高温高压法合成宝石与鉴别
【宝石学】宝石的合成方法
经过几十年的努力，目前已能获得十几克拉大的晶体，但宝石级钻石合 成的成本仍很高，不能进行大批量的生产。2000年可切磨的合成钻石只有 3500ct，仅占当年天然宝石级钻石产量的0.01%。
占总重量百分比 0.15 0.1 2.0 0.13 0.1 0.1 0.3 0.3 0.15
0.09+0.15 1.1+1.1 0.15+1.0
0.08+0.08
晶体颜色 红色 黄色 紫色 淡黄色 粉红色 黄绿色
橄榄绿色 深紫色 淡绿色 攻瑰红色 淡蓝色 紫蓝色 棕色
四、助熔剂法
原理和方法
助熔剂法又称高温熔体溶液法，它是将晶体的 原成分在高温下溶解于低熔点助熔剂熔体中，形成 饱和的溶液（熔融液），然后缓慢冷却或恒温下蒸 发熔剂等方式，使晶体从过饱和熔融液中不断结晶 出来。与矿物晶体从岩浆中结晶的过程相似。
氧化锆粉末和稳定剂装在由冷却铜管组成的金 属杯内，在粉末中心放入引燃用的锆金属粉末 或锆金属棒。然后由高频线圈加热。
高频使锆金属熔化，熔化部分向外蔓延，引燃 周围的粉末。紧靠着杯壁的粉末在循环冷剂的 作用下保持固态，构成一层薄薄的外壳。
待坩埚内的物质达到完全熔融后，将坩埚从加 热区缓缓移开，坩埚内的物质开始冷却，结晶 从壳底开始，向上长出圆柱状的晶体，直到全 部结晶固化。
合成水晶的掺杂与颜色对照表
掺杂种类 Fe3＋ Fe2＋ Co2＋ Mn4＋ Al3＋
质量分数％ 0.1～0.7 0.1～0.6 0.1～0.4 0.2～0.5 0.1～0.2
高温高压处理钻石如何鉴定
高温高压处理钻石如何鉴定高温高压处理钻石如何鉴定引言：高温高压处理是一种常见的钻石处理方法，它可以改善钻石的颜色和净度。
尽管这种处理方法可以使低品质的钻石变得更有价值，但在钻石市场上，对于经过高温高压处理的钻石有所区别和鉴定是非常重要的。
一、什么是高温高压处理？高温高压处理是一种模拟钻石在地壳深处形成的自然环境，通过应用高温和高压使钻石发生变化。
这种处理方法可改变钻石的内部构造，并消除或减轻钻石的内含物，从而改善它们的颜色和净度。
二、高温高压处理的目的1. 改变颜色：在高温高压处理中，钻石的颜色可以显著改变。
一些处理后的钻石可能呈现出更加饱满、鲜艳的颜色。
2. 改善净度：高温高压处理可以消除或减轻钻石内部的裂纹和黑点等内含物，从而提高钻石的净度。
三、高温高压处理的鉴定方法1. 目测检查：经高温高压处理的钻石在颜色和净度上都会有一定的变化。
鉴定师可以通过目测检查判断钻石是否经过了高温高压处理。
但这种方法存在主观性，对经验和专业知识的要求较高。
2. 实验室检测：实验室是鉴定高温高压处理钻石的最可靠方法。
实验室可以利用各种科学技术，如红外光谱、激光拉曼光谱等来鉴定钻石是否经过高温高压处理。
这些技术可以检测钻石中的氮原子、氮原子对等情况，从而确定钻石是否经过了高温高压处理。
3. GIA证书：GIA是全球著名的钻石鉴定机构，它提供了全面的钻石鉴定服务。
对于经过高温高压处理的钻石，GIA在其证书上会做出相应的标注，以便消费者了解并做出明智的购买决策。
四、购买高温高压处理钻石的注意事项 1. 寻求专业建议：购买钻石前，最好咨询一些专业的鉴定师或经销商。
他们可以提供有关高温高压处理钻石的信息，并帮助你做出明智的购买决策。
2. 检查证书：购买钻石时，务必检查并核对钻石的证书。
证书上应该标明钻石是否经过高温高压处理。
3. 可信的供应商：选择信誉良好的供应商购买钻石，可以减少购买高温高压处理钻石的风险。
结论：高温高压处理是一种常见的钻石石处理方法，它可以改善钻石的颜色和净度。
