Искусственный алмаз

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.

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.

В следующих статьях обещаем рассказать ещt массу полезных и интересных фактов о популярных самоцветах. Возвращайтесь в наш мир «каменных» историй и не забудьте поделиться этой публикацией в соцсетях.

Команда ЛюбиКамни

История

Множество заявлений о синтезе алмазов было задокументировано между 1879 и 1928 годами; большинство этих заявлений было тщательно проанализировано, но ни одно из них так и не подтвердилось. В 1939 году советский учёный Овсей Лейпунский вычислил необходимые для успешного исхода опытов величины давления: минимум 60 000 атмосфер. В 1972 году ему был выдан диплом на открытие закономерности образования алмазов с приоритетом, датированным августом 1939 года. В 1940-х в США, Швеции и СССР начались систематические исследования по выращиванию алмазов с помощью методов CVD и HPHT. Эти два метода и по сей день доминируют в производстве синтетических алмазов.

Впервые воспроизводимый синтез был выполнен в 1953 году: шведский учёный Балтазар Платен сконструировал установку, в которой кубический образец сжимался шестью поршнями с разных сторон. 15 сентября 1953 года на ней были получены первые в мире искусственные алмазы.

Новый метод, известный как синтез с подрывом, стал использоваться в конце 1990-х. В основе данного метода лежит образование нанометровых песчинок алмаза при подрыве взрывчатки, содержащей углерод. Ещё один метод базируется на обработке графита высокомощным ультразвуком — он был продемонстрирован в лабораторных условиях, но пока не снискал коммерческого успеха.

Технологии производства

Для производства искусственных алмазов используется несколько технологий. Исторически первый, и основной на сегодня благодаря относительно невысокой стоимости — использование высокого давления и высокой температуры (high pressure high temperature — HPHT). Оборудование для этого метода — многотонные прессы, которые могут развивать давление до 5 ГПа при 1500 °C. Второй метод — химическое осаждение из газовой фазы (chemical vapor deposition — CVD) — когда над подложкой создается плазма из атомов углерода, из которой атомы постепенно конденсируются на поверхность образуя алмаз. Третий метод использует формирование наноразмерных алмазов при помощи ударной волны от взрывчатки.

Высокое давление, высокая температура

Схематичный рисунок пресса

В HPHT методе используются три вида компоновки прессов — ленточный пресс, кубический пресс и пресс с разрезной сферой. Затравки алмазов помещаются на дно капсулы, помещаемой в пресс. В прессе под давлением капсулу нагревают до температуры выше 1400 °C и металл-растворитель плавится. Расплавленный металл растворяет углерод, также заложенный в капсулу и позволяет перемещаться атомам углерода к затравкам, благодаря чему затравки растут, формируя большие алмазы.

В оригинальном изобретении GE, сделанном Трейси Холлом (Tracy Hall), использовался ленточный пресс, где верхняя и нижняя наковальни сдавливали цилиндрическую ячейку. Давление внутри ячейки в радиальном направлении поддерживалось за счет пояса из предварительно напряженных стальных лент, опоясывающих цилиндрическую капсулу. Наковальни также служили электродами, пропускающими ток через сжимаемую капсулу. Некоторые варианты этого пресса используют гидравлическое давление вместо стальных лент для поддержания давления в радиальном направлении. Ленточные прессы все ещё используются, но имеют значительно большие габариты, нежели оригинальная конструкция.

Второй тип прессов — кубические. Они используют шесть наковален для сжатия рабочего объёма, имеющего форму куба. Первым вариантом пресса с несколькими наковальнями был пресс — тетраэдр, сжимающий рабочий объём при помощи четырёх наковален. Кубические прессы появились очень быстро, как результат попыток увеличить рабочий объём по сравнению с ленточными прессами. Кубические прессы, как правило, имеют меньшие габариты по сравнению с ленточными, и быстрее выходят на рабочие режимы по давлению и температуре, необходимые для получения синтетических алмазов. Тем не менее кубические прессы не так просто увеличить для увеличения рабочего объёма. Увеличение рабочего объёма повлечет увеличение размера наковален, которое повлечет увеличение силы, прикладываемой к наковальне для получения прежнего давления. Возможным решением может быть уменьшение отношения наружной и внутренней площади наковальни за счет использования рабочего объёма иной формы, например, додекаэдра. Но такие прессы будут сложнее и дороже в производстве.

