工業上如何製造鑽石

⑴ 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( )。

⑵ minecraft怎麼製造工業鑽石

有不知道怎麼用。怎麼運轉。希望用minecraft的工業MOD各種教程。學會了給50分。我沒分了。 接上紅石電路就可以了 這個，可能它們用的不只是工業

⑶ 鑽石有什麼材料做成的

是金剛石。鑽石可以從天然金剛石礦中產出，也可以通過人造生產金剛石。

金剛石俗稱「金剛鑽」。也就是我們常說的鑽石的原身，它是一種由碳元素組成的礦物，是碳元素的同素異形體。金剛石是自然界中天然存在的最堅硬的物質。金剛石的用途非常廣泛，例如：工藝品、工業中的切割工具。石墨可以在高溫、高壓下形成人造金剛石。金剛石有各種顏色，從無色到黑色都有，以無色的為特佳。

(3)工業上如何製造鑽石擴展閱讀：

金剛石原生礦僅產出於金伯利岩筒或少數鉀鎂煌斑岩中。金伯利岩等是它們的母岩，其他地方的金剛石都是被河流、冰川等搬運過去的。金剛石一般為粒狀。世界各地都發現了金剛石礦。其中，澳大利亞、剛果、俄羅斯、波札那和南非是著名的五大金剛石產地。

中國也擁有製造金剛石的技術，但最大也不過0.2克拉左右。人工合成金剛石的方法主要有兩種，高溫高壓法及化學氣相沉積法。高溫高壓法技術已非常成熟，並形成產業。國內產量極高，為世界之最。

⑷ 製作鑽石要經過哪幾道工序

切磨過程：
一顆鑽坯看起來並不起眼，必須經過仔細的切磨、加工，才會成為我們所慣見的閃爍生輝的鑽石。因此，鑽石的車工，直接影響鑽石的價值，詳見後述。最理想的切割效果當然是保持鑽石的最大重量、盡量減少瑕疵，並充分展示鑽石的美，以使鑽石光彩照人。一般的切割過程包括以下幾個步驟：
標記（劃線）：這是鑽石切割的第一步，先檢驗鑽坯、並在鑽石表面做標記，做這項工作的人有著豐富的經驗並精通加工技術。最終目的是製造出最大、最干凈、最完美的鑽石，以盡可能高地體現鑽石的價值。劃線員必須留意兩點：即既要盡量保持最大的重量，又要盡量減少內含物。劃線員利用放大鏡研究鑽坯的結構，如果是大顆粒鑽石，這項工作可能要歷時數月，對普通鑽坯則需要幾分鍾。不過，不論鑽坯如何細小，每一顆鑽石都要經過詳細的檢查以做出正確的判斷。
劃線員用印第安墨水在鑽坯上劃下標記，顯示該鑽坯要沿此線分割。通常盡可能沿鑽石的天然紋理方向劃線。
分割原石：包括劈割和鋸切。
劈割：劈割師將劃好的線的鑽坯安放在套架上，然後以另一顆鑽石沿分割線削一個凹痕，再把方邊刀放在凹痕上，以手捶在劈刀上以合適的力敲擊，鑽石會沿紋理方向被劈成兩半或多塊。
鋸切：大多數鑽石並不適宜劈開，這時需要用鋸切開，由於只有鑽石才能切割鑽石，因此鋸片是一張在邊緣塗有鑽石粉及潤滑劑的磷青銅圓片。鑽石固定在夾子上，鋸盤以高速旋轉，即可將鑽石鋸開。現代激光技術引入鑽石切割，大大提高了鑽坯的加工效率。
成型：鋸開或劈開的鑽石再送到打圓部門去打圓、成型，即按照設計要求將鑽石做成圓形、心形、橢圓形、攬尖形、祖母綠形等常見的切割花形，或其它特殊的形狀。由於鑽石是目前為止人類所認識到的最硬的天然物質，所以只有鑽石才能打磨鑽石，而且因鑽石各個方向的硬度略有不同。所以研磨時要憑借經驗，把握住鑽石的基本形態：三方體、八面體、十二面體及晶體特性。一般方法是將鑽坯高速旋轉的車床上，然後用另一臂桿上的鑽石把轉動中的鑽坯打圓。
起瓣、拋光：在一個塗有鑽石粉和潤滑油的鑄鐵圓盤上，車磨出所有瓣面（刻面），使鑽石發出誘人的光彩。研磨的過程通常是，首先在底層做出8個大面，然後做16個刻面。加尖底，共25個刻面，正確改錯了，並由此延伸出三角小面，風箏面及腰上刻面，一共33個刻面，這樣一顆圓形鑽石一共58個刻面，如果沒有底尖的小刻面則共有57個刻面。並不是每顆鑽坯都必須經過全部五道工序，這須視鑽坯的本身特點、所要達到的目標而定，如對前述的「扁平狀」鑽坯可能就不用劈割這道工序，又如加工祖母綠鑽石就不須經「打圓」的工序。然而，任何鑽石毛坯，有兩道工序是必不可少的，這就是「劃線」、「起瓣、拋光」。一顆精工切割的鑽石所產生的瓣面，其位置和角度都是經精確計算的，使鑽石發出最大的光彩。由此可見，切割世界上最堅硬的寶石——鑽石，不僅需要先進的設備，更需要切割師由豐富的經驗、高度責任心和全神貫注，才能釋放鑽石全部的靈彩。首飾櫃台里一顆鑽石，可能遺穿越過許多國家，經過若幹人之手，通過加工、鑲嵌、製作後才成為一件鑽石首飾。
隨著科學技術的進步，激光技術、電子計算機記述的引入，可以使鑽坯的設計、切磨更加精確無誤。
參考資料：黃金珠寶網

