Какво е синтетичен диамант. Технология за отглеждане на изкуствен камък

Поздрави, скъпи наши! Всеки знае известната фраза " Най-добри приятелимомичетата са диаманти. Това не са просто еднодневни дрънкулки, а най-издръжливата инвестиция, която в комбинация е и модерна декорация. За сметка на него понякога цяло състояние, за което да спестяваш дълго време, а чакането на подарък от случаен богат почитател е пълна глупост. Но има страхотна алтернатива - изкуствен диамант, който външно не се различава от истинския, но струва няколко пъти по-евтино.

Днес ще научите не само за видовете и методите за получаване на този камък в изкуствено създадени условия, но и ще се опитате да го направите сами у дома ... в микровълнова печка!

Всеки се интересува от това, което се обажда свят на бижутакамък, създаден не от природата, а от човешки ръце. „Очевидно е, че е фалшификат“, казвате вие ​​и грешите. Факт е, че трябва да правите разлика между занаятчийското производство на фалшификати и високотехнологичния процес, който постепенно повтаря външния вид на скъпоценен камък. За това се използва скъпо оборудване и висококачествени суровини. В резултат на това перфектен диамант, който дори опитен специалист не може да различи от естествения.

Общи характеристики на естествения и синтетичния диамант

Поточното производство на тези камъни имаше двоен ефект върху каменоделската индустрия. От една страна, "братът близнак" на истински диамант реши проблема с недостига на естествени камъни. От друга страна, нечестните продавачи имат възможност да предадат "изкуствени" за истински камъки печелете големи пари от това.

Малко по-късно ще научим как да различаваме изкуството на природата от майсторството на съвременната диамантена индустрия, но засега за общите характеристики на изкуствените и естествените диаманти.

Те са почти идентични в:

• Физични свойства, атомна структура, химичен състав;
• Прозрачност, степен на топлопроводимост, чистота на кристалната решетка;
• Изходна суровина за производство (кристализиран чист въглерод);
• Външен вид.

Ако ви бъде представен пръстен с „брулик“ и те ще ви уверят, че това не е нищо повече от „златни диаманти“, никога няма да заподозрете измама. Дори опитен бижутер под лупа понякога не може да различи следи от изкуствен произход на камъче, особено ако е бяло, тъй като прозрачен изкуствен диамант без примеси от други цветове не може да се различи от естествения.

Многостранна палитра от синтетични диаманти

Напълно прозрачният диамант се счита за най-редкият и най-скъпият. Въпреки че камъните с нюанси също са търсени и привличат окото с очарователната си красота.

Днес в света се произвеждат няколко вида цветни изкуствени диаманти:

• Синьо (от блед до наситен небесен нюанс, който се получава чрез добавяне на бор към състава; достига 1,25 карата);
• Жълто (от светъл лимон до наситено ярко жълто и дори оранжево; тази палитра се формира от азот; такива диаманти могат да достигнат 2 карата и се отглеждат много по-лесно от сините);
• Розово, червено, лилаво, зелено (в зависимост от добавянето на различни примеси по време на обработката, можете да получите диаманти от най-невероятните нюанси).

Малко история за изкуствените диаманти

Първите "фалшификати", заместители на естествени диаманти, са регистрирани още през 1920 г.

Чарлз Парсънс изобретил прототипа на сегашния синтетичен кристал. Беше толкова превъзходно изпълнено, че се озова в огърлицата на известната Сибила Шепърд. Впоследствие украсата се превръща в една от реликвите на Британската империя. Интересното е, че досега никой не е успял да повтори този първи „фалшив“ диамант, въпреки че самият автор не беше много доволен от своето творение.

Преди Втората световна война две американски компании се впускат в масовото производство на диаманти. IN лабораторни условиянаправиха първия експеримент с въглерод. Изходният материал се подлага на налягане и високи температури. Пламът на изобретателите утихна по време на войната, въпреки че много изследователи са сигурни, че диамантите са необходими специално за военни нужди, а след това необходимостта от тях изчезна.

Известен с диамантите си и QUINTUS, проект на шведски бизнесмени. Именно той притежава огромна партида камъни. Те се използват главно в промишлеността, тъй като не са много красиви за създаване на бижута, дори груби и не достигат естетиката на бижутата.

Първият скъпоценен диамант е създаден в Токио през 1997 г. Беше опушен, с преливания и характерен за истински камък. жълтеникав оттенък. Днес Япония контролира около 8% от световното производство на диаманти. Съединените щати и Китай се считат за "чудовища" в областта на синтеза на камъни.

Сега това е рационализирано производство, което позволява на любителите на бижута да блестят. шикозни бижута. Камъчета, отглеждани в условия на "инкубатор", се вмъкват в висулки, пръстени, украсяват дрехи и обувки с тях. В същото време цената им не удря толкова много бюджета.

Собствениците на големи бижутерски вериги не споделят особено ентусиазма от масовото наводняване на пазара с „фалшификати“. Очаква се те да загубят над 15% от печалбата от продажбата естествени камъни.

Ако сте придирчиви и искате да имате истински диаманти и сте готови да платите за естествения им произход, съветваме ви да познавате всичките им синтетични заместители „на очи“.

Близнаци на диамант и как да различим „фалшивия“ камък от естествения

Един от най-често срещаните фалшиви диаманти в наше време е кубичният цирконий. За първи път е получен през 1976 г. и е циркониев диоксид. Кубичният цирконий блести точно като истински диаманти и се използва навсякъде в съвременната бижутерийна индустрия. Обикновено продавачите посочват името на камъка на етикета с цената, но безскрупулни търговци могат да го представят за скъпоценен. Как да различим кубичен цирконий от естествен диамант? Много просто: трябва да претеглите два еднакви камъка (естествен и заместител). Истинският ще тежи повече поради по-голямата си плътност, докато кубичният цирконий ще бъде по-лек.

Смята се, че последното може да се изчисли и с помощта на ултравиолетово лъчение. Когато е изложен на него, кубичният цирконий придобива зелено-жълт оттенък.