Схема системы BARS

Третий, наиболее совершенный тип прессов для выращивания алмазов — БАРС (БАРС = Беспрессовая Аппаратура высокого давления «Разрезная Сфера»). Разработан в 1989—1991 учеными из Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева сибирского отделения РАН. Прессы этой конструкции наиболее компактные, эффективные, экономичные из всех установок для выращивания алмазов. В центр устройства помещается керамическая цилиндрическая капсула объёмом около 2 см3, в которой производится выращивание. Капсула окружается передающей давление керамикой на базе пирофиллита, которая сжимается пуасонами первой ступени из твёрдого материала, например, карбида вольфрама или сплава ВК10. Восьмигранная сборка пуасонов первой ступени сжимается при помощи восьми стальных пуасонов второй ступени. После сборки конструкция заключается между двух полусфер диаметром около метра, фиксируемых вместе полумуфтами. Зазор между полусферами и стальными пуасонами заполняется гидравлическим маслом под давлением, передавая усилие через пуасоны к капсуле. Капсула нагревается при помощи встроенного коаксиального графитового нагревателя, а температура контролируется при помощи термопары.

Химическое осаждение из газовой фазы

Алмазный монокристаллический диск, полученный по технологии химического осаждения из газовой фазы. Диаметр диска — около 9 см, толщина — около 1,5 мм, вес — 155 карат.

Химическое осаждение из газовой фазы — это метод получения алмазов, в котором алмаз растет за счет осаждения углерода на затравку из водород-углеродной газовой смеси. Данный способ активно прорабатывался научными группами в мире с 1980-х. В то время как HPHT процесс используется в промышленности для серийного производства алмазов, простота и гибкость CVD-технологии обусловили популярность этого метода в лабораториях. При выращивании алмазов по технологии осаждения из газовой фазы можно тонко контролировать химический состав включений в итоговый продукт, выращивать алмазные пленки на заготовках большой площади. В отличие от HPHT, CVD-процесс не требует высокого давления — процесс роста происходит при давлениях менее 27 кПа.

CVD-процесс включает в себя подготовку подложки, заполнение рабочей камеры смесью газов и их последующее возбуждение. Процесс подготовки подложки включает в себя поиск подходящего материала и правильную ориентацию его кристаллографической плоскости, его очистку, часто включает в себя шлифовку алмазными порошками, подбор оптимальной температуры подложки (около 800 °C). Газовая атмосфера всегда содержит источник углерода (обычно метан) и водород, часто в соотношении 1 к 99. Водород необходим, так как селективно травит углерод в неалмазном состоянии. Газовая смесь в рабочей камере ионизируется для образования химически активных радикалов при помощи микроволнового излучения, электрической дуги, лазером или каким-либо другим способом.

В процессе роста материал рабочей камеры может протравливаться плазмой, что приводит к загрязнению растущего алмаза. Так, CVD-алмазы очень часто содержат загрязнения из кремния от смотровых окон рабочей камеры. По этой причине в конструкциях рабочих камер избегают кварцевых окошек или выносят их подальше от подложки. Также наличие следовых количеств бора делает невозможным выращивание чистых алмазов.

Детонация взрывчатки

Электронная микрофотография детонационных наноалмазов См. также: Наноалмаз

Алмазные нанокристаллы (5 нм) в диаметре могут быть сформированы при детонации подходящей углерод-содержащей взрывчатки в металлической камере. Во время взрыва создается высокое давление и высокая температура, которой достаточно для превращения углерода из взрывчатки в алмаз. Сразу после взрыва камеру со взрывчаткой погружают в воду, это подавляет переход алмазов в более стабильный графит. В одном из вариантов этой технологии металлическая трубка заполняется порошком графита и помещается внутрь камеры, заполненной взрывчаткой. Нагрев и давление, развиваемое от взрыва, достаточны для превращения графита в алмаз. Финальный продукт всегда заключен в графите и других неалмазных формах графита, поэтому требует длительного кипячения в азотной кислоте (около суток при 250 °C) для извлечения. Полученные таким образом алмазные порошки используются в основном как абразив. Основные производители — Китай, Россия, Белоруссия. Поступление на рынок в больших количествах началось приблизительно с начала 2000-х.

