工业上如何制造钻石

⑴ 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黄色、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 Instries)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9-7-4 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，常呈黄色至褐黄色。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，且荧光颜色为黄色或黄绿色，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：( )

a.α-SiC(α-碳硅石)

b.SrTiO₃(钛酸锶)

c.TiO₂(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.用黄色钻石改的

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2.417

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1.544

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( )。

⑵ minecraft怎么制造工业钻石

有不知道怎么用。怎么运转。希望用minecraft的工业MOD各种教程。学会了给50分。我没分了。 接上红石电路就可以了 这个，可能它们用的不只是工业

⑶ 钻石有什么材料做成的

是金刚石。钻石可以从天然金刚石矿中产出，也可以通过人造生产金刚石。

金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石的原身，它是一种由碳元素组成的矿物，是碳元素的同素异形体。金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质。金刚石的用途非常广泛，例如：工艺品、工业中的切割工具。石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石。金刚石有各种颜色，从无色到黑色都有，以无色的为特佳。

(3)工业上如何制造钻石扩展阅读：

金刚石原生矿仅产出于金伯利岩筒或少数钾镁煌斑岩中。金伯利岩等是它们的母岩，其他地方的金刚石都是被河流、冰川等搬运过去的。金刚石一般为粒状。世界各地都发现了金刚石矿。其中，澳大利亚、刚果、俄罗斯、博茨瓦纳和南非是着名的五大金刚石产地。

中国也拥有制造金刚石的技术，但最大也不过0.2克拉左右。人工合成金刚石的方法主要有两种，高温高压法及化学气相沉积法。高温高压法技术已非常成熟，并形成产业。国内产量极高，为世界之最。

⑷ 制作钻石要经过哪几道工序

切磨过程：
一颗钻坯看起来并不起眼，必须经过仔细的切磨、加工，才会成为我们所惯见的闪烁生辉的钻石。因此，钻石的车工，直接影响钻石的价值，详见后述。最理想的切割效果当然是保持钻石的最大重量、尽量减少瑕疵，并充分展示钻石的美，以使钻石光彩照人。一般的切割过程包括以下几个步骤：
标记（划线）：这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。不过，不论钻坯如何细小，每一颗钻石都要经过详细的检查以做出正确的判断。
划线员用印第安墨水在钻坯上划下标记，显示该钻坯要沿此线分割。通常尽可能沿钻石的天然纹理方向划线。
分割原石：包括劈割和锯切。
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。
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。
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。
起瓣、抛光：在一个涂有钻石粉和润滑油的铸铁圆盘上，车磨出所有瓣面（刻面），使钻石发出诱人的光彩。研磨的过程通常是，首先在底层做出8个大面，然后做16个刻面。加尖底，共25个刻面，正确改错了，并由此延伸出三角小面，风筝面及腰上刻面，一共33个刻面，这样一颗圆形钻石一共58个刻面，如果没有底尖的小刻面则共有57个刻面。并不是每颗钻坯都必须经过全部五道工序，这须视钻坯的本身特点、所要达到的目标而定，如对前述的“扁平状”钻坯可能就不用劈割这道工序，又如加工祖母绿钻石就不须经“打圆”的工序。然而，任何钻石毛坯，有两道工序是必不可少的，这就是“划线”、“起瓣、抛光”。一颗精工切割的钻石所产生的瓣面，其位置和角度都是经精确计算的，使钻石发出最大的光彩。由此可见，切割世界上最坚硬的宝石——钻石，不仅需要先进的设备，更需要切割师由丰富的经验、高度责任心和全神贯注，才能释放钻石全部的灵彩。首饰柜台里一颗钻石，可能遗穿越过许多国家，经过若干人之手，通过加工、镶嵌、制作后才成为一件钻石首饰。
随着科学技术的进步，激光技术、电子计算机记述的引入，可以使钻坯的设计、切磨更加精确无误。
参考资料：黄金珠宝网

⑸ 实验室是如何培育人工钻石的

由于钻石具有产量稀少、外观美丽、耐久这三大要素，在上世纪一些珠宝商的营销下，钻石成为了人们趋之若鹜的宝石，价格大幅上升，俨然成了宝石之首。“钻石恒久远，一颗永流传”的广告语，也在我国掀起了钻石热，一段时间内很多新娘都戴上了钻戒。

实验室培养的人工钻石应用在首饰上，是一件不可避免的事情，尽管一些老牌的钻石珠宝商还是刻意夸大天然钻石的价值，企图人为地区分两者的价值，但在2018年，美国联邦贸易委员会取消了天然钻石和人造钻石的区别，统一定义为钻石。

⑹ 工业钻石怎么做= =

在真空的条件下，将石墨加热加压获得，温度起码要几万以上，压强也需要很高。

⑺ 我的世界工业2实验版怎么做钻石

你好，煤打成粉，和砾石合成煤球，在压缩，八个压缩煤球和黑曜石合成，最后在压缩，完成。求采纳

⑻ 钻石是怎么形成的钻石为什么昂贵

钻石是非常昂贵的宝石，属于天然矿物。钻石虽然昂贵，但并不意味着钻石稀有。

钻石99%都由碳元素组成，在地球高温、高压环境下就可以自然形成，携带有石墨等碳元素的陨石如果撞击地球，产生的高温和高压环境，也可以形成钻石。相比黄金，钻石的形成条件并不困难，因此地球上的钻石矿并不少，通过人工合成的方式，也可以制造出工业钻石。

钻石既然并不稀有，为何钻石的价格如此昂贵？这是因为钻石经过了完美的商业化，商业的炒作，让钻石拥有了异常高的身价。

总结：

钻石的形成，需要给予碳元素较大的压力和较高的温度。地球内部存在大量的碳元素，在距离地表160公里以下的位置，能够产生高温环境，就有几率产生钻石。

如果人类的开采能力继续提升，地壳深处必然会有更大的钻石矿，随着人类科技的提升，合成人工钻石，也是指日可待的事情。

钻石之所以昂贵，是由于钻石的开采难度较大，并且钻石商人对钻石的商业处理非常完美，从而导致钻石价格要比其他天然宝石的价格更高。虽然钻石的价格有很大“水分”，但克拉数较高的天然钻石，还是有一定的收藏价值的~