Моасанитът е по-скъп аналог на диаманта. Почти невъзможно е да ги различите. научно наименованиемоасанитът е силициев карбид, който се превръща във великолепен блестящ скъпоценен камък с модерно оборудване.

Откривателят на този камък Хенри Мойсан е удостоен с Нобелова награда. Той е първият, който открива фрагменти от метеорит в кратера на вулкан, който по-късно става суровина за производство на диаманти.

Как да разпознаете този "двойник" и да не бъдете измамени при покупка? Естественият диамант, колкото и да е странно, не е идеален на външен вид. Повърхността му е леко грапава, за разлика от гладката черупка на моасанит. Ако се вгледате внимателно, можете да намерите черно отражение на диамантени фрагменти, докато в синтетичния камък няма чужди включвания.

Сред другите заместители на диаманта днес се използват циркон, бял сапфир и топаз и итриев алуминиев гранат.

Е, не може да не се каже за добре познатите "стъкло" или кристали. Преди това са били направени от естествен планински кристал, а сега от обикновено стъклои полимери. Още през 18 век Георг Фридрих Щрас излезе с идеята за нанасяне на метален прах върху долната страна на кристала, което постигаше огледален ефект. диамантен ефект. Истинските кристали днес в никакъв случай не се считат за лоша форма. Какви са известните продукти на Сваровски, които се стремят да получат всички известни красоти на света в своята колекция!

Не подценявайте всички видове заместители, те имат своя собствена стойност в света на бижутата. В допълнение, тяхното производство е много трудоемък процес, който ви позволява да получите великолепни екземпляри, които не са по-ниски от естествените камъчета по естетически качества.

Топлина, газ и налягане

Нека се поразровим малко в себе си. технически процеси след това научете как да получите диамант у дома. Нека овладеем, така да се каже, професията на бижутерските технолози, за да разберем колко трудна и трудна е работата.

Днес има два начина за производство на диамант в лаборатория.

1. Диамантеният прах се поставя в специална капсула, която се разтваря под налягане и високи температури. След това протича процесът на кристализация, който отнема до няколко месеца. В резултат на това диамантите с кубични фасети се различават от истинските не само по форма, но и по самия процес на растеж.
2. Вторият метод също включва наличието на камера, пълна с газ. Когато са изложени на енергийни потоци, газовите молекули във вакуум се разрушават и въглеродните атоми се установяват вътре в капсулата под формата на плочи. В достатъчно голяма камера могат да се отгледат десетки диаманти за няколко седмици. Те ще бъдат наслоени, с груби черни ръбове. Понякога камъните с този метод се получават с кафяв оттенък, но всички примеси са добре пречистени в процеса топлинна обработка. След това майсторите започват да режат.

Отгледайте диамант у дома

Както можете да видите, процесът е много интересен, добри майсторипечелете страхотни суми в диамантената индустрия. Готови ли сте да опитате себе си в тази професия? Тогава нека започнем нашия експеримент.

Ще ни трябва:

• Микровълнова печка;
• 3 пръчки прост молив(графит), дебелина около 3 мм;
• 15 см памучен конец;
• 2 чаши;
• Зехтин.

А сега самото действие:

• Изсипете малко в малка чинийка зехтин, поставете конец около периметъра му, така че да абсорбира излишното.
• Сега повдигнете малко конеца и го завържете на хлабав възел. Ще прекараме графитена пръчка в него. Може да се постави на 2 клечки за зъби, така че да е точно над повърхността на маслото. Можете леко да издърпате двата края на конеца, като завържете стегнат възел. Оставете цялата структура за половин час.
• Измийте старателно микровълновата и я подсушете, не трябва да има остатъци от храна или прах.
• Обърнете чашата и я поставете в микровълновата. Поставете двете останали пръти върху него и подготвените маслени пръти върху тях. Отгоре сложете втора чаша. Включете фурната максимална температураи време.
• В крайна сметка неомаслените пръти ще останат непокътнати, а мястото, което е било импрегнирано, ще се стопи и на негово място ще се образува диамант. Не можете веднага да докоснете структурата с ръцете си, в противен случай рискувате да получите изгаряне.

Можете да се възхищавате на собственото си творение и дори това творение да не изглежда като бижу, а по-скоро като занаят от комплекта „млад химик“, вие сте научили основите на „обработката на камъни“ и „добива на диаманти“.

Как да изберем

В бизнеса с закупуването на бижута всеки от нас едва ли може да се нарече експерт, така че е по-добре да купувате бижута в доверени магазини за бижута на известни търговски вериги.

Съгласете се, купуването на диамант и неговата стъклена фалшива не е много приятно. Смята се, че всички истински диаманти имат специална маркировка. Освен това те тежат повече от синтетичните и имат различна кристална решетка. Фалшификатите понякога са по-безупречни на външен вид, без примеси и с идеално гладка повърхност, те могат да реагират на силни магнити, така че за всеки случай, преди да купите, направете експеримент точно в магазина. Ако искате да сте 100% сигурни, занесете камъка за преглед при гемолог, специалист по диаманти. Той със сигурност ще може да определи дали изкуственото е пред вас или не.

Носенето на неестествени камъни сега изобщо не е срамно, особено ако бюджетът ви не ви позволява да купувате шикозни истински диаманти. Колие или обеци с кубични цирконий или кристали ще блестят още по-ярко от естествените си колеги и ще струват няколко пъти по-евтино от продуктите с диамант.

И така, днес се запознахме с това какви са заместителите на диамантите и „с какво се ядат“, или по-скоро как са възникнали, как се произвеждат. Научихме се как сами да извличаме диамант от обикновен молив и с право можем да се считаме за експерти в тази тема.

Екип ЛюбиКамни

Технология за производство на синтетични диаманти

Развитието на изследванията върху комбинацията от апарати за високо налягане, необходими за синтеза на диаманти, се свързва с името на пионера на изследванията в областта на високите налягания, професор П.У. Бриджман. Бриджман бързо осъзна, че единственият високо наляганене може да превърне графита в диамант. Според теорията диамантът е стабилна кристална форма на въглерода вече при налягания от около 20 000 atm, но при налягания от 425 000 atm при стайна температура и 70 000 atm при температура на червено нагряване, трансформацията на графита в диамант не е настъпила. В същото време диамантът при нормално атмосферно налягане се държи като напълно стабилна фаза.

