УО "БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Кафедра технологии важнейших отраслей промышленности

Индивидуальное задание

на тему: Производство искусственных алмазов

Реферат. 3

Введение. 4

Глава 1. Природные алмазы.. 5

1.1 Углеродная природа алмаза. 5

1.2 Природные месторождения. 6

1.3 Цена бриллианта. 7

Глава 2. Развитие технологии производства алмазов. 9

2.1 Необходимость промышленного производства алмазов. 9

2.2 Этапы развития. 10

2.3 Метод температурного градиента. 11

2.4 Применение тиснумита. 13

2.5 Современные технологии. 15

2.6 Химическая обработка. 17

2.7 Радиационная обработка. 17

2.8 Термобарическая обработка. 18

2.9 Управляемый синтез. 18

2.10 Контроль происхождения алмазов. 20

Заключение. 22

Список использованных источников. 23

Ключевые слова: алмаз, бриллиант, тиснумит, огранка, кимберлит, графит, кристалл, примеси, синтез.

В данной работе приводится общая информация о свойствах и природе алмазов, их крупнейших местрождениях и способах добычи; о развитии технологии производства искусственных алмазов и их применения, а также о современных технологиях выращивания и обработки алмазов.

Введение

Алмаз - абсолютно незаменимый материал в самых разных областях человеческой деятельности, начиная от ювелирной и обрабатывающей промышленности и заканчивая электронной и космической. И все это - благодаря его уникальным свойствам: твердости и износостойкости, большой теплопроводности и оптической прозрачности, высокому показателю преломления и сильной дисперсии, химической и радиационной стойкости, а также возможности его легирования электрически и оптически активными примесями. Крупные и особо чистые природные алмазы - большая редкость, поэтому неудивительно, что успешные попытки их производства вызывают огромный интерес.

Алмазы применяются во многих отраслях промышленности как абразивный материал. Дороговизна натуральных алмазов вызывает необходимость производства синтетических камней в промышленных масштабах. Ежегодное производство их составляет несколько миллионов карат. И большая их часть применяется для технологических нужд.

Целью работы является изучение технологии производства и обработки синтетических алмазов. Для этого ставится задача осветить историю развития отрасли, рассмотреть основные технологические процессы производства и способы обработки искусственных алмазов, а также показать разнообразные сферы применения таких алмазов в промышленности и современных нанотехнологиях.

1.1 Углеродная природа алмаза

С давних пор алмаз считали чудодейственным камнем и могущественным талисманом. Полагали, что человек, носящий его, сохраняет память и веселое расположение духа, не знает болезней желудка, на него не действует яд, он храбр и верен.

Алмаз является самым твердым минералом (твердость 10 по минералогической шкале; плотность 3,5 г/см3) с высоким показателем преломления 2,417. Кроме того, алмаз – полупроводник. На воздухе алмаз сгорает при 850 oС с образованием СО2; в вакууме при температуре свыше 1500 oС переходит в графит. Свойства алмаза резко меняются в зависимости от наличия (тип I) или отсутствия (тип II) примеси азота. Для типа I характерно аномальное двупреломление, низкая фотопроводимость, отсутствие электропроводности, поглощение в инфракрасном (между 8-10 мкм) и ультрафиолетовом (от 3300 А) диапазонах, высокая теплопроводность. Безазотные алмазы (тип II) практически изотропны, с высокой фотопроводностью, не поглощают инфракрасное излучение и прозрачны в ультрафиолетовом (до 2200 А), обладают чрезвычайно высокой теплопроводностью. Рентгеновская дифракция выявляет в первом типе дополнительные линии, свидетельствующие о «дефектности» кристаллической структуры.

Трудно представить, что самый твердый из известных природных материалов является одной из полиморфных (отличающихся расположением атомов в кристаллической решетке) модификаций углерода, другая модификация которого - графит, мягкое вещество, использующееся в качестве смазки и грифелей для карандашей. В алмазе, имеющем кубическую структуру, каждый атом углерода окружен четырьмя такими же атомами, которые образуют правильную четырехгранную пирамиду. Графит же имеет слоистую структуру, в которой прочные связи между атомами углерода существуют только внутри слоя, где атомы образуют гексагональную сетку. Связь же между отдельными слоями очень слабая, поэтому они могут легко скользить относительно друг друга и остаются на бумаге в виде микрочешуек, когда мы пишем карандашом.