⑸ 實驗室是如何培育人工鑽石的

由於鑽石具有產量稀少、外觀美麗、耐久這三大要素，在上世紀一些珠寶商的營銷下，鑽石成為了人們趨之若鶩的寶石，價格大幅上升，儼然成了寶石之首。「鑽石恆久遠，一顆永流傳」的廣告語，也在我國掀起了鑽石熱，一段時間內很多新娘都戴上了鑽戒。

實驗室培養的人工鑽石應用在首飾上，是一件不可避免的事情，盡管一些老牌的鑽石珠寶商還是刻意誇大天然鑽石的價值，企圖人為地區分兩者的價值，但在2018年，美國聯邦貿易委員會取消了天然鑽石和人造鑽石的區別，統一定義為鑽石。

⑹ 工業鑽石怎麼做= =

在真空的條件下，將石墨加熱加壓獲得，溫度起碼要幾萬以上，壓強也需要很高。

⑺ 我的世界工業2實驗版怎麼做鑽石

你好，煤打成粉，和礫石合成煤球，在壓縮，八個壓縮煤球和黑曜石合成，最後在壓縮，完成。求採納

⑻ 鑽石是怎麼形成的鑽石為什麼昂貴

鑽石是非常昂貴的寶石，屬於天然礦物。鑽石雖然昂貴，但並不意味著鑽石稀有。

鑽石99%都由碳元素組成，在地球高溫、高壓環境下就可以自然形成，攜帶有石墨等碳元素的隕石如果撞擊地球，產生的高溫和高壓環境，也可以形成鑽石。相比黃金，鑽石的形成條件並不困難，因此地球上的鑽石礦並不少，通過人工合成的方式，也可以製造出工業鑽石。

鑽石既然並不稀有，為何鑽石的價格如此昂貴？這是因為鑽石經過了完美的商業化，商業的炒作，讓鑽石擁有了異常高的身價。

總結：

鑽石的形成，需要給予碳元素較大的壓力和較高的溫度。地球內部存在大量的碳元素，在距離地表160公里以下的位置，能夠產生高溫環境，就有幾率產生鑽石。

如果人類的開采能力繼續提升，地殼深處必然會有更大的鑽石礦，隨著人類科技的提升，合成人工鑽石，也是指日可待的事情。

鑽石之所以昂貴，是由於鑽石的開采難度較大，並且鑽石商人對鑽石的商業處理非常完美，從而導致鑽石價格要比其他天然寶石的價格更高。雖然鑽石的價格有很大「水分」，但克拉數較高的天然鑽石，還是有一定的收藏價值的~