Ультразвуковая кавитация

Алмазные кристаллы микронного размера могут быть получены при нормальных условиях в суспензии графита в органическом растворителе при воздействии ультразвуковой кавитации. В алмазы превращается до 10 % исходного графита. Себестоимость получения алмазов таким способом сопоставима с HPHT-процессом, но качество получаемых алмазов — заметно хуже. Эта методика синтеза алмазов очень простая, но результаты были получены всего двумя научными группами и методика пока не имеет промышленного воплощения. На процесс влияет множество параметров, включая подготовку графитовой суспензии, подбор растворителя, источника и режима ультразвуковых колебаний, оптимизация которых может значительно улучшить и удешевить эту технологию получения алмазов.

Свойства

Традиционно, отсутствие кристаллических дефектов — важнейший показатель качества алмаза. Чистота и отсутствие дефектов делают алмаз прозрачным, чистым, а в совокупности с его твёрдостью, химической стойкостью, высокой оптической дисперсией делают алмаз популярным ювелирным камнем. Высокая теплопроводность алмаза важное качество для технических применений. Если высокая оптическая дисперсия характерна для всех алмазов, то остальные его качества зависят от того, в каких условиях он был сделан.

Кристаллическая структура

Алмаз может быть одним большим кристаллом (монокристалл), а может состоять из множества сросшихся кристалликов (поликристалл). Большие, бездефектные монокристаллы алмаза обычно пользуются спросом как ювелирные камни. Поликристаллические алмазы, состоящие из множества зерен, хорошо видимых по рассеянию и поглощению света невооруженным глазом, используются в промышленности как режущий инструмент. Поликристаллические алмазы часто классифицируют по среднему размеру зерна в кристалле, который может варьироваться от нанометров до микрометров.

Твёрдость

Синтетические алмазы — самое твёрдое вещество из известных, если под твёрдостью понимать сопротивление вдавливанию. Твёрдость синтетических алмазов зависит от чистоты, наличия дефектов в кристаллической решетке и её ориентации, достигая максимальной в направлении 111. Твёрдость нанокристаллических алмазов полученных в CVD процессе может составлять от 30 % до 70 % от твёрдости монокристалла алмаза, и контролируется в процессе выращивания в зависимости от требуемого. Некоторые синтетические монокристаллы алмаза и HPHT нанокристаллические алмазы тверже всех известных природных алмазов.

Примеси и включения

Каждый алмаз содержит примеси из атомов отличных от углерода в количествах, достаточных для определения аналитическими методами. Атомы примесей могут собираться в макроколичества, формируя включения. Примесей обычно избегают, но они могут быть введены намеренно для изменения определённых свойств алмаза. Выращивание алмазов в жидкой среде из металла-растворителя приводит к формированию примесей из переходных металлов (Никель, железо, кобальт) которые влияют на электронные свойства алмаза.

Чистый алмаз является диэлектриком, но небольшая добавка бора делает его электрическим проводником, и даже при некоторых условиях — сверхпроводником, что позволяет использовать его в электронных приложениях. Включения азота препятствует движению дислокаций в кристаллической решетке и увеличивает её напряженность, тем самым повышая твёрдость и вязкость.

Теплопроводность

В отличие от большинства изоляторов, алмаз имеет хорошую теплопроводность из-за сильных ковалентных связей в кристалле. Теплопроводность чистого алмаза — наиболее высокая из всех известных. Монокристалл синтетического алмаза, состоящий из 12
C (99,9 %) изотопа, имеет теплопроводность 30 Вт/см·K при комнатной температуре, что в 7,5 раз больше меди. У природных кристаллов алмаза теплопроводность на 1,1 % ниже из-за примеси изотопа 13
C, вносящего искажения в кристаллическую решетку.

Теплопроводность алмаза используется ювелирами для отделения алмазов от их имитаций. Камня касаются специальным медным щупом, имеющем на конце миниатюрный нагреватель и термодатчик. Если алмаз настоящий, он быстро отведет тепло от нагревателя, что вызовет заметное падение температуры, фиксируемое термодатчиком. Такой тест занимает всего 2-3 секунды.