高温高压合成钻石宝石学属性分析
高温高压合成钻石宝石学属性分析钻石，由单一元素C组成，属等轴晶系,天然常含N、B等杂质元素。
均质体。
强金刚光泽。
折射率2.417，色散值为0.044。
硬度为10。
一组完全解理。
密度3.52克/立方厘米。
俗称“宝石之王”，以其璀璨的光芒、五颜六色的火彩著称，在人们心目中具有不可替代的地位。
然而自然界中天然宝石的储量毕竟有限，遵循着“物以稀为贵”这亘古不变的谚语，钻石的价格也诚然冠以宝石至尊。
国际钻石交易中以克拉为结算单位，足以说明其价格的遥遥领先。
所以在当今社会有无数的科研人士致力于寻找其廉价的替代品，仿制品、合成品等。
今日，笔者检测到一批高温高压方法合成钻石，其中8粒为原石，1粒为圆刻面型钻石，通过EDXRF测试，显微镜下特征，热导仪反应，傅立叶变换红外光谱分析分别对其测试，检测结果如下：一EDXRF测试对高温高压合成钻石进行了EDXRF分析，测试图谱出现Fe和Ni峰，说明合成钻石中富含Fe、Ni元素。
二显微镜下特征2# 双晶，单个晶体为2个八面体+立方体聚形，双晶接合面平行于立方体面，放大可见云雾状包体、黑色金属包体及应力裂纹。
3# 单晶，2个八面体+立方体聚形，放大可见云雾状包体和晶体包体。
4# 双晶，单个晶体为立方体+八面体聚形，双晶面平行于立方体面，放大可见云雾状包体、黑色包体及羽状纹，有磁性。
5# 单晶，立方体+八面体聚形，放大可见云雾状包体、晶体包体及暗色六方环状包体。
6# 双晶，单个晶体为立方体+八面体聚形，双晶面平行立方体面，放大观察见钻石表面有树枝状、蕨叶状图案及三角形凹坑，内部有云雾状包体、黑色包体及晶体包体。
7# 单晶，呈立方体+八面体聚形，放大可见云雾状包体及暗色金属包体。
8# 双晶，单个晶体为立方体+八面体聚形，双晶面平行立方体面，放大可见云雾状包体及暗色包体。
9# 放大可见云雾状包体和暗色金属包体。
三热导仪反应利用热导仪对上述8粒合成钻石进行测试，均显示为钻石区。
四傅立叶变换红外光谱分析对6#和7#进行傅立叶变换红外光谱分析，测得其谱图特征与天然钻石类似。
高温超高压法
高温超高压法高温超高压法合成宝石晶体材料，是指利用高温（500℃以上）超高压（1.0×109Pa以上）设备，使合成宝石原料（粉末样品）在高温超高压条件下，以变质成矿作用方式产生相变或熔融进而结晶生长宝石的方法。
该法目前主要用于生产金刚石、翡翠等。
获得高温超高压的方法，有静压法、爆炸法（炸药、核爆）。
1．金刚石的合成方法人工制造金刚石的方法约有数十种，成功的方法可分为三大类：（1）静压法a．静压触媒法b．静压直接转变法c．晶种触媒法（2）爆炸法（动力法）a．爆炸法b．液中放电法c．直接转变六方金刚石法（3）亚稳定区域内生长法a．气相法b．液相外延生长法c．气液固相外延生长法d．常压高温合成法其中常用于合成钻石的是晶体触媒法（图2－8）。
我国在1963年用高温超高压法生产工业级合成金刚石，当时每一次合成只能获得10－15克拉的小颗粒合成金刚石，现在每次合成能得到60克拉的合成金刚石，颗粒明显增大。
2．翡翠的合成方法（1）将化学试剂（硅酸钠与硅酸铝）称量，混合，加热熔融，形成翡翠玻璃料（NaAlSi2O5）。
（2）把翡翠玻璃料粉碎成粉末与着色剂混合，装入高纯石墨坩埚中，并在140℃的烘箱中烘烤24小时以上，再在六面砧压机上进行高温超高压（1100℃5.9×107Pa）处理（4h），断电降温，冷凝结晶成硬玉集合体。
实验室观察：滤色镜下有的呈红色，有的呈绿色，表明铬离子有的进入晶格，有的尚未进入晶格。
合成翡翠到达宝石级要求的关键是使其到达半透明并使Cr3＋进入晶格。
