Искусственные алмазы технология. Кому подходит камень? Магические свойства. Синтетический алмаз и его будущее

Другой способ (CVD), который стали применять, чтобы произвести искусственные бриллианты, отличается тем, что весь процесс происходит при более низком уровне давления и за более короткий срок. Исходный материал погружают в специальную камеру, где создаются условия вакуума. Затем начинается воздействие микроволновыми лучами и газами. Углеродная плазма разогревается до 3000 градусов. Происходит формирование синтетических алмазов путем осаждения молекул углерода на пластинку-заготовку.

В качестве сырья используют вещества, которые богаты углеродом. Это может быть графит, сахарный уголь, сажа. Искусственно выращенные камни обладают той же структурой, что и природные. И это объясняет их твердость и высокую прочность.

Области применения

По своему внешнему виду искусственный бриллиант ничем не отличается от настоящего природного минерала. Однако стоимость его значительно меньше. Такие камушки, полученные в условиях лаборатории, лучше поддаются огранке. Ювелиры могут огранить даже очень маленький синтетический кристалл. Такие мелкие образцы очень востребованы, ведь натуральные мелкие кристаллы очень трудно извлекать из породы.

Высокие показатели твердости и прочности, которыми отличаются искусственно выращенные алмазы, делают их незаменимыми для использования при создании различных устройств для резки или шлифовки. Алмазное напыление и крошка сегодня присутствуют на пилах, сверлах, бурах и множестве других инструментов. Сейчас такой материал активно используется и при производстве микросхем.

Производство синтетических алмазов газовым способом (CVD) очень важно, так как полученный материал используется для создания высокотехнологичного медицинского оборудования. Использование таких составляющих позволяет продлить срок службы приборов, так как алмазные детали способные выдерживать сильный нагрев, сохраняя эффективность и работоспособность.

Разнообразие видов

Высокий спрос на красивые ювелирные изделия с искрящимися, переливающимися камнями естественно привел к тому, что стали появляться различные имитации алмаза. Иногда вместо этого драгоценного камня в украшениях использовали прозрачную разновидность кварца – горный хрустать, белый сапфир. Но с развитием технологий появились искусственные бриллианты, которые мало чем отличались от настоящего камня. .jpg" alt="искусственный бриллиант" width="200" height="213">

Заменитель бриллианта, полученный в условиях лаборатории, помимо атомов углерода содержит в своей кристаллической решетке азот, включения которого появляются там на стадии роста. Из-за того, что азот подавляет голубой спектр, искусственный камень приобретает оттенок желтого цвета. Сейчас существуют следующие разновидности:

• Еще в семидесятых года ХХ века в ювелирной промышленности появился фианит. Эта имитация алмаза представляла собой кубически стабилизированный циркон. По своим оптическим свойствам он очень схож с натуральным образцом, однако значительно уступает ему по прочности.
• Другим вариантом имитации алмаза является нексус (Nexus). При его получении углерод соединяется с различными примесями. Образец отличается высокими показателями прочности и твердости.
• Полученный из карбида кремния муассанит является самым дорогим. Он обладает необыкновенным блеском и отменной прочностью.

На изделия, в которых используется имитация бриллианта, всегда сохраняется высокий спрос. Однако, даже выбирая украшение, в котором используется искусственно выращенный камень, нужно быть осторожными. Недобросовестные продавцы могут реализовывать обычное стекло, которое было огранено.

Как отличить имитацию

Покупая любое украшение в ювелирном магазине, вы можете попросить у продавца документы, которые подтверждают подлинность того или иного изделия. И если в изделии используется искусственно выращенный кристалл, то об этом вы должны получить полную информацию.

Если вы сомневаетесь, что перед вами природный бриллиант, то можно попробовать проверить это и в домашних условиях:

1. Первое, на что стоит обратить внимание, – это количество граней. Фианит получает при огранке меньше граней, которые к тому же более округлы.
2. Можно капнуть на испытуемый образец каплю масла. На натуральном камушке она останется без изменений. А на имитации – распадется на мелкие частички, а потом соберется в маленькие капельки.
3. Если опустить кристаллик в масло, а потом прикрепить к стеклянной поверхности, то настоящий к ней прилипнет, а с такой фокус не пройдет.
4. Попробуйте положить кристалл на газету. Через фианит вы будете видеть буквы, а через бриллиант – нет.
5. Натуральный камень, сжатый в руке, будет оставаться прохладным, когда как имитация быстро приобретет температуру тела.
6. Рассмотрите кристалл. Природные алмазы исключительно редко бывают однородными, в них всегда присутствуют вкрапления, мелкие дефекты. Тогда как фианиты всегда абсолютно прозрачны.

Интересно, что фианиты, не обладая уникальным бриллиантовым сиянием, намного лучше отбрасывают блики. Но если вы сомневаетесь в происхождении камня, лучше всего обратитесь к профессионалам. Используя современное оборудование, геммологи сообщат вам результат, точность которого будет равна 100%.

Технология производства синтетических алмазов

Развитие исследований по сочанию аппаратов высокого давления, необходимых для синтеза алмазов, связано с именем пионера исследований в области высоких давлений профессора Гарвардского университета П.У. Бриджмена. Бриджмен быстро понял, что одно только высокое давление не способно превратить графит в алмаз. Согласно теории, алмаз представляет собой стабильную кристаллическую форму углерода уже при давлениях примерно 20 000 атм, но при давлениях в 425 000 атм при комнатной температуре и 70 000 атм при температуре красного каления превращения графита в алмаз не происходило. В то же время алмаз при нормальном атмосферном давлении ведет себя как вполне стабильная фаза.

Превращение алмаза в графит может быть осуществлено при нагреве примерно до 1500 o С, и это позволило предположить, что для обратного превращения при высоких давлениях необходимы температуры того же порядка. Человеком, которому посчастливилось первому осуществить синтез алмаза, был Трейси Холл.

Холл пришел в лабораторию "Дженерал электрик" в 1948 г. и с 1951 г. стал членом небольшой исследовательской группы, занимающейся "Проектом сверхдавления", как были закодированы работы по синтезу алмаза. Хотя Холл был химиком, он понял, что главное препятствие на пути успешного решения проблемы синтеза алмаза - отсутствие оборудования высокого давления, и разработал эскизный проект системы, впоследствии названной "халфбелт". Это был только первый шаг к успеху, но он наметил путь к новой, ставшей знаменитой конструкции "белт" .