Применение

Режущий инструмент

Алмазы на пластинах шлифовального диска

Большинство промышленных применений синтетических алмазов связано именно с их твёрдостью — в качестве сверхтвёрдого режущего инструмента, абразивных порошков, полировальных паст. Благодаря твёрдости, превосходящей любой известный материал, алмазы используются для шлифовки любых материалов, даже при огранке самих алмазов. Это самая большая по объёму ниша использования алмазов в промышленности. Хоть природные алмазы тоже могут использоваться для этих целей, синтетические, полученные по HPHT-процессу, популярнее в силу большей однородности свойств и меньшему разбросу параметров. Алмазы не пригодны для высокоскоростной обработки стали — при высоких температурах в месте реза углерод из алмаза растворяется в железе, что приводит к ускоренному износу инструмента. Для высокоскоростной обработки сталей используют другие сплавы (ВК8, кубический нитрид бора и т. д.)

Обычно алмазный инструмент имеет спеченное покрытие, в котором микронные зерна алмаза диспергированы в металлической матрице (обычно кобальт). По мере износа металлическая матрица обнажает все новые и новые зерна алмаза. Несмотря на работы на протяжении предыдущих пятнадцати лет по покрытию инструмента алмазным и алмазоподобным слоем (DLC) при помощи CVD процесса, эта технология не смогла существенно вытеснить классические поликристаллические зерна алмаза в металлической матрице в инструменте.

Теплопроводники

Большинство материалов с высокой теплопроводностью обладает также хорошей электропроводностью. Особняком выделяется алмаз, несмотря на огромную теплопроводность, он обладает незначительной электропроводностью. Это сочетание свойств позволяет использовать алмаз как теплоотвод для мощных лазерных диодов, массивов таких диодов или мощных транзисторов. Эффективный отвод тепла увеличивает срок службы электронных устройств, а дороговизна ремонта и замены таких устройств компенсирует дороговизну от использования алмазов в конструкции теплоотвода. Термораспределители (англ. heat spreader) из синтетических алмазов предотвращают перегрев кремния и других полупроводниковых материалов.

Оптические материалы

Алмаз твёрдый, химически инертный, обладает высокой теплопроводностью при невысоком линейном коэффициенте расширения, что делает его идеальным материалом для окон вывода инфракрасного и микроволнового излучения. Синтетический алмаз стал вытеснять селенид цинка в качестве выходных окон в мощных CO2 лазерах и гиротронах. Эти синтетические поликристаллические алмазные окна имеют форму дисков большого диаметра (порядка 10 см для гиротронов) и небольшую толщину (для снижения поглощения) и производятся по методу CVD. Единичные кристаллы в виде пластинок размером до 10 мм становятся важными в использовании в некоторых оптических приложениях, включая теплораспределители в лазерных резонаторах, дифракционной оптике и рабочее тело оптических усилителей в рамановских лазерах. Современные улучшения в HPHT- и CVD-синтезе позволили повысить чистоту и правильность кристаллографической структуры монокристаллов достаточно для вытеснения кремния в дифракционных решетках и материала для окон в высокомощных источниках излучения, например в синхротрон. Алмазы, полученные как по CVD-процессу, так и по HPHT-технологии, используются для создания алмазных наковален, для изучения свойств веществ при сверхвысоких давлениях.

Электроника

Синтетический алмаз потенциально может использоваться как полупроводник, так как может легироваться примесями из бора и фосфора. Так как эти элементы содержат больше или меньше валентных электронов, чем атомы алмаза, формируются зоны p- и n-проводимости, формируя pn переход. На базе такого pn-перехода были построены светодиоды с длиной выходного УФ-излучения 235 нм. Другое полезное для использовании в электронике свойство синтетического алмаза — высокая подвижность электронов, которая может достигать 4500 см2/(В·с) для электронов в монокристалле CVD-алмаза. Высокая подвижность электронов востребована в высокочастотной технике, продемонстрирована возможность создания полевого транзистора из алмаза с рабочей частотой до 50 ГГц. Широкая запрещенная зона алмаза (5,5 эВ) придает отличные диэлектрические свойства. В сумме с отличными механическими свойствами на базе алмазов построены прототипы мощных силовых транзисторов для электростанций.

Транзисторы на основе синтетических алмазов изготавливаются в лабораториях, но до сих пор нет ни одного коммерческого устройства на их базе. Алмазные транзисторы весьма многообещающие — они могут работать при более высокой температуре, чем кремниевые, сопротивляться радиационному и механическому повреждению.