Превръщането на диаманта в графит може да се извърши чрез нагряване до около 1500 o C и това предполага, че са необходими температури от същия порядък за обратната трансформация при високи налягания. Човекът, който имаше достатъчно късмет да бъде първият, който синтезира диаманта, беше Трейси Хол.

Хол се присъединява към General Electric Laboratory през 1948 г. и от 1951 г. става член на малка изследователска група, занимаващ се с „Проекта за свръхналягане“, като беше кодирана работата по синтеза на диаманта. Въпреки че Хол беше химик, той осъзна, че основната пречка за успешното решаване на проблема със синтеза на диаманти е липсата на оборудване за високо налягане и той разработи предварителен дизайн на системата, наречена по-късно "половин пояс". Това беше само първата стъпка към успеха, но той очерта пътя към нов, известен дизайни на "колан"..

На 16 декември 1954 г. идва първият успех. Хол по-късно пише: „Ръцете ми трепереха, сърцето ми биеше бързо, чувствах се слаб в коленете си и трябваше да седна. Очите ми уловиха искрящата светлина от десетки малки триъгълни лица на октаедрични кристали... и осъзнах, че най-накрая диамантите са направени от човека." Този експеримент беше проведен при налягане от 70 000 atm и температура от 1600 o C, използвайки графит и троилит (FeS). Диамантите се придържат към танталов диск, който се използва за подаване на електрически ток, докато пробата се нагрява.

Освен това танталът редуцира FeS до метално желязо, тъй като само наличието на сяра не може да причини превръщането на графита в диамант. Катализаторът играе ролята на разтворител, в който графитът първо се разтваря и след това кристализира под формата на диамант. Без метален разтворител скоростта на трансформация на графит в диамант е много бавна, дори ако температурата и налягането са достатъчни.

Апаратът за синтез на диаманти, предложен от Хол, е наречен "ремък" (ремък), тъй като централната част, където се извършва синтеза на диаманти, се поддържа от пръстен от волфрамов карбид с лента от високоякостна стомана. Двете конични бутала се задвижваха от голяма хидравлична преса от закалена стомана. Получените синтетични диаманти са технически.

Основната трудност при създаването на апарати за високо налягане и температура е, че стоманите и другите структурни материали бързо губят силата си при нагряване. Този проблем може да бъде решен чрез нагряване само на вътрешното изместване и подходяща топлоизолация, за да се предотврати прекомерното нагряване на буталата и ремъка.

Според патента на GE типичната партида в реакционната камера е смес от 5 части графит, 1 част желязо, 1/3 манган и 1/3 ванадиев пентоксид. Тази смес се запечатва и се нагрява до 1700°С при 95 000 atm за 2 минути, след което се охлажда до 1500°С за 8 минути. Сега като разтворител най-често се използва смес от никел и желязо, което прави възможно синтезирането на диамант при по-малко тежки условия, например при 50 000 atm и 1400 o C. Доказано е също, че графитът като източник на въглерод могат да бъдат заменени с други органични материали: дърво, въглища, катран, смола.

"Коланът" на апарата за високо налягане впоследствие беше заменен от General Electric Company с тетраедричен тип дизайн, разработен от Хол приблизително по същото време. Основното му предимство беше използването на сравнително евтини преси. В първия вариант са използвани четири независимо работещи преси, монтирани в симетрична рамка и събиращи се в централната част на работния обем. За друга, по-проста модификация е необходима само една хидравлична преса, а силите в останалите три посоки се генерират от взаимодействието на буталата с коничната повърхност на здрава стоманена опора. В тетраедричното пространство, образувано от вътрешните повърхности на тези вложки, е монтирана специално изработена част от пирофилит с електрическа пещ, която е графитна тръба. Електрическият ток се подава през две противоположни бутала или чрез специални електрически входове. В пещта се поставят графит и метален разтворител.

Успоредно с работата на General Electric, изследванията на изкуствените диаманти бяха извършени от General Swedish Electric Joint Stock Company, известно като ASEA. Вероятно групата ASEA не е публикувала подробности за техния успешен синтез на диаманти през 1953 г., защото са се опитвали да получат скъпоценен материал и не са предали от голямо значениемного малки технически диаманти. Технологията на ASEA използва налягания от 80 000 до 90 000 atm и температури до 2760 o C. Размерите на диамантите, произведени от двете компании, са значително по-малки от 1 мм. В експериментите на ASEA се образуват 20-50 кристала с размери 0,1-0,5 mm.

В СССР метод за получаване на синтетични диаманти е разработен през 1960 г. от Института по физика на високото налягане на Академията на науките на СССР. Ръководил работата на акад. Л.Ф. Верешчагин. През 1961 г. в Института по свръхтвърди материали на Академията на науките на Украинската ССР е разработена индустриална технология за синтез на диаманти. Процесът се провежда при температура 1800-2500 o C и налягане над 50-102 MPa в присъствието на катализатори - хром, никел, желязо, манган, платина, кобалт или други метали. Впоследствие беше установено, че диамантите се образуват по време на кристализацията на въглерода от неговия разтвор в стопилката на металния катализатор.

Синтезът на диаманта се извършва в камера тип "леща" с обем няколко кубически сантиметра. Нагряването се извършва чрез индукция или чрез директно предаване на електрически ток. Когато ударите се приближават един към друг, реакционната смес от графит с никел (както и със слоест пирофилит) се свива. В резултат на това шестоъгълната кристална решетка на графита се прекристализира в кубичната структура на диаманта. Размерът на диамантените кристали зависи от времето за синтез: при реакционно време 3 мин. се образуват кристали с тегло около 10 mg, а за 30 минути - 70 mg. Най-издръжливите кристали са получени с размери до 0,5-0,8 mm.

Производство на бижута със синтетични диаманти

Представяме диаграма на апарата, използван за отглеждане на големи диамантени кристали чрез пренос на въглерод в метален разтвор.

