Алмаз обладает уникальными свойствами, которые позволяют использовать его во многих областях. Природные алмазы намного дороже выращенных, но полностью идентичны выращенным бриллиантам. В последние годы выращенные бриллианты становятся популярными, а методы их выращивания постоянно совершенствуются.
Сегодня существует два основных метода, используемых для производства бриллиантов для ювелирных изделий:
- HPHT;
- CVD.
В первом случае используется высокое давление и высокая температура. Во втором используется химическое напыление. Каждый метод имеет свои особенности.
Бриллианты HPHT
Алмаз HPHT выращивается в камере, содержащей графит и металл, который выступает в качестве катализатора. Это может быть никель или кобальт. При нагревании графит растворяется, атомы углерода осаждаются на алмазе в ячейке. На цвет получаемого бриллианта влияют дополнительные элементы: титан, бор или алюминий.
Азот из окружающей среды попадает в ячейку и придает алмазу желтый цвет, но алюминий и титан взаимодействуют с азотом, снижая насыщенность этого цветового компонента. В некоторых случаях этот цвет может полностью исчезнуть.
Затем ячейку с алмазом помещают в пресс. Искусственный минерал подвергается давлению в 55 000 atm и нагревается до 1 500 градусов. Таким образом, что в лаборатории воссоздаются природные условия для выращивания алмаза.
Бриллианты CVD
Благодаря этому методу можно получить монокристаллы алмаза весом до 10 карат. При этом нет необходимости использовать высокое давление. Производство этого типа алмазов также начинается с монокристаллической подложки, которая помещается в специальную колбу-реактор. Внутри колбы находится водород и небольшое количество метана (около 1-5%). Давление составляет около 0,1 атм. С помощью микроволн это содержимое нагревается до 1000 градусов.
В результате образуется плазма из водорода и углерода. Углерод осаждается на поверхности вытравленного алмаза, в результате чего образуются новые слои CVD алмаза. Получается почти бесцветный или коричневый образец. Размеры алмаза, полученного таким способом, определяются параметрами подложки. Толщина таких изделий редко превышает 1-3 мм.
Многие коричневые «изделия» типа CVD дополнительно обрабатываются методом HPHT. Это позволяет получать более светлые камни.
Особенности выращивания бриллиантов в лаборатории
Скорость роста зависит от разницы температур в ячейке. Увеличение этой разницы приводит к ускорению процесса и увеличению количества металлических включений, используемых при синтезе алмаза. Такие включения очень важны для определения природы искусственного минерала. При таком методе алмаз выращивается за десятки или сотни часов.
Благодаря технологии HPHT желтые бриллианты можно получить достаточно быстро и легко. Если же требуется другой цвет, кристаллы должны пройти дополнительную обработку.
Для получения выращенного бриллианта зеленого цвета используется метод облучения электронным пучком. Его применяют после окончательной обработки кристалла. Бор используется для получения серых, голубых и синих камней. Он воздействует на решетку алмаза и придает ему желаемый цвет.
Бесцветные алмазы получаются, когда процесс проходит без использования азота и бора. Самый крупный синтетический бесцветный бриллиант был создан в Гонконге в 2015 году. Этот уникальный бриллиант весом в 10,02 карата был создан из алмаза HPHT весом 32,26 карата. На выращивание минерала ушло 300 часов.
Характеристики выращенных бриллиантов
Бриллианты, состоящие из монокристаллов высокой чистоты, имеют размер до 8 мм. Это образцы прозрачного цвета, где показатель оптической прозрачности варьируется от 225 нм до 25 мкм. Концентрация азота составляет 0,5-2 ppm. Показатель теплопроводности может достигать 2200 Вт/мК, удельное электрическое сопротивление — более 10,12 Ом×м. Стоит отметить низкий уровень люминесценции и совершенство кристаллической структуры. Показатель твердости составляет 105 ГПа и более.
Алмазы с полупроводниковыми монокристаллами имеют одинаковые размеры. Энергия ионизации составляет 0,19-0,37 эВ. Показатель удельного сопротивления достигает 1,09 Ом. Цвет образцов может варьироваться от синего до черного. Содержание бора — до 300 ppm.
В каких областях используются выращенные бриллианты?
Выращенные алмазы используются не только в ювелирных украшениях, но и других областях, например:
- порошки, суспензии, пасты;
- алмазные пластины;
- монокристаллы и поликристаллы;
- медицина.
