Об искусственных алмазах и бриллиантах. Что такое искусственные алмазы и в чем их отличие от настоящих

Приветствуем, дорогие наши! У всех на слуху известная фраза «Лучшие друзья девушек – это бриллианты». Это не просто побрякушки-однодневки, а самое долговечное вложение, оно же, по совместительству, и фешенебельное украшение. Ценой ему порой целое состояние, на которое копить долго, а ждать в подарок от случайного богатого поклонника и вовсе глупо. Но есть отличная альтернатива – искусственный бриллиант, который внешне от настоящего не отличается, а стоит в разы дешевле.

Сегодня вы узнаете не только о видах и способах получения этого камня в искусственно созданных условиях, но и попробуете изготовить его сами дома…в микроволновке!

Всех интересует, как называется в ювелирном мире камень, созданный не природой, а человеческими руками. «Очевидно же – подделка», — скажете вы и ошибётесь. Дело в том, что нужно отличать кустарное производство фальшивок и высокотехнологичный процесс, поэтапно повторяющий появление драгоценного самоцвета. Для этого используется дорогое оборудование и качественное сырье. Как результат – идеальный бриллиант, который даже опытный специалист не отличит от природного.

Общие черты натурального и синтетического алмаза

Потоковое производство этих камней двояко отразилось на камнедобывающей промышленности. С одной стороны, «брат-близнец» настоящего бриллианта решил проблему дефицита натуральных камней. С другой – у нечистых на руку продавцов появилась возможность выдавать «искусственники» за настоящий камень и зарабатывать на этом огромные деньги.

О том, как отличить искусство природы от мастерства современной алмазной промышленности, узнаем чуть позже, ну а пока об общих чертах бриллиантов искусственных и натуральных.

Они почти идентичны по:

• Физическим свойствам, атомной структуре, химическому составу;
• Прозрачности, степени теплопроводности, чистоте кристаллической решётки;
• Исходному сырью для изготовления (кристаллизованный чистый углерод);
• Внешнему виду.

Если вам подарят кольцо с «брюликом» и будут уверять, что это ни что иное, как «золото-брильянты», вы ни за что не заподозрите обмана. Даже опытный ювелир под лупой порой не разглядит следов искусственного происхождения камушка, особенно если он белый, ведь прозрачный искусственный бриллиант без примесей других цветов от натурального не отличить.

Многогранная палитра синтетических алмазов

Полностью прозрачный алмаз считается самым редким и дорогостоящим. Хотя камни с оттенками тоже пользуются спросом и притягивают взгляд своей завораживающей красотой.

Сегодня в мире производят несколько видов цветных искусственных бриллиантов:

• Голубые (от бледного до насыщенного небесного оттенка, который получают при помощи добавления в состав бора; достигают 1,25 карата);
• Желтые (от светло-лимонного до насыщенного ярко-желтого и даже оранжевого; эту палитру формирует азот; такие бриллианты могут достигать 2 каратов и выращивать их намного проще, нежели голубые);
• Розовые, красные, сиреневые, зеленые (в зависимости от добавления в процессе обработки разных примесей, можно получить алмазы самых невероятных оттенков).

Немного истории про искусственные бриллианты

Первые «фальшивки», заменители натуральных бриллиантов, были зафиксированы еще в 1920 году.

Чарльз Парсонс изобрел прототип нынешнего синтетического кристалла. Он был настолько великолепно исполнен, что попал в колье знаменитой Сибиллы Шепард. Украшение впоследствии стало одним из реликвий Британской империи. Интересно, что повторить тот самый первый «фальшивый» алмаз пока больше не удалось никому, хотя сам автор был не слишком доволен своим творением.

Перед Второй мировой войной две компании из США решились на массовое производство бриллиантов. В лабораторных условиях они провели первый эксперимент с использованием углерода. На исходный материал воздействовали давлением и высокими температурами. Пыл изобретателей утих на время войны, хотя многие исследователи уверены: алмазы нужны были именно для военных нужд, а затем надобность в них отпала.

Известен своими бриллиантами и QUINTUS, проект шведских бизнесменов. Именно ему принадлежит огромная партия камней. Использовали их в основном в промышленности, так как для создания украшений они были не слишком красивы, даже грубоваты, и до ювелирной эстетики не дотягивали.

Первый драгоценный алмаз был создан в Токио в 1997 году. Он был дымчатым, с переливами и характерным для настоящего камня желтоватым оттенком. Сегодня у Японии в руках около 8% всего мирового производства бриллиантов. «Монстрами» в сфере синтеза камней по праву считаются США и Китай.

Теперь же это поставленное на поток производство, позволяющее любителям драгоценностей сверкать шикарными украшениями. Выращенные в «инкубаторских» условиях камушки вставляют в кулоны, перстни, декорируют ими одежду и обувь. При этом стоимость их не так сильно ударяет по бюджету.

Владельцы крупных ювелирных сетей не очень разделяют восторг по поводу массового заполонения рынка «фальшивками». Предполагается, что они потеряют более 15% прибыли от продажи природных камней.

Если вы привередливы и желаете иметь именно настоящие бриллианты, готовы платить за их природное происхождение, советуем знать «в лицо» все их синтетические заменители.

Двойники алмаза и как отличить от природного «ненастоящий» камень

Один из самых распространенных в наше время фальшивых алмазов – это фианит. Впервые он был получен в 1976 году и представляет собой диоксид циркония. Переливаются фианиты точь-в-точь, как настоящие бриллианты, и в современной ювелирной промышленности используются повсеместно. Обычно продавцы указывают название камушка на ценнике, но недобросовестные торговцы могут выдать его за драгоценный. Как отличить фианиты от природного алмаза? Очень просто: нужно взвесить два одинаковых камня (натуральный и заменитель). Настоящий будет весить больше за счет большей плотности, тогда как фианит окажется более легким.