Зарождались и росли алмазы миллиарды лет назад на глубинах в 150-200 км под воздействием высоких температур и давлений. Условия для их роста, как правило, сохранялись в течение нескольких миллионов лет, а затем нарастающее давление выбрасывало их ближе к земной поверхности. После чего они либо оставались на месте (в «коренных» месторождениях), либо под действием ветра и воды извлекались из породы и накапливались во вторичных (россыпных) месторождениях. До середины XX века основная добыча алмазов приходилась на россыпные месторождения. Их гораздо легче было искать и разрабатывать. Однако эти месторождения, как правило, мелкие и быстро истощаются. После 1990 года более 75% мировой добычи алмазов стало приходиться на долю коренных месторождений, так называемых кимберлитовых трубок. Эти конусообразные, суживающиеся книзу залежи породы выступали своеобразным транспортером, доставляющим алмазы на поверхность земли. Площадь выхода кимберлитовых тел на поверхность различна. Самая крупная кимберлитовая трубка «Мвадуи» в Танзании имеет поперечник ~1-1,5 км. Глубина разработки трубок доходит до 1 км. Однако далеко не все кимберлитовые трубки являются алмазоносными. Рентабельны только те, в которых содержание алмазов составляет 0,5-5 каратов (0,1-1,0 грамма) на одну тонну породы. Подавляющая часть алмазов обычно имеет размер от долей миллиметра до 4-5 мм, и их масса меньше карата (0,2 грамма).

В настоящее время добыча минералов ведется в 26 странах мира, крупнейшими из которых являются Россия (Якутия и Урал), Ботсвана, ЮАР, Заир и Намибия. Ежегодно в мире добывается в среднем 100-110 млн. каратов (20 тонн). В последние годы Россия вышла на первое место по добыче природных алмазов и на второе по их суммарной стоимости. По данным Минфина, объем добычи алмазов в России в первом полугодии 2004 года составил 17,7 млн. карат при средней цене 51 доллар за карат (0,2 грамма). Экспорт необработанных природных алмазов с территории РФ за январь-сентябрь 2004 года составил 23,6 млн. каратов. Доля ювелирных алмазов составляет 20-25%. Основная масса (75-80%) добываемых камней - так называемые технические. Алмазы данной категории благодаря своим высоким абразивным качествам нашли широкое применение в обрабатывающей и бурильной промышленности. Самый большой ювелирный алмаз в мире - «Куллинан», массой 3106 карат (621,2 грамма), размером 5,5х10х6,5 см, был найден в 1905 году в Трансваале (ЮАР). Впоследствии из него было изготовлено 9 крупных бриллиантов (самый большой «Звезда Африки» - 530,2 карата) и 96 мелких. В процессе огранки было потеряно 66% исходной массы кристалла.

Бриллианты (ограненные алмазы) оцениваются по четырем главным CCCC критериям (так называемая система 4’C): цвет (color), качество (clarity), огранка и пропорции (cut), вес в каратах (carat weight). Наиболее ценны те, что имеют так называемый «высокий» цвет, а в действительности являются бесцветными. Наличие даже едва заметного и незначительного, на взгляд неспециалиста, оттенка желтого, коричневого или зеленого цвета (называемого ювелирами «нацветом») может серьезно понизить стоимость камня. У бесцветных алмазов выше всего ценится круглая огранка (бриллиант в этом случае имеет 57 граней), позволяющая максимально выявить блеск и игру камня (так называемый «огонь»). Максимальная стоимость бриллианта весом 1 карат сегодня составляет $18 000. Наиболее часто камни такого же веса имеют менее высокий цвет и качество, и их стоимость - $5 000- $8 000.

Рисунок 1.1. Цветные бриллианты

Чемпионами по стоимости в мире бриллиантов являются окрашенные в красный, голубой, розовый, зеленый и оранжевый цвета камни. Цена на розовые и голубые бриллианты может превосходить стоимость бесцветных аналогичного веса и качества в 10 и более раз, а самым дорогим (за карат) за всю историю бриллиантом является камень красного цвета весом 0,95 карата, проданный в 1987 году на аукционе Christie’s за 880 000 долларов США. Единого прейскуранта для цветных камней не существует, и, как правило, они формируются на аукционных торгах.

Высокая цена на эти камни объясняется не только их особыми характеристиками, но и уровнем монополизации в торговле: Международная корпорация «Де Бирс», контролирующая 70-80% поставляемых на рынок природных алмазов, уже более столетия удерживает на них известные цены. Освоение во второй половине XX века промышленного производства технических и ювелирных аналогов не снизило стоимость алмазов на мировом рынке.

В промышленном количестве выращивают только мелкие камни диаметром до 0,6 мм, используемые в качестве сырья для изготовления абразивного инструмента. Цены на них незначительно упали после освоения данной технологии и составляют около 10 центов за карат. Снижение цен на ювелирные алмазы не предвидится, поскольку их выращивание обходится довольно дорого.

