Методы производства выращенных в лабораторных условиях алмазов имитируют природные условия, при которых алмазы добываются глубоко под землей. Узнайте, как работают процессы HPTP и CVD.
Методы добычи выращенных в лабораторных условиях алмазов пытаются воссоздать условия высокого давления и температуры, которые формируют под землей. Давайте сначала рассмотрим этот естественный геологический процесс.
Как образуются природные алмазы?
, примерно на глубине от 177 до 241 км под поверхностью. Давление на этой глубине может достигать почти 50 000 атм. (, или «атм», эквивалентна давлению воздуха на уровне моря). Температура может варьироваться от 900 ° до 1300 ° C. В этих интенсивных условиях углерод сжимается до его наиболее компактной формы, образуя алмазы в магме. Древние вулканические взрывы подняли эти алмазы на поверхность в результате образования горных пород, известных как .
Каковы основные методы производства выращенных в лабораторных условиях алмазов?
Существует два основных метода производства выращенных в лабораторных условиях алмазов: (HPHT) и (CVD). Обычно используются оба метода, но CVD становится все более популярным для производства синтетических алмазов ювелирного качества. HPHT чаще используется для создания синтетических алмазов промышленного назначения.
Можете ли вы отличить натуральный бриллиант от выращенного в лабораторных условиях?
Как HPHT, так и CVD позволяют получать алмазы с теми же оптическими, физическими и химическими свойствами, что и природные алмазы. Однако эти лабораторные процессы оставляют некоторые , которые геммологи могут идентифицировать при тщательном осмотре.
При необработанной форме кристаллов различия более заметны. Природные алмазы имеют восемь сторон роста, образуя октаэдрическую форму кристалла. С другой стороны, алмазы HPHT имеют форму с 14 направлениями роста. Алмазы CVD имеют кубическую форму с одним направлением роста. Конечно, все кристаллы алмаза формируются в , и все эти формы подпадают под эту систему.
Процесс HPHT
Разработанный в 1950-х годах HPHT был .
Процесс начинается с помещения в пресс капсулы, содержащей углеродный исходный материал, смесь металлов, называемую металлическим флюсом, и небольшую алмазную затравку. Исходным углеродным материалом, используемым в этом процессе, обычно является , распространенный минерал, состоящий из чистого углерода.
Затем капсулу нагревают до температуры от 1300 до 1600° C и прессуют до давления до 59 200 атм. При этом источник углерода растворяется в металлическом флюсе. Состав металлического флюса варьируется, но часто включает смесь железа, никеля и кобальта, что помогает снизить температуру, необходимую для образования алмазов. Затем растворенный источник углерода может пройти через смесь расплавленных металлов и кристаллизоваться вокруг алмазной затравки, образуя выращенный в лабораторных условиях алмаз.
Процесс HPHT может занимать от нескольких часов до нескольких недель, в зависимости от желаемого размера и качества камней.
Прессы
При синтезе алмазов методом HPHT обычно используются три типа прессов: ленточные, кубические и разрезные сферические (также известные как СТЕРЖНЕВЫЕ).
Ленточный пресс был первым прессом, использованным для производства выращенных в лабораторных условиях алмазов. С различными усовершенствованиями и модификациями он используется и по сей день. Ленточный пресс использует две наковальни для придания давления на капсулу сверху и снизу.
Ленточный пресс привел к разработке кубического пресса. Кубический пресс функционирует как ленточный пресс, но использует шесть наковален для работы с более крупными кубическими материалами. Хотя кубический пресс может оказывать большее давление, чем ленточный, технические специалисты не могут масштабировать его так же, как ленточный. В результате кубические прессы используются не так часто, как ленточные.
В прессе с разрезной сферой используются восемь внешних и шесть внутренних наковален меньшего размера, чтобы максимально увеличить давление на капсулу. Затем цилиндрическая капсула помещается в маслонаполненный цилиндр для ускорения теплопередачи. Это помогает достигать более высоких температур гораздо быстрее.
Методы обработки
Большинство алмазов из HPHT подвергаются дополнительной после выхода из прессов. Эта обработка улучшает их и и даже может создавать . Например, термическая обработка бором может сделать HPHT-алмазы . Термическая обработка никелем может сделать HPHT-алмазы .
также может придать HPHT-бриллиантам и цвета.
Процесс CVD
Процесс CVD начинается с заполнения камеры смесью газов, включая углерод, водород и кислород. Затем в камеру добавляется подложка, обычно тонкая полоска алмазной затравки, хотя можно использовать и графит. Затем камеру нагревают до температуры от 800 ° до 900 ° C с помощью микроволн, лазеров или раскаленной нити накала. Энергия источника тепла заставляет углерод выпадать в осадок из газовой смеси и прилипать к подложке, которая начинает кристаллизоваться в алмаз.
Технические специалисты должны часто останавливать процесс CVD, чтобы иметь возможность удалять любой графит, который кристаллизуется вокруг алмаза.
CVD может занимать от нескольких дней до нескольких недель, в зависимости от желаемого размера и качества камней. Однако одновременно можно выращивать десятки камней.
Методы обработки
Большинство алмазов CVD выходят из камеры коричневого или желтого цвета. Чтобы продаваться как белые или , эти камни должны пройти термическую обработку. После формования CVD-бриллианты также могут подвергаться обработке для придания им причудливого розового или красного цвета.
Добавление бора или азота в камеру во время формования также может придать CVD-алмазам причудливый синий или цвет.
, независимо от того, производятся ли они методом HPHT или CVD, гораздо более доступны по цене, чем их натуральные аналоги.