Считается, что последний можно вычислить и с помощью ультрафиолетового излучения. При его воздействии фианит обретает зелено-желтый оттенок.

Муассанит – это более дорогостоящий аналог алмаза. Отличить их практически невозможно. Научное название муассанита – карбид кремния, который на современном оборудовании преображается в великолепный сияющий самоцвет.

Первооткрыватель этого камня – Генри Муассан, был удостоен Нобелевской премии. Он первым нашел в кратере вулкана фрагменты метеорита, которые впоследствии стали сырьем для алмазного производства.

Как же распознать этого «двойника» и не обмануться при покупке? Натуральный бриллиант, как ни странно, не идеален внешне. Его поверхность чуть шероховата, в отличие от гладкой оболочки муассанита. Если присмотреться, то можно обнаружить чёрный отблеск фрагментов алмаза, тогда как в синтетическом камне никаких чужеродных включений нет.

Среди прочих заменителей бриллианта сегодня в ходу циркон, белый сапфир и топаз, гранат алюмоиттриевый.

Ну и нельзя не сказать о всем известных «стекляшках» или стразах. Ранее их делали из натурального горного хрусталя, а теперь из простого стекла и полимеров. Еще в 18 веке Георг Фридрих Страсс придумал наносить металлическую пудру на нижнюю сторону хрусталя, чем достигался зеркальный алмазный эффект. Настоящие стразы сегодня отнюдь не считаются дурным тоном. Чего стоят знаменитые изделия от Сваровски, которые стремятся заполучить в свою коллекцию все известные красавицы мира!

Не стоит недооценивать все виды заменителей, они имеют свою ценность в ювелирном мире. К тому же их производство – очень трудоемкий процесс, который позволяет получить на выходе великолепные экземпляры, не уступающие натуральным камушкам в эстетических качествах.

Жар, газ и давление

Давайте чуть углубимся в сам технический процесс, а затем узнаем, как получить бриллиант в домашних условиях. Освоим, так сказать, профессию технологов-ювелиров, чтобы понять, насколько это сложная и кропотливая работа.

Сегодня выделяют два способа производства алмаза в условиях лаборатории.

1. В специальную капсулу помещают алмазную пудру, которая растворяется под действием давления и высоких температур. Затем происходит процесс кристаллизации, который занимает до нескольких месяцев. Как результат – алмазы с кубическими гранями, отличные от настоящих не только по форме, но и по самому процессу роста.
2. Второй способ предполагает также наличие камеры, заполненной газом. При воздействии потоков энергии молекулы газа в вакууме разрушаются, а атомы углерода оседают внутри капсулы в виде пластин. В достаточно большой камере за несколько недель можно вырастить десятки алмазов. Они будут слоистыми, с шероховатыми чёрными краями. Иногда камни при этом методе получаются с коричневым оттенком, но все примеси хорошо очищаются в процессе термической обработки. Затем мастера приступают к огранке.

Растим бриллиант дома

Как видите, процесс очень интересный, хорошие мастера зарабатывают в алмазной промышленности баснословные суммы. Готовы попробовать себя в этой профессии? Тогда приступаем к нашему эксперименту.

Нам понадобится:

• Микроволновая печь;
• 3 стержня простого карандаша (графита), около 3 мм толщиной;
• 15 см х/б нитки;
• 2 кружки;
• Оливковое масло.

А теперь само действо:

• В небольшое блюдечко накапайте немного оливкового масла, по периметру его положите нитку, чтобы она адсорбировала излишки.
• Теперь нитку чуть приподнимите и завяжите в слабый узелок. В него пропустим графитовый стержень. Его можно положить на 2 зубочистки, чтобы он был чуть выше поверхности масла. Можно аккуратно потянуть за оба конца нити, завязав плотный узелок. Оставьте всю эту конструкцию на полчаса.
• Микроволновку хорошенько вымойте и высушите, там не должно быть остатков еды или пыли.
• Переверните кружку и установите ее в микроволновую печь. На нее положите два оставшихся стержня, а поперек них – подготовленный масляный. Накройте сверху второй кружкой. Включите печку на максимальную температуру и время.
• В финале нетронутыми останутся непромасленные стержни, а участок, который был пропитан, расплавится и на его месте образуется бриллиант. Трогать руками конструкцию сразу нельзя, иначе рискуете заполучить ожог.

Можете любоваться собственным творением, и пусть это создание напоминает не совсем драгоценность, а скорее, поделку из набора «юный химик», зато вы познали азы «камнеобработки» и «алмазодобычи».

Как правильно выбирать

В деле покупки драгоценностей каждого из нас едва ли можно назвать экспертом, поэтому лучше если вы будете приобретать украшения в проверенных ювелирных магазинах известных торговых сетей.

Согласитесь, купить вместе алмаза его подделку из стекла не слишком приятно. Считается, что все настоящие бриллианты имеют специальную маркировку. К тому же они весят больше синтетических и имеют иную кристаллическую решетку. Фальшивки порой более безупречны внешне, без примесей и с идеально гладкой поверхностью, они могут реагировать на сильные магниты, поэтому на всякий случай перед покупкой проведите эксперимент прямо в магазине. Если же хотите быть уверенным на все 100%, отнесите камень на исследование к геммологу, специалисту по алмазам. Он наверняка сможет определить, искусственник перед вами или нет.

Впрочем, носить неприродные камни сейчас вовсе не постыдно, тем более если ваш бюджет не позволяет покупать шикарные настоящие бриллианты. Ожерелье или серьги с фианитами или стразами будут блистать даже ярче натуральных собратьев, а обойдутся в разы дешевле, чем изделия с алмазом.

Итак, сегодня мы с вами ознакомились с тем, что такое заменители бриллиантов и «с чем их едят», вернее, как они зародились, каким способом производятся. Научились самостоятельно добывать бриллиант из простого карандаша и можем с полным правом считать себя специалистами в этой теме.