16 декабря 1954 г. пришел первый успех. Холл позднее писал: "Руки мои тряслись, учащенно билось сердце, я ощутил слабость в коленях и вынужден был сесть. Мои глаза поймали сверкнувший свет от дюжин мелких треугольных граней октаэдрических кристаллов... и я понял, что наконец-то алмазы сделаны человеком". Этот эксперимент был выполнен при давлении 70 000 атм и температуре 1600 o С с использованием графита и троилита (FeS). Алмазы прилипли к танталовому диску, который используется для подводки электрического тока при нагреве образца.

Тантал, кроме того, восстанавливал FeS до металлического железа, так как присутствие одной серы не может вызвать превращения графита в алмаз. Катализатор играет роль растворителя, в котором графит сначала растворяется, а затем кристаллизуется в виде алмаза. Без металлического растворителя скорость превращения графита в алмаз очень мала, даже если температура и давление достаточны.

Аппарат для синтеза алмаза, предложенный Холлом, назывался "белт" (пояс), потому что центральная часть, где происходит синтез алмазов, поддерживалась кольцом из карбида вольфрама с бандажом из высокопрочной стали. Два конических поршня приводились в движение с помощью большого гидравлического пресса из упрочненной стали. Полученные синтетические алмазы были техническими.

Главная трудность при создании аппаратов высоких давлений и температур заключается в том, что стали и другие конструкционные материалы быстро теряют свою прочность при нагреве. Эту проблему можно решить путем нагрева только внутреннего рабочего объема и соответствующей термоизоляции для предотвращения чрезмерного нагрева поршней и пояса.

Согласно патенту "Дженерал электрик", типичная шихта в реакционной камере представляет собой смесь 5 частей графита, 1 части железа, 1/3 части марганца и 1/3 части пятиокиси ванадия. Эту смесь запечатывали и нагревали до 1700 o С под давлением 95 000 атм в течение 2 мин, затем охлаждали до 1500 o С за 8 мин. Сейчас в качестве растворителя чаще всего используют смесь никеля и железа, позволяющую осуществить синтез алмаза при менее жестких условиях, например при 50 000 атм и 1400 o С. Также доказано, что графит как источник углерода может быть заменен другими органическими материалами: деревом, углем, дегтем, смолой.

Аппарат высокого давления "белт" компания "Дженерал электрик" впоследствии заменила конструкцией тетраэдрического типа, разработанной Холлом примерно в то же время. Главное преимущество ее заключалось в применении относительно дешевых прессов. В первом варианте использовались четыре независимо работавших пресса, смонтированные в симметричной раме и сходящиеся в центральной части рабочего объема. Для другой, более простой модификации, требуется только один гидравлический пресс, а усилия в трех других направлениях возникают за счет взаимодействия поршней с конической поверхностью прочной стальной поддержки. В тетраэдрическое пространство, образуемое внутренними поверхностями этих вставок, монтируется специально изготовленная деталь из пирофиллита с электропечью, представляющей собой графитовую трубку. Электрический ток подводится через два противоположных поршня или через специальные электровводы. В печь помещаются графит и металл-растворитель.

Параллельно с работами "Дженерал электрик" исследования по получению искусственных алмазов велись Всеобщей шведской электрической акционерной компанией, известной как ASEA. Вероятно, группа ASEA не опубликовала детали своего успешного синтеза алмазов в 1953 г. потому, что пыталась получить ювелирный материал и не придавала большого значения очень мелким техническим алмазам. В технологии ASEA применялись давление от 80 000 до 90 000 атм и температура до 2760 o С. Размеры алмазов, получаемых в обоими фирмами, были существенно меньше 1 мм. В опытах ASEA образовывалось 20-50 кристаллов размером 0,1-0,5 мм.

В СССР способ получения синтетических алмазов был разработан в 1960 г. Институтом физики высоких давлений АН СССР. Руководил работами акад. Л.Ф. Верещагин. В 1961 г. в Институте сверхтвердых материалов АН УССР была отработана промышленная технология синтеза алмазов. Процесс осуществляется при температуре 1800-2500 o С и давлении более 50-102 МПа в присутствии катализаторов - хрома, никеля, железа, марганца, платины, кобальта или других металлов. Впоследствии было установлено, что алмазы образуются при кристаллизации углерода из его раствора в расплаве металла-катализатора.

Синтез алмаза проводится в камере типа "чечевица" объемом несколько кубических сантиметров. Нагревание осуществляется индукционным методом или прямым пропусканием электрического тока. При сближении пуансонов реакционная смесь графита с никелем (а также со слоистым пирофиллитом) сжимается. В результате происходит перекристаллизация гексагональной кристаллической решетки графита в кубическую структуру алмаза. Размер кристаллов алмаза зависит от времени синтеза: при времени реакции 3 мин. образуются кристаллы массой около 10 мг, а 30 мин - 70 мг. Наиболее прочные кристаллы получались размером до 0,5-0,8 мм.

Производство ювелирных синтетических алмазов

Приводим схему аппарата, применявшегося для выращивания крупных кристаллов алмаза с использованием переноса углерода в растворе металла.

Не следует думать, что производство синтетических технических алмазов в огромных объемах упрощает задачу получения алмазов таких размеров и такого качества, которые позволяют отнести их к драгоценным камням. Главное препятствие попыткам получить крупные кристаллы - маленький объем, в котором можно поддерживать экстремальные условия давления и температуры. К тому же для выращивания больших кристаллов требуется длительное время.

Способы получения ювелирных алмазов не патентовались до 1967 г., когда Роберт Уэнторф наконец добился успеха в выращивании алмаза на затравке. Затравочный кристалл необходим для предотвращения кристаллизации графита даже тогда, когда условия опыта соответствуют области кристаллизации алмаза. Наиболее трудная проблема при выращивании крупных кристаллов алмаза высокого качества заключается в необходимости поддержания необходимых условий в области его стабильности.

