9 合成钻石及鉴别.ppt

第九章 合成钻石及其鉴别 第一节 合成钻石的历史 现有技术使合成钻石在颗粒、透明度及色彩方面已接近天然钻石。 一、合成钻石的概念 通过一定的技术与工艺流程人工制造出来的钻石，与天然钻石的外观、化学成分和晶体结构基本相同。 1953年瑞士工程公司（ASEA）使用压力球装置，生产出40颗钻石小晶体，未正式对外宣布。 1955年美国通用电气公司(GE)公布用压带法-- (Belt)合成钻石成功。1971年，GE公司首次合成了5mm以上的宝石级钻石,不仅有黄、褐色，还有近无色及蓝色钻石。 二、合成钻石的发展历史 1、瑞士工程公司（ASEA） 2、美国通用电气公司（GE） 1959 年 合成出工业钻石—钻砂； 3、南非De beers公司 1987年合成了11.14克拉宝石级钻石； 1990年合成了质量很好的14.2克拉钻石单晶。 5、1990年俄国采用分裂球装置合成了晶体形态、净度、色级达到了宝石级天然钻石的合成钻石 4、1985年日本住友公司合成了2ct黄色的宝石级钻石 6、中国：1963年研究成功细粒合成钻石 ；1965年生产出1~3.5mm的大颗粒钻石 上述的合成都是采用高压高温法。近年来低压高温条件下化学气相沉淀法（CVD）合成单晶钻石取得了重大进展。 合成宝石级钻石生产技术复杂、成本非常昂贵、价格远远超过同等质量的天然品，尚未投向市场。 合成工业用钻砂, 现年产量已超过一亿克拉（2万公斤）, GE公司和De beers公司各自占据着世界40%的产量。 现今大部分工业钻砂都是合成的。 一、合成钻石的方法 人工合成 钻石的方法 低压合成法 静压触媒法 静压直接转变法 晶种触媒法 爆炸法 液中放电法 直接转变六方钻石法 气相法 液相外延生长法 气液固相外延法 常温高温合成法 静压合成法 动压合成法 第二节 宝石级钻石合成方法 种晶触媒法又包括压带法和BARS系统(俄罗斯) 高温： 1350--1800Co 高压： 50--80kb 因钻石中的C-C键要转变为石墨结构需很大能量，因此钻石可在常温、常压下稳定存在。 高压高温条件下，使碳原料在其饱和溶液中，随后在温度较低的生长舱底部围绕籽晶生长合成钻石晶体。 宝石级钻石合成方法:种晶触媒法。 1）原理、理论基础 模拟天然钻石的生长环境： 1、高温、高压条件下生长： 无触媒时需更高温度。 2、金属触媒（催化剂）作用： （1）金属触媒：Fe、Ni、Co、Pd 等合金 （2）作用： 降低合成的温度、压力； 提高合成效率（石墨--钻石的转变率提高）； 2）合成钻石生长条件: 3.碳源： （1）原料：钻石粉或石墨； （2）碳被吸收到周边的金属溶剂中，过饱和时结晶成钻石。 （3）合成较大颗粒的钻石时需籽晶作晶核，围绕它生长成钻石晶体。 3)设备及合成方法 1、压带法合成方法 (1)将钻石粉作为碳源放在生长仓内; (2)生长仓放在两个碳化钨砧之间;使其经受高温高压作用; (3)生长仓底部的温度比顶部略低,顶部钻石粉溶解并朝底部运动; (4)钻石在低温区围绕籽晶开始生长.(见图) 压带法设备图 （4）内部是反应仓，内有: 加热装置； 籽晶 碳源 金属溶剂 （1）即分裂球无压装置； （2）其所需压力是通过将液体注入压力桶内得到； （3）高压使八个球体合拢，从而对构成八面体形状的6个活塞 产生压力； 2、BARS合成方法 BARS装置 二、合成钻石的控制 生长速度：合成1克拉晶体需要60小时，每次1或2颗晶体 1、加入所需量的氮即可合成深黄色的Ib型晶体 2、使用N的“吸收剂”铅或锆，形成Ⅱa钻石，呈无色 1）合成钻石的颜色控制 3、加入少量的硼，就可合成IIb型蓝色钻石。 4、可通过对合成钻石辐照和加热产生粉红到红色 5、可对合成钻石进行高温高压处理（HPHT),晶体结构中的孤氮原子可运移并集合,从而产生Ia型钻石 2）控制晶体生长 温度调整可控制晶体的生长， 13000C为立方体 16000C为八面体。 第三节 宝石级合成钻石的鉴别 随着合成技术的成熟、成本下降或天然钻石随着资源 的减少，会不断的进入市场，关注并掌握合成钻石中的 鉴定非常必要。 天然钻石常呈八面体、菱形十二面体或聚形及不规则的形态。