天地圖書有限公司.

彭文世等.1982.礦物紅外光譜圖集.北京：科學出版社.

魏然，張蓓莉，沈才卿.2004.合成硬玉玉石的礦物學研究.寶石和寶石學雜志，（2）:7～9.

WADcer等，謝宇平等譯校.1983.造岩礦物.北京：地質出版社.

⑺ 玉石翡翠切割加工設備哪家好

翡翠的話就是廣東的揭陽，
平洲
，四會，雲南的騰沖，
盈江
，瑞麗，除了這些知名的翡翠加工地，如果你不是在這些地方，當地找個
玉石首飾
店也可以，只是加工費會比較貴

⑻ 高溫高壓法——合成鑽石

一、概述

眾所周知，鑽石是由單元素碳組成的寶石。在自然界，鑽石的生成是在高溫高壓下地質作用的結果。合成鑽石就是人工模擬天然鑽石形成的條件，讓非鑽石結構的碳轉化為鑽石結構的碳。早在1953年，瑞士工程公司(ASEL)就利用一種稱為「壓力球」的裝置成功地合成出了40顆小的鑽石晶體，但直到1955年美國通用電氣公司(gE)宣布利用稱為「壓帶」的裝置首次成功生產出鑽石時，他們才將其研究成果公布於眾。戴比爾斯公司(de Beers)也不甘落後，於1959年掌握了合成鑽石的復雜技術。他們所採用的方法與美國政府下令嚴格保密的通用電氣公司所使用的方法非常相似。60年代初期，戴比爾斯公司和通用電氣公司就開始了生產工業用合成鑽石粉。我國在60年代也已成功的合成了磨料級鑽石，並投入生產。1971年，通用電氣公司宣布他們已合成出了平均直徑為6mm的鑽石晶體。這些鑽石晶體不僅有黃色、褐色的，也有含氮低的近無色的，還有含硼的藍色鑽石。1985年日本住友電氣公司(Sumitorno Electric Instries)開始加入合成鑽石行列，1993年生產出高凈度的工業用鑽石。1990年俄羅斯的新西伯利亞(Novosibirsk )宣布他們利用「分裂球」(Spl(it-sphere)或稱BARS裝置已成功地合成出了鑽石。

由於受超高壓設備和高溫條件的限制，生產成本較高，故寶石級合成鑽石仍是昂貴和稀少的，但我們相信總有一天會有價格合理的寶石級合成鑽石面世。

二、合成鑽石的原理

1.碳元素的化合物

鑽石、石墨和無定性碳都是由碳原子組成的，它們不同的外觀和截然不同的物理性質，取決於它們完全不同的原子結構(圖9-7-1)。

圖9-7-1 碳原子的等間距緊密堆積結構(左)鑽石；層狀結構(右)石墨

2.石墨—鑽石的轉換

合成鑽石的溫壓條件要求高，即使有催化劑存在下，仍需要壓力(50～80)×10⁸Pa，溫度為1350～1800℃。用高壓設備合成鑽石最常用的金屬熔劑(催化劑)是鐵、鎳、鈷及鈀。圖9-7-2是在碳穩定相圖中，合成鑽石區晶形與溫壓關系。在合成鑽石區，溫度壓力不同，鑽石的晶形也各不相同。所以，合成鑽石受溫壓影響較大。溫度較低時，以立方體的生長為主；溫度較高時，以八面體的生長為主。所以人工生長的鑽石多為立方-八面體聚形。

合成鑽石的碳源一般用石墨，所以，合成鑽石的生產就是石墨轉換成鑽石的過程，不過，寶石級鑽石的合成分兩步走，先用石墨合成鑽石粉(工業磨料)，再用鑽石粉作原料，合成寶石級鑽石，鑽石粉可以保持壓力穩定，生長出大顆粒的晶體。若採用石墨，其斷裂的碳鍵改組成鑽石時，會有體積損失，而使體系的壓力降低，影響較大晶體的生成。

三、合成鑽石的技術與設備

1.六面頂壓機

合成鑽石的設備目前多採用高溫高壓的壓機，國內的合成鑽石主要是工業鑽(即工業金剛石)，設備是一種稱為「立方體超高溫高壓裝置」的壓機，壓機採用油壓和垂直固體傳壓裝置，根據頂錘數量的不同，分為兩面頂、四面頂、六面頂幾種。現國內用得最多的是六面頂壓機(即上下、前後、左右三對頂錘)，其工作壓力有1000～5000噸的多種，工作空間640mm×600mm×500mm，一般是上下頂錘通電加熱，溫度可達1900℃左右。