В используемой Уэнторфом методике затравочный кристалл помещался в холодную часть раствора при температуре около 1420 o С, а мелкие кристаллы располагали в нижней части при температуре 1450 o С. Интервал давлений составлял от 55 000 до 60 000 атм. Лучше, если затравочный кристалл помещают в нижней части, потому что некоторые образующиеся вне затравки мелкие кристаллы всплывают в горячую зону и там растворяются, а не растут вокруг затравки.

В некоторых опытах Уэнторфа питающий алмазный материал перекристаллизовывался в графит. Однако исследователи столкнулись и с более серьезной проблемой: максимальная скорость, с которой кристаллы могут стабильно расти, должна уменьшаться по мере того, как кристалл становится крупнее. Установлено, что для кристалла диаметром 1 мм наиболее высокая скорость стабильного роста составляет 0,2 мм/час. Когда размер кристалла достигает 5 мм, стабильный рост может происходить со скоростью 0,04 мм/час и для выращивания кристалла такого размера требуется несколько дней.

Проблема станет еще более серьезной, если пытаться выращивать синтетические алмазы большего размера. В настоящее время крупный синтетический алмаз имеет 6 мм в диаметре и весит 1 карат (0,2 г). Поскольку для выращивания крупных кристаллов более благоприятны низкие скорости роста, а поддержание высоких температур и давлений в течение длительного времени требует значительных затрат, крупные синтетические алмазы оказываются дороже или сопоставимы с ценой природных кристаллов аналогичных размеров. На фото вверху представлены синтетические алмазы массой 1 карат, выращенные Робертом Уэнторфом, и графит, использованный как исходное вещество.

Окрашивание алмазов осуществляется введением в кристаллы различных элементов-примесей. Азот придает зеленую окраску и, вероятно, обусловливает желтый цвет камней, если он присутствует в малых концентрациях. Введение бора придает алмазу синие цвета. Редко встречающиеся синие природные камни, в частности знаменитый алмаз "Хоуп", также обязаны своей окраской присутствию этого элемента. Изучение свойств окрашенных алмазов полезно для понимания некоторых алмазов и способов образования их в природе.

Прямое превращение графита в алмаз

Для прямого перехода графита в алмаз необходимы еще более экстремальные условия по сравнению с методикой, использующей металл-растворитель. Это связано с большой устойчивостью графита, обусловленной очень прочными связями его атомов. Результаты первых эекспериментов по прямому превращению графит-алмаз, выполненных П. Де-Карли и Дж. Джеймисоном из "Аллайд кемикл Корпорэйшн", были опубликованы в 1961 г.

Для создания давления использовалось взрывчатое вещество большой мощности, с помощью которого в течение примерно миллионной доли секунды (одной микросекунды) поддерживалась температура около 1200 o С и давление порядка 300 000 атм. В этих условиях в образце графита после опыта обнаруживалось некоторое количество алмаза в виде очень мелких частичек. Полученные кристаллиты по размерам (100 А = 10 нм, или одна стотысячная доля миллиметра). Они сопоставимы с так называемым "карбонадо", встречающимся в метеоритах, образование которых объясняется воздействием высокой температуры, возникающей при прохождении метеорита через плотные слои атмосферы, и мощной ударной энергии, возникающей при ударе метеорита о земную поверхность.

В 1963 г. Фрэнсису Банди из "Дженерал электрик" удалось осуществить прямое превращение графита в алмаз при статическом давлении, превышающем 130 000 атм. Такие давления были получены на модифицированной установке "белт" с большей внешней поверхностью поршней и меньшим рабочим объемом. Для создания таких давлений потребовалось увеличение прочности силовых деталей установки. Эксперименты включали искровой нагрев бруска графита до температур выше 2000 o С. Нагревание осуществлялось импульсами электрического тока, а температура, необходимая для образования алмаза, сохранялась в течение нескольких миллисекунд (тысячных долей секунды), что существенно дольше, чем в экспериментах Де-Карли и Джеймисона. Размеры новообразованных частиц были в 2-5 раз больше по сравнению с получающимися при ударном сжатии.

В СССР в Институте сверхтвердых материалов АН УССР была отработана подобная технология получения искусственных алмазов. При направленном взрыве происходит мгновенное повышение давления до 200-102 МПа и температуры до 2000 o С и в графите образуются мелкие (до 10-30 мкм) синтетические алмазы.

В 1963 г. В. Ж. Эверсолом (США) был запатентован способ выращивания алмазов из перенасыщенной углеродом газовой фазы (метана, ацетилена или других углеводородов) при давлении ниже 10-102 МПа. Образующаяся избыточная поверхностная энергия на границе графит-воздух способствует формированию зародышей алмазов. Подобный метод независимо был разработан в СССР Б. В. Дерягиным и Д. В. Федосеевым. При давлении ниже атмосферного им удалось получить на затравках из алмаза нитевидные кристаллы синтетического алмаза из газовой фазы. Скорость роста кристаллов очень низкая - около 0,1 мкм/ч.

Внимание этих ученых привлекли предложения по получению алмазов в условиях, при которых стабилен графит, а алмаз метастабилен (метастабильность алмаза означает, что он может в данных условиях оставаться неизменным неограниченное время без обратного перехода в графит). Для превращения графита в алмаз необходимо, чтобы атомы углерода были возбуждены до состояния, характеризующегося высокой энергией. Обычно это достигается приложением высоких давлений и температур. Альтернативная идея основана на том, что если удастся получить атомы углерода с высоким энергетическим уровнем, то при переходе в твердое состояние вероятнее образование метастабильного алмаза, чем стабильного графита. Этому способствует применение затравочных кристаллов алмаза, которые помогают атомам углерода располагаться в порядке, соответствующем алмазной, а не графитовой структуре. Вероятно, наиболее перспективный метод связан с разложением углеродсодержащих газов при достаточно низких давлениях. Обволакивая мелкие кристаллы алмаза, газ разлагается, и атомы углерода осаждаются на поверхность затравочных кристаллов.

Для опытов Эверсола характерны следующие условия: температура в интервале 600-1600 o С, общее давление газа - одна атмосфера, концентрация метана в газовой смеси от 0,015 до 7%. Затравки имели размер всего лишь 0,1 мкм (десятитысячная доля миллиметра) в диаметре, что обеспечивало большую поверхность для осаждения алмазов. Помимо алмаза в газовой фазе образовывались скопления графита, которые осаждались вместе с алмазом на поверхности затравочных кристаллов. Если время от времени не останавливать процесс для удаления графита, его концентрация настолько возрастает, что препятствует дальнейшему осаждению алмаза. Для этого предусматривалось периодическое извлечение алмазов, которые помещались в сосуд высокого давления (от 50 до 200 атм) с водородом и прокаливались при температуре 1000 o С. Водород вступает в реакцию с графитом намного быстрее, чем с алмазом, поэтому такая процедура очищает поверхность затравочных кристаллов для последующего роста алмазов.