Не трябва да се мисли, че производството на синтетични индустриални диаманти в огромни обеми опростява задачата за получаване на диаманти с такъв размер и качество, че да могат да бъдат класифицирани като скъпоценни камъни. Основната пречка пред опитите за получаване на големи кристали е малкият обем, в който човек може да поддържа екстремни условияналягане и температура. Освен това отглеждането на големи кристали отнема много време.

Методите за производство на скъпоценни диаманти не са патентовани до 1967 г., когато Робърт Уенторф най-накрая успява да отгледа диаманти със семена. Зародишният кристал е необходим, за да се предотврати кристализацията на графит, дори когато условията на експеримента съответстват на зоната на кристализация на диаманта. Най-трудният проблем при отглеждането на големи висококачествени диамантени кристали е необходимостта от поддръжка необходими условияв зоната на неговата стабилност.

В метода, използван от Wentorf, зародишният кристал се поставя в студената част на разтвора при температура около 1420 o C, а малки кристали се поставят в долната част при температура 1450 o C. Диапазонът на налягането е от 55 000 до 60 000 атм. По-добре е зародишният кристал да бъде поставен на дъното, защото някои от малките кристали, образувани извън зародиша, изплуват в горещата зона и се разтварят там, вместо да растат около зародиша.

В някои от експериментите на Wentorff захранващият диамантен материал беше прекристализиран в графит. Изследователите обаче са изправени и пред по-голям проблем: максималната скорост, с която кристалите могат да растат стабилно, трябва да намалява, когато кристалът става по-голям. Установено е, че за кристал с диаметър 1 мм най-високата скорост на стабилен растеж е 0,2 мм/час. Когато размерът на кристала достигне 5 mm, може да настъпи стабилен растеж със скорост от 0,04 mm/час и отнема няколко дни, за да се развие кристал с такъв размер.

Проблемът ще стане още по-сериозен, ако се опитате да отглеждате синтетични диаманти. по-голям размер. В момента големият синтетичен диамант е с диаметър 6 mm и тегло 1 карат (0,2 g). Тъй като ниските темпове на растеж са по-благоприятни за отглеждане на големи кристали и поддържането на високи температури и налягания за дълго време е скъпо, големите синтетични диаманти се оказват по-скъпи или сравними с цената на естествени кристали с подобни размери. Снимката по-горе показва синтетични диаманти от 1 карат, отгледани от Robert Wentorff и графит, използван като изходен материал.

Оцветяването на диамантите се извършва чрез въвеждане на различни примесни елементи в кристалите. Азотът придава зелен цвят и вероятно причинява жълтокамъни, ако присъства в ниски концентрации. Въвеждането на бор придава на диаманта син цвят. Редки сини естествени камъни, по-специално известният диамант Hope, също дължат цвета си на присъствието на този елемент. Изучаването на свойствата на цветните диаманти е полезно за разбирането на някои диаманти и как се образуват в природата.

Директно превръщане на графит в диамант

Директното превръщане на графит в диамант изисква още по-екстремни условия в сравнение с техниката с разтворими метали. Това се дължи на голямата стабилност на графита, поради много силните връзки на неговите атоми. Резултатите от първите експерименти за директно превръщане на графит-диамант, извършени от P. De Carly и J. Jameson от Allied Chemical Corporation, са публикувани през 1961 г.

За създаване на налягане е използван бризантен експлозив, с помощта на който за около една милионна от секундата (една микросекунда) се поддържа температура от около 1200 o C и налягане от около 300 000 atm. При тези условия известно количество диамант беше открито в графитната проба след експеримента под формата на много малки частици. Получените кристалити с размер (100 A \u003d 10 nm, или сто хилядна от милиметъра). Те са сравними с така нареченото "карбонадо", открито в метеоритите, чието образуване се обяснява с високата температура, която възниква, когато метеоритът преминава през плътните слоеве на атмосферата, и мощната енергия на удара, която се получава при удара на метеорит земната повърхност.

През 1963 г. Франсис Бънди от General Electric успява директно да превърне графита в диамант при статично налягане над 130 000 атм. Такива налягания са получени на модифицирана "ремъчна" инсталация с по-голяма външна повърхност на буталата и по-малък работен обем. За да се създаде такъв натиск, беше необходимо да се увеличи силата на силовите части на инсталацията. Експериментите включват искрово нагряване на графитна пръчка до температури над 2000 o C. Нагряването се извършва чрез импулси на електрически ток, като температурата, необходима за образуването на диамант, се поддържа за няколко милисекунди (хилядни от секундата), което е значително по-дълго, отколкото при експериментите на Де Карли и Джеймисън. Размерите на новообразуваните частици са 2–5 пъти по-големи от тези, получени чрез ударно компресиране.

В СССР в Института по свръхтвърди материали на Академията на науките на Украинската ССР е разработена подобна технология за получаване на изкуствени диаманти. При насочена експлозия има моментално повишаване на налягането до 200-102 MPa и температура до 2000 o C и в графита се образуват малки (до 10-30 микрона) синтетични диаманти.

През 1963 г. V. J. Eversol (САЩ) патентова метод за отглеждане на диаманти от газова фаза, пренаситена с въглерод (метан, ацетилен или други въглеводороди) при налягане под 10-102 MPa. Излишната повърхностна енергия, образувана на интерфейса графит-въздух, насърчава образуването на диамантени ядра. Подобен метод е разработен независимо в СССР от Б. В. Дерягин и Д. В. Федосеев. При налягане под атмосферното те успяха да получат мустаци от синтетичен диамант от газовата фаза върху диамантени семена. Скоростта на растеж на кристалите е много ниска - около 0,1 µm/h.