Команда ЛюбиКамни

Алмазы издавна использовались в качестве самых изысканных украшений. Ювелиры разделяют алмазы почти на тысячи сортов в зависимости от прозрачности, тона, густоты и равномерности окраски, наличия трещин, минеральных включений и некоторых других признаков . В конце ХХ века алмазы начинают применяться на производстве. В настоящее время экономический потенциал наиболее развитых государств в значительной мере связывается с использованием ими алмазов .

Какие же свойства алмаза определяют его широкое использование в самых различных областях народного хозяйства? В первую очередь, конечно, исключительная твердость, которая, если судить по скорости стирания, в 150 раз выше, чем у корунда, и в десятки раз лучше, чем у лучших сплавов, применяемых для изготавления резцов. Благодаря этому свойству алмаз применяется при бурении горных пород.

Впервые геологи стали использовать натуральные алмазы в бурении для колонковых долот приблизительно в 1910 г., при помощи таких долот делались кольцевые отверстия в породе, через которые извлекали керн - образцы породы для анализа. Впервые алмазные долота ввели для бурения нефтяных скважин в начале 1920 г., с тех пор они широко используются. Для долот используются природные алмазы не технического, а ювелирного качества, которые вытачивают до особого размера и придают правильную, округлую форму.

Исключительная твёрдость алмазов позволяет использовать их при механической обработке самых разнообразных материалов, для протягивания (волочения) тонкой проволоки, в качестве абразива и т.п. .

Более половины добычи технических алмазов идёт на изготовление специального инструмента для обрабатывающей промышленности. Применение алмазных резцов и свёрл на обработку цветных и черных металлов, твердых и сверхтвердых сплавов, стекла, каучука, пластмасс и других синтетических веществ даёт огромный экономический эффект по сравнению с использованием твердосплавного инструмента. Чрезвычайно важно, что при этом не только в десятки раз повышается производительность труда (при токарной обработке пластмасс даже в сотни раз!), но одновременно значительно улучшается качество продукции. Обработанные алмазным резцом поверхности не требуют шлифовки, на них практически отсутствуют микротрещины, в результате чего многократно увеличивается срок службы получаемых деталей.

Практически все современные отрасли промышленности, в первую очередь электротехническая, радиоэлектронная и приборостроительная, в огромных количествах используют тонкую проволоку, изготавливаемую из различных материалов. При этом предъявляются строгие требования к круговой форме и неизменности диаметра поперечного сечения проволоки при высокой чистоте поверхности. Такая проволока из твердых металлов и сплавов (вольфрама, хромоникелевой стали и др.) может быть изготовлена лишь с помощью алмазных фильер. Фильеры представляют собой пластинчатые алмазы с просверленными в них тончайшими отверстиями .

Широкое применение в промышленности находят и алмазные порошки. Их получают путем дробления низкосортных природных алмазов, а также изготавливают на специальных предприятиях по производству синтетических алмазов .

Алмазные порошки находят применение на гранильных фабриках, где все самоцветы, и в том числе алмазы, подвергаются огранке и шлифовке, благодаря чему невзрачные до этого камни становятся таинственно светящимися или ослепительно сверкающими драгоценностями, к неповторимой красоте которых никто не останется равнодушным.

Алмазные порошки используются в дисковых алмазных пилах, мелкоалмазных буровых коронках, специальных напильниках и в качестве абразива. Только с применением алмазных порошков удалось создать уникальные свёрла, которые обеспечивают получение глубоких тонких отверстий в твёрдых и хрупких материалах.

В алмазе под действием заряженной частицы происходит световая вспышка и возникает импульс тока. Эти свойства позволяют использовать алмазы в качестве детекторов ядерного излучения. Свечение алмазов и возникновение импульсов электрического тока при облучении позволяет применять их в счётчиках быстрых частиц. Алмаз в качестве такого счётчика обладает неоспоримыми преимуществами по сравнению с газовыми и другими кристаллическими приборами.

В России после открытия якутских месторождений была создана алмазодобывающая промышленность . В значительных масштабах у нас производятся и синтетические алмазы. В настоящее время они находят всё большее применение в разных отраслях хозяйства .

Синтезированные алмазы не являются аналогами природных . Это означает, что в лабораторных условиях ещё не разработан способ синтеза алмазов аналогичный тому, который реализуется в природе.

Синтез искусственных алмазов был впервые осуществлен в 1953 г. в Швеции и США, и в 1959 г. в СССР. Однако получаемые в те времена кристаллы алмаза могли быть использованы лишь в качестве абразивного материала, поскольку размеры отдельных кристаллов не превышали 0,8 мм и имели невысокую механическую прочность. Синтез крупных монокристаллов алмаза, который был реализован много позднее, сопряжен с большими сложностями технического и экономического характера. В этом отношении наиболее перспективной для технического применения является шаровидная (диаметром 6-7 мм) лучисто-радиальная форма алмаза или баллас, которая обладает прочностью даже более высокой, чем монокристаллы алмаза и наиболее проста в получении . Вследствие этого основные усилия научного коллектива были направлены на синтез этой модификации, которая и была в 1963 г. впервые в мире получена на кафедре физики и химии высоких давлений.

Испытание синтетических балласов в буровой технике показало их высокую эффективность при проходке скважин в разнообразных грунтах, но особенно широко синтетический баллас применяется сейчас для изготовления волок в производстве проволоки.

Наряду с отработкой методов синтеза алмазов проводятся исследования физико-химических свойств получаемых веществ и изучение механизма их синтеза. Последняя проблема представляет наибольший научный интерес.