Группа Дерягина пришла к выводу, что новообразования графита выгоднее окислять кислородом воздуха при атмосферном давлении. Преимущество этого способа в том, что процесс синтеза и удаление графита осуществляются в одном и том же реакторе, который в окислительную стадию процесса заполняется воздухом. Типичные условия, используемые для выращивания алмаза этим методом, характеризуются температурой 1020 o С и давлением метана 0,07 мм рт. ст.

Наибольшие скорости роста составляют примерно 0,1 мкм в час, что обеспечивает образование во всем объеме реактора около одного карата алмаза в час. Вибрация затравок способствует увеличению поверхности соприкосновения кристаллов с метаном и ведет к улучшению свойств наращиваемого слоя. Еще большие скорости достигаются при облучении поверхности алмазов светом газонаполненной ксеноновой лампы высокого напряжения. Лампа работает в пульсирующем режиме, способствуя быстрому росту алмаза и в значительной степени предотвращая зарождения кристаллитов графита. Сообщалось, что в таких условиях скорости роста достигают нескольких микрометров в час. Иногда при использовании этого метода начинают расти алмазные "усы" - тонкие нити, выступающие из разных мест поверхности затравочного кристалла. Причины такой странной формы роста пока не ясны.

Метод Эверсола в США развивался в основном Дж. Ангусом и его сотрудниками в университете штата Огайо. Используемые ими условия роста: температура 1000 o С, давление метана (в смеси с водородом) 0,2 мм рт. ст. - близки к условиям экспериментов, проводимых группой Дерягина. Прирост веса составляет обычно 6% за 20 ч, что соответствует линейной скорости роста только 0,001 мкм/сут. Более высокие скорости наблюдаются в начальный период процесса, что, вероятно, связано с напряжениями, обусловленными небольшими различиями расстояний между атомами углерода в пленке и кристалле-подложке. Возможно, что очень высокие скорости роста, о которых сообщалось советскими учеными, также характерны только для начальной стадии процесса.

Фирмой "Дженерал Электрик" в 1970 г. был разработан метод получения крупных синтетических кристаллов алмазов ювелирного качества на затравках в виде пластин. Однако стоимость выращивания таких алмазов гораздо выше, чем добыча природных.

Синтетические алмазы широко применяются для производства алмазно-абразивного инструмента, брусков, шлифовальных и отрезных кругов, паст для шлифования, стеклорезов, резцов, буровых коронок, долот и т. д. В настоящее время более 80% потребности в технических алмазах покрывается за счет синтетических. В настоящее время десятки лабораторий в различных странах продолжают поиски более рациональной и эффективной методики выращивания алмазов для технических нужд и ювелирных целей.

Облагораживание алмазов облучением

Рассказ о синтетическом алмазе был бы неполным без информации об использовании ядерного облучения для получения окрашенных кристаллов. Развитие такого метода обработки вызвано чрезвычайной редкостью цветных алмазов, а между тем окрашенный алмаз хорошего качества более чем на 25% дороже своей бесцветной разновидности.

Английский ученый сэр Уильям Крукс обнаружил, что радиоактивное излучение радия превращает бесцветный алмаз в зеленую разновидность. Позднее было установлено, что это изменение окраски происходит в результате бомбардировки кристалла альфа-частицами, но захватывает только внешний слой алмаза из-за слабой проникающей способности альфа-частиц в твердое тело. Метод обработки алмаза облучением пребывал в забвении до нового витка развития в конце 40-х годов XX века ядерной физики.

Дейтронами бомбардировали кристаллы алмаза. Алмаз оставался сильно радиоактивным в течение нескольких часов, но и в этом случае окрашивался только внешний слой. Было установлено, что бомбардировка электронами с высокой энергией приводит к окрашиванию алмаза в бледно-голубой или зеленый цвет, но опять-таки окрашивался лишь тонкий слой. А вот нейтроны, обладающие более высокой проникающей способностью, могут изменить окраску всего камня. После облучения ими алмазы становятся зелеными, однако нагревание в инертном газе при 900 o С меняет их цвет сначала на коричневый, а затем на золотисто-желтый. Облученные алмазы золотисто-желтого цвета намного привлекательней, чем зеленые или коричневые, они очень популярны в Соединенных Штатах.

В некоторых случаях реакция алмазов на облучение более разнообразна, и можно получить кристаллы синего, красного и пурпурного цветов. Это различие в окраске обусловлено примесями, присутствующими в алмазах. Большинство алмазов, так называемые алмазы типа I, содержат в качестве примеси азот, который внедряется в кристалл предположительно в промежуточную стадию между образованием алмаза в недрах Земли и временем, когда он попадает в приповерхностные ее участки. В большинстве алмазов азот распределен в виде тончайших пластин, но в одном из тысячи он распределен равномерно во всем объеме кристалла. Последний тип кристаллов назван Iб, тогда как наиболее распространенные отнесены к типу Iа.

Менее распространенный тип II объединяет чистые алмазы, почти не содержащие азота. К нему относятся наиболее крупные камни. Наиболее часто встречающиеся алмазы этого типа классифицируются как тип IIа, а очень редкие содержащие небольшие концентрации примесного алюминия, как тип IIб. Среди алмазов типов I6 и II6 встречаются кристаллы красного и фиолетового цветов, вследствие чего они дороже алмазов обычного типа.

В таблице ниже приведены сведения о цвете поступающих в продажу облученных алмазов. Вообще имеет смысл облучать только крупные кристаллы, поскольку повышение цены мелких алмазов не оправдывает затрат на их обработку.