Люди всегда восхищались бриллиантом. Раньше его заменители вроде белого сапфира визуально опознавал даже неспециалист. Сегодня благодаря достижениям науки оригинал копируется на сто процентов. А по свойствам искусственно выращенный бриллиант лучше природного и дешевле.

Синтетические алмазы, или искусственные бриллианты, – это выращенные человеком кристаллы. Они создаются из того же углерода, что и натуральные, имеют аналогичную природным камням структуру, состав, физические свойства. Все отличает дисперсия, прочие характеристики зависят от способа создания.

Культивированные алмазы – это, как правило, камушки до 1 карата. Синтез более крупных экземпляров не окупается, хотя положение может измениться. Например, в России вырастили 10-каратный густо-синий алмаз. Он получен в условиях, имитирующих природные. У камушка изумрудная огранка, безупречные форма и блеск, а включения заметны лишь под десятикратным увеличением.

История

Что такое искусственный алмаз, первым поведал миру француз Анри Муассан в начале ХХ века. Он открыл максимально схожий камень, обнаружив осколки метеора в кратере. И стал Нобелевским лауреатом.

Ещё один популярный аналог, синтезированный советскими учёными в 1976 году, называется .

Выращивают на основе высокоуглеродистых веществ – графита, очищенной сажи, угля. Существует два основных способа, поэтому различают НРНТ- и CVD-кристаллы.

Первозданный минерал и сотворённый двойник одинаково невзрачны на вид, оба сверкают только после огранки.

Где востребованы синтетические алмазы

90% искусственных алмазов «забирают» наука и промышленность. Особо чистые экземпляры востребованы точным машиностроением и нанотехнологиями для создания инструментов повышенной прочности (шлифовальных кругов, свёрл, пил, скальпелей, ножей).

Самая узнаваемая сфера – индустрия красоты. Украшения с искусственными алмазами популярны, потому что роскошны и доступны по цене, не хлопотны в уходе.

Цвета искусственных алмазов

У натуральных бриллиантов разные цвета или оттенки. Базовая гамма созданных человеком камушков беднее – жёлтый, синий, бесцветный. Каждый привлекателен по-своему:

1. Белый. Самые желанные, поскольку традиционно бриллиант ассоциируется с белым прозрачным фоном. Но их производство наиболее трудоёмкое. Растёт кристалл медленно, постоянно нужно следить, чтобы не попал азот (иначе оттенок получится желтоватым) или бор (синеватым). Популярны даже однокаратные блестящие малютки.
2. Голубой. Гамма варьируется от небесного голубого до густого синего. Цвет создают примеси бора, вес достигает 1,25 карата.
3. Жёлтый. Самый лёгкий в создании вид. Диапазон цвета – от насыщенного лимонного до изысканной желтоватости – создают примеси азота. Иногда получается оптимистичный пламенно-оранжевый. Вес алмазов достигает двух каратов.

Всем давно известен такой прекрасный камень, как бриллиант. Его история насчитывает более 3,5 миллиарда лет. Существует много версий его происхождения. Он обладает невероятным блеском и прочностью, чем и заслужил такую популярность. Существует искусственный и натуральный бриллиант. Так как последний имеет большую рыночную стоимость, создали искусственный камень. Он немного дешевле, но не менее привлекательный. Искусственный бриллиант - камень, который на сегодняшний день пользуется большим спросом. Из него изготавливают различные украшения, которые имеют непревзойденный вид и способны покорить любого ценителя прекрасного.

Описание

Искусственный бриллиант - это заменитель настоящего. Данного вида камень - более доступный по цене, так как настоящий не каждый может приобрести. В наше время благодаря высокотехническому оборудованию можно изготавливать синтетический камень. Он по внешнему виду мало чем отличается от настоящего. Только ювелиры могут отличить подделку от оригинала. Существует несколько видов искусственного камня - это так называемый синтетический минерал и заменитель алмазов. Долгое время ученые по оригинальной технологии создавали такие камни. И только в далеком 1892 году Анри Муассан придумал совершенно новый метод. Он использовал очень высокие температуры, которым подвергался углерод. Так, благодаря этому методу появился на свет впервые искусственно выращенный бриллиант. На сегодняшний день уже существует несколько подобных методов. Первый способ основан на давлении и высокой температуре, а второй связан с применением газовой среды.

Как выращивают камень?

Выращивают искусственный бриллиант в специальной камере. Алмазный зачаток кладут под пресс, соблюдается специальный температурный режим. Спустя семь дней по такому методу можно увидеть настоящий алмаз. Если качество не устраивает изготовителя, то камень снова по такой же технологии обрабатывают. Благодаря прессу и высокой температуре можно получить аналог довольно высокого качества.