Вниманието на тези учени беше привлечено от предложения за получаване на диаманти при условия, при които графитът е стабилен, а диамантът е метастабилен (метастабилността на диаманта означава, че той може да остане непроменен за неопределено време при тези условия без обратна трансформация в графит). За да се превърне графитът в диамант, въглеродните атоми трябва да бъдат възбудени до състояние на висока енергия. Това обикновено се постига чрез прилагане на високи налягания и температури. Една алтернативна идея се основава на факта, че ако е възможно да се получат въглеродни атоми с високо енергийно ниво, тогава при преминаване към в твърдо състояниеобразуването на метастабилен диамант е по-вероятно от стабилен графит. Това се улеснява от използването на диамантени кристали, които помагат на въглеродните атоми да се подредят в ред, съответстващ на структурата на диаманта, а не на структурата на графита. Вероятно най-обещаващият метод е свързан с разлагането на въглерод-съдържащи газове при достатъчно ниско налягане. Обгръщайки малки диамантени кристали, газът се разлага и въглеродните атоми се отлагат върху повърхността на зародишните кристали.

Характеризират се експериментите на Eversol следните условия: температура в диапазона 600-1600 o C, общото налягане на газа е една атмосфера, концентрацията на метан в газовата смес е от 0,015 до 7%. Семената са с диаметър само 0,1 µm (десет хилядна от милиметъра), което осигурява голяма повърхност за отлагане на диаманти. В допълнение към диаманта, в газовата фаза се образуват графитни натрупвания, които се отлагат заедно с диаманта върху повърхността на зародишните кристали. Ако процесът не се спира от време на време, за да се отстрани графитът, концентрацията му нараства толкова много, че предотвратява по-нататъшното отлагане на диаманта. За целта периодично се извличат диаманти, които се поставят в съд с високо налягане (от 50 до 200 atm) с водород и се калцинират при температура 1000 o C. Водородът реагира с графит много по-бързо, отколкото с диамант, така че тази процедура почиства повърхността на зародишните кристали за последващо израстване на диаманти.

Групата на Дерягин стигна до извода, че е по-изгодно да се окисляват нови графитни образувания с атмосферен кислород при атмосферно налягане. Предимството на този метод е, че процесът на синтез и отстраняването на графита се извършват в един и същ реактор, който се пълни с въздух по време на етапа на окисляване на процеса. Типичните условия, използвани за отглеждане на диамант по този метод, се характеризират с температура от 1020 o C и налягане на метана от 0,07 mm Hg. Изкуство.

Най-високите темпове на растеж са около 0,1 микрона на час, което осигурява образуването на около един карат диамант на час в целия обем на реактора. Вибрацията на семената допринася за увеличаване на контактната повърхност на кристалите с метана и води до подобряване на свойствата на отглеждания слой. Още по-високи скорости се постигат чрез облъчване на повърхността на диамантите със светлина от високоволтова газова ксенонова лампа. Лампата работи в пулсиращ режим, като допринася за бърз растеждиамант и до голяма степен предотвратява нуклеацията на графитни кристалити. Съобщава се, че темповете на растеж при такива условия достигат няколко микрометра на час. Понякога при използване на този метод започват да растат диамантени "мустаци" - тънки нишки, стърчащи от различни местазародишна кристална повърхност. Причините за това странна формарастежът все още не е ясен.

Методът Eversol в САЩ е разработен основно от Дж. Ангъс и неговите сътрудници в Държавния университет на Охайо. Използваните от тях условия на растеж: температура 1000 o C, налягане на метан (смесен с водород) 0,2 mm Hg. Изкуство. - са близки до условията на експериментите, провеждани от групата на Дерягин. Наддаването на тегло обикновено е 6% за 20 часа, което съответства на линеен темп на растеж от само 0,001 µm/ден. | Повече ▼ високи скоростисе наблюдават в началния период на процеса, което вероятно се дължи на напрежения, дължащи се на малки разлики в разстоянията между въглеродните атоми във филма и кристала на субстрата. Възможно е много високите темпове на растеж, докладвани от съветските учени, също да са характерни само за начална фазапроцес.

През 1970 г. General Electric Company разработи метод за получаване на големи синтетични кристали от диаманти със скъпоценно качество върху семена под формата на плочи. Разходите за отглеждане на такива диаманти обаче са много по-високи от добива на естествени.

Синтетичните диаманти се използват широко за производството на диамантени абразивни инструменти, пръти, шлифовъчни и режещи дискове, шлифовъчни пасти, фрези за стъкло, резци, свредла, длета и др. В момента повече от 80% от търсенето на технически диаманти се покрива от синтетични такива. В момента десетки лаборатории в различни странипродължете да търсите по-рационален и ефективна методологияотглеждане на диаманти за технически нужди и бижутерийни цели.

Усъвършенстване на диаманти чрез облъчване

Историята за синтетичния диамант би била непълна без информация за използването на ядрено облъчване за производство на цветни кристали. Развитието на този метод на обработка е причинено от изключителната рядкост на цветните диаманти и междувременно цветен диамант добро качествонад 25% по-скъп от безцветната си разновидност.

Английският учен сър Уилям Крукс откри, че радиоактивното лъчение от радия превръща безцветния диамант в зелена разновидност. По-късно беше установено, че тази промяна на цвета възниква в резултат на бомбардирането на кристала с алфа частици, но улавя само външния слой на диаманта поради лошата способност на алфа частиците да проникват в твърдото вещество. Методът за обработка на диаманта чрез облъчване е забравен до нов кръг от развитие в края на 40-те години на 20 век в ядрената физика.

Дейтероните бомбардираха диамантени кристали. Диамантът остава силно радиоактивен в продължение на няколко часа, но отново само външният слой е оцветен. Установено е, че бомбардирането с високоенергийни електрони води до бледо синьо или зелено оцветяване на диаманта, но отново само тънък слой е оцветен. Но неутроните, които имат по-висока проникваща способност, могат да променят цвета на целия камък. След облъчване с тях диамантите стават зелени, но нагряването в инертен газ при 900 o C променя цвета им първо до кафяв, а след това до златистожълт. Облъчените златистожълти диаманти са много по-привлекателни от зелените или кафявите и са много популярни в Съединените щати.

