Что нужно для выращивания алмаза

Как сделать алмаз в домашних условиях из графита

Выращивать кристалл своими руками – дело увлекательное. Особенно, если речь идёт об алмазе: каждый мечтает сделать бриллиант своими руками. Настоящие камни невероятно дорогие, поэтому им всегда стремились найти замену и делать искусственные. Существует немало способов, как вырастить алмаз.

Создание искусственных алмазов

Вырастить прозрачные кристаллы возможно не только в лаборатории, но и в домашних условиях

Натуральные камни для образования требуют не только особых условий, но и длительного времени – миллионы лет. Поэтому запасы ограничены и не возобновляются. К тому же, добыча ископаемых наносит огромный ущерб окружающей среде. Поэтому проще, безопаснее, экологичнее лучше создавать камни в лабораториях. У искусственных самоцветов есть преимущества и недостатки.

Выращивая кристаллы из пищевой соли, важно помнить, что чистую воду доливать нельзя. Так, вы сможете получить качественный алмаз.

С ювелирной точки зрения, они хуже. Синтетический камень не так светится. При помощи специального оборудования можно однозначно определить, где настоящий бриллиант, а где нет. Зато, при добавлении специальных примесей, или обрабатывая готовый камень радиацией, можно получать цветные синтетические алмазы.

Невысокая цена синтетических камней позволяет применять аналоги сверхтвёрдого минерала для технических целей, а также для ювелирных. Натуральные камни мало того, что стоят дорого, при огранке значительно уменьшаются в размерах.

Технологии производства алмазов

Более тысячи предприятий выпускают искусственные камни. Они используют три технологии:

1. Сочетание высокой температуры и давления. Эта технология называется HPHT. Благодаря неимоверно тяжёлым прессам, создаётся избыточное давление до 5 ГПа, которое в сочетании с температурой порядка 1500 градусов приводит к появлению алмаза. Именно в таких условиях графит переходит в алмаз. При этом часто получают мелкий камешек – затравку.
2. Осаждение углерода в специальной газовой смеси. Этот метод получил название CVD. Для этого необходимо создавать плазму, состоящую из атомарного углерода, который осаждается (конденсируется) на поверхность, и так нарастает алмаз. С его помощью мелкие кристаллы, полученные по HPHT-технологии, превращают в более крупные камни.
3. В некоторых случаях используют ударную силу взрыва. Давление и температура вызывают появление очень мелких кристаллов, которые применяются как абразивный порошок. Взрывчатка содержит углерод (графит), помещается в металлический контейнер (трубку) и детонируется.

Выращивание алмазов в лаборатории

Сочетая первые две технологии, можно выращивать даже целые пластины или стекла для часов. Но, это всё технические алмазы. Ювелирные аналоги драгоценного камня выпускают не массово, поскольку технология настолько дорогая, что проще добывать будущие бриллианты из-под земли.

Сделать алмаз из графита в домашних условиях, особенно достаточно крупный, невозможно. Поскольку это требует не только много времени, но и температуры порядка 1400-1600 градусов и давления более 100 тысяч атмосфер. Некоторые отчаянные умельцы пытаются взрывать графит в запаянной металлической трубке при помощи тротила. Это слишком опасные эксперименты, тем более что крупные камни при этом не образуются.

Второй домашний способ требует наличия графита (грифеля карандаша), провода и подведённого тока, а также воды или жидкого азота. Смысл эксперимента в том, что грифель соединяют с проводом, замораживают азотом или водой (льдом) и пропускают сквозь него электрический ток. Это должно превратить графит в алмаз.

Как возникли синтетические алмазы

Первые подделки драгоценного камня были вообще из стекла. Синтетические алмазы не такие дорогие, поэтому иногда их специально вставляли в ювелирные украшения, чтобы на торжественных мероприятиях, в случае кражи, не было трагедии.