В настоящее время существует три основных варианта рассмотрения механизма образования алмаза - наиболее простой, описывающий кристаллизацию алмаза из расплава графита в РТ области стабильности алмаза (> 100 кбар ~ 2000єС) и два дискуссионных варианта - кристаллизация алмаза из раствора графита в металле - «катализаторе» и фазовый переход графита в алмаз в твёрдой фазе в присутствии металлов - «катализаторов». Оба последних процесса протекают в более мягких условиях (40-60 кбар, 1400-1600єС) по сравнению с «прямым» фазовым переходом. Исследования механизма алмазообразования по дискуссионным вариантам, проведенные на кафедре, показали их равновероятность. Реализация на практике того или иного механизма будет определяться природой углеродсодержащего сырья (например, его склонностью к графитизации), или природой металла катализатора, например, способностью к карбидообразованию и устойчивостью карбидных форм в РТ области синтеза алмаза или какими-либо другими причинами.

Первые оценки условий превращения графита в алмаз, сделанные О.И. Лейпунским (1948), показали, что такой переход возможен при давлении Р= 6 ГПа и температуре Т=2300єК. В настоящее время алмазы синтезируются с применением различных технологий, определяемых фазовой диаграммой углерода в координатах давление - температура (Р-Т) в области термодинамической устойчивости алмаза при Р>4ГПа, T>1270єК; в метастабильных для алмаза условиях при Р от 1 до 100 ГПа и Т от 870 до 1070єК. В первом случае синтез происходит в конденсированной фазе (давления либо статические, либо динамические). Во втором случае образование алмазов происходит в результате конденсации углерода из газовой фазы .

Таким образом, благодаря уникальным свойствам, и, прежде всего, необычайной твёрдости и устойчивости к изнашиванию, природные и искусственные алмазы находят широкое применение в современных технологиях и механизмах. Но наиболее известным и популярным остаётся использование природных алмазов для изготовления бриллиантов и ювелирных украшений. Алмазы по-прежнему остаются наиболее покупаемыми ювелирными камнями. В последние годы Россия удерживает рекордные позиции по добыче алмазов (Приложение 5). Только в 2006 г. Россия экспортировала алмазов на сумму 1,7 млрд. долларов, из них 78% - в страны Евросоюза .

Сейчас уже хорошо известно, что алмаз представляет собой модификацию углерода высокого давления. Технические алмазы сейчас получают при огромных давлениях (40-60 тысяч атмосфер) и температурах, т.е. при условиях, близких к природному процессу формирования алмазов с точки зрения мантийной теории происхождения алмазов.

Однако, в ходе исследования нам удалось выяснить, что мантийная теория не является основной в научных взглядах на проблему происхождения алмазов. Более того, описаны факты и процессы, которые противоречат основным положениям этой теории. На сегодняшний день не существует ни одной гипотезы, которая бы в полной мере и научно достоверно описала процесс природного образования алмазов.

В то же время, все физико-химические свойства алмазов подробно изучены и описаны в научной литературе. Уникальные свойства алмазов позволяют использовать эти минералы в различных отраслях хозяйства. Самые чистые и крупные алмазы имеют большую ювелирную ценность.

Алмаз, так же как и графит, по своему химическому составу пред­ставляет собой чистый углерод. Они являются полиморфными модифика­циями одного и того же элемента, однако свойства их резко различаются. Это объясняется различием их кристаллических решеток.

Алмаз был известен в далеком прошлом, широко применяется в на­стоящем, велики перспективы его использования в будущем. С развитием техники, когда возникла необходимость в новых видах минерального сы­рья, в частности для обработки камня, металлов, твердых синтетических материалов, алмаз приобрел как бы вторую жизнь. В настоящее время су­ществование всей обрабатывающей промышленности и машиностроения (от создания мощных агрегатов до изготовления тончайших механизмов и приборов) практически немыслимо без применения алмазов. Сейчас алмазы очень широко используются как абразивный материал (абразивные порош­ки, пасты, шлифовальные круги, алмазные пилы, стеклорезы и т.д.), что ос­новано прежде всего на их чрезвычайно высокой твердости. Б последние годы все больше привлекают внимание другие исключительные свойства алмаза: его.электрические свойства при использовании в качестве полупро­водников, высокое светопреломление - в оптических приборах. Находит применение его практическая амагнитность. Алмаз как кристаллическое вещество благодаря плотной упаковке атомов углерода может стать нако­пителем и хранителем обширной информации.

Плотность алмаза 3,513 г/см 3 , микротвердость 100,6 ГПа, модуль уп­ругости 825 ГПа, удельное электросопротивление 10 12 - 10 14 Ом-см. Кроме углерода в кристалле алмаза всегда присутствует некоторое количество примесей, составляющих не более десятых долей процента. Основные хи­мические элементы - примеси в алмазе: азот, кислород, водород, Fe, Ti, Mn, Si,Al.

Как известно, основные факторы, способствующие образованию ал­мазов - высокие давления и температура, которые имеют место в земных недрах на большой глубине.

Искусственные алмазы начали получать в целом ряде стран в сере­дине 50-х годов XX века. Внедрение синтетических алмазов избавило от необходимости дробить большую часть природных алмазов для изготовле­ния порошков, паст и абразивного инструмента. Выпускаются синтетиче­ские алмазы марок АСО, АСР, АСВ, АСК, АСС, САМ, АСБ и АСПК, а также микропорошки на основе синтетических алмазов АСМ и АСН разме­ром от 1 до 630 нм.

Применяются синтетические алмазы главным образом для изготов­ления различных видов абразивного, лезвийного и бурового инструмента. Важнейшими областями применения алмазных инструментов являются об­работка инструментов и деталей машин из металлокерамических твердых сплавов, бурение геологических и эксплуатационных скважин в твердых и абразивных породах, обработка изделий из гранита, мрамора и др. Наибо­лее широко порошкообразные синтетические алмазы применяются для из­готовления шлифовальных кругов, предназначенных для доводки и заточки твердосплавного металлорежущего инструмента.