В някои случаи реакцията на диамантите към облъчване е по-разнообразна и кристали от синьо, червено и пурпурни цветя. Тази разлика в цвета се дължи на примеси, присъстващи в диамантите. Повечето диаманти, така наречените диаманти тип I, съдържат азот като примес, който се въвежда в кристала, вероятно в междинен етап между образуването на диамант във вътрешността на Земята и времето, когато той навлиза в нейните близки до повърхността региони. В повечето диаманти азотът е разпределен под формата на най-тънките пластини, но в един на хиляда той е разпределен равномерно в целия обем на кристала. Последният тип кристали се нарича Ib, докато най-често срещаните са класифицирани като тип Ia.

По-рядко срещаният тип II съчетава чисти диаманти с почти никакво съдържание на азот. Тя включва най-големите камъни. Най-често срещаните диаманти от този тип са класифицирани като тип IIa, а много редки диаманти, съдържащи малки концентрации на алуминиев примес, са класифицирани като тип IIb. Сред диамантите от типове I6 и II6 има кристали от червено и лилави цветя, в резултат на което са по-скъпи от конвенционалните диаманти.

Таблицата по-долу предоставя информация за цвета на облъчените диаманти за продажба. Като цяло има смисъл да се облъчват само големи кристали, тъй като увеличението на цената на малките диаманти не оправдава разходите за тяхната обработка.

Тъй като в наше време обработката на диамантите за промяна на цвета им е доста разпространена, възникна нов проблем. Някои дори контролирано облъчени диаманти могат да останат радиоактивни за дълго време поради наличието на примеси от дългоживеещи радиоактивни изотопи. Колко сериозен е този проблем не е напълно ясно. Но ако има някаква опасност за собственика на облъчения камък, той трябва да се запознае с резултатите от контрола за остатъчна радиоактивност и опасен методминерално рафиниране. Във всеки случай неконтролираното рафиниране на камъни в трети страни прави тези камъни опасни, тъй като не се знае с какво точно е бил облъчен камъкът и какви са последствията от това облъчване. Купувачът трябва да има избор съзнателно да откаже потенциално опасна покупка.

Аналог на истинските скъпоценни диаманти са изкуствените диаманти. Отдавна е известно, че играта на диамантени фасети има магически и омагьосващи свойства. Но тъй като естествените диаманти са най-много скъпи камъни, мнозина просто не могат да си купят диамантени бижута. Благодарение на аналозите, както жените, така и мъжете могат да се насладят на красотата и блясъка на бижутата от изкуствен камък. Освен това диамантите се използват не само за направата на бижута, но и в много области на човешкия живот: наука, технологии, медицина. Използвайте качествени и скъпоценни диамантине е печеливша в индустрията. За това се използват дефектни камъни, които не представляват особена ювелирна стойност, или изкуствено отгледани диаманти. Името "диамант" в превод от древен индийски език означава "нечуплив". Друга версия казва: името идва от гръцката дума "адамас", което означава "неустоим".

Характеристики на изкуствените диаманти

През 1993 г. за първи път изкуствените камъни започват да се появяват на световния пазар на диаманти като експериментални образци. Някои от тях бяха изпратени за изследване в авторитетната лаборатория на Гемологичния институт на САЩ, където учените стигнаха до заключението, че разликата между изкуствени диаманти и естествени камъни е доста значителна, но не всеки бижутер или обикновен потребител ще може да идентифицира и различи истински камък от фалшив. Основното отличително свойство на синтезираните изкуствени диаманти е чистотата и твърдостта. Изкуственият диамант е най-твърдият камък в света. Естествените диаманти могат да имат грешки и дефекти (пукнатини, мътност или включвания), което не може да се каже за изкуствените камъни.

Както е известно, истински диамантима магически свойства, помага да се предпази човек от "лоши" възгледи и мисли, балансира нервната система. Специалистите по астрология уверяват, че изкуственият диамант също излъчва позитивна енергия, което помага в трудни моменти за вземане на човек правилното решениеили направете правилен избор. Независимо от знака на зодиака, както естествените, така и изкуствено отгледаните диаманти могат да се носят на тялото или просто да се съхраняват у дома в кутия за бижута. Разнообразието от бижута от изкуствени камъни днес е доста голямо и е напълно невъзможно да се разграничат камъните от истинските бижута на пръв поглед.

Методи за отглеждане на синтетични диаманти

Синтетичните екземпляри се отглеждат в лаборатории в специални условияс помощта на високо прецизно и високотехнологично оборудване. Но този процес не изисква хиляди години, както за образуването на естествените камъни. Цветовете и размерите са свободни за избор. Един от методите за отглеждане на изкуствени диаманти е температурен градиент с помощта на специални тръби. Те съдържат следните съставки:

• графитен прах;
• метални специални сплави (те действат като каталитични вещества);
• семена за бъдещи изкуствени камъни.

Капсулата е под налягане (около 3000 тона) в продължение на 10 дни. Растежът започва от мястото, където има най-голямо налягане. Поради високата вътрешна температура (почти 1500 ° C), металът се топи, разтваряйки графитен прах в себе си. Разликата между температурите създава определено налягане, което допринася за движението на получената маса към "ядрото", където се отлага.

Друг метод за отглеждане лабораторни камънинаречен CVD метод (газово отлагане). Техниката се състои в засяване на специална плоча (субстрат) с диамантени "семена". Тази плоча се поставя в специализирана инсталация, която предварително се изпомпва до висок вакуум. След това камерата се пълни с микровълни и газове. Плазмата по време на отглеждане на диаманти достига определена температура (около 3100 ° C).

Под действието на температурата газовете се разлагат в плазма, а въглеродните молекули, адсорбирани от метана, се отлагат под формата на изкуствени диаманти върху плочата.

Кристалите имат еквивалентни връзки, което обяснява тяхната здравина и твърдост. За изкуствено отглеждане се използват графит, сажди, захарни въглища и различни вещества, богати на въглерод.

Отгледаните диаманти имат няколко имена, но обикновено се наричат ​​изкуствени или синтетични, въпреки че научната литература също включва имена като:

• HPHT диаманти;
• CVD диаманти.

Учените предпочитат да ги наричат ​​"лабораторни камъни" или "лабораторно отгледани диаманти".

Как синтетичният диамант се различава от естествените камъни?

