第九章 合成宝石广州大学公选课《宝石鉴定与贸易》.ppt

（2）合成方法 ????合成钻石的方法主要分静压法、动压法和 低压法（即在亚稳定区内生长钻石的方法）。合成工业用钻石主要采用静压法中的静压触媒法，通过液压机产生（4500-9000）X109Pa的压力，以电流加热到1000-20000C的高温，利用金属触媒实现石墨向钻石的转化。 ????宝石级合成钻石也是采用的静压法，但加入了种晶，所以又称为晶种触媒法。此法采用了金属触媒来促进石墨向钻石的转化。金属触媒的主要作用是降低石墨向钻石转化的温度和压力条件，提高转化率。同时，金属触媒可以作为碳的溶剂。在适当的温度压力条件下，石墨和钻石都可以溶于触媒中，并且，石墨的溶解度大于钻石，当压力升高时，二者的差异也增大。因此，当石墨在金属触媒中溶解达到饱和时，对钻石而言就已经达到过饱和了，此时，钻石容易从触媒中结晶出来。在合成过程中对温度、压力的控制较复杂，晶体生长的时间较长，所以成本比合成工业钻砂高得多。 （3）合成装置 ???? 原料在高温高压下溶解于铁镍触媒中，当温度降低或压力舱内存在温度梯度，溶解于触媒中的碳达到过饱和，并在种晶上以钻石的形式结晶出来。如此不断生长形成较大的钻石单晶体。 目前，合成宝石级钻石主要采用压带装置和分裂球装置。 A压带（Belt）装置：这种装置是美国通用电气公司发明的。通常采用两面顶压机加压，电流通过叶蜡石炉内的碳管电阻加热。所用原料为合成或天然钻砂，还需要2个钻石籽晶分别放在2个生长舱的两端。所以一炉只能生长两颗钻石。合成宝石级钻石所用的压力为5.5×109—6× 109Pa, 温度为16500C。圆筒中间温度较高（16500C），两端较低（15500C）。碳在中间溶解于金属触媒中，在两端析出于籽晶上。生长一颗1克拉的晶体需要60个小时。 A压带（Belt）装置 B分裂球（BARS）装置：1990年由俄罗斯人发明的，由于独联体的解体，很多技术员把这项技术带到世界各地。目前市场上的宝石级合成钻石基本都是这种方法合成的。 该装置由2个半球、8瓣组成，合成需要的压力由液体注入压力桶获得。高压使8个球截体合拢，从而对构成八面体形状的6个活塞产生压力。中间是一个小的生长仓，一次只能长1个晶体。生长舱内结构如图所示。合成温度和压力条件基本同压带装置的条件。1克拉的晶体需要长3天。合成钻石大部分为黄-褐色，白色的很少。 分裂球装置 反应舱内部结构（压带装置和分裂球装置中的反应舱相同） （4）合成钻石的晶形、颜色及类型的控制 ??? 合成钻石晶体形态主要为立方体与八面体的聚形。合成时的温度对形态有一定的影响。温度较低（13000C）时，以立方体为主，温度较高（16000C）时以八面体为主。 合成钻石晶形与生长温度的关系 ??? 合成钻石的颜色和类型也可以控制。因为生长舱内充满了空气，空气中含有氮，所以大多数合成钻石都是含孤氮的Ib型钻石。这种钻石多为黄到褐色。如果在反应舱内放一些氮的吸收剂，如锆或铝，则可以获得无色的不含氮的Ⅱa型钻石。如果同时再加入一些硼，则可合成出含硼的蓝色Ⅱb型的钻石。 合成的钻石还可以通过辐照处理把它们变成彩色钻石。 ??? 3、合成钻石的原理与合成方法 （1） 结晶习性： ????合成钻石常常为立方体、八面体，及二者的聚形，而天然钻石最常见的形态是八面体、菱形十二面体或二者的聚形或三角薄片双晶。 立方体与八面体的聚形的合成钻石晶体 （2）颜色： ???? 大多颜色为黄褐色，并常常经辐照改色成蓝、橙色、粉色、褐色、金黄色。 天然钻石表面有时可见三角凹痕 （3）晶体表面及内部纹理： ????合成钻石可显示树枝状、漏砂状或交切状纹理，接种面上粗糙不平。天然钻石表面有时可见三角凹痕，内部可显示与结构有关的纹理。 合成钻石可显示漏砂状、交切状纹理 （4） 放大： 合成钻石中的籽晶、籽晶幻影区、各种形态的金属包裹体（针状、片状、针点状等尤其围绕种晶周围）。金属包体很难避免。 金属熔剂残余包裹体 （5） 吸收光谱 合成钻石无特征的415.5nm吸收线，在液氮低温下还可测得658nm吸收峰，500nm以下全吸收。大多数天然钻石显示415.5nm的特征吸收线。钻石贸易公司（DTC）推出的钻石光谱鉴定仪（DIAMONDSURE）就是通过检测415.5nm的特征吸收线是否存在来帮助区分天然与合成钻石。 钻石光谱鉴定仪（DIAMONDSURE） （6） 紫外荧光： 合成钻石在长波紫外下通常无荧光，短波下常有黄色、绿黄色、橙黄色的荧光。而天然钻石在长波紫外下通常有较强的荧光，多为蓝白色，短波下相对较弱或为惰性。合成钻石在短波紫外线下有特征的分带现象，即在立方体与八面体生长方向荧