Поскольку в наше время обработка алмазов для изменения их окраски распространена достаточно широко, возникла новая проблема. Некоторые даже подконтрольно облученные алмазы в течение длительного времени могут оставаться радиоактивными в связи с присутствием примесей долгоживущих радиоактивных изотопов. Насколько эта проблема серьезна - до конца не ясно. Но если некоторая опасность для владельца облученного камня существует, он должен быть осведомлен о результатах контроля на остаточную радиоактивность и об опасном методе облагораживания минерала. В любом случае бесконтрольное облагораживание камней в третьих странах делает эти камни опасными, так как неизвестно, чем именно камень облучали и каковы последствия этого облучения. Покупатель должен иметь выбор осознанно отказаться от потенциально опасной покупки.

Кажется, марка De Beers решила последовать известному дипломатическому принципу «не можешь подавить бунт — возглавь его» и стать монополистом не только на рынке натуральных бриллиантов, но и искусственно выращенных камней. Специально для этих целей был создан бренд Lightbox, который будет продавать украшения только с камнями, выращенными в лабораторных условиях. Простые, незатейливого дизайна, дешевые — на каждый день.

«Синтетические бриллианты — не более, чем поветрие и мода, — говорит Брюс Кливер, генеральный директор De Beers. — Они не подходят, чтобы отмечать значительные события вашей жизни, которые хотелось бы запомнить надолго». Ему вторит финансовый директор компании Нимеш Пател: «Такие камни — не что-то уникальное. Потеряв украшение с синтетическим бриллиантом, вы вряд ли сильно расстроитесь. Кстати, это отличная альтернатива для украшения ребенку».

В общем, запуская новую марку, спикеры De Beers сделали все от них зависящее, чтобы репутация лабораторных бриллиантов упала ниже некуда. И это при том, что еще в сентябре 2017 года компания официально заявила, что никогда не будет продавать искусственно выращенные бриллианты, что как раз было понятно и объяснимо: в противном случае это выглядело бы как каннибализация собственного бизнеса.

Есть ли различия?

Тема искусственно выращенных бриллиантов активно подогревается последние два года. Единственный вопрос, который все это время волнует общественность: «Чем же они отличаются от натуральных?»

Правильный ответ — практически ничем. Чистый углерод. Спрессованный миллионом лет геологических процессов или сжатый методом осаждения пара в лаборатории. Причем непосредственно для образования алмаза и в естественной, и в искусственной среде требуется примерно одинаковое время — две-три недели. Просто натуральный потом еще «немного» полежал в земной коре. Химический состав одинаковый. Кристаллическая структура — тоже. В плане визуальной идентичности — бесцветные синтетические бриллианты от натуральных не отличит даже эксперт под 15-кратным увеличением. При особой тренированности может заподозрить — но не более.

«На самом деле, это не совсем так, — рассказывает независимый ювелирный эксперт, 35 лет проработавший в компании De Beers. — При огранке мастер легко отличает натуральный бриллиант от выращенного в лаборатории — для наметанного глаза структура заметно отличается».

Собственно, именно для того, чтобы изучить выращенные человеком алмазы во всех подробностях, компания De Beers пару лет назад организовала собственную лабораторию Element Six по выращиванию и изучению синтетических бриллиантов в британском Беркшире.

Dimitri Otis / gettyimages.com

Сегодня большинство лабораторно выращенных бриллиантов пытаются выдать себя за природные, что и потребовало таких основательных и дорогостоящих исследований от De Beers.

Плохая новость в том, что если искусственный камень не обнаружили эксперты на уровне производства украшения, то в магазине вы это определить не сможете. Хорошая — в том, что вряд ли это сделает кто-то еще, так что вы никогда не узнаете, что вас обманули. Но сама возможность заставляет сильно нервничать не столько покупателей, сколько экспертов и ювелиров — все-таки репутация.

Сколько это стоит?

А вот теперь главный смысл трюка De Beers c брендом Lightbox. До вывода марки на рынок украшения с искусственными бриллиантами продавали несколько американских компаний (которые их же и производили), причем по цене лишь на 30% ниже, чем стоили натуральные камни.

Главным маркетинговым отличием и приманкой для покупателей стала экологичность и этичность лабораторных камней. Во всем остальном новые игроки использовали ту же идею продвижения («ценность для важных моментов жизни»), близкий дизайн, те же огранки. Проще говоря, «синтетика» попыталась сыграть на поле натуральных бриллиантов. То есть претендовала на кусок жирного рынка, который годами дорогостоящих рекламных кампаний вскармливали De Beers, воспитывая в покупателях желание инвестировать в бриллианты, платя за камни значительно больше их реальной стоимости.

«Синтетический» или «выращенный человеком»?

Синтетические бриллианты появились на рынке в крайне неудачном репутационном формате: пытаясь мимикрировать под натуральные в рамках большой партии натуральных мелких бриллиантов весом до полутора карат. А это, как и любое мелкое мошенничество, не могло породить доверия к идее в целом.

Впрочем, искусственные бриллианты довольно быстро поднялись до небольших ювелирных марок, радеющих за экологию и этичность. Самые известные из них — Diamond Foundry (инвесторы Леонардо ди Каприо и Мирослава Дума), Orro, Gordan Max, Innocent Stone, Carat и еще десяток других. Большинство производств расположено в Америке и Азии, хотя есть и одна довольно известная среди профессионалов лаборатория в Сестрорецке — именно здесь два года назад был выращен самый крупный искусственный синий бриллиант весом 5 карат.

Общими усилиями мысль о своеобразной уникальности и ценности синтетических бриллиантов удалось донести до журналистов, которые хватались за идею инновационности и этичности, а затем и до потребителей.

Алмазодобывающие компании объединились в попытках внушить общественности, что синтетические камни не имеют «ни души, ни божественного прикосновения». На рынок были выпущены рекламные кампании «Real is rare, real is diamond». При этом в рекламе показывают камень карат на 20 уникальной чистоты и прозрачности, а сама рекламная кампания, как мы понимаем, рассчитана на покупателей вполне ординарных бриллиантов максимум карат до двух, которые с трудом могут быть причислены к категории редких. Но вот парадокс: чем больше ювелиры и добывающие компании рассказывали о разнице в свойствах, «редкости» и «уникальности» природных камней, тем больше они способствовали популяризации синтетических. К концу года пресса сменила тон со снисходительного на уважительный: эпитет «синтетический» с явным негативным оттенком был вытеснен более привлекательным — «выращенный человеком». Диамантеры забеспокоились всерьез.

