Из школьного курса химии известно: алмаз — это не что иное, как атомы углерода, составленные в гексагональную или кубическую решетку. Благодаря чрезвычайно плотным межатомным связям, он считается самым твердым натуральным минералом. В природе уходят миллиарды лет на формирование алмазных россыпей.
Большая часть природных алмазов не отличается чистотой из-за содержащихся примесей, поэтому не подходит ни для ювелирной, ни для высокотехнологичной промышленности. К тому же их добыча — мероприятие очень затратное и грязное. Созданные искусственным путем кристаллы получаются намного более чистыми, при этом гораздо быстрее и дешевле.
Коротко об истории создания искусственных алмазов
Обхитрить природу, получив синтетический драгоценный камень, ученые впервые попытались еще в конце 19 века. Было установлено, что великолепные сверкающие кристаллы являются близкими родственниками каменного угля и обычного графита, поскольку тоже состоят из углерода. Долгое время попытки получить искусственный кристалл были неудачными. Сказывалось недостаточное развитие науки и техники на тот момент.
Лишь к середине 20 века удалось вырастить первые синтетические алмазы в лабораторных условиях. Изначально полученные кристаллы были совсем небольшими и очень нечистыми, использовались они только в промышленности в качестве смазочного и абразивного материала.
Постепенно технология производства развивалась и прогрессировала, процесс выращивания алмазов становился более контролируемым. Качество искусственных камней стало даже лучше, чем у натуральных
Технологии создания искусственных алмазов
В настоящее время существует несколько принципиально разных технологий, позволяющих получить синтетические драгоценные кристаллы.
Метод НРНТ
Эта исторически первая технология выращивания алмазов имитирует природные условия их зарождения и развития (на глубине нескольких десятков километров): большое давление — от 5 ГПа и высокая температура — +1300–1500 °С. В специальную капсулу закладываются небольшой затравочный кристалл (кусочек алмаза) и графитовый порошок. Затем контейнер помещается в мощный многотонный пресс, который создает требуемые показатели температуры и давления.
В экстремальных высокотемпературных условиях и под большим давлением графит распадается на отдельные атомы, которые притягиваются к затравочному кристаллу и осаждаются на него, включаясь в кристаллическую решетку. В результате камень увеличивается в размерах, достигая величины 30 каратов (около 2 см) буквально за несколько недель, в отличие от миллиардов лет в природе.
Метод СVD
Более гибкий и точный способ получения алмазов, в основе которого лежит химическое осаждение газообразного углерода. Подложка-затравка, являющаяся основой для выращивания камня, помещается внутрь камеры, где поддерживается относительно невысокая температура — до +800–1000 °С. Туда же нагнетается водородно-метановая газовая смесь. Затем при помощи плазмы (лазера или электрической дуги) происходит ионизация, высвобождающая из метана атомы углерода.
Чистый кристалл начинает расти на затравке за счет осаждающихся на поверхности атомов углерода. Этот процесс находится под контролем, поэтому позволяет получить алмаз заданного размера, цвета, прозрачности и чистоты.
Детонация
Мелкие алмазные кристаллы (нанокристаллы) можно получить в металлической камере при взрыве углеродсодержащего взрывчатого вещества, когда тоже создаются, хоть и кратковременно, высокое давление и большая температура.
Синтетические алмазы, на взгляд простого обывателя, ничем не отличаются от настоящих. Только опытный глаз ювелира-геммолога способен найти разницу. По своим физико-химическим свойствам кристаллы абсолютно идентичны.