可使硬玉致色的致色剂种类，见表2-4。
高温高压法合成钻石的原理
高温高压法合成钻石的原理高温高压法合成钻石的原理引言钻石一直以来都是珍贵的宝石，其硬度、透明度和闪耀度使其成为许多人心目中的完美之石。
然而，天然形成的钻石十分罕见，因此有必要开发出一种方法来合成具有同样优质特性的人造钻石。
高温高压法合成钻石就是一种成功实现这一目标的方法。
本文将介绍高温高压法合成钻石的原理及其背后的科学基础。
一、高温高压法合成钻石的概述高温高压法是一种利用高温和高压来模拟地壳下的条件，从而使钻石得以合成的方法。
通过施加高压力和高温度，可以将碳（以粉末、液体或气体形式存在）转化为钻石，从而实现人造钻石的制作。
二、高温高压法合成钻石的原理1. 星体撞击理论高温高压法合成钻石的原理根椐了天然钻石的形成过程。
据科学家们的研究，地球上的一部分钻石是在一个叫做“星体撞击”的过程中形成的。
这个过程是指地球的表面被一颗陨石撞击，在极端的压力和温度下，碳元素转化为钻石。
高温高压法模拟了这种撞击的条件，通过在实验室中创建极高压力和温度的环境来制造钻石。
2. 钻石的结晶生长在高温高压法合成钻石的过程中，原始材料通常是一种形状各异的碳源，可以是石墨粉末或其他形式的碳。
这些碳源被放置在钻石种子晶体旁边，随后加入了一个金属溶剂，通常是镍或铁。
金属溶剂负责提供必要的压力和温度，以促使碳在结晶体上生长。
3. 热稳定性和生长条件高温高压法合成钻石不仅需要提供高压力和高温度，还需要维持一个稳定的温度和压力环境。
这是因为钻石的生长对温度和压力非常敏感，稍有偏差可能导致其他形态的碳结构产生，而不是钻石。
因此，在合成过程中，恒定的温度和压力是保证其成功合成钻石的关键。
三、高温高压法合成钻石的实验条件在高温高压法合成钻石的实验中，通常需要提供以下条件：1. 高温：一般在1300°C至1500°C之间，高温提供了给碳提供活化能的条件，促使其变成钻石。
2. 高压：通常需要达到50GPa至60GPa以上的压力。
高温高压处理的翡翠如何鉴别
高温高压处理的翡翠如何鉴别高温高压处理的翡翠是一种经过人工处理的宝石，目的是提高其颜色和透明度。
本文将介绍高温高压处理的翡翠以及如何鉴别它们。
第一部分：高温高压处理的翡翠的背景知识高温高压处理是一种通过将翡翠暴露在高温高压环境下改变其颜色和透明度的技术。
这种处理过程可以模拟自然界中地壳下的高温高压条件，产生出与天然翡翠相似的宝石。
这种处理大多数发生在翡翠的产地，比如缅甸和中国。
第二部分：高温高压处理的翡翠的特征高温高压处理的翡翠具有一些明显的特征，可以通过仔细观察和检测来识别。
1. 颜色的改变：高温高压处理通常会使翡翠的颜色更加饱满和均匀。
天然翡翠的颜色通常存在一些变化和斑斓，而处理过的翡翠的颜色更加均一，鲜艳。
2. 透明度的提高：处理过的翡翠的透明度通常会明显提高。
天然翡翠可能存在一些内部纹理和不透明的区域，而处理过的翡翠的内部通常更加透明。
3. 物理和化学特征的改变：高温高压处理还可能改变翡翠的物理和化学特征。
处理过的翡翠可能会在显微镜下显示出一些特殊的纹理和结构，可能会存在一些燧石包裹体等。
第三部分：如何鉴别高温高压处理的翡翠虽然高温高压处理的翡翠具有一些特征来帮助鉴别，但也有一些方法可以进一步确认它们的真实性。
1. 观察颜色和饱和度：高温高压处理的翡翠通常呈现出非常均匀的颜色和高度饱和度。
如果颜色非常均匀，并且没有任何变化或斑点，那么可能是经过处理的翡翠。
2. 检查内部纹理：处理过的翡翠通常会显示出一些特殊的纹理和结构。
使用显微镜检查翡翠的内部，如果发现显著的纹理和结构，那可能是经过处理的翡翠。
