最早的实验室制造合成钻石方法成本高昂。然而，技术进步使合成钻石更容易进入市场。对消费者来说不幸的是，适当的钻石测试非常昂贵，因此很难知道许多钻石是天然的还是人造的。

        这五部分的系列文章中，“了解宝石合成材料，治疗和仿制品，”是从乔尔的ΔRem博士即将出版的书中，有一章珠宝首饰，3次版。该国际宝石协会（IGS）衷心感谢AREM博士对宝石学领域的贡献，并允许淘矿工场科普重现这一章。

        通用电气合成金刚石

        通用电气合成金刚石。

        特殊方法

        前面的讨论 [第 2 部分] 涵盖了绝大多数材料。然而，一些晶体需要非常不寻常的生长条件。（这对于立方氧化锆来说当然是正确的，直到头骨熔化成为一种商业过程！）。也许其中最引人注目的是钻石。

        钻石是极端高温和高压的产物，这些条件主要存在于地表以下 15 英里或更深的地幔中。金刚石合成的主要障碍是找到 (1) 可以产生这些条件的设备和 (2) 用于制造该设备的材料，这些材料将使设备本身能够生存（并维持）这些条件！在 1850 年至 1950 年期间，人们经常声称成功，但从未真正记录下来。在过去的 60 年里，这种情况发生了巨大且不可逆转的变化。

        合成钻石

        钻石是由纯碳制成的。金刚石的硬度和光学特性是独一无二的，因为它具有致密、紧密结合的晶体结构。多年来，人们认为产生这种结构所需的条件是非常高的温度和压力，类似于天然钻石的生长环境。早在 1880 年代（格拉斯哥的 JB Hannay 和法国的 Henri Moissan 于 1896 年在实验室中复制自然过程的尝试）都没有定论。

        事实上，直到 1955 年，通用电气公司的科学家们宣布了一项突破，钻石合成的无可置疑的证据才出现。一台 1,000 吨的压力机同时实现了 5,000°F 的温度和 150 万磅/平方英寸的压力。在这些条件下，金刚石会很快（几秒到几分钟）从碳中形成。

        GE 生产的最大晶体大约有 1 克拉，并从中切下了几颗小宝石。然而，制造成本如此之高，工艺如此艰难，以至于当时合成钻石宝石无法与天然宝石竞争。相比之下，磨料用合成金刚石粉末相对容易生产，现已成为一种主要且价格低廉的工业产品，但生产量大，

        只要在地球内部形成钻石的深处存在极端温度和压力条件，在实验室或工业环境中无法实现，钻石贸易就不会受到未公开的合成材料和处理方法的破坏性影响，这些问题会导致已经困扰了宝石市场的其余部分。

        奇怪的是，制造大钻石的动力并非主要来自宝石需求。事实证明，钻石是最著名的热导体之一。微电子小型化的限制是电子在这些超小型电路中移动所产生的热量的消散。现代计算机中的 CPU 产生如此多的热量，以至于它们甚至有自己的专用冷却风扇！

        长期以来，人们一直推测（后来被证实），通过使用金刚石代替硅作为基板，可以实现组件密度的巨大增加，从而导致小型化的革命性进步。这一潜在电子市场的巨大规模使任何可能的宝石用途都相形见绌，激发了钻石晶体生长方法的重大进步。

        其中之一，称为 CVD（化学气相沉积），最初预计能够生长 2 英寸立方体大的透明单晶金刚石！因此，现在存在制造几乎任何所需尺寸的抛光宝石级钻石的长期潜力。这种（相对未被认识的）情况对珠宝行业具有深远的影响。

        钻石的种类

        钻石分为几类。I 型石头含有氮，要么是簇状（IA 型），要么是孤立的原子（IB 型）。所有 I 型宝石都是电绝缘体，并且在光谱的红外部分具有吸收带。它们通常在紫外线下发出黄色荧光。

        I 型宝石可以是无色、浅灰色或绿色（很少是蓝色或紫色），但通常呈淡黄色至褐色，包括开普系列黄色宝石，它们构成了宝石贸易中的绝大多数钻石。II 型钻石不含氮，是热的良导体。IIA 型宝石是无色的，但 IIB 型宝石含有硼，呈蓝色（有时呈褐色或灰色），并且具有导电性。

        澳大利亚的 Argyle 矿生产了一种非常罕见的类别，称为 HGBV（富氢，灰色到蓝色到紫色）。HGBV 宝石含有氢和镍，这在其他地方的钻石中极为罕见。蓝色 I 型宝石极为罕见，可与富硼 IIB 型宝石区分开来，因为它们不导电且具有不同的荧光。

        一些钻石是“异色”的，并被杂质着色，例如氮和硼，这些杂质会产生“色心”，选择性地吸收某些光。然而，大量的色调是由各种结构缺陷（例如空位）产生的。这些自然发生，但也可以由范围广泛的能量过程产生。

        1904 年，著名物理学家威廉·克鲁克斯 (William Crookes) 将一些钻石埋在镭盐包装中。在相对较短的时间内，石头变成了绿色。不幸的是，它们也变得具有强烈的放射性！快进到 1940 年代——现在，粒子加速器被发明并广泛用于高能物理实验。淘矿工场科普发现回旋轰击（使用质子、α 粒子和氘核）可以将钻石染成绿色、蓝绿色和黄褐色。

        后来发现黄色和棕色的色调实际上是由于轰击导致石头加热造成的。到 1950 年代和 1960 年代，回旋加速器和 LINAC（直线加速器）被用于商业生产彩色钻石。颜色渗透往往较浅，并且通常具有特征图案，虽然蓝色和绿色宝石是常态，

        后来，核反应堆被用于治疗，但高能粒子往往会直接穿过钻石；然而，它们产生的二次电子会导致结构缺陷颜色，就像 LINAC 一样。蓝色和绿色色调是典型的结果，这些颜色通过加热转变为黄色和棕色。甚至发现在高压下加热 IA 型钻石可以使其变成亮黄色，甚至在钻石抛光过程中产生的热量也会产生黄色！

        加热经过辐照的钻石“退火”材料并通过改变由高能轰击产生的缺陷色心的光吸收来改变颜色。加热甚至可以消除着色，就含氮宝石的黄色而言。GE 公司在 1970 年代获得了一项去除钻石黄色工艺的专利。但是在 1990 年代，该公司发现在非常高的压力下加热效果更好，并且还能够从碳中实际制造出各种形式的金刚石晶体。（一个著名的 GE 结果是用花生酱制造钻石！）。这种“生长”钻石的方法被称为 HPHT（高压高温）。