高温高压(HTHP)是合成钻石的基本方法之一。合成的基本原理是在人造的高温高压环境下,将石墨进行相转变生成钻石,一般需要10GPa、3000℃以上的压力和温度。如果有金属触媒(如Fe、Ni、Co、Mn等以及它们的合金)的参与,石墨相变为钻石所需要的条件将大幅降低,通常压力为5.4GPa,温度为1400℃。目前首饰用合成钻石主要生产国有俄罗斯、中国、美国、英国、乌克兰、日本等。高温高压生产钻石设备和技术依国家和厂商而异,以前国外多使用两段式分球压机(简称BARS)和BELT压带机生产,我国科学家和厂商多使用国产六面顶压机生产。
高温高压HPHT法合成钻石是在1954年由美国GE公司研发成功。
1999年投入市场,由以色列LKI子公司POL公司我公司销售。所以当时还叫GE POL钻石。
1998年俄罗斯成功合成出近无色的HPHT钻石,但是由于净度不好且价格高,市场销售不畅。美国GEMESIS公司经过十余年的努力,合成出高品质的黄色钻石,但是由于市场不接受于2011年倒闭。
近年来,我国的河南省大量上马合成金刚石项目,据统计全世界大的HTHP合成金刚石生产基地在中国。
国内某大型企业内的HPHT合成金刚石设备“六面项”
1、磁性
据统计国产HPHT合成钻石中,80%晶种温差法HPHT合成钻石会有明显磁性;而25%恒温法HPHT合成钻石会被强磁铁吸引。
如图所示被磁铁吸引就一定是HPHT合成钻石
2、荧光检测
绝大多数HPHT合成钻石所用原料的石墨粉中都含有少量的硼(B)元素,在短波紫外光下呈现出强荧光甚至磷光反应。
HPHT合成钻石的荧光反应
3、包裹体特征
HPHT合成钻石常见深色的铁、镍等金属触媒,负晶或云雾。如图
HPHT法合成钻石中常见的金属包体
4、生长纹
HPHT合成钻石常常有方形生长纹或马尔他十字形生长纹。
HPHT合成钻石的生长纹理
5、紫外-可见光谱415NM吸收峰
天然钻石有N3色心,在UV-VIS光谱中可见415NM的吸收峰,而HTHP合成钻石无此峰。