Запуская Lightbox, De Beers преследует две простые цели. Первая — создать синтетическим бриллиантам репутацию на уровне стразов — модно, дешево, несерьезно. И вторая, гораздо более важная — опустить их стоимость. Если последние два года цены на синтетику держались на 30% ниже, чем рыночная стоимость натуральных камней (то есть фактически на уровне биржевых цен), то Lightbox будет продавать украшения по цене на 85-90% ниже стоимости натуральных бриллиантов — по $ 200 за камень в четверть карата и $ 800 за карат. Для сравнения, по данным бюллетеня Rappaport за август 2018 года, 0,5 карата среднего качества натурального бриллианта стоит около $ 1500, а 1 карат — от $ 4000 до $ 6000 в зависимости от характеристик. Пока замысел De Beers напоминает короткий победоносный блицкриг, но время покажет.

Сегодня человечество научилось создавать несколько разновидностей искусственных бриллиантов, наилучшим из них по праву считается муассанит. Ценность алмаза и получаемого после его огранки бриллианта с давних пор подталкивала людей на поиск и изготовление достойного ему аналога. Так как природа одарила алмаз множеством характеристик, на протяжении нескольких сотен лет эта задача была непосильна, а все попытки замены выглядели лишь жалкими подделками.

Как и из чего получают искусственные бриллианты

Главная проблема при создании алмазов - длительность и сложность процесса. В природных условиях камень образуется тысячи лет под колоссальным давлением от 45000 до 60000 атмосфер и при температуре свыше 900 градусов, поэтому повторить весь процесс в точности с природным практически невозможно.

Первое документальное описание попытки синтезировать бриллианты датируется 1823 годом, когда наш соотечественник Василий Каразин в результате опытов с нагреванием и перегонкой сухой древесины получил неизвестные кристаллы.

Однако официально считается, что впервые камень, с наиболее похожими на бриллианты свойствами, открыл французский исследователь и нобелевский лауреат Анри Муассан. В 1905 году полученный им кристалл карбида кремния, в честь создателя, начал именоваться муассанит. Карбид кремния встречается в природе и за свое космическое происхождение часто именуется звездной пылью, но его естественный размер очень мал и имеет специфическую окраску.

Не оставляя желание создать идеальные бриллианты в лабораторных условиях ученые научились синтезировать более крупные и чистые камни. Искусственно выращенный муассанит нередко называется карбокорунд.

Большой вклад в создание искусственных бриллиантов внесли российские и советские ученые. Основную массу синтетических камней производят по разработанным ими технологиям. Сегодня муассанит получают нескольким способами, однако наиболее чистые и качественные кристаллы карбокорунда рождаются путем многочасового нагревания при температуре 2 400 ºС кристаллического карбида кремния с участием металлического катализатора (железа).

В промышленных масштабах искусственные алмазы, имеющие крупнозернистую структуру, начали производить с середины прошлого века.

Кроме описанного выше термобарического метода, при их создании используется способ осаждения кристаллов из плазмы газообразного углерода под воздействием электрической дуги и редкая детонационная технология, использующая энергию взрывной волны.

Для выращивания бриллиантов в лабораторных условиях используют вещества с высокой концентрацией углерода: очищенную сажу или уголь, графит и т.д. В зависимости от того каким образом был получены такие бриллианты, существует деление на НРНТ-и CVD-алмазы.

Сфера применения и ценность

В большинстве случаев бриллианты, полученные синтетическим путем, автоматически воспринимаются, как подделки и вызывают негативную реакцию. Такое отношение абсолютно неоправданно, так как искусственное выращивание в лабораторных условиях кристаллов имеющих физические характеристики алмазов несет неоценимый вклад в промышленность, развитие высоких технологий и ювелирное дело.

50% используемых в мире бриллиантов имеют синтетическое происхождение и созданы человеком. При этом искусственные алмазы полностью удовлетворяют нужды промышленности, где их доля составляет более 90 % от общего объема используемых камней. Применение алмазов человеком обусловлено их уникальными свойствами:

• исключительная твердость кристаллов применяется для шлифовки, резки различных материалов и бурения породы;
• благодаря долговечности алмазы незаменимы при производстве высокотехнологичного оборудования, компьютерных чипов и микросхем;
• необработанные бриллианты активно используются в работе лазеров и медицинском оборудовании;
• муассанит наивысшего качества и чистоты активно применяется в ювелирном деле.

Цена на искусственно выращенные алмазы варьируется в зависимости от вида и качества камня.

Один из самых дешевых вариантов - фианит, средняя цена за карат у которого начинается с нескольких долларов.

Для сравнения, чек на искусственное творение такого же размера может быть в десятки раз больше. Так, бесцветный муассанит будет не намного дешевле природного бриллианта, а в ряде случаев может быть дороже чем прототип.

Одним из главных критериев для определения цены, так же как и у натуральных алмазов, служит цвет. Чем труднее получить тот или иной оттенок, тем дороже будет конечная стоимость. Из-за применения железосодержащих катализаторов муассанит приобретает желтоватый оттенок. Добиться идеальной прозрачности довольно сложно, поэтому камни чистой воды стоят дороже, чем бриллианты цвета шампанского.

Отличие от природного камня

Муассанит считается самым совершенным аналогом бриллианта, который по своим характеристикам не только повторяет, но и превосходит природный прототип и имеет лишь небольшие отклонения, позволяющие отличить его от натурального алмаза. Одно из главных отличий, по которому можно узнать муассанит, кроется в его внешних характеристиках.

Всем известно, что ценность бриллианта кроется не только в его редкости и твердости, но и в высоком коэффициенте преломления света равном 2,418. Показатель преломления которым обладает муассанит выше на 25 %. Поэтому лабораторный камень с правильной огранкой сверкает в лучах света гораздо ярче. Ограненный алмаз из земных недр также проигрывает выращенному человеком бриллианту в дисперсии, и искрит в десятки раз меньше.

Долгое время не удавалось получить муассанит идеально прозрачного цвета и хотя в сравнении с бриллиантом он не имеет посторонних вкраплений, цвет его всегда отличался желтизной. Несколько лет назад эта проблема была решена и теперь в соревновании чистоты естественные алмазы также проигрывают.

Строение карбокорунда очень близко к бриллиантам, поэтому далеко не каждый прибор может выявить различия между этими близнецами.