Попытки сделать искусственные камни активно велись ещё в XIX веке, но они были безуспешными. В первой половине XX века учёным удалось определить условия, необходимые для формирования алмазов. В 1953 году на свет появился первый искусственный камень, а с 1956 года, благодаря фирме General Electric, производство искусственных алмазов достигло промышленных масштабов. Спрос на них постоянно рос, поскольку неимоверно твёрдый минерал использовали для режущих инструментов (резцов, стеклорезов, сверл). Более 80% всех синтетических алмазов сейчас производят на территории Китая. В основном выпускают очень мелкие кристаллы или вовсе пыль, чтобы применять её для шлифовки.

Домашний эксперимент: получение кристаллов из соли

Кристалл из соли, выращенный в домашних условиях

Если привлекает не столько ценность полученного минерала и возможность его применять на практике, сколько процесс его создания, тогда стоит попробовать вырастить красивый кристалл соли.

Для этого потребуются самые простые материалы:

• пищевая соль;
• нитка;
• вода (обычная или дистиллированная);
• для цветных кристаллов – дополнительно краситель.

Необходимо приготовить насыщенный раствор соли: всыпать её в воду и размешивать до тех пор, пока она не перестанет растворяться. Жидкость лучше брать тёплую. Расход вещества приблизительно такой: на 100 мл воды (полстакана) 40 г соли (2 столовых ложки без горки).

После этого, на ниточку привязывают кристалл соли (это будет центр формирования камня) и опускают его в раствор. За несколько суток сформируется большой солевой кристалл. Его можно растить на протяжении 10-20 дней. Это занятие очень увлекательное, к таким безопасным экспериментам стоит привлекать детей.

Советы для домашних экспериментов

Существует немало техник, как вырастить бриллиант самому в домашних условиях. Вот несколько простых советов, как сделать этот процесс более интересным, а результат красивым:

1. Кристалл можно выращивать также из сахара или лимонной кислоты.
2. Воду лучше брать кипяченную, в ней меньше примесей и минералов.
3. При использовании каменной соли, часто раствор получается сероватый, с примесями, частичками грязи. Его нужно тщательно профильтровать через вату, фильтровальную бумагу. Тогда кристалл получится более правильной формы.
4. Для затравки – центра кристаллизации – нужно выбирать красивый и аккуратный кристаллик вещества.
5. По мере испарения раствора его придётся подливать, если есть желание вырастить большой кристалл. Кроме этого, важно следить, чтобы растущий самоцвет не выглядывал из-под воды. Если рядом с основным кристаллом появляются другие камешки, их следует удалять.
6. Используйте пищевые красители, чтобы вырастить самые разнообразные «самоцветы».
7. Вместо хлорида натрия (пищевой соли) пригодятся другие соли: медный купорос – для домашней бирюзы, квасцы на основе алюминия, калия, хрома – для сиреневых каменьев.

Чтобы жидкость не так быстро испарялась, стакан можно накрыть кусочком обыкновенной бумаги.

Выращивание алмаза метаном

Этот метод требует особого оборудования. В специальной камере вместо воздушной среды создают метановую. Алмазы получаются кубической формы. В большей степени это технические алмазы, лишь изредка их помещают в ювелирные украшения. Плюс метановой технологии в том, что не требуется создание сверхвысокого давления. За счёт этого, синтез происходит быстрее и дешевле. К тому же технология позволяет получать очень крупные камни – более 30 карат.

Драгоценные камни всегда привлекали внимание и ценились дорого. Но, в наше время все больше выращивают искусственные камни, которые по красоте и свойствам не уступают природным минералам. Домашние эксперименты лучше начинать с выращивания кристаллов из обычной пищевой соли, это увлекательно, красиво и безопасно.

Источник

Как и где выращивают крупнейшие в мире алмазы

Самые крупные и качественные искусственные алмазы выращивают сегодня в окрестностях Сестрорецка, по соседству с Санкт-Петербургом. О российской компании NDT и о том, как рождаются на свет лучшие друзья девушек мы расскажем в нашей сегодняшней публикации.

