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工业钻石是按性能而非外观挑选的钻石，其中几乎全部产自工厂。美国地质调查局报告，2025 年合成材料占全球工业钻石产量和消费量的 99% 以上，全世界人造工业钻石产量超过 150 亿克拉。中国是最大的生产国，其次是美国和俄罗斯，三国合计约占合成产量的 99%。

这一行业始于 General Electric。1954 年 12 月 16 日，特雷西·霍尔在他的“带式”压机中实现了可重复的合成，这是一种高温高压（HPHT）装置，借助熔融铁催化剂把石墨转变为钻石。GE 于 1955 年 2 月公布了这一结果。

多数工业钻石用作磨料：结合在砂轮中的磨粒、用于混凝土和石材的锯片刀头、金刚线锯以及抛光粉。钻探是另一大用途。GE 于 1971 年发明了聚晶金刚石复合片（PDC），即一层与碳化钨结合的烧结金刚石，并自 1976 年起销售 PDC 切削齿。Baker Hughes 一名工程师 2015 年所作的历史综述报告，全世界油气井钻进进尺的 90% 以上由 PDC 钻头完成。金刚石刀具还用于加工铝合金、复合材料和陶瓷，但加工钢材时磨损很快，因为高温下的铁会溶解碳。

钻石把一些很少同时出现的性质集于一身。高纯度单晶钻石在室温下的导热系数超过 2,000 W/m·K，约为铜的五倍，但它却是电绝缘体，带隙（使一个电子脱离束缚以传导电流所需的能量）为 5.47 eV，而硅为 1.12 eV。这两个数字解释了它在高技术领域的主要角色。

作为均热片，一块薄钻石片置于发热芯片之下，在热量积聚起来之前把它向侧向导开。氮化镓（GaN）射频放大器和大功率激光二极管是典型的使用者。Element Six 与日本企业 Orbray 于 2024 年 6 月开始晶圆级单晶钻石方面的合作，当时 Orbray 已培育出直径达 55 mm 的单晶材料；2026 年 6 月两家表示，3 英寸衬底的可重复工艺已经建立，4 英寸衬底正在研发之中。

作为半导体，钻石原则上可以承受比碳化硅或 GaN 更高的电压和温度。掺硼使它成为 p 型，但高效的 n 型掺杂和大尺寸低缺陷晶圆仍是研究课题，因此钻石晶体管仍停留在实验室和中试规模。

作为窗口材料，以化学气相沉积（CVD）法培育的钻石，透光范围从紫外约 225 nm 一直延伸到远红外和微波，仅在 2.5 至 6.5 µm 之间有较弱的吸收带。它用于二氧化碳激光器、同步辐射 X 射线光束线和大功率微波系统的窗口。

氮空位（NV）色心是一种点缺陷：一个氮原子取代一个碳原子，并紧邻一个空的晶格位置。在带负电的形式下，该缺陷具有自旋三重态基态，即三个磁子能级，不加外场时其中两个比第三个高约 2.87 GHz。绿色激光激发该色心，其红色荧光（零声子线位于 637 nm）的亮度取决于自旋态。因此，用光学显微镜和微波就可以读出单个量子自旋，这种方法称为光探测磁共振。

在极纯的钻石中，自旋于室温下可保持长达毫秒量级的相干性，这在固态量子比特中并不多见。磁场、电场、应变和温度都会使共振发生移动。NIST 报告，在空气中和室温下，于几十纳米的尺度上磁场探测度可低至纳特斯拉每根号赫兹。

2015 年，代尔夫特理工大学的物理学家把相距 1.3 km 的两颗钻石中的电子自旋纠缠起来，完成了最早的无漏洞贝尔检验之一。硬件随物理学而来：2022 年，珀斯的 Pawsey Supercomputing Research Centre 安装了一台由 Quantum Brilliance 制造的室温钻石量子加速器。量子级钻石是制造出来的，不是开采出来的，由 CVD 法培育并按受控的量掺入氮。

金刚石压砧（DAC）把样品夹在两颗宝石级钻石的平顶之间加压。压砧的重量通常在 1/8 至 1/3 ct 之间，其抛光的顶面称为底尖，直径一般为 100–250 µm。由于不大的力作用在极小的面积上，两者之间的压力变得极大。一片钻有孔的薄金属垫片固定住样品。

这一装置于 1958 年由美国国家标准局（NBS）的查尔斯·韦尔、阿尔文·范瓦尔肯堡、埃利斯·利平科特和 E. N. 邦廷研制，芝加哥大学也独立作出了同样的工作。钻石的透明性使这一设计得以成立：红外光、可见光和 X 射线都能穿过压砧，因此科学家可以在样品受压的同时对它进行测量，激光也可以同时对它加热。

压力计来自宝石学。1972 年，NBS 的研究人员发表了一种基于红宝石尖锐红色荧光谱线的方法，这些谱线随压力升高而稳定地向长波方向移动，因此样品旁的一小粒红宝石就充当了压力计。压砧于 1975 年突破 100 GPa，如今可达到地心处约 360 GPa 的水平，而专门的双级压砧于 2012 年报告了 600 GPa 以上的压力。DAC 实验支撑着行星内部的模型，以及对新的高压相的探索，从致密形式的冰和氮到超导氢化物。

合成蓝宝石是单晶氧化铝，化学上与天然刚玉相同，但为工业用途培育成无色的大晶棒。生产商采用泡生法（Kyropoulos）和直拉法（Czochralski）等熔体生长方法，从熔融氧化铝中冷却或提拉出大晶体，而更早的维尔纳叶焰熔法仍在供应小型零件和宝石原料。

