人工合成鑽石需要什麼條件

⑴ 人造鑽石需要什麼條件在可以成型呢

人造鑽石是把「碳種」放入凈化干凈的真空室，再把甲烷與氫氣加熱約3000攝氏度；然後泵入反應室，形成充電等離子體，氣體就會分解，甲烷就會釋放碳原子，並附在這些「碳種」上，最後復制鑽石的晶體結構。

⑵ 碳變成鑽石的條件

在2300℃、15到18個大氣壓的高溫高壓環境下，在中心放一顆很小的天然鑽石作為種子，在種鑽周圍是高溫金屬液體，在金屬溶液的上層是石墨，在這種環境下石墨中的碳原子會從金屬原子中列隊走向鑽石從而形成新的鑽石。

溫度和壓力仍是製造晶體的兩項關鍵因素，其方法是在陶瓷容器中而不是在地下製造鑽石，水壓提供高壓，電力產生高溫，使碳圍繞著直徑為 1 毫米,由天然鑽石製成的籽晶而形成晶體。

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人造鑽石是一種戰略性資源，在工業、科技及國防等眾多領域具有重要應用，市場前景廣闊。此前，世界上僅有美國、英國、日本等幾個發達國家能夠合成寶石級金剛石單晶。

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。化學氣相沉積法仍主要存在於實驗室中。

巨大的商業價值使得寶石級金剛石單晶的合成技術長期以來一直受到嚴密的封鎖。河南工業大學材料學院超硬材料研究所經過長期、大量的探索，成功掌握了合成優質寶石級金剛石單晶的核心技術，實現了3-8mm優質金剛石單晶的批量化生產，合成實驗的重復性超過90%。

⑶ 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( )。

⑷ 製造鑽石一定要高壓嗎

現在人類的技術已經可以模擬鑽石生成的環境，用碳來製造鑽石，在2300℃、15到18萬個大氣壓的高溫高壓環境下，在中心放一顆很小的天然鑽石作為種子，在種鑽周圍是高溫金屬液體，在金屬溶液的上層是石墨，在這種環境下石墨中的碳原子會從金屬原子中列隊走向鑽石從而形成新的鑽石。但是用這種方法製造的鑽石分子結構並不是天然鑽石的完全八面體結構而是一種復雜結構，體積也比較受限。垍頭條萊所以在一定程度上講，人造鑽石確實沒辦法和天然鑽石相比。但因為外觀看起來與天然鑽石沒多大區別，主要在於後期加工，造假又比較低廉，也很受歡迎。好看耐用不就完了嗎？然而也並非如此，人都是有點虛榮心的，手上戴個千百萬年前形成的天然鑽石和實驗室中短時間形成的人造鑽石，當然是前者更容易滿足人的心理。

⑸ 誰知道人工合成鑽石的工序和所需要的設備啊

鑽石是純凈的碳!寶石是純凈的氧化鋁!生成條件是瞬間高溫高壓!只有在密閉高壓的空間里產生爆炸才有此條件!至於熔鐵飽和石墨是試驗室的做法!無論何法!其設備個人是很難具備的!生產鑽石和寶石的企業對外都以是某某研究所明名的!你可以去河南的黃河科技有限公司(上市公司)去看看!他們就是生產人造鑽石和磨具的!

⑹ 高溫高壓就能人工造鑽石嗎這裡面有什麼原理

高溫高壓合成法又稱晶種催化劑法，石墨是低壓穩定相，金剛石的礦物學名稱，他是高壓穩定相，而且如果我們從石墨直接轉化為金剛石需要高壓和高溫條件，一般要求壓力和溫度在10GPa和300 ℃ 以上，如果涉及金屬催化劑 ，如Fe，Ni，Mn，Co等及其合金，石墨成為金剛石所需的溫度和壓力條件將大大降低，因此，目前金屬催化劑參與高溫高壓法合成金剛石。

通常化學氣相沉積合成金剛石是在低壓和高溫條件下進行的，壓力一般小於一大氣壓，溫度大概約為1000度左右，人造金剛石以石墨和金屬催化劑為主要原料，採用高溫高壓原理，通過原料和輔助材料的制備和組裝，合成，提純，切割和拋光，鑲嵌，最終形成人造鑽石飾品。

關於高溫高壓就能人工造鑽石嗎這裡面有什麼原理的問題，今天就解釋到這里。