合成宝石与仿制品

钻石有两条生长路线。高温高压（HPHT）生长模拟地幔中的条件。碳和一小块钻石籽晶置于熔融金属溶剂中，通常是铁、镍或钴，再放入带式、立方或分球式压机。宝石级生长的条件约为 5–6 GPa 和 1,300–1,600 °C。在通用电气，特雷西·霍尔于 1954 年 12 月 16 日在带式压机中用石墨和硫化铁催化剂、在约 7 GPa 和 1,600 °C 下实现了可重复的合成，该团队于 1955 年在 Nature 上发表结果。瑞典 ASEA 公司的研究人员早在 1953 年就制得了钻石，但当时未予报道，首次合成的归属至今仍有争议。通用电气的赫伯特·斯特朗和罗伯特·温托夫后来用数天时间培育出直径达 6 mm 的宝石级晶体。

化学气相沉积（CVD）从气体中构建钻石。氢气混以少量碳氢化合物，通常甲烷不足 10%，在约 20–500 mbar 下被激发为等离子体，碳逐层沉积在保持 600–1,200 °C 的籽晶片上。CVD 晶体常带褐色，因此经常在生长后再作 HPHT 处理。

两条路线得到的都是真正的钻石。自 2019 年 7 月起，GIA 出具注明生长方法的实验室培育钻石报告。

几乎所有合成彩色宝石都出自四种方法。焰熔法由法国化学家奥古斯特·维尔纳叶于 1902 年公布，把氧化铝粉末与致色剂混合后，经氢氧焰落到旋转的支架上，在那里长成称为梨晶的圆柱状晶体。这是最便宜的方法，至今仍占实验室培育红宝石和蓝宝石的大部分。维尔纳叶法宝石显出弧形生长纹和球形气泡，这两者在天然刚玉中都不会出现。

提拉法由扬·乔赫拉尔斯基于 1918 年开发，用旋转的籽晶从熔体中向上拉出晶体，可得到洁净的大块合成蓝宝石、变石和钇铝榴石（YAG）梨晶。

助熔剂法把原料溶解在钼酸锂之类的熔融溶剂中，在低于熔体法的温度下缓慢析出晶体。理查德·纳肯在 1920 年代中期培育出最早可供刻面的合成祖母绿，IG 法本自 1935 年起销售 Igmerald，卡罗尔·查塔姆自 1941 年起生产祖母绿，而皮埃尔·吉尔森在法国的工厂到 1970 年代中期已占世界产量的约 95%。助熔剂法宝石带有来自坩埚的铂片，以及助熔剂充填的指纹状包体。

水热法在密闭高压釜中用高温高压水使宝石结晶。约翰·莱希莱特纳在 1960 年前后把它用于祖母绿，联合碳化物公司的 Linde 分部随后在专利中公开了自己的工艺。水热法祖母绿显出人字形生长纹和钉头状针管。

仿制品复制的是外观，不是身份。合成立方氧化锆（CZ）是以氧化钇或氧化钙稳定的氧化锆，是最常见的钻石仿制品。莫斯科列别捷夫物理研究所的研究人员开发出使其可行的冷坩埚熔炼法，自 1973 年起陆续发表，1976 年开始商业化生产。CZ 的折射率为 2.15–2.18，钻石为 2.42；其色散（白光被分解为光谱色）更强，为 0.058–0.066；摩氏硬度为 8–8.5。它的相对密度为 5.6–6.0，而钻石为 3.52，因此同样大小的 CZ 要比钻石重得多。

合成碳硅石即碳化硅，在 1990 年代末进入首饰市场，是最接近的仿制品。其折射率为 2.648 和 2.691，色散为 0.104，硬度为 9¼。它的热学性质与钻石足够接近，热导仪对它的反应如同对钻石一样。它是非均质体，因此在放大下刻面棱线呈现重影。

更早的仿制品留存在老首饰中。合成金红石于 1948 年进入市场，钛酸锶于 1955 年，YAG 于 1968 年，钆镓榴石（GGG）于 1975 年。GIA 还把玻璃和无色锆石列入用来冒充钻石的材料。

拼合石又称组合石，是把两块或多块材料粘合或熔接在一起，做成一颗宝石的形状。GIA 把二层石定义为两段相接，把三层石定义为三段相接，或两段之间夹一层有色胶。

组合石并不总是仿制品。贵欧泊常常形成过薄的薄层，无法直接镶嵌，因此欧泊二层石把一片欧泊粘在缟玛瑙、塑料或天然基岩的深色底衬上；欧泊三层石再加一个水晶、玻璃、塑料或合成刚玉的透明弧顶，既保护薄欧泊，又放大其颜色。另一些类型则意在欺骗。石榴石顶二层石把一薄片红色石榴石熔接在有色玻璃底座上，使冠部具有较硬、光泽较强的表面和天然宝石的包裹体。蓝宝石二层石则把天然冠部与合成亭部配在一起。