2.「壓帶」法

壓帶裝置如圖9-7-3所示，本方法與頂錘壓機大同小異，將鑽石粉末作為碳源放在生長艙內，生長艙放在特種材料做成的墊圈中，並放在兩個鐵砧之間，然後使生長艙內的原料經受極高的溫度和壓力，在生長艙內底部比頂部的溫度低，以便形成一個溫度梯度，使頂部的鑽石粉充分熔化並通過熔劑向生長艙底部遷移。在溫度較低的生長艙底部，鑽石圍繞籽晶生長成鑽石晶體。

圖9-7-2 碳穩定相圖中，合成鑽石區晶形與溫壓關系

圖9-7-4 BARS裝置的生長艙及其截面圖

以上不同設備和方法，應屬於不同的靜壓觸媒法。除此之外，合成工業級鑽石還有許多種方法，只是有的方法還不成熟，有的方法已被淘汰。如：爆炸法、液中放電法、氣相沉積法、地下核爆炸法等等。氣相沉積法近年來有很大的發展。

四、合成鑽石的鑒別特徵

由於合成鑽石的技術條件要求高，成本昂貴，目前尚無法大規模工業化生產，市場上銷售的鑽石一般不需要聲明它的天然屬性。但是，區別合成鑽石與天然鑽石仍有一些方法可遵循。

1.合成鑽石的顏色

由於很難排除掉生長艙中的氮，大部分合成鑽石多為含孤氮雜質的Ib型鑽石，常呈黃色至褐黃色。有時也在生長艙中引入硼原子，隨機取代鑽石結構中的碳原子，產生具有導電性的藍色IIb型鑽石。為了生長出無色的合成鑽石，常使用一種稱為「氮吸收劑」的金屬，如鋯或鋁。因為氮更易與這些元素結合，而不再取代鑽石中的碳原子，這樣就產生了無色的IIa 型鑽石。所以，合成鑽石很少出現 Ia 型鑽石(該型鑽石約占天然鑽石的98%)。

2.吸收光譜

絕大多數天然鑽石(Ia型)顯示415nm吸收線，而合成鑽石無這種特徵吸收線。

3.紫外熒光

通常合成鑽石在短波紫外線下的熒光比長波下的熒光強，且熒光顏色為黃色或黃綠色，而不是天然鑽石的藍或藍綠色。合成鑽石紫外熒光的顏色分帶式樣所表現的立方-八面體式樣，與天然鑽石的八面體式樣也是完全不同的。

4.包裹體

合成鑽石有時會出現金屬熔劑、塵狀物、麵包渣狀包裹體，及「砂漏狀」色帶。

5.儀器

針對合成鑽石的性質特徵，戴比爾斯公司研製了兩種鑒別合成鑽石的儀器。即鑽石光譜鑒定儀(Diamondsure)和鑽石結構熒光鑒定儀(DiamondView)。利用鑽石光譜鑒定儀可觀察到大部分天然鑽石中的415nm吸收線。如果發現有415nm吸收線，便不需進行進一步的檢測。鑽石結構熒光儀可用來觀察合成鑽石紫外熒光所表現出的立方·八面體式樣，這是由於不同的生長區和生長帶含雜質的濃度不同所致。

思考題

一、是非判斷題

1.珠寶市場上最常見的合成寶石是玻璃。

2.釔鋁榴石的代號是GGG。

3.有無氣液相包裹體是區分水晶與合成水晶的主要證據。

4.用水熱法可生產祖母綠，也可生產紅寶石。

5.弧形生長線是助熔劑法合成寶石的特徵之一。

6.摩爾硬度大於7的人工寶石中有SrTiO₃這個品種。

7.目前市場上的合成變石是水熱法產品。

8.見到小片狀鉑或合金包裹體的合成寶石即水熱法的產品。

9.合成祖母綠常見的針柱狀、柱狀包裹體，可以是方解石。

10.合成的紅寶石的色帶總是彎曲的。

11.釔鋁榴石的代號是GGG。

12.有無汽液相包裹體是區分水晶與合成水晶的主要依據。

二、選擇題

1.區分綠碧璽與合成綠色水晶時應使用：( )

