Le gemme sintetiche sono chimicamente e strutturalmente identiche alle pietre che si trovano in natura. Le gemme d'imitazione, al contrario, sono pietre fatte per apparire simili a una gemma particolare. Ci sono alcuni processi di base che producono una varietà di pietre preziose. Le gemme sintetiche includono granato, spinello, smeraldo, zaffiro e diamante. La maggior parte di queste pietre sono prodotte per l'uso in gioielleria. I diamanti sono usati come abrasivi, mentre i rubini e i granati sono usati nei laser.
La prima gemma sintetica utilizzata in gioielleria è stata lo smeraldo. Il processo impiegato nella sua fabbricazione è proprietario e tenuto segreto, ma probabilmente implica un metodo di crescita del flusso in cui i silicati di allumina e berillio con aggiunte di cromo per il colore vengono fusi insieme. Gli smeraldi cristallizzano dal flusso. Potrebbe volerci un anno per produrre pietre con questo processo.
Il Verneuil o processo di fusione alla fiamma viene utilizzato nella produzione di zaffiro e rubino. Richiede grandi quantità di idrogeno e ossigeno, consumando quindi grandi quantità di energia. Questo processo prevede il riscaldamento di un seme di cristallo con una fiamma ossidrica fino a quando la superficie è liquida. Materia prima potenziata come l'intelligenza artificiale2O3 per lo zaffiro è aggiunto con attenzione. Man mano che la materia prima si fonde, il seme cristallino viene lentamente ritirato dalla fiamma, provocando la solidificazione del liquido più lontano dalla fiamma. L'estremità più vicina alla fiamma è ancora liquida e pronta per altra materia prima. Il risultato finale è la formazione di un cristallo simile a un bastoncino. I vari colori vengono creati aggiungendo piccole quantità di vari ioni metallici alle materie prime. Il rubino viene creato sostituendo lo 0.1% dei suoi ioni di alluminio con atomi di cromo.
Spinello, un germe sintetico incolore (MgAI2O4), è realizzato con il processo Verneuil. Insieme allo zaffiro, lo spinello viene utilizzato dall'industria per fornire una vasta gamma di colori da utilizzare come pietre portafortuna e in anelli di classe. Il colore prodotto aggiungendo gli stessi ioni metallici sarà diverso nello spinello che nello zaffiro.
I diamanti sintetici sono utilizzati nell'industria a causa della loro durezza. Le applicazioni per i diamanti includono il taglio, la lucidatura, la molatura e la foratura. Alcuni degli usi comuni sono il taglio e la molatura del granito per l'uso nella costruzione di edifici, la perforazione di pozzi e la molatura di leghe non ferrose. Inoltre, sono in fase di sviluppo processi che depositeranno il diamante sulle superfici per fornire superfici chiare, dure e resistenti ai graffi.
I diamanti si formano quando il carbonio elementare o la grafite sono sottoposti a pressione e calore nel tempo. Per creare un diamante sul pavimento della fabbrica è necessario combinare catalizzatori di grafite e metallo e pressarli insieme a temperature elevate (fino a 1,500 °C). La dimensione e la qualità dei diamanti sono controllate regolando il tempo, la pressione e/o il calore. Grandi stampi in carburo di tungsteno vengono utilizzati per ottenere le alte pressioni necessarie per formare diamanti in un ragionevole periodo di tempo. Questi stampi misurano fino a 2 m di diametro e 20 cm di spessore, assomigliando a una grande ciambella. La miscela di grafite e catalizzatore viene inserita in una guarnizione di ceramica e i pistoni conici schiacciano dall'alto e dal basso. Dopo un tempo prestabilito, la guarnizione contenente i diamanti viene rimossa dalla pressa. Le guarnizioni vengono rotte e la grafite diamantata viene sottoposta a una serie di agenti progettati per digerire tutto il materiale ad eccezione dei diamanti. I reagenti impiegati sono agenti forti che sono potenziali fonti di ustioni significative e lesioni respiratorie. I diamanti di qualità gemma possono essere prodotti allo stesso modo, ma i lunghi tempi di stampa richiesti rendono questo processo proibitivamente costoso.
I pericoli derivanti dalla produzione di diamanti includono la potenziale esposizione agli acidi altamente reattivi e agli agenti caustici in grandi volumi, rumore, polvere derivante dalla formazione e dalla rottura delle guarnizioni ceramiche e dall'esposizione alla polvere metallica. Un altro potenziale pericolo è creato dal cedimento delle massicce matrici in metallo duro. Dopo un numero variabile di utilizzi, i monconi si guastano, ponendo un rischio di trauma se i monconi non sono isolati. I problemi ergonomici sorgono quando i diamanti prodotti sono classificati e classificati. Le loro piccole dimensioni rendono questo lavoro noioso e ripetitivo.