蓝宝石的摩氏硬度为 9，除钻石和少数几种超硬材料外，几乎不会被其他物质划伤。多数高端腕表使用蓝宝石表镜（表盘上方的透明盖片）。Apple 列出 Apple Watch Ultra 3 采用平面蓝宝石表镜，iPhone 17 Pro 的摄像头采用蓝宝石镜头盖片。蓝宝石手机屏幕则难以放大生产：曾为向 Apple 供货而建起蓝宝石业务的 GT Advanced Technologies 于 2014 年 10 月申请破产。

最大的工业用途是作为衬底，即用来培育其他晶体的晶圆。1986 年，赤崎勇和天野浩先沉积一层氮化铝缓冲层，在蓝宝石上培育出高质量的氮化镓；1993 年，中村修二制成了明亮的 GaN 基蓝光 LED。三人分享了 2014 年诺贝尔物理学奖。涂覆荧光粉的蓝光 LED 芯片产生了白光 LED 的大部分光，而这些芯片大多仍在蓝宝石上生长。这种材料还用作红外传感器和条码扫描器的窗口。

1960 年 5 月 16 日，西奥多·梅曼在加利福尼亚州马里布的 Hughes Research Laboratories 与伊尔尼·德埃南和查尔斯·阿萨瓦合作，运行了第一台激光器。它的增益介质是一根约 1 × 2 cm 的合成粉红色红宝石小棒，两端镀银，四周绕着螺旋形闪光灯。铬离子（Cr³⁺），也就是使红宝石着色的杂质，吸收闪光并在 694.3 nm 处发出相干红光。Hughes 于 1960 年 7 月 7 日在纽约的记者会上公布了这一结果，梅曼的短文于 8 月 6 日发表在 Nature 上。其他激光材料很快在多数用途上取代了红宝石，但红宝石荧光至今仍是金刚石压砧中的标准压力计。

石英在几乎每一件电子设备中工作。它具有压电性，这一效应由雅克·居里和皮埃尔·居里于 1880 年发现：挤压晶体会产生电压，施加电压则会使它形变。因此，一片薄石英片或一个微型音叉接入电路后，会以非常稳定的频率振动。沃伦·马里森和 J. W. 霍顿于 1927 年在 Bell Telephone Laboratories 制成了第一台石英钟。Seiko 于 1969 年 12 月 25 日售出第一块石英腕表 Astron；它的晶体频率为 8,192 Hz，月误差约五秒。如今多数手表使用 32,768 Hz 的晶体（每秒 2¹⁵ 次振动），商用振荡器使用在高压釜中以水热法培育的石英，而不是开采出来的晶体。

自动化如今已从选矿厂延伸到分级工作台。在矿上，X 射线透射（XRT）分选机在破碎后的矿石经过 X 射线源时对其成像，按原子密度的差别把钻石与围岩区分开，再用气流把钻石吹出。由于 XRT 能在处理的早期就回收大颗宝石，它降低了这些宝石在后续破碎中碎裂的风险。Lucara 在博茨瓦纳的 Karowe 矿于 2017 年安装了 TOMRA 的 XRT 分选机，并于 2024 年 8 月回收了一颗 2,492 ct 的钻石，TOMRA 称其为有记录以来第二大的钻石。

在原石规划方面，Sarine 的 Galaxy 系统一类包裹体成图扫描仪会建立宝石及其内部瑕疵的三维模型。规划软件随后提出若干成品形状，在出成率（切磨后保留的重量）与各方案所能达到的级别之间作权衡。

分级是最新的目标。2020 年 7 月 27 日，GIA 宣布已开始使用由 IBM Research 开发的人工智能系统进行钻石净度分级，该系统以 GIA 的设备数据和本机构分级师检验过的数千万颗钻石训练而成。该系统在 GIA 的纽约和卡尔斯巴德实验室有限使用，GIA 表示会把它推广到更多尺寸、形状和品质。Sarine 销售可自动对颜色、净度和切工分级的成像设备与软件。这类系统执行的是构建它们时所用的分级规则和训练数据，因此其结果的一致性不会超过这些参照本身。

数字孪生是某一颗具体宝石的数据记录，由扫描、照片、重量和分级结果构成，有时从原石阶段就开始建立，以便把成品宝石与其来源对应起来。De Beers 于 2018 年推出其 Tracr 区块链平台，并于 2022 年规模化部署。到 2025 年，该公司报告已有超过三百万颗钻石在源头登记，一克拉以上的钻石附有原产国数据，并要求使用者为责任珠宝业委员会会员。区块链使记录一经写入便难以改动，但无法证明第一条记录属实，因此 Tracr 把它的账本与 Sarine 的扫描数据配合使用。早期的区块链产地溯源初创企业 Everledger 于 2023 年进入破产管理程序。

加密货币于 2021 年 7 月 9 日进入市场的顶端：苏富比香港售出 The Key 10138，一颗 101.38 ct 的 D 色梨形钻石，成交价 1,230 万美元，以加密货币支付。代币化把已存放宝石的所有权分割成数字单位。例如，Diamond Standard 发行装有已鉴定钻石的币和条块，并把它们记录在 Hedera 网络上。这类代币的价值取决于保管、审计和监管，而不只取决于账本本身。

对线上买家，GIA 建议查看 360° 视图并确认退货政策。Signet Jewelers 于 2022 年以 3.6 亿美元收购 Blue Nile，并于 2026 年 3 月宣布将把旗下的 James Allen 网站并入 Blue Nile。