Външният вид на изкуствените диаманти не е по-нисък от естествените скъпоценни камъни, но ако вземете предвид тяхната цена, тогава тя е много по-ниска. Синтетичните камъни се поддават по-добре на процеса на рязане, така че дори и най-малките кристали могат да се похвалят с безупречно изрязване. В допълнение, малките синтетични камъни са много по-здрави от естествените, така че истинските диаманти малък размерна рафтове магазини за бижутапочти никога не се срещат: процесът на извличането им от рудата е много трудоемък. С помощта на синтетични малки камъни бижутерите създават немасивни, много красиви бижутас диамантена бродерия, което значително увеличава желанията на потребителите.

Обхват на изкуствени диаманти

Поради своята твърдост, изкуствените, отглеждани камъни се използват широко за рязане и шлайфане. различни повърхности. Днес почти всички триони, свредла, абразиви, шлифовъчни и режещи инструменти имат части с изкуствен диамантен разрез. Изкуствено отгледаните камъни също се използват широко като полупроводници при производството на микросхеми. Пазарите за търговия с диаманти са различни от пазарите за бижута, тъй като лабораторният камък, в допълнение към твърдостта, има отлична топлопроводимост, която е няколко пъти по-висока от тази на материал като медта.

Основните потребители на изкуствени камъни са бижутери, производители на чипове за компютърно оборудване, организации, предоставящи сондажни услуги.

Днес диамантените прахове за полиране на повърхности са много разпространени. скъпоценни камъни, златни и сребърни рамки, силиконови плочи.

Най-голямата стойност на лабораторните камъни, получени по метода CVD, е в използването им във високотехнологични области на човешката дейност. Изкуствените (синтетични) камъни се използват при производството на най-мощните лазерни лъчи (които в момента се използват в медицината за лечение на смъртоносни болести), създаването на мобилни преносими устройства.

Най-големият потенциал на синтетичните камъни е в областта на компютърните технологии. Частите, които съдържат, се считат за по-издръжливи, те могат да работят непрекъснато при много високи температури, което не е случаят например със силиконовите компютърни чипове. изкуственият диамант може да издържи високи температури, което осигурява неговата производителност, тъй като от това зависи експлоатационният живот, честотата на работа на оборудването и скоростта. Броят на изкуствените диаманти, произведени годишно, е почти 5 милиарда карата.

Учените провеждат текущи изследвания, които вече са довели до заключението, че изкуствените диаманти ще бъдат използвани за получаване на изображения под вода, изображения в областта на медицината, за детектори в Големия адронен колайдер и в ядрени изследвания.

В допълнение към всичко по-горе, изкуствените диаманти се използват широко в бижутата, което позволява на много жени да се насладят на фалшиви камъни, но практически не се различават от естествените.

Изкуственият диамант не е фалшификат на естествен, обработен диамант. Това е промишлен продукт, който има структура и свойства на естествен камък.

Свойства на синтезираните диаманти

Завършеният диамант не може да бъде отгледан, защото това е името на продукта от обработката на диамант, естествен или получен в процеса на синтез. Минералът и лабораторният аналог имат невзрачен вид и едва след рязане стават диаманти.

Изкуствено отгледан диамант е трудно да се различи от естествения. Има камъни с такова качество, че е трудно да се идентифицират дори в гемологична лаборатория. И цената им е съизмерима с естествения материал.

Защо изкуствено отгледаните кристали не могат да се нарекат фалшиви диаманти? И защото са направени по специално създадени технологии, така че не само да бъдат подобни, но и да повтарят характеристиките на естествен минерал. Изкуствените диаманти придобиват следните подобни качества на диамант:

• твърдост;
• блясък;
• индекс на пречупване, като вода;
• същото специфично тегло;
• висока топлопроводимост.

И така, как да различим шлифовани диаманти естествен произходот диаманти, изкуствено отгледани в производството? За разграничаване се обръща внимание на следните свойства на камъните, получени по време на технологичния процес:

1. Отговор на силно магнитно поле.
2. Под микроскоп, дори при 20-кратно увеличение, е трудно да се открие дефект в камъка.
3. Зърнестата структура на кристала, която се вижда, когато пробата се увеличи 80 пъти.
4. Жълтеникав оттенък, който азотът оставя след себе си.
5. Без минерални включвания.
6. Спектрален анализ ще покаже наличието на катализаторни метали (ако има такива).

Но само инфрачервената или лазерната спектрометрия дава точен резултат. На пазара на бижута естествените шлифовани диаманти бяха наполовина заменени с култивирани. Обикновено тези камъни са с размер до 1 карат. Нерентабилно е да се синтезират по-големи: такова производство е трудоемко и скъпо, въпреки че изкуствените диаманти се отглеждат в Русия с помощта на нови технологии. тъмно синьос маса 10,07 карата.

Технологии за производство на диаманти

За отглеждане на диамант от микроскопични фракции се използват 2 метода:

1. термобаричен метод. Диамантеният прах се поставя в камерата под налягане, която е изложена на високо налягане и горещ въздух. В този случай като катализатори се използват метални филми. Продължителност на цикъла 7-10 дни.

1. CDV метод. Диамантеното семе се поставя във вакуумна камера, съдържаща метан. Електрическата дъга разрушава газовите молекули, въглеродните атоми се установяват върху изходния материал и кристализират. Камъните растат за 4-5 дни.

Синтезираните и естествените диаманти имат еднакъв компонент - въглерод. Само естественият минерал се образува много време (не е известно как се образува) и се отглежда в лаборатория за няколко дни, което позволява да се задоволи търсенето не само на пазара на бижута, но и на индустриалната.

Производственият процес не свършва дотук. Получените проби имат грапава черна повърхност. Но това се отстранява чрез смилане и след рязане камъкът блести.

За първи път диамантът е синтезиран през втората половина на миналия век. Оборудването за него беше толкова скъпо, че добивът беше по-евтин. По-нататъшното развитие на индустрията направи възможно намаляването на цената на синтетичните кристали десет пъти.

