Гипотеза о возможности получения алмазов в лабораторных условиях впервые обсуждалась в 1797 году, когда выяснилось, что камень полностью состоит из углерода. Идея стала реальностью только в 1926 году, но и тогда она не увенчалась полным успехом. Полученный образец был далек от оригинала, но он стал отправной точкой для исследований.
Только в 1941 году, после долгого перерыва, компания General Electrics заинтересовалась этой технологией.
Метод HPHT для выращивания алмазов
В производстве алмазов компания руководствовалась «технологией» самой природы. Специалисты компании утверждали, что алмазы, созданные на Земле, образуются при температуре около 1300° C и давлении около 50 000 атм в глубинах мантии планеты, в сотнях километров под поверхностью. Кристаллы выносятся на поверхность различными магматическими породами.
Чтобы смоделировать условия, описанные в лаборатории, специалисты General Electrics использовали пресс для нагрева углерода до 3 000 градусов, обжимая ячейку под давлением 5 гПа, в которую помещали графит и железо-никель-кобальтовый расплав, выступавший в роли катализатора и растворителя. Но производство пришлось остановить из-за Второй мировой войны.
Вторая мировая война поставила под угрозу каналы сбыта природных алмазов, изначально предназначавшихся для промышленных режущих инструментов. С этого момента стало очевидно, что алмазы нужно выращивать в лаборатории, и чем раньше, тем лучше.
Ученые уже обнаружили, что алмазы состоят из углерода, поэтому их задачей было определить, при каких условиях графит превратится в кристалл алмаза.
Исследования были возобновлены спустя 10 лет. Только в декабре 1954 года был получен качественный алмаз, пригодный для массового производства. Они использовали процесс, который сейчас называется «высокое давление и высокая температура» (HPHT).
В поисках подсказки они обратились к изучению природных явлений. Алмазы были найдены в потухшей вулканической породе, которая была поднята на поверхность лавой. Камни образовались на глубине около 200 км в недрах Земли, где давление и температура очень высокие.
Чтобы создать алмазы, ученые должны были найти способ поддерживать давление на максимально возможном уровне, сохраняя при этом очень высокую температуру. Графит невероятно стабилен и устойчив к изменениям. Даже при очень высоких температурах и давлении атомы углерода не распадались и не превращались в алмаз.
Исследователи нашли ключ к разгадке, изучая кратеры от метеоритов. Они обнаружили мельчайший кристалл алмаза, окруженный металлом, который, по их мнению, образовался в результате взаимодействия с метеоритом. Ученые попытались растворить графит в расплавленном металле, чтобы атомы углерода из графита могли свободно кристаллизоваться. Они поместили капсулу с металлом и графитом в пресс, установили давление в 55 000 атмосфер и температуру между 1 400° и 1 500° и оставили на несколько минут.
В результате был получен первый лабораторный алмаз. Правда, он был далек от качества драгоценных камней и составлял всего 1 мм в диаметре. Размер алмаза был настолько мал, что использовать его в ювелирной промышленности было невозможно.
Это открытие послужило толчком к развитию и изучению лабораторных алмазов по всему миру, чтобы достичь уровня камней ювелирного качества.
Проблему размера удалось решить в 1970 году, но даже тогда камни не превышали 1 карата.
В 1985 году исследователи уже смогли вырастить крупные фантащийные алмазы с помощью технологии HPHT, но их коммерческое производство было невыгодным: оборудование было очень дорогим в установке, эксплуатации и обслуживании, а алмазы часто имели металлические включения, которые были видны невооруженным взглядом.
The CVD Method
С 1950-х годов метод химического осаждения из паровой фазы (CVD) для получения алмазов становился все более популярным. Этот процесс включает в себя расщепление молекул газа и использование атомов углерода, содержащихся в этих молекулах, для создания алмазных структур. Метод CVD является высококонтролируемым, что позволяет получать достаточно качественные алмазы.
Первые CVD-бриллианты были получены в 1950-х годах, но процесс был не очень эффективным, и бриллианты не отличались высоким качеством. В 1970-х годах интерес к этому процессу возродился, и он был усовершенствован.
В 1990-х годах началось коммерческое производство CVD-алмазов. Алмазы все еще были относительно дорогими, но становились все более доступными. В последние годы стоимость CVD-алмазов продолжала снижаться, и теперь они являются жизнеспособной альтернативой добываемым алмазам.
Современное состояние производства CVD-алмазов очень многообещающее. Процесс уже хорошо отлажен, а качество алмазов очень высокое. Стоимость CVD-алмазов продолжает снижаться, и они становятся все более популярными.
Сегодня алмазы, выращенные в лабораториях методом HPHT и CVD, широко используются в промышленности наряду с природными алмазами, что стало возможным благодаря их идентичным физическим свойствам. Кроме того, в лабораториях можно выращивать очень крупные камни.
Бриллианты ювелирного качества, полученные с помощью современных методов лабораторного синтеза, могут быть безупречными по чистоте и цвету. Многие мировые бренды выпускают целые ювелирные коллекции с выращенными бриллиантами.
Как и их природные аналоги, выращенные в лаборатории бриллианты не только красивые визуально, но и невероятно прочные и долговечные.
Сегодня бриллианты, выращенные в лаборатории, создаются с помощью процессов HPHT и CVD, они стали популярным выбором для обручальных колец, серег и других ювелирных изделий. Эти бриллианты физически и химически идентичны добытым, и их оценивают по тем же критериям.
Создание выращенных в лабораториях бриллиантов оказало значительное влияние на алмазную индустрию, предложив потребителям более доступную и этичную альтернативу. Благодаря постоянному развитию технологий будущее бриллиантов, выращенных в лабораториях, выглядит блестящим.