3. 寻找其他痕迹：使用放大镜检查翡翠是否存在一些燧石包裹体等特殊痕迹。
这些痕迹能够说明翡翠可能经过了高温高压处理。
4. 使用测试设备：专业的测试设备，如红外光谱仪和拉曼光谱仪等，可以进一步确认翡翠是否经过了高温高压处理。
这些设备可以检测翡翠中的特定元素和结构，从而确定其真实性。
总结：高温高压处理的翡翠是一种具有改变颜色和透明度的人工处理宝石。
人造金刚石高温高压法
人造金刚石高温高压法人造金刚石高温高压法（High Temperature-High Pressure （HTHP）Synthetic Diamond Technology）引言金刚石作为一种珍贵的宝石和工业材料，具有极高的硬度、热导率和耐磨性，以及良好的化学稳定性。
然而，天然金刚石资源有限，无法满足工业的需求。
因此，人造金刚石的制造技术应运而生。
其中，人造金刚石高温高压法是一种常用且有效的方法。
本文将详细介绍人造金刚石高温高压法的原理、过程、应用及其在工业中的重要性。
一、原理人造金刚石高温高压法是利用高温高压环境下，通过合成金刚石晶核，在短时间内制备出大尺寸、高质量的人造金刚石。
其原理主要涉及以下几个方面：1. 高温高压环境：该方法通常需要在5-7 GPa和1500-1800℃的条件下进行操作。
高压可以使石墨等碳源达到金刚石稳定区，而高温则有利于加速金刚石晶体的生长速度。
2. 石墨晶核：石墨是合成金刚石的碳源。
在高温高压下，通过合适的方法形成的石墨晶核可以作为金刚石生长的基础。
3. 金属溶剂媒介：在人造金刚石高温高压过程中，金属溶剂媒介起着至关重要的作用。
它可提供碳源和稳定和加强金刚石生长。
二、过程人造金刚石高温高压法的制备过程通常分为以下几个步骤：1. 准备金刚石结构的晶核：制备金刚石结构的石墨晶核，通过高温高压下使石墨发生一系列变化和转变。
2. 与金属溶剂反应：将金刚石结构的晶核与金属溶剂混合，该溶剂通常是镍、铁等金属或金属合金。
溶剂中的碳被晶核吸收，从而推动金刚石生长。
3. 控制升温降温：进行一定的温度升降控制，以促进金刚石晶体在给定时间内的尺寸和质量增长。
升温可以提高晶体生长速率，降温可以增强晶体的晶格完整性。
4. 降压获得金刚石：完成温度控制后，降低压力，使金刚石从金属溶剂中析出。
此时获得的人造金刚石经过进一步的处理和加工，如切割、研磨和抛光等，以达到应用需求。
三、应用人造金刚石由于其优异的硬度和热导率等特性，在诸多领域得到广泛应用。
高温高压合成钻石的宝石学属性分析
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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ＣＨＩ ＮＡ ＧＥ Ｍ Ｓ＆ Ｊ ＡＤＥＳ
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图８ ８ 合成 钻石 晶体 形貌 图
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对 获得 的 ８颗高温 高压 合成 钻石 进行 了显 微特征 观 察 、热 导仪 反 应 、Ｅ Ｄ Ｘ Ｒ Ｆ 测 试 、傅 里 叶 变换红 外 光谱 分 析 嘲、 ，测试 结 果分 别如 下。
对钻 石 的需 求 ，当今社 会 有无数 的科 研人 士致 力于 寻找钻 石 廉价 的 替代 品 ，如 合成 立 方氧 化 锆 、合成 金红 石等 钻石 仿制
品和 合成 钻 石等 。早期 的合 成钻 石粒 度小 、成 本高 ，因此宝 石 级合成 钻 石一直 不具 备商 业价 值 ，但随 着钻 石合 成技 术 的