Изкуствени и фалшиви

Изкуствените диаманти са високо ценени, измамниците рядко ги предлагат вместо истински. Има камъни, които поради техния ярък блясък обикновено се наричат ​​заместители на диаманта:

1. Цирконий - отстъпва по сила на муасанит, помътнява с годините, има синтетичен произход.

1. Цирконите са синтезирани камъни и не са скъпоценни.

Безцветен сапфир, рутил, фабулит, итрий, галий, кристали Сваровски, акрилни полимери имат брилянтен блясък. Наричат ​​се фалшификати или ментета, защото имат различна структура и свойства. Най-подобният на диамант кристал е естественият минерал моасанит. Има висока якост, блясъкът и сияйността се запазват дълги години.

Порасналите камъни имат 3 основни цвята: жълт, син и безцветен. Тези цветове не променят наситеността си с времето. По-лесно за отглеждане жълти камъни, така че те са по-големи (до 2 карата). Има оранжеви кристали. Този цвят се дава от азотни примеси, когато навлезе в кристалната решетка. По-трудно е да се отглеждат сини диаманти (борните примеси дават цвят). Теглото им не надвишава 1,25 карата.

Безцветните диаманти са трудни за отглеждане, тъй като не могат да бъдат допуснати примеси, които придават цвят. Такива кристали са по-малко достъпни, с тегло не повече от 1 карат. За да направите диаманти от други цветове (розово, червено, зелено), специална обработкавече след култивиране. Цветът на кристала се обозначава с число. Безцветното има номер 1. Но това редки камънии те се наричат ​​диамант от чиста вода.

Производството на изкуствени диаманти е в търсенето. В допълнение към производството бижута, използват се в медицината, строителството, електрониката, нанотехнологиите. Култивираните диаманти са камъни с висока чистота, имат безупречен външен вид и много приличат на естествените.

Диамантите са обичани от всички жени на планетата, но не всеки може да си позволи такъв лукс. Съвременни технологииви позволяват да създадете изкуствен диамант, който е няколко пъти по-евтин от естествените камъни.

Диамантът е необходим не само за красота.

Използва се в индустриалния сектор, астронавтиката, медицината и модната индустрия.

Как се появиха изкуствените диаманти

Естественият камък е бил познат на човечеството преди десетки векове. Феновете на невероятния блясък бяха готови да платят кръгла сума за диамант. Феновете на измамата измислиха всякакви трикове, за да получат пари. Даден за диамант страз, кубичен цирконий, моасанит. Създаване изкуствен камъкне даде почивка на човечеството и в края на 19 век учените започват да изучават състава на камъка и неговата структура.

Благодарение на уникални характеристикибижуто има висока цена на бижутерския пазар. Твърдост, висока топлопроводимост, силна дисперсия, оптична прозрачност и устойчивост на износване - тези свойства се оценяват не само от бижутери, но и от специалисти в различни области на науката, от индустрията до медицината.

За да могат всички сфери на живота да използват диаманти в своята индустрия, хората започнаха да измислят как да отглеждат диаманти.

Изкуствените диаманти се наричат ​​синтетични, тоест създадени в лаборатория.

През 1950 г. шведски учени за първи път синтезират скъпоценен камък, а няколко години по-късно беше възможно да се купи камък от изкуствен произход на пазара за създаване на бижута. Наскоро модерният пазар на бижута е почти напълно представен бижутас изкуствени камъни.

Един обикновен човек едва ли ще може да различи фалшификат от истинско бижу, затова много производители се възползват от липсата на знания сред хората.

Процес на отглеждане

Какво е името на изкуствено отгледан диамант - знае всеки, който се е интересувал от технологията на неговото производство. В момента има няколко технологии за синтетично производство на изкуствени бижута.

Най-издръжливата, но в същото време скъпа производствена технология - от кристален въглерод. Въглеродът се поставя в специална преса, върху която помпите създават високо налягане с помощта на вода, като по този начин обработват материала.

Освен това такъв специален материал като хладилен агент замръзва водата, като по този начин увеличава налягането 10 пъти. На следващия етап в камерата се подава мощен токов заряд и под въздействието на вода и електричество камъкът се трансформира. Чрез размразяване на камерата можете да получите готов изкуствен продукт.

Експлозия с помощта на метан ви позволява да изградите каменна маса - това е, което експертите наричат ​​изкуствен диамант. Тази технология е по-евтина от отглеждането от въглерод.

Метанът може да се използва по два начина. При прилагането на първия диамантите ще се окажат малки, но с висок процент на добив. крайния продукт. Вторият метод ви позволява да натрупате каменната маса, но температурата на обработка ще достигне 1100 градуса.

Популярни заглавия

Синтетичните диаманти вече имат няколко разновидности. Основните са:

• страз;
• рутил;
• кубичен цирконий;
• моасанит;
• фероелектрик;
• фабулит;
• церусит.

В случай на циркониев диоксид се използва името циркон. Не забравяйте обаче, че за естествени камъницирконий не е включен. От своя страна кубичният цирконий има висока якост, висока дисперсия и степен на пречупване.

Кубичният цирконий имитира диаманта толкова добре, че не всички експерти могат да го различат от първия път. Ако търсите най качествен фалшификатлъскав камък, тогава може да се счита за моасанит. Оптична производителностпо-добре е от диамант и физични свойстване отстъпва на естествения диамант. Моасанитът може да отстъпи на диаманта само по твърдост. Кристалите са популярен продукт на пазара. Благодарение на оловното стъкло, кристалите играят красиво на слънце.

Обхват на приложение

Почти 90% от всички камъни се използват в индустрията и науката.

Най-чистите камъни се използват в нанотехнологиите, както и в машиностроенето.

С тяхна помощ можете да създавате инструменти с повишена якост.

Тези инструменти са:

• шлифовъчни дискове;
• полиращи дискове;
• пробивна машина.

Синтетичният диамант намери широко приложение в индустрията на модата и красотата. Кристалите се използват както в дрехите, така и в бижутата и за украса на обувки.

Изкуственият материал е страхотна алтернативаестествен диамант. Този камък може да се използва в различни полетапромишленост, мода и медицина, както и за разработване на специални нанотехнологии.