Штучні алмази: чим вони відрізняються від натуральних?

Доброго часу доби, дорогі друзі! Що спільного між алмазом і графітовим стрижнем простого олівця? Все вірно, обидва вони складаються з атомів вуглецю. Однак, графіт м’який, а алмаз незламний, як справжній «адамант» (10 балів за шкалою Мооса). Як це може бути? І яким чином на світ народжуються штучні алмази?

Дійсно, обидва мінерали складаються з однакових атомів, але їх структура абсолютно різна. У алмазу кожен атом вуглецю знаходиться в центрі трикутної піраміди – тетраедра. Така кристалічна решітка дуже щільна, зв’язку в ній сильні.

Структура графіту подібна стопці монет: листи його кристалічної решітки, що складаються з шестикутників атомів вуглецю, лежать шарами. Зв’язок між шарами слабка, вони легко зсуваються. Тому твердість графіту мінімальна (1 бал за шкалою Мооса).

Чи існує спосіб перетворити непоказний графіт в блискучий діамант? Дивно, але така технологія існує.

Коли копія не гірше оригіналу: штучні алмази

Синтетичний алмаз – це копія, створена нами «за образом і подобою» оригіналу – природного каменю. У неї точно така ж структура, властивості та інші параметри.

Однак, синтетична копія анітрохи не поступається оригіналу. Судіть самі: синтетичні, а вірніше сказати, синтезовані алмази перевершують натуральні по твердості і чистоті, краще піддаються огранювання.

Штучні камені радують повною відсутністю дефектів своїх справжніх «побратимів» (мікротріщини, вкраплення, помутніння). При цьому вони значно дешевше дорогоцінних алмазів.

Вперше успішне створення адамант було здійснено в 1950 р вченими компанії ASEA (Швеція).

У 1956 р американська фірма «General Electric» отримала найперший алмаз, який поклав початок потоковому фірмовому виробництва штучних каменів. Ця подія повалило ринок дорогоцінних каменів в стан шоку.

За пару років до цього, без особливого галасу, була запатентована інша технологія вирощування алмазних кристалів. Спочатку їх ювелірну якість викликало сумніви, але в кінці 80-х років, з розвитком нових технологій, процес зростання був вдосконалений і отримав нове життя.

Стало можливим, змінюючи режим синтезу, вирощувати камені самих різних кольорів: червоні, блакитні, жовті, коричневі. Така фантазійна забарвлення в природі зустрічається дуже рідко: лише кілька десятків на мільйон білих каменів.

Історичний факт: імператор Павло I заплатив за червоний діамант невеликого розміру 100 тисяч гривень. У той час корову можна було купити за 5 гривень.

На світовому ринку перші синтезовані камені з’явилися в 1993 р З цього часу вони широко використовуються в ювелірній справі, науці, техніці та медицині.

Випускаються синтетичні кристали декількох категорій:

  • звичайної міцності
  • підвищеної міцності
  • високої міцності
  • монокристалічні.

За рік світовий видобуток природних алмазів складає 26 тонн. За той же період (за даними Diamond Trading Company) тільки в виробництво дорогоцінних каменів і прикрас надходить до 200 тонн їх синтетичних алмазів!

Де використовують синтетичні алмази

Штучні Адамант використовують в ювелірній справі. Споживачі ставляться до вирощеним алмазів позитивно, особливо сучасна молодь. Поколінню HiTec подобається цей високотехнологічний продукт, ідентичний за властивостями природному каменю. При цьому ціна такого діаманта вдвічі нижче.

Ювелірні камені синтетичного виробництва – по-справжньому прибутковий бізнес. Але навряд чи синтетика замінить природні Адамант в ювелірній галузі. Сьогодні не так багато компаній, які роблять безбарвні монокристали. Та й швидкості росту таких кристалів досить малі – близько 1-2 мг / год. Таким чином, на вирощування кристала в 1 карат (200 мг) піде близько 5 діб.

Головне призначення синтетичних кристалів пов’язане з промисловим використанням. За словами Олександра Колядіна, технічного директора російського алмазного холдингу: «Якщо з алмаза вже нічого більше не можна виготовити, зроби діамант».

