合成宝石は、自然界にある石と化学的および構造的に同一です。 対照的に、模造宝石は、特定の宝石に似たように見えるように作られた石です。 さまざまな宝石を生成する基本的なプロセスがいくつかあります。 合成宝石には、ガーネット、スピネル、エメラルド、サファイア、ダイヤモンドが含まれます。 これらの石のほとんどは、ジュエリーに使用するために生産されています。 ダイヤモンドは研磨剤として使用され、ルビーとガーネットはレーザーで使用されます。
ジュエリーに使用された最初の合成宝石はエメラルドでした。 その製造に採用されたプロセスは独自のものであり、秘密にされていますが、おそらく、色のためにクロムを添加したアルミナとベリリウムのケイ酸塩を一緒に溶かすフラックス成長法が含まれています. エメラルドはフラックスから結晶化します。 このプロセスで石を生成するには、XNUMX年かかる場合があります。
サファイアとルビーの製造には、ベルヌーイまたは火炎溶融プロセスが使用されます。 大量の水素と酸素を必要とするため、大量のエネルギーを消費します。 このプロセスでは、種結晶を酸水素炎で表面が液体になるまで加熱します。 AIなどの動力源2O3 サファイアは慎重に追加されます。 原料が溶融すると、種結晶が炎からゆっくりと引き出され、炎から最も離れた液体が固化します。 炎に最も近い端はまだ液体で、原料を追加する準備ができています。 最終的に、棒状の結晶が形成されます。 さまざまな金属イオンを原料に微量添加することで、さまざまな色が生まれます。 ルビーは、そのアルミニウムイオンの 0.1% をクロム原子で置換することによって作成されます。
スピネル、無色の合成胚芽 (MgAI2O4)、ベルヌーイ法で作られています。 産業界では、スピネルはサファイアとともに使用され、誕生石やクラスリングで使用される幅広い色を提供しています。 同じ金属イオンを追加することによって生成される色は、サファイアとスピネルでは異なります。
合成ダイヤモンドは、その硬度から産業界で使用されています。 ダイヤモンドの用途には、切断、研磨、研削、および穴あけが含まれます。 一般的な用途のいくつかは、建物の建設に使用する花崗岩の切断と研削、井戸の掘削と非鉄合金の研削です。 さらに、ダイヤモンドを表面に堆積させて、透明で硬く、傷のつきにくい表面を提供するプロセスが開発されています。
ダイヤモンドは、元素炭素またはグラファイトが時間の経過とともに圧力と熱にさらされると形成されます。 工場のフロアでダイヤモンドを作成するには、グラファイトと金属触媒を組み合わせ、高熱 (最高 1,500 °C) でそれらを一緒に圧縮する必要があります。 ダイヤモンドのサイズと品質は、時間、圧力、および/または熱を調整することによって制御されます。 大型のタングステン カーバイド ダイを使用して、ダイヤモンドを形成するのに必要な高圧を妥当な時間内に達成します。 これらの型は、最大で直径 2 m、厚さ 20 cm で、大きなドーナツに似ています。 グラファイトと触媒の混合物はセラミック ガスケットに入れられ、テーパー ピストンが上下から押し出されます。 所定の時間が経過すると、ダイヤモンドを含むガスケットがプレスから取り出されます。 ガスケットが取り除かれ、ダイヤモンドを含むグラファイトは、ダイヤモンド以外のすべての物質を分解するように設計された一連の薬剤にかけられます。 使用される反応物は、重大な火傷や呼吸器損傷の潜在的な原因となる強力な薬剤です。 宝石品質のダイヤモンドも同じ方法で製造できますが、長いプレス時間が必要なため、このプロセスは非常に高価になります。
ダイヤモンドの製造に起因する危険には、大量の反応性の高い酸や苛性剤への暴露の可能性、騒音、セラミック ガスケットの成形や破損による粉塵、金属粉塵への暴露などがあります。 別の潜在的な危険は、大規模な超硬ダイの故障によって作成されます。 さまざまな回数の使用の後、ダイは故障し、ダイが分離されていないと外傷の危険をもたらします。 製造されたダイヤモンドを分類および等級付けする際に、人間工学の問題が生じます。 サイズが小さいため、これは退屈で反復的な作業になります。