В настоящее время известны три метода синтеза алмазов:

в области термодинамической стабильности алмаза воздействи­ем на исходный углеродсодержащий материал высоким статическим давле­нием и температурой в.течение времени, измеряемого по крайней мере не­сколькими секундами; .

в области термодинамической стабильности алмаза воздействи­ем на исходный углеродсодержащий материал высоким динамическим дав­лением и температурой в течение времени, измеряемого микросекундами и долями микросекунд;

в области термодинамической стабильности графита, осущест­вляемой при атмосферном и меньшем давлениях и высокой температуре эпитаксиальным наращиванием алмаза на затравках.

Основная масса синтетических алмазов производится во всем мире по первому методу, т.е. при высоких статических давлениях. Отрицатель­ной чертой второго метода является кратковременность действия высоких давлений и температур, из-за чего зародившиеся кристаллы новой фазы лишены возможности длительного роста и образуют поэтому весьма мелкие частицы.

Третий метод получения алмазов требует очень точного соблюдения условий проведения процесса. В противном случае на поверхности затра­вочных кристаллов будет образовываться как алмаз, так и графит, а затем графит покроет всю поверхность, и рост алмазной фазы прекратится.

Рациональное сочетание трех условий, необходимых для синтеза ал­мазов (температуры, давления и наличия определенной среды) лежит в ос­нове методов производства синтетических алмазов при высоких статиче­ских давлениях, используемых во многих странах мира.

Многочисленные исследования отечественных и зарубежных уче­ных в области синтеза алмазов позволили предложить механизм превраще­ния графита в алмаз, который подробно описывается в различных литера­турных источниках и объясняется перестройкой связи электронной конфи­гурации sp в sp 3 .

Как уже было сказано выше, для синтеза алмазов используются уг-леродсодержащие материалы: стеклоуглерод, кокс, синтетические смолы и, конечно, графит. Однако следует знать, что при синтезе алмазов исходное сырье обязательно проходит стадию графитации. Углеродсодержащее ве­щество до термообработки должно быть максимально однородным по хи­мическому составу. Кроме того, распределение областей когерентного рас­сеяния (ОКР) по размерам должно быть достаточно узким.

Нецелесообразно использовать в качестве исходного углеродсодер-жащего вещества сажу, так как она очень мелкодисперсна. Это затрудняет набивку камер аппаратов высокого давления.

На практике в технологии синтеза алмазов используются определен­ные марки графита МПГ-6, ГМ-ОЗОСЧ, МГ-ОСЧ и т.д. В этом случае обра­зуются алмазы с высоким выходом и хорошего качества. Качество синтези­рованных алмазов определяется их размерами и твердостью.

Поскольку синтез алмазов протекает при высоких давлениях и тем­пературах, то необходимо иметь надежные аппараты для твердофазного синтеза, в которых достаточно длительное время можно поддерживать и высокие давления, и температуры. Нужно уметь измерять такие давления и температуры, определять степень их однородности в реакционной зоне.

Синтез алмазов проводится в специальных камерах, изготовленных из высокопрочных материалов. Такими материалами являются твердые сплавы на основе карбида вольфрама и кобальта. Подъем температуры в подобных аппаратах осуществляется пропусканием электрического тока через нагревательное устройство.

Конструкции камер высокого давления, где создаются температуры от 727°С до 2227°С весьма различны. Среди множества аппаратов такого рода рассмотрим кратко три вида наиболее распространенных конструкций: многопуансонный аппарат, аппарат типа «цилиндр - поршень» и аппарат типа «наковальня с лункой».

Представителем первого вида является тетраэдрическая установка схема которой представлена на рис. 1.14. Камера состоит из четырех пуан­сонов с усеченными трехгранными концами. Торцы этих пуансонов имею: вид равносторонних треугольников и ограничивают тетраэдрический объ

Рис. 1.14. Схема тетраэдрического аппарата высокого давления; а -- схема расположения 4 пуансонов; б - установка в

Сборе, верхний пуансон удален

С помощью четырех гидравлических прессов, симметрично распс ложенных в пространстве, пуансоны двигаются вдоль своей оси, образу рабочий -объем. В него помещается контейнер из рабочего вещества, вь: полненный в виде тетраэдра.

Рабочее вещество - это вещество, посредством которого передаете давление во всех установках, где проводятся высокотемпературные иссж давания при высоких давлениях. Оно должно быть твердым телом с мало сжимаемостью и удовлетворять следующим условиям:

иметь высокую температуру плавления и малую теплопровод ность;

не проводить электрический ток; быть химически инертным;

быть достаточно пластичным, чтобы с его помощью можно бь ло получать более или менее равномерное (квазигидростатическое) давл(ние в определенном объеме.

Нагреватель (чаще всего графитовая трубка) заполняется реакцию] ной шихтой и вкладывается в тетраэдрический контейнер так, чтобы конц нагревателя выходили из противоположных ребер тетраэдра. При сближ-нии пуансонов они сжимают тетраэдрический контейнер. Часть рабоче) вещества вытекает в зазоры между пуансонами, образуя уплотняющие пр< кладки. Электрический ток для создания нужной температуры подводится нагревателю через пуансоны, соприкасающиеся с нагревательным устрой­ством.

В настоящее время для изготовления контейнеров, работающих при высоких давлениях и температурах (10 ГПа и 2700°С), применяют в основ­ном четыре вещества: тальк или стеатит 3MgO-4SiOrH 2 O, пирофиллит Al 2 O 3 -4Si0 2 -H 2 O, литографский камень 95% СаСОз + 5% смеси 8Ю 2 , А1 2 0 3 , Fe 2 0 3 и катлинит - красную кремнистую сцементированную глину, место­рождения которой находятся в США. Они несколько различаются между собой по механическим свойствам и по термоустойчивости.

Контейнеры могут изготовляться как из блоков соответствующих минералов, так и прессованием порошков из этих минералов с употребле­нием различных связок (жидкое стекло, бакелит и др.).