拼合石会在接合处露出破绽。宝石学家沿腰棱和从侧面观察，寻找分离面、胶中封存的气泡，以及冠部与亭部之间光泽的变化。美国联邦贸易委员会规定，用铅玻璃之类的充填物粘合宝石材料制成的宝石，不得以不加限定的宝石名称出售。

常规宝石学仍然主要靠包裹体来鉴定合成彩色宝石：焰熔法刚玉中的弧形生长纹和气泡，助熔剂法宝石中的铂片和助熔剂指纹状包体，水热法祖母绿中的人字形生长纹。实验室培育钻石更难，因为它们本身就是钻石。

实验室依靠发光成像和光谱学。由 De Beers 钻石研究部门研制的 DiamondView 用波长低于 225 nm 的紫外光照射宝石并拍摄其荧光，从而描绘出生长结构。HPHT 晶体显出立方八面体排列的生长分区；CVD 晶体显出细密的平行生长层。在正交偏光下没有应变是 HPHT 生长的有力标志，而 CVD 钻石则显出特有的应变图案。在液氮温度下进行的光致发光光谱记录微量缺陷的发射：736.6 和 736.9 nm 处的硅空位双峰标志 CVD 生长，与镍有关的峰则指向 HPHT 生长。较新的 CVD 材料含硅更少，这一标志正在减弱。

小颗粒宝石，即碎钻，要成批筛查。GIA 的 iD100 可在两秒内检测 0.9 mm（约 0.005 ct）及以上的裸装或镶嵌无色至近无色钻石，给出“通过”或“需复检”。GIA 表示，没有哪种快速低成本筛查工具能识别出全部实验室培育钻石，因此需复检的宝石要送实验室。GIA 在其出证的每一颗实验室培育钻石腰部刻上“Laboratory-Grown”字样。

随着生产商学会更快、更大批量地培育宝石，实验室培育钻石的价格急剧下跌。De Beers 在 2025 年 5 月 8 日宣布关闭其 Lightbox 首饰品牌时表示，首饰用实验室培育钻石的批发价已下跌 90%，正趋近成本加成模式。其自家的《钻石报告》把跌幅定为自 2020 年以来 93%，并把培育钻石的平均批发价定在每克拉约 100 美元。Lightbox 在 2018 年推出时的统一价格是每克拉 800 美元。

廉价宝石虽然卖得多，却没有拿走价值。De Beers 于 2026 年 6 月发表的研究发现，2025 年实验室培育宝石占美国独立珠宝商钻石销售量的 15%，天然钻石占 85%，而零售价格下跌压低了培育钻石在销售额中的占比。2025 年，购买一件天然钻石首饰的平均支出从 2023 年的 3,242 美元升至 4,063 美元。

同期原石产量下降。金伯利进程的数据显示，2025 年世界原石产量为 9880 万克拉，价值 92.3 亿美元，低于 2024 年的 1.079 亿克拉。

美国联邦贸易委员会的《首饰指南》把钻石定义为基本由纯碳构成、按等轴晶系结晶的矿物，这一定义涵盖实验室培育宝石。卖方必须以同等醒目的方式加以限定，使用“实验室培育”“实验室制造”“[制造商名称]制造”或类似措辞。“养殖”一词只有与上述限定语并用时才被允许。仿制品必须称为“仿制”或“模仿”，而“仿真”不构成充分披露。该指南上次修订是在 2018 年。

世界珠宝首饰联合会（CIBJO）更为严格。其《钻石蓝皮书》只允许使用“合成”“实验室制造”或“实验室培育”，把这三者视为不得缩写的同义词，并禁止使用“养殖”“培植”“真”“正宗”“天然”“宝石”等说法。2026 年 9 月 7 日，CIBJO 理事会更进一步，建议把“合成”作为国际通用的唯一描述用语，并把另外两个视为某些国家接受的营销用语。

各实验室的用语也有所改变。GIA 于 2019 年 7 月 1 日把合成钻石分级报告改为实验室培育钻石报告。2025 年 6 月 2 日，它宣布将不再对实验室培育钻石套用天然钻石的颜色和净度标度，理由是其中 95% 以上落在一个狭窄的区间内，改为描述为“优质级”或“标准级”。