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高 温 高 压 合 成 钻 石 的 宝 石 学 属 性 分 析
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口Ｔ Ｅ Ｘ Ｔ／ Ｐ ＨｏＴ Ｏ 王继 林 孙瑞 皎 那宝成 吴 来东 （ 中国冶金 地质 总局 山 东局黄金 珠 宝检 测站 ）
摘 要 ：钻石 俗称 宝石 之王 ，一 直深 受 大众 喜 爱 ，天然钻 石供 不应 求 的现状 导致 了钻 石合 成技 术的发 展 ，合成 钻石 在珠 宝市场 的流通 对 宝石 鉴定 工作者提 出 了挑 战。 目前 主要 的钻 石合成技 术 有 高温 高压 （ Ｈ Ｔ ＨＰ）法和化 学 气相沉 淀法 （ Ｃ Ｖ Ｄ ），通 过 对 ８
５ 双 晶 ，单个 晶体 为立 方体 ＋八 面体 聚形 ，双 晶
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熔融态的触媒与石墨的接触面
很大，可产生大面积的转变。
降低石墨向钻石转化的温度和压力条件，提高转化率。
触媒：
第八族的过渡元素（Ni,Go,Te等）、可与碳形成化合物的元素的合 金（Ti,Zr）、其它金属单质（Cu,Au等）和化合物（碳酸盐、氢氧 化物等）。促使石墨层扭曲，变成钻石结构。
触媒的作用：
溶剂——溶解碳；
12.5
无
晶种触媒法
1500
6
金属
6
合成钻石的方法及分类
二、动力法（动压法）
1、爆炸法（工业常用）：此法最大的优点是便宜、投资少、单次产量高(可达 500 ct 左右) 。在最佳情况下, 每千克炸药能生产60 ct 钻石。 2、液中转变法：其特点是设备费用和维持费用较低, 能降低产品成本; 另外能连 续运转, 便于自动化连续生产。主要缺点是产量不高。 3、直接转变六方钻石法：以结晶良好的石墨为原料，对它的C轴给予强的压缩， （13GPa,1000°C以上），直接转化为六方晶系钻石。
• 传压介质叶蜡石 作用：传导压力，将施压磨具顶面压力传递到反应物体系， 并有效地压缩反应物；密封施压磨具；保温。 要求：叶蜡石密度均匀，各项性能一致。
2020/6/13
晶种触媒法合成钻石单晶
2020/6/13
晶种触媒法合成钻石单晶
• 晶种触媒发合成宝石级钻石的 工艺过程
1、合成宝石级钻石的关键因素 晶种、温度梯度、反应物纯净度 （不被污染）
催化剂——激发石墨向钻石转变。
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晶种触媒法合成钻石单晶
• 石墨向钻石转化的三个阶段： 1、熔融金属和石墨相互渗透、扩散和溶解，形成 类似石墨结构的富碳扩散层。 2、石墨逐渐向熔融金属内扩散，在过渡金属和碳 原子又起了媒介作用，把钻石 结晶元输送到生长晶面附近。 3、聚集在生长晶面附近的钻石结晶基元在晶面上 叠合，进入晶格位，使钻石晶体不断长大。
晶种触媒法合成钻石单晶
• 是指以石墨、钻石粉或石墨与钻石粉的混 合物为碳源，将其融化于金属触媒中，在 温度梯度的作用下，使熔化在触媒金属中 的碳输送到高压反应腔中温度较低的钻石 晶种上，以晶层的形式沉积于晶种上而长 大成钻石方法。
• 晶种触媒法合成钻石的原理及设备 • 晶种触媒法合成宝石级钻石的工艺过程 • “BARS”法合成钻石的设备及工艺
• 19世纪3位有影响的科学家 J.B.汉纳、亨利·莫桑、查尔斯·帕森斯爵士