a.濾色鏡

b.偏光鏡

c.折光儀

2.一般講，助熔劑法合成寶石中的液滴狀的包體是( )

a.助熔劑的殘余

b.捕虜來的液體

c.填隙的後生氣液包體

3.區分水熱法合成紅寶石與紅寶石時，要觀測：( )

a.折射率

b.有無同生氣液包體

c.有無金紅石或鋯石等同生包裹體

4.「YAG」中文名稱是：( )

a.釔鋁榴石

b.鎵榴石

c.鈦酸鍶

5.人工生長的下列寶石，哪種必須在寶石名稱前冠以「合成」二字：( )

a.金綠寶石

b.鈦酸鍶

c.釔鋁榴石

6.合成變色剛玉加入的著色離子是：( )

a.釩

a.鉻

c.鈦

7.任何一種具有與天然無機寶石相同化學成分，原子結構和物理性質的人工生長晶體都應稱為：( )

a.人造寶石

b.人工寶石

c.合成寶石

8.用焰熔法可以合成( )

a.釔鋁榴石

b.祖母綠

c.尖晶石

d.立方氧化鋯

9.冷坩堝(熔殼)法生產立方氧化鋯所需的熱來自( )

a.液化石油氣

b.丙烷和氯

c.高頻電流

d.高溫電阻

10.合成綠色水晶：( )

a.有強二色性

b.無二色性

c.有弱二色性

11.目前合成寶石或人造寶石中色散最強的是：( )

a.α-SiC(α-碳硅石)

b.SrTiO₃(鈦酸鍶)

c.TiO₂(金紅石)

12.從熔體結晶的人工寶石中不會含( )

a.氣—液兩相包裹體

b.同生的氣-液兩相包裹體

c.後生的氣液兩相包裹體

13.目前人造GGG由以下途徑形成：( )

a.從熔體中結晶

b.從溶液中結晶

c.從氣體中結晶

14.助熔劑法合成祖母綠中的特徵包裹體為：( )

a.同生氣液兩相包裹體 b.固相-氣相兩相包裹體 c.指紋狀氣液兩相包裹體

15.提拉法合成變石的特徵包裹體為：( )

a.癒合裂隙中三相同生包裹體

b.指紋狀氣液兩相包裹體

c.彎麴生長紋

16.腰棱標有「GE POL」的改成白色的鑽石是：( )

a.用褐鑽改的

b.用黃色鑽石改的

c.用劣質綠色鑽石改的

17.下列仿鑽材料中，熱導率最接近鑽石的是：( )

a.合成CZ

b.合成α-SiC

c.合成剛玉

三、多項選擇題

1.合成Moissanite(α-SiC)的物理性質是：( )

a.有一個n值為2.417

b.有雙折射

c.熱導率高於鑽石

d.維氏硬度與鑽石十分相似

e.反射率高於鑽石

2.仿寶石 Imitation stones是指( )

a.人工寶石模仿天然寶石的顏色、外觀者

b.人工寶石模仿天然寶石的特殊光學效應者

c.某天然寶石模仿另一種天然寶石的特徵

3.天然水晶與合成水晶：( )

a.可有菱面體與六方柱等單形組成晶體外形

b.其化學式是SiO₂·nH₂O

c.可有較強的多色性

d.晶面條紋平行C軸

e.任何切面上都有一個固定不變的折射率為1.544

四、填空題

1.焰熔法合成尖晶石的密度和折射率比鎂鋁尖晶石都( )。

2.合成剛玉寶石主要方法有( )、( )、和( )。

3.人造與合成寶石中代號CZ是( )，GGG是( )。

4.合成紫水晶不僅需要在原料中加著色元素( )，還需經( )處理。

5.合成寶石指其製取的全部或部分工藝過程是由人控制進行的。它們的( )、( )與它們所)和(對應的天然寶石基本相同。

6.除拼合石之外，人工寶石的製造方法可分為：從熔體中結晶或冷凝，從( )中結晶及從( )中結晶，和( )等。

7.水熱法合成祖母綠的特徵包裹體形狀常為：( )、( )、( )。

8.與水熱法相比，助熔劑法合成寶石的優點是能在( )情況下加熱熔劑和熔解各種原料，並使晶體在熔體中結晶。

9.水熱法合成的紅寶石內部可見：( )、( )、( )、金屬包裹體和( )。