Второй способ основан на применении газовой среды. Алмазное семя помещают в камеру с низким давлением. Испаренный углерод и кислород накладывают на частичку бриллианта слоями. Выращивание этими способами позволяет получать аналоги высокого качества, которые мало чем отличаются от настоящего бриллианта. На создание таких камней уходит всего два дня. Когда-то бриллианты заменяли фианитами, муассанитами. Хрусталь и циркон использовали для колец. Так они выглядели изысканно и утонченно на изделиях.

Общие характеристики искусственного камня

Самый известный искусственный бриллиант - это нексус. Он состоит из химического сращивания с другими соединениями. Стоит отметить, что данный аналог обладает высокой прочностью. Производители дают на них практически пожизненную гарантию.

Фианит - самый популярный искусственный бриллиант, созданный в лаборатории. Изготовлен из оксида и циркония. Он имеет красивые внешние данные, но низкую прочность и, соответственно, ниже цену. Если приобрести фианит, то нужно знать, что он со временем может царапаться и будет выглядеть не так, как при покупке. Свойство данного камня - впитывать масла, и это повредит его характеристики. Поэтому за ним нужно тщательно ухаживать.

Искусственно выращенный бриллиант называется муассанит. Он по праву считается самым красивым камнем. Он переливается на солнце и обладает неимоверным блеском. Благодаря ему он и приобрел такую популярность. Соответственно, и по цене он существенно отличается от других бриллиантов, так как он еще и обладатель высокой прочности. Простому человеку не отличить его от настоящего камня. Многие искусственные минералы могут стоить как настоящие. Это касается особенно белых, прозрачных камней, которые с трудом можно отличить от аналога. Следует отметить, что искусственные камни безупречны. Они не имеют совершенно никаких вкраплений и дефектов. Они имеют 100% прозрачность, поскольку выращены искусственно. При этом натуральные камни в природе не бывают идеальными, очень редко когда камень прозрачный на 100%. Искусственные стоят дороже, чем заменители. Поэтому те, кто желает сэкономить на изделии, могут приобрести украшения с заменителем.

Название искусственного бриллианта - муассанит. Такой минерал можно отличить от настоящего камня своим блеском, это его и выдает. Настоящий лишен подобного качества. Конечно, лучше покупать прозрачный искусственный бриллиант. Но если хотите сэкономить, можно приобрести цветные изделия. На сегодняшний день существует огромный выбор различный видов камней, на любой вкус и карман.

Кому подходит камень? Магические свойства

Энергетика бриллианта очень сильная, как и его магические свойства. Носить его желательно людям с сильным характером и духом. Если это фамильная ценность, то он как оберег помогает в различных делах и трудностях. Если это подарок, то очень важно, чтобы женщине его преподнес именно мужчина. Стоит отметить, что одинокой даме не рекомендуется носить данного вида камень. Он может приносить удачу только счастливым людям, супружескую пару он способен оберегать от предательства и обмана, сохранит их любовь на долгие годы.

Астрологи уверены, что бриллиант занимает первое место в зодиакальном калейдоскопе. Он хорошо подходит знакам огненной силы. Также он способен поддерживать равновесие и хорошее настроение. Не стоит его носить таким знакам зодиака: Близнецам, Весам, и Водолеям. Для них он будет действовать противоположно и приносить в их жизнь тоску и уныние.

Лечебные свойства

Также есть версия, что бриллиант обладает лечебными свойствами: укрепляет иммунитет, понижает температуру, утоляет головную боль, борется с бессонницей. Хорошо влияет на нервную систему, может излечить психические заболевания, маразм, склероз. Благотворно влияет на здоровье женщины. Бытует мнение, что зеленый камень помогает женщине забеременеть, облегчат период вынашивания малыша и процесс родов.

Изделия из искусственных камней

Кольцо с искусственным бриллиантом - достаточно красивое украшение. Например, изделие делают с муассанитом. Идеально чистый прозрачный самоцвет позволяет создавать настоящие ювелирные шедевры, от которых трудно отвести глаза. Оптические параметры камня делают его неимоверно сверкающим, способным ослепить своей красотой. Камни в кольцах всегда достаточно большие и прозрачные, не имеющие зрительного отличия от натуральных.

Искусственный бриллиант часто используют для изготовления обручальных колец. Такие изделия являются лидерами продаж. Данного вида камни идеально подходят для ежедневного ношения. Также они будут ярким напоминанием о самом важном и незабываемым дне в жизни. Ухаживать за таким кольцом очень просто. Его периодически нужно мыть с мылом в теплой воде и протирать нашатырным спиртом.