Описанная тетраэдрическая камера требует приложения к ней уси­лия прессового устройства по четырем осям, что вызывает немалые трудно­сти, поэтому создают камеры, где сжатие осуществляется одним поршнем от какого-либо прессового агрегата. Ввиду этого значительное распростра­нение получили аппараты типа «цилиндр - поршень», так называемые белт-аппараты (belt 1 - пояс). Схема аппарата показана на рис.1.15.

Рис. 1.17. Схема камеры высокого ис 1.18. Осевой разрез контейнера давления типа тороид типа тороид

Важным обстоятельством, сильно влияющим на характер протека­ния синтеза алмазов в камерах высокого давления с твердой средой, являет­ся возникновение градиентов температуры и давления в реакционной зоне, что усложняет технологию процесса. Истинная величина температуры мо­жет быть определена непосредственно в камере синтеза термопарой. В диа­пазоне температур до 930°С применяются платино-платинородиевая и для более высоких температур - вольфрам-рениевая термопары.

Прямой синтез алмазов из углеродсодержащих веществ без добавки каких-либо способствующих образованию алмаза веществ (катализаторов, растворителей) протекает при очень высоких давлениях и температурах. При каталитическом синтезе удается снизить температуру и давление более чем в 2 раза (4,1 - 4,5 ГПа, 1150 - 1200°С), поэтому каталитический синтез алмазов сейчас является основным. Катализаторами являются: марганец, хром, тантал, а также сплавы, образованные этими элементами с металлами, которые каталитически неактивны для данного процесса. Кроме того, ката­лизаторами синтеза алмазов являются сплавы переходных элементов Ti, Zr, Hf, V, W, Mo, Nb с металлами Си, Ag, Аи. Превращение графита в алмаз происходит при хорошем контакте между ним и жидким (расплавленным) металлом.

Следует отметить, что в синтетических алмазах, получаемых с по­мощью катализаторов, всегда наблюдаются различные включения.

Нельзя не сказать о возможности получения алмаза из газовой фазы при низких давлениях, т.е. о так называемом эпитаксиальном синтезе веще­ства.

Наряду с получением алмаза в условиях, когда он является термоди­намически устойчивым веществом (при высоких давлениях), алмазы можнс синтезировать в области его неустойчивости, т.е. при относительно низких давлениях. Для этого проводят термическое разложение углеродсодержа-пщх газообразных веществ, например метана, ацетилена, оксида углерода и др. В реакционный сосуд предварительно вводят кристаллы алмаза. Если имеется грань кристалла алмаза, вблизи которой концентрация атомов уг­лерода в виде пара превышает соответствующую равновесную, то избыток атомов углерода будет осаждаться на этой грани, воспроизводя кристалли­ческую структуру алмазной решетки. Процесс этот очень медленный. Кро­ме того, рабочие условия благоприятствуют образованию на поверхности подложки графита, который нужно периодически удалять с нее. Удельная производительность таких установок невелика, и сам процесс пока не на­шел промышленного применения.

В области термодинамической устойчивости алмаза его можно по­лучать в виде алмазной пыли из углеродсодержащих веществ во взрывной волне. Этот вариант синтеза следует отнести к методу динамического по­гружения.

Бриллианты любят все женщины на планете, но позволить такую роскошь могут себе не все. Современные технологии позволяют создать искусственный бриллиант, который в несколько раз дешевле натуральных камней.

Бриллиант необходим не только для красоты.

Его используют в промышленной сфере, космонавтике, медицине и индустрии моды.

Как появились искусственные алмазы

Натуральный камень был известен человечеству ещё десятки веков назад. Любители невероятного блеска готовы были отдавать за бриллиант круглую сумму. Любители обмана придумывали всевозможные хитрости, чтобы получить деньги. За бриллиант выдавали горный хрусталь, фианит, муассанит. Создание искусственного камня не давало покоя человечеству, и в конце XIX столетия учёные начали изучать состав камня и его строение .

Благодаря уникальным характеристикам драгоценность имеет высокую цену на рынке ювелирных изделий. Твёрдость, высокая теплопроводность, сильная дисперсия, оптическая прозрачность и износостойкость - такие свойства ценят не только ювелиры, но и специалисты различных сфер науки, начиная с промышленности и заканчивая медициной.

Чтобы все сферы жизнедеятельности смогли применять алмазы в своей отрасли, люди начали придумывать, как выращивать бриллианты.

Искусственные бриллианты называются синтетическими, то есть созданными в лаборатории.

В 1950 году шведские учёные впервые синтезировали драгоценность , а через несколько лет на рынке можно было купить камень искусственного происхождения для создания украшений. В последнее время современный рынок украшений практически полностью представлен ювелирными украшениями с искусственными камнями.

Обычный человек вряд ли сможет отличить подделку от настоящей драгоценности, поэтому многие производители пользуются отсутствием знаний у народа.

Процесс выращивания

Как называется искусственно выращенный бриллиант - знает любой человек, который интересовался технологией его производства. В настоящее время существует несколько технологий синтетического изготовления искусственной драгоценности .

Самая прочная, но при этом дорогостоящая технология производства - из кристаллического углерода . Углерод помещается в специальный пресс, на котором насосы при помощи воды создают высокое давление, тем самым обрабатывая материал.

Далее такой специальный материал, как хладагент замораживает воду, тем самым увеличивая давление в 10 раз. На следующем этапе в камеру подаётся мощный заряд тока, и под воздействием воды и электричества происходит преображение камня. Разморозив камеру, можно получить готовый искусственный продукт.

Взрыв при помощи метана позволяет нарастить каменную массу - так называют специалисты искусственный бриллиант. Эта технология менее затратна, чем выращивание из углерода.

Применять метан можно двумя способами. При применении первого алмазы получатся мелкими, но с высоким процентом выхода готового изделия. Второй метод позволяет нарастить каменную массу, но температура обработки достигнет 1100 градусов.

