Синтетические драгоценные камни химически и структурно идентичны камням, встречающимся в природе. Имитации драгоценных камней, напротив, представляют собой камни, которые выглядят похожими на конкретный драгоценный камень. Есть несколько основных процессов, которые производят различные драгоценные камни. Синтетические драгоценные камни включают гранат, шпинель, изумруд, сапфир и алмаз. Большинство этих камней производятся для использования в ювелирных изделиях. Алмазы используются в качестве абразивов, а рубины и гранаты — в лазерах.
Первым синтетическим драгоценным камнем, использованным в ювелирных изделиях, был изумруд. Процесс, используемый в его производстве, является собственностью и держится в секрете, но, вероятно, включает метод выращивания из флюса, при котором силикаты оксида алюминия и бериллия с добавками хрома для цвета сплавляются вместе. Изумруды кристаллизуются из флюса. Производство камней с помощью этого процесса может занять год.
Процесс Вернейля или плавление в пламени используется при производстве сапфира и рубина. Он требует большого количества водорода и кислорода, поэтому потребляет большое количество энергии. Этот процесс включает в себя нагревание затравочного кристалла кислородно-водородным пламенем до тех пор, пока поверхность не станет жидкой. Приведенное в действие сырье, такое как ИИ2O3 для сапфира добавляется осторожно. По мере расплавления сырья затравочный кристалл медленно вынимается из пламени, в результате чего жидкость, находящаяся дальше всего от пламени, затвердевает. Ближайший к пламени конец все еще жидкий и готов к еще большему количеству сырья. Конечным результатом является образование стержнеобразного кристалла. Различные цвета создаются путем добавления небольшого количества ионов различных металлов в сырье. Рубин создается путем замены 0.1% ионов алюминия на атомы хрома.
Шпинель, бесцветный синтетический зародыш (MgAI2O4), производится по методу Вернейля. Наряду с сапфиром шпинель используется в промышленности, чтобы обеспечить широкий спектр цветов для использования в качестве камней рождения и в классных кольцах. Цвет, полученный при добавлении одних и тех же ионов металла, будет отличаться для шпинели от цвета сапфира.
Синтетические алмазы используются в промышленности из-за их твердости. Применение алмазов включает резку, полировку, шлифовку и сверление. Некоторые из распространенных применений - резка и шлифовка гранита для использования в строительстве, бурение скважин и шлифовка цветных сплавов. Кроме того, разрабатываются процессы, которые будут наносить алмаз на поверхности, чтобы обеспечить четкие, твердые, устойчивые к царапинам поверхности.
Алмазы образуются, когда элементарный углерод или графит со временем подвергаются давлению и нагреву. Чтобы создать алмаз в заводских условиях, необходимо объединить графит и металлические катализаторы и спрессовать их вместе при высокой температуре (до 1,500 °C). Размер и качество бриллиантов контролируются путем регулировки времени, давления и/или нагрева. Большие штампы из карбида вольфрама используются для достижения высокого давления, необходимого для формирования алмазов за разумный период времени. Эти штампы достигают 2 м в диаметре и 20 см в толщину, напоминая большой пончик. Смесь графита и катализатора помещается в керамическую прокладку, а конические поршни сжимаются сверху и снизу. По истечении заданного времени прокладку, содержащую алмазы, снимают с пресса. Прокладки отламываются, и алмазосодержащий графит подвергается воздействию ряда агентов, предназначенных для удаления всего материала, кроме алмазов. Используемые реагенты представляют собой сильнодействующие агенты, которые являются потенциальными источниками серьезных ожогов и поражения органов дыхания. Алмазы ювелирного качества могут быть получены таким же образом, но требуемое длительное время прессования делает этот процесс непомерно дорогим.
Опасности, связанные с производством алмазов, включают потенциальное воздействие высокореакционноспособных кислот и едких веществ в больших объемах, шум, пыль от формирования и разрушения керамических прокладок, а также воздействие металлической пыли. Другая потенциальная опасность создается выходом из строя массивных твердосплавных матриц. После различного количества использований штампы выходят из строя, создавая опасность травмы, если штампы не изолированы. Проблемы с эргономикой возникают, когда производимые бриллианты классифицируются и оцениваются. Их небольшой размер делает эту работу утомительной и повторяющейся.