Сертификат на рекордный по размеру синтетический бриллиант массой в 10.02 карата, цвета Е и чистоты VS1 был выдан Международным геммологическим институтом Гонконга (IGI) российской компании New Diamond Technology (NDT). Драгоценные камни с такими характеристиками для ювелирного мира — явление достаточно тривиальное, а вот искусственный камень, ограненный из 32-каратного синтетического алмаза — это для рынка синтетических алмазов событие, и событие уникальное.

Производство, на котором удалось вырастить рекордный кристалл сосредоточено в небольшом цеху в одном из технопарков неподалеку от Сестрорецка. Мощности предприятия ограничены тремя с лишним десятками гидравлических прессов, внутри которых, в условиях высоких температур и давлений, микрон за микроном растут алмазы высочайшего качества. На пультах управления контроллеров у каждого пресса отражаются текущие параметры. «Общие принципы синтеза алмазов хорошо известны и используются в промышленности уже более полувека. А вот детали режимов синтеза — одно из ноу-хау нашей компании» — поделился директор по производству Роман Колядин. «… Прецизионные кондиционеры поддерживают микроклимат в цеху с точностью до десятых долей градуса. При этом даже небольшой сквозняк может повлечь за собой нежелательное отклонение в температурном режиме, что может существенно ухудшить качество алмаза» — добавляет специалист.

Краткий экскурс в историю

Первые попытки синтезировать искусственный алмаз предпринимались еще в конце XVIII века, когда ученые пришли к окончательному выводу, что основой алмаза является углерод. С конца XIX века ученые попытались превратить дешевые и доступные формы углерода (уголь или графит) в твердый и блестящий алмаз. Заявления о достигнутом успехе делали многие, включая известных ученых, в числе которых французский химик Анри Муассан и британский физик Уильям Крукс. Несколько позднее было установлено, что предъявить реальные свидетельства полученного результата никто из них так и не смог. Первый искусственный алмаз, предъявленный миру, был получен в 1954 году в лаборатории компании General Electric.

Интересно, что в процессе получения синтетического алмаза в GE руководствовались «технологией», которую использует сама природа. Как рассуждали специалисты, натуральные алмазы образуются при температуре порядка 1300°С и давлении порядка 50 000 атм. в толще мантии планеты на глубине сотен километров под поверхностью Земли. На поверхность кристаллы выносят лампроиты, кимберлиты и прочие магматические породы. Для имитации описанных условий в лабораторных условиях специалисты GE использовали пресс, обжимающий ячейку, внутри которой был помещен графит и железо-никелево-кобальтовый расплав, выступающий в роли катализатора и растворителя.

Свою технологию специалисты GE назвали HPHT (High Pressure High Temperature — высокое давление, высокая температура). Со временем именно она была взята за основу при получении недорогих технических алмазов и алмазного порошка.

Как выращивают алмазы сегодня

Промышленное производство синтетических алмазов сегодня ведется преимущественно по одной из двух технологий — это вышеупомянутая технология HPHT и технология CVD. Менее употребимы экзотические методики, такие как синтез нанокристаллов алмаза из графита при взрыве или экспериментальный метод получения микронных алмазов из суспензии частиц графита в органических растворителях под воздействием ультразвуковой кавитации.

Технология сводится к процессу выращивания монокристаллов алмаза при высокой температуре (около 1500 °C, с нужным градиентом) и высоком давлении (50−70 тыс. атм.). Гидравлический пресс обжимает специальный контейнер, внутри которого находится металлический расплав (железо, никель, кобальт и др.) и графит. На подложке размещается одна или несколько затравок — небольших кристаллов алмаза. Сквозь камеру протекает электрический ток, разогревающий расплав до нужной температуры. В этих условиях металл служит растворителем и катализатором процесса кристаллизации углерода на затравке в форме алмаза. Процесс выращивания одного крупного или нескольких более мелких кристаллов длится, в среднем, 12−13 суток.