Даже опытные ювелиры и специалисты с большим стажем, для того чтобы уверенно говорить о бриллианте как о природном, проверяют камни сразу по нескольким показателям, среди которых: твердость, удельная масса, определение коэффициента отражения, анализ электропроводности и разнообразные оптические тесты.

Чаще всего разницу можно заметить визуальным сравнением двух камней с одинаковой каратностью. Обычно муассанит выгодно отличается и выглядит более искристым и блестящим. Но и этот факт не всегда позволяет определить со 100% точностью, где природные бриллианты, а где нет.

Использование высокотехнологичных бриллиантов в ювелирном деле

Несмотря на то, что муассанит появился совсем недавно, он уже имеет популярность не только как аналог бриллиантов, но и как вполне самостоятельный камень с отличными ювелирными характеристиками, которые встречаются только в алмазах наивысшей пробы. Развитие технологий ведет к тому, что вскоре человек научится контролировать появление цветных алмазов высокотехнологичным путем, что повлечет рождение новой эпохи в ювелирном искусстве. А возможность замены природного камня искусственными бриллиантами рано или поздно снизит рыночную стоимость украшений и сделает их более доступными.

Уже сейчас по своим эстетическим характеристикам лабораторный алмаз не имеет себе равных и не выглядит как имитация.

Ограненный муассанит заслуживает оправы из самых дорогих драгоценным металлов, так как искрится и переливается не хуже бриллиантов. Особенного оптического эффекта сияния и глубины удается добиться в оправе из белого золота, платины и серебра. Искусно ограненный муассанит выглядит благородно в кольцах, колье, браслетах, серьгах и во многих других украшениях. Его роскошный блеск, по сравнению с «более вечерними» бриллиантами, раскрывается в любое время суток.

Прекрасным ювелирным изделиям с такими искусственными бриллиантами, как муассанит покорились практически все города мира, в том числе и Москва. Разнообразие украшений настолько велико, что удовлетворяет вкусам самых взыскательных покупателей.

В этой статье:

Начали делать не так давно. Этот процесс не является таким уж лёгким, а требует серьезных затрат. Применение такого искусственного кристалла не ограничивается только ювелирным делом, алмазы очень нужны в технике. Например, из них изготавливают специальный режущий инструмент. Для того чтобы понять, что собой представляют искусственные алмазы, нужно для начала разобраться, что такое настоящий алмаз.

Алмаз - самый твердый минерал в мире

Прежде всего, то, что мы видим в ювелирном магазине - это бриллиант. Бриллиант - это алмаз, который прошел специальную предварительную обработку ювелирами. C точки зрения химии, он представляет собой углерод кубической формы и строения кристаллов. Что интересно, углерод в зависимости от того, как построена структура, может выступать в виде многих веществ, которые имеют разные свойства и применение.

Искусственные алмазы

Например, всем известно, что сейчас в мире переходят на нанотехнологии. Нанотехнологиями называют такие технологии, суть которых построена на объектах очень малой величины - тысячных долях микрона. Одними из таких объектов являются нанотрубки. Так вот, наименьшие нанотрубки, а именно, самого маленького диаметра, также являются формой углерода. Дело в том, что один атом вещества может объединяться с пятью другими, что и так представляет собой компактную структуру. Среди атомов, которые обладают такими возможностями, имеет самую маленькую массу, а соответственно и радиус атома.

Если атомы углерода объединяются во что-то похожее на мяч для футбола - это называться фуллеренами. Фуллерены и нанотрубки, а также монослой углерода - графен, за получение которого недавно вручили Нобелевскую премию, в будущем, скорее всего, будут очень широко использоваться в технике. Они интересны своими сверхпрочными свойствами, а также проводимостью, низким сопротивлением и размерами. Наибольшая ценность нанотрубок - выступать как проводниками, так и полупроводниками, в зависимости от того, как ориентированы атомы между собой. За этим будущее электроники.

До сих пор ученые не пришли к однозначному выводу о том, . Основная версия говорит о том, что кристаллы формируются глубоко в Земле (более чем в 200 километрах) под большим давлением и огромной температурой. А потом уже магма их выбрасывает на поверхность. Существует также версия, что алмаз представляет собой внеземную структуру и прилетает на Землю вместе с метеоритами. Еще одна версия тоже говорит о космическом происхождении: якобы бриллианты формируются при падении метеорита, когда создается высокое давление.

Камни очень редкие и красивые. Ценятся они не только за красоту, но и за то, что обладают уникальными свойствами:

• алмаз имеет самую высокую твердость среди минералов;
• температура его плавления доходит до 4000 градусов;
• теплопроводность самая высокая среди всех известных твердых тел;
• он относится к диэлектрикам;
• имеет уникальное преломление света, под действием различных лучей может начать светиться;
• не растворяется в кислоте.

История получения минералов

В 1797 году было открыто, что алмаз состоит из чистого углерода. С тех пор начались попытки повторить процесс в условиях лаборатории. Наиболее успешными стали работы Ханней и Муассана, в 1893 году они нагревали их до температуры 3000 градусов Цельсия с высокой скоростью нагрева и добавлением железа. В отличие от Ханнея, который использовал трубку для нагрева, Муассан использовал электродуговую печь со стержнями углерода, располагавшимися внутри блоков извести.

Расплавленное железо после нагрева быстро охлаждали водой. Все это делали для того, чтобы обеспечить высокое давление. Подобные эксперименты повторялись и в дальнейшем. Например, в 1909 году успеха достиг Крукс и через несколько лет об этом заявил. Однако позже такое заявление было опровергнуто.

Первый официальный искусственный алмаз был создан в 1926 году. Для его создания были объединены все методы, которые перечислены выше. Сейчас этот образец до сих пор хранится в музее в Соединенных Штатах Америки.

Но это еще был не тот образец, который можно было бы поставить на серийное производство. Наибольший вклад в создание и разработку методов получения бриллиантов вложил Сэр Чарльз Алджернон Парсонс - именно он на протяжении 40 лет пытался повторить самые первые опыты Ханнея и Муассана. Он был очень кропотливым и сохранил полученные образцы для дальнейших исследований. Позже заявил, что всё, что было создано до этого, не является искусственным бриллиантом.

