一、人造金刚石的历史和现状
早在18世纪，人们就开始探索人造金刚石，但直到20世纪，由于热力学和高温高压技术的发展，才实现了金刚石合成。1953年，瑞士工程公司(ASEA)利用压球装置首次成功合成了40颗小钻石，美国通用电气公司(GE)也于1955年利用压带装置合成了小钻石。此后，工业级钻石的合成技术得到了广泛应用。目前，几乎三分之二的工业钻石已经被人造钻石所取代。然而，直到1970年，美国通用电气公司才成功合成出宝石大小的钻石。经过近30年的努力，目前已经获得了10克拉以上的晶体，但是宝石级的钻石合成成本仍然很高，无法量产。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%。
20世纪90年代，通过化学气相沉积(CVD)合成了金刚石膜，并且在固体基底上沉积了多晶金刚石膜以供工业使用。2003年，美国阿波罗公司合成了宝石级单晶，并开始商业化生产。近日，美国华盛顿卡内基研究所地球物理实验室实现了100μm/h的CVD金刚石合成速度，并制作出一颗厚度为10ct半英寸的单晶金刚石。为了进一步增大人造金刚石晶体的尺寸，通过CVD在金刚石衬底的六个表面上顺序生长，可以实现英寸大小(大约300ct)的无色金刚石单晶的三维生长。还发现高压和高温热处理可以改善CVD合成金刚石的颜色和硬度。
二、高温高压籽晶触媒法合成金刚石
(一)人造金刚石的原理
金刚石和石墨是碳的两种同态变体。根据金刚石-石墨的相平衡图，石墨在常温常压下是碳的稳定晶型，金刚石只有在高温高压下最稳定。在高温高压下(相图中金刚石稳定区的条件)，石墨中的碳原子会按照金刚石的结构重新排列，从而形成金刚石。
金刚石合成方法主要有静压法、动压法和低压法(即在介稳区生长金刚石的方法)。工业金刚石主要通过静压催化法合成。水压机产生(4500 ~ 9000)x 109 Pa的压力，通过电流加热到1000 ~ 2000℃的高温，利用金属催化剂实现石墨向金刚石的转化。
宝石级人造金刚石也是静压法，但加入了籽晶，所以也叫籽晶触媒法。催化剂的主要作用是降低石墨向金刚石转化的温度和压力条件，提高转化率。同时，金属催化剂可用作碳溶剂。在适当的温度和压力条件下，石墨和金刚石可以溶解在催化剂中，石墨的溶解度大于金刚石。当压力增加时，它们之间的差值也增加。所以当石墨溶解在金属触媒中达到饱和时，对钻石来说已经过饱和，此时钻石很容易从触媒中结晶出来。在合成的过程中，温度和压力的控制比较复杂，晶体长时间生长，所以成本比合成行业的砂钻要高很多。
(2)控制人造金刚石的晶体形状、颜色和类型
1.晶型:人造金刚石的晶型主要是立方体和八面体的集合体。合成温度对形貌有一定的影响。温度较低时(1300℃)，立方体占优势，温度较高时(1600℃)，八面体占优势。
2、颜色和类型
人造钻石的颜色和类型也是可以控制的。因为生长室中充有空气体，而空气体中含有氮，所以大部分人造金刚石都是含有孤氮的Ib型金刚石。这种钻石大多是黄色到棕色。如果在反应室中放入一些氮吸收剂，如锆或铝，可以得到无色无氮的IIA金刚石。同时，如果加入一些硼，可以合成含硼蓝色ⅱb金刚石。
(3)宝石级人造钻石的主要鉴定特征
1.结晶习性:人造钻石往往是立方、八面体和两者的集合体，而天然钻石最常见的形态是八面体、菱形十二面体或两者的集合体或三角片状孪晶。
2.晶体表面纹理:人造金刚石可呈树枝状、漏砂或横切纹理，孕育表面粗糙不平。三角形凹痕在天然钻石中很常见。
3.籽晶:有籽晶和籽晶幻影区。
4.金刚石类型:人造金刚石为Ib型或II型，Ib型经高温处理后可以是Ib和IaAB混合型。
5.夹杂物:针状、片状和针状金属夹杂物。大量的金属包裹体使人造钻石具有明显的磁性，甚至导电性。
6.吸收光谱:人造钻石没有415纳米的吸收线。D.Beers钻石贸易公司(DTC)推出的DIAMONDSURE，就是通过检测415nm吸收线的存在来区分天然钻石和合成钻石。
7.紫外荧光:人造钻石的长波紫外荧光比短波弱，而天然钻石则正好相反。
8.荧光带纹:合成钻石在超短波紫外线下的特征带纹现象称为“马耳他十字带”现象。天然钻石呈环状荧光分布。DIAMONDVIEW是专门用来检测钻石荧光图案特征的仪器。
9.阴极发光:类似于紫外光下的荧光条带特征。
三。化学气相沉积法合成金刚石
(一)基本原则
这种方法通过微波加热放电激活碳基气体(如甲烷)，使碳原子和氢原子(或甲基CH3和氢原子)解离，游离碳原子形成金刚石。
合成条件为:温度800 ~ 1000℃，CH4+H2混合气体约0.1个大气压，过高的H2分压易形成石墨，以金刚石晶体为衬底，起籽晶作用，生长速率为0.01 ~ 1 mm/h
(CVD人造金刚石的主要识别特征
1.生长特征:具有生长层结构，如平行的异常消光线。
2.金刚石类型:CVD合成金刚石为Ib型或IIa型，含少量孤n。
3.红外光谱:在753，7354，6856，6425，5564，3323和3123 cm-1处有与H相关的吸收峰，经HTHP处理可部分去除，只留下3107 cm-1处的H-C峰。
4.紫外荧光特征:未经高温高压处理的CVD金刚石具有特征性的橙红色荧光，经高温高压处理后为黄绿色。
5.荧光图案:CVD人造金刚石的荧光图案纹理细腻，特别是在阴极发光下容易观察到。
6.外观特征:切割和研磨的钻石通常是扁平的，浅棕色到深棕色，但经过HTHP处理后几乎可以是无色的。