Объемы промышленного производства искусственных алмазов и алмазной пыли сегодня достигает миллиарды карат в год. В 1970-х используя технологию HPHT научились изготавливать и ювелирные камни среднего качества весом до 1 карата.

Начиная с 1960-х годов ведущие лаборатории мира совершенствуют альтернативную менее затратную технологию синтеза алмазов — CVD (Chemical Vapor Deposition, осаждение из газовой фазы). В процессе синтеза алмазы осаждаются на подложку, подогреваемую до 600−700°С из углеводородного газа, который ионизируется с помощью СВЧ-излучения или разогревается до высоких температур. При осаждении на кремний или поликристаллический алмаз получается поликристаллическая пластина, имеющая ограниченное применение в электронике и оптике. Скорость роста — от 0,1 до 100 мкм/ч. Толщина пластин обычно ограничена 2−3 мм, поэтому вырезанные из нее алмазы можно использовать в качестве ювелирных, но их размер, как правило, не превышает 1 карата.

Возможности этого метода синтеза в начале 2000-х привлекли большое внимание как небольших стартапов, так и крупных компаний, таких как Element Six, входящей в промышленную группу De Beers.

Потенциал метода HPHT до последнего времени оставался сильно недооцененным. «Когда мы несколько лет назад покупали оборудование, нам все в одни голос говорили, что промышленные прессы пригодны разве что для синтеза алмазных порошков», — говорит Николай Хихинашвили. Все внимание и ресурсы были сосредоточены главным образом на совершенствовании метода CVD. В то же время технология HPHT считалась нишевой, поскольку подавляющее большинство специалистов просто не верили, что с ее помощью можно выращивать достаточно крупные и качественные кристаллы. И, тем не менее, по словам Николая, специалистам компании NDT удалось предложить собственную технологию синтеза, позволяющую получать алмазы такого качества и размеров, которые до этого момента удавалось достичь только работая с натуральными кристаллами. Что касается технологий огранки, то выращенные в лаборатории, и природные алмазы обрабатываются совершенно одинаково.

Лучшие друзья девушек

«Мы, конечно, не единственные, кто выращивает алмазы крупнее 5−6 карат, — делится Николай. — Но абсолютно все компании сегодня подчиняются принципу «два из трех»: крупные, качественные, коммерчески выгодные. Наша компания первой освоила технологию, позволяющую получать крупные кристаллы алмаза высокого качества по приемлемой стоимости. 32 пресса позволяют нам вырастить около 3000 карат в месяц, и при этом все камни очень высокого качества — алмазы цветовых категорий D, E, F и чистоты от чистейших IF до SI, в основном типа II. 80% нашей продукции составляют ювелирные алмазы массой от 0,5 до 1,5 карата, хотя технологические возможности позволяют вырастить под заказ алмаз любых размеров». В доказательство сказанного Николай продемонстрировал журналистам кристалл размером с 10-рублевую монету: «Вот этот, к примеру, 28 карат. После огранки получится бриллиант карат в 15».

С начала 2000-х мировой алмазный монополист, концерн De Beers, высказывал опасения в связи с перспективой выхода на ювелирный рынок синтетических алмазов, которые, по убеждению руководства, могли бы подорвать его бизнес. Но, как показало время, синтетические алмазы не конкуренты натуральным камням, поскольку занимают в сравнении ничтожно малую долю ювелирного рынка. Кроме того, за время совершенствования технологий их производства были разработаны методы исследований, позволяющие достаточно уверенно и точно идентифицировать синтетические алмазы. В числе характерных признаков синтеза следует назвать включения металла, а в цветных алмазах — легко определяемые секторы роста. Кроме того, искусственные камни, полученные при помощи технологий HPHT, CVD в сравнении с натуральными природными алмазами в УФ-лучах имеют разный характер люминесценции.