В 1941 году к разработке методики получения алмазов присоединяется компания General electrics. У них получилось нагреть углерод до 3000 градусов и получить давление 5 ГПа. Однако им помешала Вторая мировая война, и только через 10 лет они возобновили работы по проекту. Во время этих разработок использовались наковальни из карбида вольфрама в гидравлическом прессе. Однако все условия синтеза были настолько неопределёнными, что эксперименты повторять не удавалось.

В 1954 году был создан первый искусственный алмаз, который годился для коммерческого синтеза. Однако он был очень маленького диаметра, всего доли миллиметра, поэтому не мог быть использован в украшениях, зато хорошо подходил для промышленности. Описание работы по его созданию было опубликовано в самом престижном научном журнале Nature.

С 1953 года компания ASEA - производитель электроники из Швеции - тоже начала заниматься независимым синтезом алмазов. Работа шла, используя громоздкий аппарат, который поддерживал давление на уровне 8,4 ГПа на протяжении часа. Но им тоже удалось получить экземпляры только маленького размера.

В Корее в восьмидесятых годах появился конкурент по созданию алмазов - компания «Ильин Алмаз». Она заполучила коммерческую тайну от General Electric и смогла синтезировать синтетические алмазы в 1988 году. После этого вышел и Китай на рынок с огромным количеством предприятий.

Как сегодня выращивают алмазы?

В промышленном производстве сейчас более широко используется технология выращивания кристаллов при высоких давлениях и температурах, называемая HPHT, а также технологии CVD. Менее употребляемыми методиками считаются синтез монокристаллов алмаза при взрыве и метод получения микронных алмазов из суспензии частиц графита в органических растворителях под действием ультразвука.

Технология HPHT включает в себя получение алмазов при температуре 1500 градусов и давлении 50 атмосфер. Установка, которая представляет собой гидравлический пресс, сжимает специальный контейнер, внутри которого находится металлический расплав и графит. В качестве расплава используется железо, никель кобальт или другие металлы. На подложке размещаются затравки - небольшие кристаллы алмаза. Сквозь камеру проходит ток, который нагревает расплав до нужной температуры. В таком случае металл служит растворителем или катализатором кристаллизации.

Кристаллы выращиваются на заправке в форме алмаза. Процесс выращивания более-менее крупного или нескольких мелких кристаллов длиться в среднем около 12 суток. Сейчас производство искусственных алмазов доходит до выпуска миллиардов каратов в год. В 1970, используя эту технологию, впервые научились добывать камни маленького веса и качества.

С 1960-х годов начали разработку более дешевой технологии получения алмазов CVD, что означает Chemical Vapor deposition, которая представляет себя осаждение из фазы газа.

Синтез проходит при осаждении углерода на подложку в среде из водородного газа, который ионизируется с помощью излучения и высоких температур. При осаждении поликристаллический алмаз (кремний) получает пластины, имеющие ограниченное применение в электронике и оптике.

Скорости роста абсолютно разные, которые могут достигать и 100 микрометров в час. Толщина пластин обычно ограничена 2-3 миллиметрами, поэтому полученные алмазы можно использовать в качестве ювелирных, но не превышающих 1 карата. Возможности этого момента начали популяризоваться в 2000-х и привлекли внимание как стартапов, так и больших корпораций, что дало сильный толчок к развитию метода.

Потенциал HPHT в последнее время был сильно недооценен, и все внимание и ресурсы были сосредоточены на совершенствовании метода химического осаждения. Эта технология, как казалось, была неприменима для выращивания кристаллов большого размера и высокого качества. Но в последнее время технологии совершенствуются и получаются искусственные алмазы такого качества и размера, какими раньше могли быть только натуральные.

Которые чаще всего имеют прозрачные цвета, заключается еще в том, что синтетические обладают легким оттенком. Азот, который рассеивается в структуре решетки во время роста алмаза, поглощает голубой цвет, в результате чего синтетический алмаз приобретает желтоватый оттенок.

Другие заменители бриллиантов

Помимо искусственных бриллиантов, широко используются их заменители, которые вошли в ювелирную промышленность в семидесятых годах прошлого века. Сначала Физический институт Академии Наук получил фианиты, которые представляли собой . Это, так сказать, стекляшка среди алмазов. Позже появились такие , как хрусталь, циркон, белый сапфир. Особенной популярностью пользовались такие камни в изготовлении перстней в викторианском стиле.

Также появился такой заменитель бриллиантов, как нексус, который представляет собой соединения углерода с другими веществами и отличается прочностью и твердостью.

Для изготовления фианитов используется диоксид циркония. Он считается наименее прочными из всех заменителей бриллиантов, а соответственно, и самым дешевым. Муассанит, который синтезируется из карбида кремния и является самым прочным из всех камней, похожих на бриллианты, и обладает такими внешними характеристиками, что его даже сложно отличить от настоящего камня. Отличие всех искусственных камней от натуральных, которое можно заметить невооруженным глазом - это стоимость, для остальных отличий необходимо оборудование и опыт.

Однако иногда синтетические бриллианты по цене не уступают натуральным, потому что огромные затраты расходуются на их производство. Основное отличие искусственного бриллианта от натурального в том, что в натуральных бриллиантах присутствуют неоднородности и включения, которые отсутствуют у искусственно полученных минералов.

Приобрести украшения из синтетического бриллианта можно, и это будет значительная экономия по сравнению с натуральным. Если вы хотите купить украшение максимально недорого, то отдавайте предпочтение фианитам. Их сияние не уступает натуральному бриллианту, но у него немного хуже характеристики прочности и твердости, что влияет на эксплуатационные свойства. Муассанит обладает наиболее ярким блеском, что в некотором роде создает эффект дискотеки. Фианит не обладает таким сиянием, как алмаз искусственный или муассанит, но лучше отбрасывает блики.

Муассаниты практически не поддаются внешнему воздействию, а вот фианиты со временем царапаются и впитывают масло. Кроме того, если за ними не ухаживать, на поверхности камня скапливаются царапины, он становится мутным.

Таким образом, технология получения бриллиантов до сих пор находится в стадии разработки. В отличие от рубинов и сапфиров, получить бриллиант любого размера или качества невозможно, и часто он может быть дороже оригинального, так как затрачивается огромное количество времени и ресурсов.