штучні алмази

Дійсно, високоякісні синтетичні камені надзвичайно затребувані в промисловості.

  • Їх бездоганні кристали використовуються в спеціальній оптиці, мікроелектроніці, виготовленні синхротронів.
  • Синтетичні алмази застосовуються для виробництва надпотужних лазерів для медицини та оборонної промисловості.
  • Вирощені кристали ідеально підходять для комп’ютерних технологій, так як витримують бі
    льш високі температури, ніж кремнієві чіпи. Це збільшує довговічність і надійність електроніки.
  • Синтетичні алмази широко використовуються у вигляді алмазного порошку в машинобудуванні, металургії, оборонному комплексі.
  • Алмазні пасти з синтетичних кристалів застосовуються при виготовленні особливо точних деталей, до чистоти поверхні яких пред’являються особливі вимоги.
  • Майже всі високоякісні шліфувальні та ріжучі інструменти створені із застосуванням синтезованих алмазних кристалів.
  • Медичні інструменти – ще одна важлива сфера застосування. Наприклад, алмазний скальпель перевершує металевий по міцності. Його лезо ідеально рівне. Це особливо важливо в офтальмології, де необхідно звести до мінімуму травмування очі при операції. Шви після такого скальпеля заживають дуже швидко.
  • Алмазні кришталики мають найбільш високий коефіцієнт заломлення і біосумісність, тому вони стають все більш популярними.

Не дивно, що виробництво алмазів для промислових цілей йде вперед семимильними кроками. Сьогодні воно перевищує 5 мільйонів карат. Лідирують у вирощуванні промислових кристалів Китай, США, Японія, Україна, Ірландія, ПАР.

Як роблять алмази

У природних умовах алмази утворюються в земній мантії, при температурі 1300 ° С, під тиском 50000 атмосфер. Коли підземний вулкан робить потужний «видих», розпечені газоподібні речовини мантії прориваються назовні, виносячи на поверхню дорогоцінні камені. Так утворюється легендарна кімберлітові трубка Південної Африки – довгий колодязь, що йде на глибину до 150 км.

Як вважають геологи, ера формування великих алмазів завершилася. Земна мантія більше не є джерелом дорогоцінних кристалів.

Можливо, в епоху своєї геологічної молодості наша планета була більш гарячою, ніж сьогодні.

Якщо «материнської утробою» природних алмазів є мантія Землі, то їх синтетичні «зведені брати» має право вважати такою лабораторію. Сьогодні існує дві основні промислові технології потокового виробництва синтетичних Адамант: HPHT і CDV.

  1. Перша заснована на синтезі кристалів з розплавленого вуглецю при найвищому тиску та участі металів-каталізаторів. Це Термобарический спосіб: high-pressure high-temperature (HPHT).
  2. При використанні другої технології адамант осаджують у вигляді пленочки з вуглецю у вигляді газу, а значить з плазми, для створення якої необхідна електрична дуга. Це метод хімічного осадження з газової фази: chemical vapor deposition (CDV).

Вирощування алмазів – справа копітка. Так, при HPHT-технології в особливі тубуси поміщають порошок графіту, сплави металів-каталізаторів (залізо, кобальт, нікель), затравки-зародки (алмазні кристали невеликих розмірів). Протягом 12-13 діб за допомогою гідравлічного преса підтримується тиск 50-70 тис. Атмосфер. При температурі 1500 ° С рідкий метал розчиняє графітний порошок. Отримана маса спрямовується до «зародкам», ініціюючи зростання штучних кристалів.

При CVD-метод вирощування лабораторних кристалів спеціальна пластина «засівається» алмазними «зародками». Потім пластину поміщають в спеціальну камеру. В умовах високого вакууму, при температурі 3100 ° С молекули вуглецю осідають з вуглеводневого газу (метану), формуючи на пластині алмази. Ця технологія більш енергоємна і вимагає газоподібного вуглецевої сировини. Але це з лишком окупається швидкістю виробництва.

Дорогі друзі! Закінчуючи розмову про алмази, доречно згадати відому рядок пісні Мерилін Монро про «кращих друзів дівчини» – діамантах.

Ссылка на основную публикацию