Популярные названия

Синтетических алмазов сейчас насчитывают несколько разновидностей. Основными считаются:

• страз;
• рутил;
• фианит;
• муассанит;
• сегнетоэлектрик;
• фабулит;
• церуссит.

В случае применения диоксида циркония используется такое название, как циркон. Однако не стоит забывать, что к натуральным камням цирконий не относится. В свою очередь, фианит имеет высокую прочность, высокую дисперсию и степень преломления.

Фианит так хорошо имитирует алмаз, что не все эксперты могут отличить его с первого раза. Если же искать самую качественную подделку блестящего камня , то ею можно считать муассанит. Оптические показатели у него лучше, чем у бриллианта, а физические свойства не уступают натуральному алмазу. Уступить муассанит алмазу может только в твёрдости. Стразы являются популярным продуктом на рынке. Благодаря свинцовому стеклу стразы отлично играют на солнце.

Сфера применения

Практически 90% всех камней используется в сфере промышленности и науки.

Самые чистые камни применяются в нанотехнологиях, а также в машиностроении.

С их помощью можно создавать инструменты с повышенной прочностью.

Такими инструментами являются:

• шлифовальные круги;
• полирующие диски;
• свёрла.

Широкое применение синтетический бриллиант нашёл в индустрии моды и красоты. Стразы применяют в одежде, а также в бижутерии и для украшения обуви.

Искусственный материал является отличной альтернативой натуральному бриллианту. Такой камень можно применить в различных сферах промышленности, моды и медицины, а также разрабатывать специальные нанотехнологии.

Доброго времени суток, дорогие друзья! Что общего между алмазом и графитовым стержнем простого карандаша? Все верно, оба они состоят из атомов углерода. Однако, графит мягкий, а алмаз несокрушим, как настоящий «адамант» (10 баллов по шкале Мооса). Как это может быть? И каким образом на свет рождаются искусственные алмазы?

Действительно, оба минерала состоят из одинаковых атомов , но их структура совершенно разная. У алмаза каждый атом углерода находится в центре треугольной пирамиды – тетраэдра. Такая кристаллическая решетка очень плотная, связи в ней сильные.

Структура графита подобна стопке монет: листы его кристаллической решетки, состоящие из шестиугольников атомов углерода, лежат слоями. Связь между слоями слабая, они легко сдвигаются. Поэтому твердость графита минимальна (1 балл по шкале Мооса).

Существует ли способ превратить невзрачный графит в сверкающий адамант? Удивительно, но такая технология существует.

Когда копия не хуже оригинала: искусственные алмазы

Синтетический алмаз – это копия, созданная нами «по образу и подобию» оригинала – природного камня. У нее точно такая же структура, свойства и другие параметры.

Однако, синтетическая копия нисколько не уступает оригиналу. Судите сами: синтетические, а вернее сказать, синтезированные алмазы превосходят натуральные по твердости и чистоте, лучше поддаются огранке.

Искусственные камни радуют полным отсутствием дефектов своих настоящих «собратьев» (микротрещины, вкрапления, помутнения). При этом они значительно дешевле драгоценных алмазов.

Впервые успешное создание адаманта было осуществленов 1950 г. учеными компании ASEA (Швеция).

В 1956 г. американская фирма «General Electric» получила наипервейший алмаз, положивший начало потоковому фирменному производству искусственных камней. Это событие повергло рынок драгоценных камней в состояние шока.

За пару лет до этого, без особой шумихи, была запатентована другая технология выращивания алмазных кристаллов. Сначала их ювелирное качество вызывало сомнения, но в конце 80-х годов, с развитием новым технологий, процесс роста был усовершенствован и обрел новую жизнь.

Стало возможным, меняя режим синтеза, выращивать камни самых разных цветов: красные, голубые, желтые, коричневые. Такая фантазийная окраска в природе встречается очень редко: всего несколько десятков на миллион белых камней.

Исторический факт: император Павел I заплатил за красный бриллиант небольшого размера 100 тысяч рублей. В то время корову можно было купить за 5 рублей.

На мировом рынке первые синтезированные камни появились в 1993 г. С этого времени они широко используются в ювелирном деле, науке, технике и медицине.

Выпускаются синтетические кристаллы нескольких категорий:

• обычной прочности
• повышенной прочности
• высокой прочности
• монокристалли­ческие.

За год мировая добыча природных алмазов составляет 26 тонн. За тот же период (по данным Diamond Trading Company) только в производство драгоценных камней и украшений поступает до 200 тонн их синтетических алмазов!

Где используют синтетические алмазы

Искусственные адаманты используют в ювелирном деле. Потребители относятся к выращенным алмазам позитивно, в особенности современная молодежь. Поколению HiTec нравится этот высокотехнологичный продукт, идентичный по свойствам природному камню. При этом цена такого бриллианта вдвое ниже.

Ювелирные камни синтетического производства – по-настоящему прибыльный бизнес. Но вряд ли синтетика заменит природные адаманты в ювелирной отрасли. Сегодня не так много компаний, которые производят бесцветные монокристаллы. Да и скорости роста таких кристаллов довольно малы – около 1-2 мг/час. Таким образом, на выращивание кристалла в 1 карат (200 мг) уйдет около 5 суток.

Главное предназначение синтетических кристаллов связано с промышленным использованием. По словам Александра Колядина, технического директора российского алмазного холдинга: «Если из алмаза уже ничего больше нельзя изготовить, сделай бриллиант».

Действительно, высококачественные синтетические камни чрезвычайно востребованы в промышленности.