Серьги с искусственным бриллиантом, подвески, браслеты могут иметь один камень или множество маленьких. Все они обладают разными формами, все зависит от фантазии ювелира. Можно заказывать изделия по индивидуальному дизайну. Возможно, вы хотите одинаковые изделия с вашей второй половинкой или напоминание о каком-то важном дне, значимой для вас даты, события.

Браслеты же с муассанитом выглядят особенно роскошно. Ведь в одном изделии такое множество роскошных камней! Конечно, и цена его существенно отличается от других изделий. Но бывают браслеты просто из золота и с подвеской с одним камнем, что также оригинально смотрится. Цена искусственного бриллианта иногда немного дешевле настоящего, все зависит от того, какой он формы и цвета. Примерно 50 - 100 долларов за карат.

Свойства искусственного камня

У данного камня совершенно нет дефектов, он кристально чистый, достаточно твердый, имеет высокую оптическую дисперсию, а также обладает высокой теплопроводностью. Последнее довольно важно для технической примеси. Все остальные характеристики зависят от условий, в которых он был создан.

Кристаллическая структура камня

Алмаз может быть одним большим камнем. А может и иметь множество сросшихся кристалликов. Большие камни широко применяются на ювелирных украшениях и пользуются большим спросом. Поликристаллические алмазы, сделанные из множества мелких зерен, хорошо видны и рассеиваются при солнечном свете, их используют в промышленности как режущий предмет.

Твердость бриллианта

Синтетические бриллианты имеют самую высокую твердость. Слово "твердость" подразумевает под собой сопротивление вдавливанию. Она напрямую зависит от чистоты, наличия дефектов в кристаллической решетке и ее ориентации. Твердость нанокристаллических алмазов может быть 30-70%.

Примеси и включения

Каждый алмаз имеет какие-то примеси из атомов углерода. Они обнаруживаются в достаточном количестве, чтобы определить их аналитическим методом.

Примесей обычно пытаются избегать, но и бывает, что их намеренно вводят. Это делается, дабы изменить свойства алмаза. Когда камни выращиваются в жидкой среде из металла, то это приводит к формированию примесей природных металлов.

Как отличить?

Многие задаются вопросом о том, как отличить искусственный бриллиант от настоящего. Существует несколько вариантов. Искусственный камень может реагировать на магнит, он идеально прозрачный, под микроскопом можно увидеть зернистость, на солнце он не сильно блестит. Если положить его на лист белой бумаги, то вдоль рудниста будет видно белую полосу. Но всегда лучше обратиться к специалисту. Так, невооруженным взглядом, сложно отличить подлинность этих камней.

Небольшое заключение

Теперь вы знаете, что представляет собой искусственный бриллиант, как его выращивают. Кроме этого, мы рассмотрели свойства данного камня. Надеемся, что эта информация была вам не только интересна, но и полезна.

26 мая 2015 года Международный геммологический институт (IGI) в Гонконге выдал сертификат на необычный рекордный бриллиант массой 10,02 карата, цвета E и чистоты VS1. Подобные драгоценные камни не такая уже и редкость в ювелирном мире, но уникальность данного случая состояла в том, что камень не был добыт из земных недр, а был огранен из 32-каратного кристалла синтетического алмаза, выращенного российской компанией New Diamond Technology (NDT). «Это далеко не первый наш рекорд, — говорит генеральный директор компании Николай Хихинашвили. — Предыдущий, 5-каратный, продержался всего два месяца».

Роман Колядин, директор по производству, показывает мне небольшой цех в одном из технопарков неподалеку от Сестрорецка. Цех безлюден, лишь полтора десятка гидравлических прессов стоят вдоль стен. Это и есть «месторождение» — внутри прессов, в условиях высоких температур и давлений, микрон за микроном растут абсолютно безупречные алмазы. На пультах управления контроллеров у каждого пресса отражаются текущие параметры, но Роман просит снимать картинку так, чтобы эти данные не попали в кадр: «Общие принципы синтеза алмазов хорошо известны и используются в промышленности уже более полувека. А вот детали режимов синтеза — одно из ноу-хау нашей компании». Я обращаю внимание на прецизионные кондиционеры, поддерживающие микроклимат в цеху с точностью до десятых долей градуса. Неужели в такой точности есть необходимость? «Помните, мы сразу же закрыли за собой дверь, чтобы избежать сквозняка? — объясняет Роман. — Небольшие отклонения в температурном режиме могут серьезно повлиять на качество алмаза, и не в лучшую сторону. А мы всегда стремимся получить идеальное качество».