Синтетические алмазы уже используются в детекторах излучений. Их радиационная стойкость вкупе с широкой запрещенной зоной (5,5 эВ) делает их интересным материалом для детекторов. Выгодное отличие относительно других полупроводников — отсутствие стабильного оксида. Это делает невозможным создание КМОП-структур, но зато делает возможным работу с УФ-излучениями, без проблем с поглощением излучения в окисной пленке. Алмазы используются в детекторах BaBar на стенфордском линейном ускорителе. И BOLD (Blind to the Optical Light Detectors for VUV solar observations). Алмазные VUV-детекторы использовались недавно в европейской программе LYRA.

Ювелирные камни

Бесцветный бриллиант, вырезанный из алмаза, выращенного по CVD-технологии.

Синтетические алмазы ювелирного качества получают как по HPHT-процессу, так и по CVD-процессу и они занимают около 2 % рынка ювелирных алмазов. Есть предпосылки к росту доли рынка синтетических алмазов в ювелирном деле при прогрессе в технологиях их производства и снижения их стоимости. Синтетические алмазы доступны в жёлтом, голубом оттенках и в частично бесцветном виде. Жёлтый окрас алмазу придают примеси азота, голубой — примеси бора. Другие цвета, такие как розовый или зелёный, доступны после обработки камня радиацией.

Алмазы ювелирного качества, выращенные в лаборатории химически, физически, оптически идентичны природным. Интересы горнодобывающих компаний для защиты рынка от синтетических алмазов продвигаются при помощи законодательных, маркетинговых мер, а также защиты дистрибуции. Синтетические алмазы могут быть обнаружены при помощи инфракрасной, ультрафиолетовой, рентгеновской спектроскопии. Тестер DiamondView от компании De Beers использует УФ-флуоресценцию для обнаружения примесей азота, никеля и других веществ, характерных для алмазов, полученных по CVD- и HPHT-технологиям.

Как минимум одна лаборатория, выращивающая алмазы, объявила о том, что они маркируют свои алмазы при помощи нанесения номера лазером на камень. На сайте компании приведен пример такой маркировки в виде надписи «Gemesis created» и серийного номера с префиксом «LG» (laboratory grown).

В мае 2015 был поставлен рекорд — получен бесцветный бриллиант массой 10,02 карата, выращенный по технологии HPHT, вырезанный из заготовки массой 32,2 карата, выращивавшийся в течение 300 часов.

Традиционная алмазодобыча критикуется за нарушение прав человека в Африке и в других местах. Голливудский фильм Кровавый алмаз (2006) помог публичной огласке ситуации. Потребительский спрос на синтетические алмазы вырос, так как синтетические алмазы не только дешевле, но и этически более приемлемы.

Согласно отчету Gem & Jewellery Export Promotional Council, синтетические алмазы составляли 0,28 % всего объёма алмазов, произведенных для ювелирного рынка. Лабораторно выращенные алмазы продаются в США под торговыми марками Pure Grown Diamonds (также известные как Gemesis) и Lab Diamonds Direct; а в Великобритании — Nightingale online jewellers.

Синтетические алмазы стоят на 15-20 % меньше природных, но ожидается снижение цены за счет совершенствования технологии.

Цвета искусственных алмазов

У натуральных бриллиантов разные цвета или оттенки. Базовая гамма созданных человеком камушков беднее – жёлтый, синий, бесцветный. Каждый привлекателен по-своему:

  1. Белый. Самые желанные, поскольку традиционно бриллиант ассоциируется с белым прозрачным фоном. Но их производство наиболее трудоёмкое. Растёт кристалл медленно, постоянно нужно следить, чтобы не попал азот (иначе оттенок получится желтоватым) или бор (синеватым). Популярны даже однокаратные блестящие малютки.
  2. Голубой. Гамма варьируется от небесного голубого до густого синего. Цвет создают примеси бора, вес достигает 1,25 карата.
  3. Жёлтый. Самый лёгкий в создании вид. Диапазон цвета – от насыщенного лимонного до изысканной желтоватости – создают примеси азота. Иногда получается оптимистичный пламенно-оранжевый. Вес алмазов достигает двух каратов.

Другие цвета получаются после дополнительной обработки базового кристалла. Так, чтобы синтезировать культовый для многих чёрный бриллиант, как катализатор используют никель.

Цвет обозначается цифрой. Для бесцветного это 1. Такие камни называются бриллиантами чистой воды.