• Их безупречные кристаллы используются в специальной оптике, микроэлектронике, изготовлении синхротронов.
• Синтетические алмазы применяются для производства сверхмощных лазеров для медицины и оборонной промышленности.
• Выращенные кристаллы идеально подходят для компьютерных технологий, так как выдерживают более высокие температуры, чем кремниевые чипы. Это увеличивает долговечность и надежность электроники.
• Синтетические алмазы широко используются в виде алмазного порошка в машиностроении, металлургии, оборонном комплексе.
• Алмазные пасты из синтетических кристаллов применяются при изготовлении особо точных деталей, к чистоте поверхности которых предъявляются особые требования.
• Почти все высококачественные шлифовальные и режущие инструменты созданы с применением синтезированных алмазных кристаллов.
• Медицинские инструменты – еще одна важная сфера применения. Например, алмазный скальпель превосходит металлический по прочности. Его лезвие идеально ровное. Это особенно важно в офтальмологии, где необходимо свести к минимуму травмирование глаза при операции. Швы после такого скальпеля заживают очень быстро.
• Алмазные хрусталики имеют наиболее высокий коэффициент преломления и биосовместимость, поэтому они становятся все более популярными.

Неудивительно, что производство алмазов для промышленных целей идет вперед семимильными шагами. Сегодня оно превышает 5 миллионов карат. Лидируют в выращивании промышленных кристаллов Китай, США, Япония, Россия, Ирландия, ЮАР.

Как делают алмазы

В природных условиях алмазы образуются в земной мантии, при температуре 1300°С, под давлением 50000 атмосфер. Когда подземный вулкан делает мощный «выдох», раскаленные газообразные вещества мантии прорываются наружу, вынося на поверхность драгоценные камни. Так образуется легендарная кимберлитовая трубка Южной Африки – длинный колодец, уходящий на глубину до 150 км.

Как полагают геологи, эра формирования крупных алмазов завершилась. Земная мантия больше не является источником драгоценных кристаллов.

Возможно, в эпоху своей геологической молодости наша планета была более горячей, чем сегодня.

Если «материнской утробой» природных алмазов является мантия Земли, то их синтетические «сводные братья» вправе считать таковой лабораторию. Сегодня существует две основные промышленные технологии потокового производства синтетических адамантов: HPHT и CDV.

1. Первая основана на синтезе кристаллов из расплавленного углерода при самом высоком давлении и участии металлов-катализаторов. Это термобарический способ: high-pressure high-temperature (HPHT).
2. При использовании второй технологии адамант осаждают в виде пленочки из углерода в виде газа, а значит из плазмы, для создания которой необходима электрическая дуга. Это метод химического осаждения из газовой фазы: chemical vapor deposition (CDV).

Выращивание алмазов – дело кропотливое. Так, при HPHT-технологии в особые тубусы помещают порошок графита, сплавы металлов-катализаторов (железо, кобальт, никель), затравки-зародыши (алмазные кристаллы небольших размеров). В течение 12-13 суток с помощью гидравлического пресса поддерживается давление 50−70 тыс. атмосфер. При температуре 1500°С жидкий металл растворяет графитный порошок. Полученная масса устремляется к «зародышам», инициируя рост искусственных кристаллов.

При CVD-методе выращивания лабораторных кристаллов специальная пластина «засевается» алмазными «зародышами». Затем пластину помещают в специальную камеру. В условиях высокого вакуума, при температуре 3100°С молекулы углерода осаждаются из углеводородного газа (метана), формируя на пластине алмазы. Эта технология более энергоемкая и требует газообразного углеродного сырья. Но это с лихвой окупается скоростью производства.

Как отличить выращенные камни от природных?

На самом деле, задача непростая. Не каждый ювелир сможет отличить синтетический алмаз от естественного. Однако у потребителя все же есть шансы избежать покупки синтетического украшения по цене природного.

Разумеется, исследования подобного рода требуют специального оборудования, которым располагают лишь самые известные геммологические лаборатории. Их экспертное заключение (сертификат) может дать 100%-ную гарантию природного происхождения продаваемого бриллианта.

По мнению специалистов компании «De Beers», мирового алмазного монополиста, достоверному распознаванию подлежат абсолютно все синтетические алмазы и бриллианты.

Приборы для идентификации

Компания «De Beers» первой разработала специальные приборы для идентификации кристаллов: «DiamondSure» и «DiamondView».

Прибор «DiamondSure» позволяет проводить проверку камней методом абсорбционного анализа, выявляя изменения поглощения света за счет микроэлементных включений.

В ходе такого анализа 98% природных кристаллов проходят проверку. Остальные 2% природных алмазов, все синтетические бриллианты и камни-имитаторы направляются на дальнейшее тестирование на приборе «DiamondView».

Работа этого прибора основана на методе флюоресценции. Он сочетает в себе источник ультрафиолетового излучения и электронный микроскоп.

Генерируя флюоресценцию исследуемых камней, прибор позволяет увидеть очертания секторов роста в синтетических бриллиантах. При этом, возможна диагностика бриллиантов как ординарных, так и фантазийных цветов.

Не отстает от «De Beers» и Геммологический институт Америки (GIA). Он создал прибор «DiamondCheck», принцип работы которого основан на инфракрасной спектроскопии. Прибор позволяет дилерам алмазных бирж проводить экспресс-проверку камней: время тестирования составляет всего 10 секунд.

Приборами «DiamondCheck» оснащены Клуб алмазных дилеров (Нью-Йорк), самые крупные алмазные биржи Южной Африки, Израиля, Гонконга, Дубая, Шанхая, Токио, а также Индийская алмазная биржа.

Алмазная лаборатория «HRD Antwerp» в Антверпене тоже внесла свою лепту в распознавание природных и выращенных алмазов. Ее последняя новинка — прибор «M-Screen», позволяющий обнаруживать синтетические камни в несколько раз быстрее, чем DiamondCheck от GIA.

Дорогие друзья! Заканчивая разговор об алмазах, уместно вспомнить известную строчку песни Мэрилин Монро о «лучших друзьях девушки» – бриллиантах.

Команда ЛюбиКамни