Процесс выращивания монокристаллов алмаза при высокой температуре (около 1500 °C, с нужным градиентом) и высоком давлении (50−70 тыс. атм.). Гидравлический пресс обжимает специальный контейнер, внутри которого находится металлический расплав (железо, никель, кобальт и др.) и графит. На подложке размещается одна или несколько затравок — небольших кристаллов алмаза. Сквозь камеру протекает электрический ток, разогревающий расплав до нужной температуры. В этих условиях металл служит растворителем и катализатором процесса кристаллизации углерода на затравке в форме алмаза. Процесс выращивания одного крупного или нескольких более мелких кристаллов длится 12−13 суток.

Подсмотрели у природы

История синтетических алмазов начинается с конца XVIII века, когда ученые окончательно поняли, что этот камень по своему составу является углеродом. В конце XIX века были попытки превратить дешевые варианты углерода (уголь или графит) в твердый и блестящий алмаз. Заявления об удачном синтезе делали многие известные ученые, такие как французский химик Анри Муассан или британский физик Уильям Крукс. Позднее, правда, было установлено, что никто из них на самом деле успеха не добился, и первые синтетические алмазы были получены только в 1954 году в лабораториях компании General Electric.

Более дешевый процесс осаждения алмаза из ионизированной углеводородной газовой среды на подложке, разогретой до 600−700°С. Для выращивания монокристаллов с помощью CVD требуется алмазная монокристаллическая подложка, выращенная с помощью HPHT. При осаждении на кремний или поликристаллический алмаз получается поликристаллическая пластина, имеющая ограниченное применение в электронике и оптике. Скорость роста — от 0,1 до 100 мкм/ч. Толщина пластин обычно ограничена 2−3 мм, поэтому вырезанные из нее алмазы можно использовать в качестве ювелирных, но их размер, как правило, не превышает 1 карата.

Процесс, который использовали для синтеза в GE, был «подсмотрен» у природы. Считается, что земные алмазы образуются в мантии, на глубине в сотни километров под поверхностью Земли, при высокой температуре (около 1300°С) и высоком давлении (около 50 000 атм.), а затем выносятся на поверхность магматическими породами, такими как кимберлиты и лампроиты. Разработчики GE обжимали с помощью пресса ячейку, внутри которой находился графит и железо-никелево-кобальтовый расплав, выступавший в качестве растворителя и катализатора. Этот процесс был назван HPHT (High Pressure High Temperature — высокое давление, высокая температура). Именно этот способ позднее стал коммерческим для получения недорогих технических алмазов и алмазных порошков (сейчас их производят миллиардами карат в год), а в 1970-х с его помощью научились изготавливать и ювелирные камни массой до 1 карата, хотя и весьма среднего качества.

Две основные технологии промышленного получения синтетических алмазов — это HPHT и CVD. Существует еще ряд экзотических методик, таких как синтез нанокристаллов алмаза из графита при взрыве или экспериментальный метод получения микронных алмазов из суспензии частиц графита в органических растворителях под воздействием ультразвуковой кавитации.

Обходной путь

С 1960-х годов в мире идет разработка еще одного метода синтеза алмазов — CVD (Chemical Vapor Deposition, осаждение из газовой фазы). В нем алмазы осаждаются на подогреваемую подложку из углеводородного газа, который ионизируется с помощью СВЧ-излучения или разогревается до высокой температуры. Именно на этот метод синтеза в начале 2000-х стали возлагать большие надежды и небольшие стартапы, и крупные компании типа Element Six, входящей в группу De Beers.

До последнего времени метод HPHT оставался сильно недооцененным. «Когда мы несколько лет назад покупали оборудование, нам все в одни голос говорили, что промышленные прессы пригодны разве что для синтеза алмазных порошков», — говорит Николай Хихинашвили. Все ресурсы выделялись на разработку CVD, а технология HPHT считалась нишевой, никто из специалистов не верил, что с ее помощью можно выращивать достаточно крупные кристаллы. Однако, по словам Николая, специалистам компании удалось разработать собственную технологию синтеза, которая буквально произвела в отрасли эффект разорвавшейся бомбы. Несколько лет назад в отчете одной из геммологических лабораторий так и было написано: «Вес данного бриллианта составляет 2,30 карата! Подобная величина бриллианта еще до недавнего времени была гарантом его природного происхождения».

Огранка алмазов для получения сверкающих бриллиантов — процесс долгий и не слишком впечатляющий для непосвященного человека. И выращенные, и натуральные алмазы обрабатываются совершенно одинаковым образом.