«Как относятся потребители к выращенным алмазам? Вполне благосклонно, — говорит Николай, — особенно современная молодежь, для которой оказывается важно, что эти алмазы бесконфликтны и созданы людьми с помощью высоких технологий без вмешательства в природу. Ну и, что немаловажно, стоимость таких камней примерно вдвое ниже. Разумеется, в сертификате должно быть отражено, что камни выращены, но ясно, что обладательнице кольца с таким бриллиантом не потребуется носить с собой сертификат! В то же время и по физическим, и химическим свойствам алмазы, выращенные в лаборатории NDT, идентичны природным» — резюмировал специалист.

Что общего между алмазом и азотом

В зависимости от содержания азота алмазы могут быть отнесены к одному из двух основных типов. Алмазы типа I включают в свой состав до 0,2% азота, атомы которого расположены в узлах кристаллической решетки группами (Ia) или по одиночке (Ib). Алмазы именно этого типа преобладают среди природных алмазов (98%). Чаще всего такие камни не бывают бесцветными. Алмазы типа IIa практически не содержат азота (менее 0,001%). Такие кристаллы в царстве природных минералов — редкость, всего 1,8%. Практически не встречаются (в 0,2% случаев) безазотные алмазы с примесью бора (IIb). Атомы бора в узлах кристаллической решетки обуславливают их электропроводность и придают алмазам голубоватый оттенок.

Алмазы в промышленном производстве

Ювелирные алмазы — весьма прибыльный бизнес для NDT и подобных компаний, но уже сегодня отчетливо прослеживается другой, более приоритетный и, по всей вероятности, долгосрочный тренд. Технический директор NDT Александр Колядин любит повторять: «Если из алмаза изготовить уже ничего больше нельзя, сделай бриллиант». В действительности наиболее перспективным направлением рынка крупных высококачественных синтетических алмазов можно с уверенностью назвать промышленность. «Ни один природный алмаз не может быть использован в специальной оптике или электронике, — говорит Александр Колядин, — поскольку в них изначально слишком много дефектов. А вот пластины, вырезанные из алмазов нашего производства, располагают почти идеальной кристаллической решеткой. Поэтому некоторые исследовательские организации, которым мы предоставляем наши образцы для изучения, с трудом верят в полученные результаты измерений — настолько близки они к идеальным. При этом удается достичь еще одного существенного результата — обеспечить повторяемость характеристик, что для ряда промышленных направлений оказывается принципиально важно. Алмазы — это своего рода теплоотводы, окна для специальной оптики и синхротронов, это силовая микроэлектроника, над созданием и совершенствованием которой сейчас работают во всем мире».

Львиную долю доходной части бюджета компании пока обеспечивают ювелирные алмазы. Вместе с тем, складывающиеся тенденции позволяют предположить, что уже в ближайшие годы спрос на синтетические алмазы и алмазные пластины для специальной оптики, микроэлектроники и других высокотехнологичных промышленных сфер возрастет в прогрессии.

«Промышленное направление пока составляет 20% нашего производства, но года через три мы планируем довести его до 50%, тем более что спрос быстро растет. Сейчас мы в основном делаем пластины 4 х 4 и 5 х 5 мм, вырезали по заказу несколько 7 х 7 и 8 х 8 мм и даже 10 х 10 мм, но говорить о массовом производстве пока преждевременно. Наша очередная цель, — говорит Николай Хихинашвили, — переход к изготовлению дюймовых алмазных пластин. Это тот «золотой размер» и необходимый минимум, который очень востребован в массовой электронной и оптической промышленности. И для получения таких пластин потребуется вырастить кристалл алмаза массой в сто карат». Предоставить первые «прототипы» таких пластин в NDT планируют уже к концу текущего года.

На этом всё, с вами был простой сервис для выбора сложной техники Dronk.Ru. Не забывайте подписываться на наш блог, будет ещё много интересного.

Спонсор поста кэшбэк-сервис LetyShops. Возвращайте деньги за любые покупки в интернете. Подробнее о том что такое кэшбэк-сервис читайте в нашей статье Выбираем кэшбэк-сервис на 6-летие Алиэкспресс

Источник