Искусственный алмаз и имитация – разные вещи

Сегодня существует две группы аналогов бриллиантов:

  • искусственно выращенные камни с природной структурой и качествами (муассанит, фианит);
  • камни, за сильный блеск называемые заменителями алмазов, – бесцветный сапфир, рутил, кристаллы Сваровски, полимеры.

Вторая группа – это имитация, потому что их структура и свойства далеки от натуральных.

Муассанит

Самый качественный, прочный, дорогой искусственный бриллиант. Химически это карбид кремния или карборунд. Требуется минимальное вмешательство, чтобы внешне уравнять его с настоящим алмазом. Камень равнодушен к внешним агрессивным воздействиям, лишён дефектов типа шероховатости или чёрных включений, присущих натуральному минералу. Ярче алмаза, его сложнее отличить, чем фианит. Однако сильная бликовка многих раздражает и выдаёт происхождение.

Красоту подчёркивает обрамление из белого золота, платины или серебра. В отличие от бриллиантов, дополняющих вечерний наряд, Муассанит уместен для любого времени суток.

Фианит

Камень представлен во многих цветах, степенях чистоты, яркости. Бесцветный один из самых ценных. Фианит тяжелее равного по размерам алмаза. Эта характеристика служит маркером при определении происхождения кристалла.

Сияет не так ярко, как бриллиант, но лучше отбрасывает блики.

Однако легко царапается, мутнеет, впитывает масла, на солнце становится зеленовато-жёлтым. Об этом нужно помнить при ношении украшений.

Нексус

Результат соединения углерода с другими компонентами. Высокопрочен, поэтому на него даётся фактически вечная гарантия.

Стразы

Самый известный «заместитель» благородного бриллианта, первоначально хрустальный. Сегодня сырьём служит стекло или полимеры из акрила.

Название получено в честь эльзасского ювелира Георга Страсса, придумавшего наносить металлическую пудру как подложку на стекло. Сейчас покрытие создают, осаждая металл, а стразы усовершенствовались, обретя торговый бренд Swarovski.

Производятся одноимённым австрийским концерном и чешской фирмой Preciosa.

Как выращивают кристаллы

Сегодня камни изготавливают двумя основными способами – физическим и химическим. Реально создать бриллианты в домашних условиях.

Копирование природы

Алмазный зародыш кладут под пресс в камере с высокой температурой и давлением. Через неделю получается качественный аналог. При необходимости процедуру повторяют.

Бриллианты получаются в виде кубов или восьмигранников, что отличает их от натуральных. Технология известна как HTHP или «GEPOL».

В газовой среде

Алмазное семечко помещается в камеру с метаном или другим углеродсодержащим газом под низким давлением. Энергия СВЧ-пучка разрушает молекулы газа, а выпаренный углерод и водород накладываются на зёрнышко послойно, создавая алмазные пластины.

Процесс занимает два дня, за один раз можно вырастить несколько пластинчатых кристаллов-слоёв. У них шероховатые графитовые края чёрного или коричневого цвета. Кристаллы термообработкой доводят до блеска, гранят.

Характеристики выращенных в камере или капсуле экземпляров идентичны натуральным.

Создаём алмаз дома

Процесс проходит в микроволновой печи – идеально вымытой и высушенной. Понадобятся также:

  • три графитовых стержня толщиной 3 мм и длиной пару сантиметров – из простого карандаша;
  • две чашки;
  • оливковое масло;
  • льняная или хлопковая нить длиной 14–16 см.

Порядок работы:

  1. Налить немного масла в тарелку. По диаметру уложить нить, которая будет впитывать масло.
  2. Промасленную нить завязать некрепким узлом, пропустить сквозь него графит. Стержень кладут на опоры из спичек без головок или зубочисток.
  3. Узел затягивают вокруг стержня до упора на полчаса для пропитки маслом.
  4. Нить удаляется аккуратно, чтобы грифель не пострадал, а масло осталось на намеченном участке стержня.
  5. Кружку переворачивают вверх дном, укладывают на него параллельно два чистых стержня. На них выставляют промасленный графит. Конструкция накрывается второй чашкой.
  6. Все помещается в микроволновую печь на максимум по температуре и времени.

Рукотворный алмаз окажется на участке, где было сосредоточено масло. Оно может спровоцировать искры в печи, которые исчезнут через несколько минут. Вынимают после остывания.