Лучшие друзья девушек

«Мы, конечно, не единственные, кто выращивает алмазы крупнее 5−6 карат, — объясняет Николай. — Но все остальные подчиняются принципу «два из трех»: крупные, качественные, коммерчески выгодные. Мы первые, кто научился получать крупные кристаллы алмаза высокого качества по приемлемой стоимости. На 32 прессах мы можем выращивать около 3000 карат в месяц, и это камни очень высокого качества — алмазы цвета D, E, F и чистоты от чистейших IF до SI, в основном типа II. 80% нашей продукции — это ювелирные алмазы массой от 0,5 до 1,5 карата, хотя мы можем вырастить под заказ алмаз любого размера». В качестве доказательства Николай протягивает мне кристалл размером с 10-рублевую монету: «Вот это, например, 28 карат. Если огранить его, получится бриллиант карат в 15».

В начале 2000-х мировой алмазный монополист, компания De Beers, была сильно обеспокоена грядущим выходом на ювелирный рынок синтетических алмазов, опасаясь, что это может подорвать бизнес. Но время показало, что бояться нечего — синтетические алмазы занимают очень малую долю ювелирного рынка. К тому же за это время были разработаны методы исследований, которые позволяют достаточно уверенно идентифицировать выращенные алмазы. Признаками синтеза являются включения металла, в цветных алмазах можно рассмотреть секторы роста, к тому же HPHT, CVD и натуральные природные алмазы в УФ-лучах имеют разный характер люминесценции.

В зависимости от содержания азота алмазы относят к одному из двух основных типов. Алмазы типа I содержат до 0,2% азота, атомы которого расположены в узлах кристаллической решетки группами (Ia) или по одиночке (Ib). Тип I преобладает среди природных алмазов (98%). Как правило, такие камни редко бывают бесцветными. Алмазы типа IIa практически не содержат азота (менее 0,001%), среди природных камней их всего 1,8%. Еще реже (0,2%) встречаются безазотные алмазы с примесью бора (IIb). Атомы бора в узлах кристаллической решетки обуславливают их электропроводность и придают алмазам голубоватый оттенок.

«Как относятся потребители к выращенным алмазам? Хорошо, — говорит Николай, — особенно современная молодежь. Для них важно, что эти алмазы бесконфликтны и созданы людьми с помощью высоких технологий без вмешательства в природу. Ну и цена примерно вдвое ниже. Конечно, в сертификате написано, что камни выращенные, но ведь носят-то кольцо с бриллиантом, а не сертификат! А по физическим и химическим свойствам наши алмазы идентичны природным».

Пока что большую часть прибыли дает изготовление алмазов для ювелирного рынка. Однако, скорее всего, в ближайшие годы возникнет огромный спрос на выращенные алмазы и алмазные пластины для специальной оптики, микроэлектроники и других высокотехнологичных промышленных применений.

От украшений к промышленности

Ювелирные алмазы — это прибыльная часть бизнеса NDT, но завтрашний день принадлежит другому направлению. Технический директор компании NDT Александр Колядин любит говорить: «Если из алмаза уже ничего больше нельзя изготовить, сделай бриллиант». На самом деле наиболее перспективный рынок для крупных высококачественных синтетических алмазов — это промышленность. «Ни один природный алмаз не годится для использования в специальной оптике или электронике, — говорит Александр Колядин. — В них слишком много дефектов. А пластины, вырезанные из наших алмазов, имеют почти идеальную кристаллическую решетку. Некоторые исследовательские организации, которым мы предоставляем наши образцы для изучения, с трудом могут поверить в измеренные параметры — настолько они идеальны. И не просто отдельные образцы — мы можем уверенно обеспечить повторяемость характеристик, что для промышленности жизненно важно. Алмазы — это теплоотводы, это окна для специальной оптики и для синхротронов, и, конечно, силовая микроэлектроника, над созданием которой сейчас работают во всем мире».

«Промышленное направление пока составляет 20% нашего производства, но года через три мы планируем довести его до 50%, тем более что спрос быстро растет. Сейчас мы в основном делаем пластины 4 х 4 и 5 х 5 мм, вырезали по заказу несколько 7 х 7 и 8 х 8 мм и даже 10 х 10 мм, но это пока не массовое производство. Наша следующая цель, — говорит Николай Хихинашвили, — это перейти к изготовлению дюймовых алмазных пластин. Это тот минимум, который очень востребован в массовой электронной и оптической промышленности. Для получения таких пластин нужно вырастить кристалл алмаза массой в сто карат. Это наш план на ближайшее будущее». «На десятилетие?» — уточняю я. Николай с огромным удивлением смотрит на меня: «Десятилетие? Мы собираемся сделать это до конца года».

Искусственные бриллианты – прекрасная альтернатива для тех, кто не может позволить себе натуральные камни, при этом за гораздо меньшую цену вы получаете великолепное украшение, изготовленное из экологически чистого материала. На сегодняшний день различают два основных вида искусственных бриллиантов - синтетические камни и так называемые, заменители алмазов.