• 20世纪合成钻石的发展 1、1953年瑞士通用电气公司（ASEA）首次用铝热剂加热碳和
铁的混合粉末，在结构复杂的高压球中合成钻石。（小颗粒， 直径约0.5mm） 2、1955年美国通用电气公司（GE）在“压带”装置中用石墨— 叶腊石混合物合成了钻石。（小颗粒，直径0.15mm） 3、1988年GE公司合成首批克拉级超级钻石，1992的颗粒重量 达到了3克拉。 4、1988年戴比尔斯合成重11.14克拉的大钻石。1990年又合成 重14.02克拉的钻石。 5、1990年苏联合成了重1.5克拉不同颜色的宝石级钻石。 6、2000年，日本合成了8克拉的优质IIa型钻石单晶。 7、我国钻石的合成主要在中科院、吉林大学、河南理工大学等 地进行，合成钻石主要用于工业使用。
2020/6/13
钻石的合成方法及分类
图 W-1 钻石-石墨相图
钻石和石墨是碳的两种
同质多像的变体。根据 钻石-石墨的相平衡图可 知，在常温常压下石墨 是碳的稳定结晶形式， 钻石只有在高温高压下 才是最稳定的，在高温 高压（相图中钻石稳定 区的条件）下，石墨的 中的碳原子会重新按钻 石的结构排列，而形成 钻石。
2020/6/13
合成宝石的方法及分类
三、亚稳定区域内生长钻石的方法（低压法） 1、气象法：此法生长速率慢、颗粒很细。 2、液相外延生长法：美国曾提出用此法生长大钻石单晶。 3、气液固相外延生长法：用这种方法得到的钻石, 其直 径为10～50 mm, 长2 mm 的晶须和直径约0. 1 mm 的球状 钻石, 生长速率平均10 μm/ h( 微米/ 小时) , 最大可达100～ 400μm/ h。 4、常压高温合成法：生长的钻石为0. 1～0. 5 mm, 个别曾 超过0. 5 mm。
2、工艺过程 碳源：光谱纯的石墨、钻石粉或石
墨与钻石粉 的混合。 触媒：镍铁（1:1） 晶种：放置在下端冷区，使{100}面
对金属触媒（接种面）。 条件：压力5.5*109Pa，温度
1300°C—1400°C。
2020/6/13
晶种触媒法合成钻石单晶
• “BARS”法合成钻石 的设备及工艺
2020/6/13
合成钻石的方法及分类
一、静压法
1、静压触媒法（工业常用）：可得到磨料级钻石、大颗粒钻石单晶和聚晶。
2、静压直接转变法：得到的是微细钻石粉末。
3、晶种触媒法：宝石级合成钻石的方法。
方法 静压触媒法
温度（°C） 压力(GPa) 触媒
1000—2000 5—10
金属或合金
静压直接转变法 2700
2020/6/13
晶种触媒法合成钻石单晶
• 合成钻石的设备 油压机：有两面、四面、六面砧压机。 是静态高压设备的核心部分，可将液压机的驱动力变成对 高压腔中被压物质的静态高压。 高压容器（合成腔）：是宝石合成的场所具有抗压、密封、 保压、隔热、绝缘性能，并能提供合成腔体及均压区域。 加热系统、测试控制系统：良好的热稳定性及精确的测试 来控温控压。
2020/6/13
晶种触媒法合成钻石单晶
合成钻石 的原理：
利用金属 触媒使六 方结构的 石墨向立 方结构的 钻石转变。
2020/6/13
晶种触媒法合成钻石单晶
有无触媒条件比较：
方法 温度 压力1010Pa 比较 °C
无触媒 2700 1.254
难度大；接触面小，转化率低
有触媒 1200 0.4—1
高温高压法合成宝石与鉴别
• 钻石的人工合成 • 翡翠的人工合成
2020/6/13
钻石的人工合成
钻石的人工合成
• 钻石的沿革与发展 • 合成钻石的方法及分类 • 晶种触媒法合成钻石单晶 • 合成钻石的后处理 • 晶种触媒法合成钻石的优缺点 • 晶种触媒法合成钻石晶体的特征 • 合成钻石的鉴别
合成钻石的沿革与发展