Процесс создания синтетического алмаза был разработан в 1892 году французским химиком Анри Муассаном (Henri Moissan). Крошечные частички синтетического алмаза образовывались при нагревании угля или углеродного материала в чугунном тигле до экстремально высоких температур (4000¼ C). На сегодняшний день в изготовлении искусственных бриллиантов используют два основных метода: воздействие на материал высоким давлением при нагреве до высоких температур (HTHP) и метод химического осаждения из газовой фазы (CVD).

Температура плюс давление

Данная технология известна также под названиями HTHP и «GEPOL». В данном случае используется специальная установка в виде тетраэдрического пресса или шестиступенчатого кубического пресса высокого давления. Алмазное «семечко» помещают в рабочую камеру, которая находится внутри пресса, и подвергают воздействию высокой температуры и высокого давления, при этом создаются условия, максимально приближенные к естественным характеристикам процесса образования алмазов в природе. В отличие от натуральных алмазов, температурно-прессовой метод позволяет «вырастить» искусственный алмаз за семь-десять дней. Нередко дополнительная обработка синтетических алмазов температурой и давлением применяется для улучшения характеристик камня и достижения максимальной схожести с натуральным аналогом.

Метод химического осаждения из газовой фазы (CVD)

Разработанный в 80-х годах прошлого века метод предполагает условия выращивания кристалла при более низком давлении. В рабочую камеру помещается частица исходного материала, которая затем подвергается комбинированному воздействию температуры и давления, в то время как соединение выпаренной углеродной плазмы и водорода наслаивается на субстрат. Углеродные газы заряжаются микроволновой энергией и притягиваются к исходному материалу. При использовании метода химического газофазного осаждения формирование синтетического алмаза занимает несколько дней.

Выращенные в лабораторных условиях алмазы не уступают натуральным в твёрдости, кливаже (спайности), коэффициенте преломления, световой дисперсии, удельном весе и сиянии. Также как и натуральные алмазы, синтетические варианты могут содержать небольшие включения.

Цветовая гамма и оптические характеристики искусственных бриллиантов

В отличие от натуральных бриллиантов, которые в большинстве своем не имеют цвета, синтетические бриллианты обладают легким желтоватым оттенком и виной тому включения азота, которые рассеиваются в структуре кристаллической решетки во время фазы роста кристалла. Включения азота поглощают голубой спектр светового луча, в результате чего кристалл приобретает желтоватый оттенок.

Заменители бриллиантов

Заменители бриллиантов широко используются в ювелирной промышленности с 1970-х годов, вначале бриллианты заменяли кубически стабилизированным цирконом (фианитом), позже появились такие заменители как муассанит и Nexus. Более сотни лет назад для имитации бриллиантов использовали хрусталь, циркон и белый сапфир, особенно популярны эти камни были в изготовлении перстней в викторианском стиле.

Заменитель бриллиантов Nexus представляет собой соединение углерода с другими веществами. Такие заменители отличаются прочностью и твердостью и сопровождаются утроенной пожизненной гарантией прочности. Материалом для изготовления фианитов служит диоксид циркония. Среди всех заменителей бриллиантов фианит считается наименее прочным и, соответственно, одним из самых дешевых.

Муассанит, который синтезируют из карбида кремния, славится своим блеском и сиянием. Высокая прочность этого заменителя бриллианта, безусловно, отразилась и на его цене, из всех заменителей, муассанит самый дорогой, к тому же этот кристалл обладает определенными внешними особенностями, которые позволяют отличить его от натурального бриллианта.

При сравнении искусственных и натуральных бриллиантов разница, которая видна невооруженным глазом, – это стоимость кристаллов, однако стоит отметить, что белые (бесцветные) синтетические бриллианты нередко не уступают в цене натуральным бесцветным алмазам. Еще одно отличие: в натуральных бриллиантах присутствуют включения и неоднородность, в то время как синтетические варианты практически безупречны.

Сравнительная характеристика

Если вы решили приобрести украшение с искусственным бриллиантом, вам определенно удастся сэкономить кругленькую сумму, но если вы хотите максимально снизить затраты, тогда обратите внимание на изделие с заменителями бриллиантов, они стоят намного дешевле, чем вещицы с искусственными алмазами.

Заменители уступают натуральному бриллианту в прочности и твердости, но в плане сияния и блеска могут составить достойную конкуренцию натуральным кристаллам. К тому же заменители совершенно чисты и лишены каких бы то ни было включений. Муассанит обладает наиболее ярким блеском и интенсивностью бликования, что в некотором роде создает нежелательный для некоторых покупателей эффект «дискотечного шара», фианиты не обладают таким сиянием, как бриллианты, но лучше отбрасывают блики.