Выращивание искусственных алмазов как бизнес

Свойства и методы производства искусственных алмазов

Минералы и полезные ископаемые имеют свойство заканчиваться в недрах земли. Но у людей есть потребность в использовании различных минералов, в том числе и алмазов. Поэтому с развитием технологий начинается разработка и переход на искусственную добычу камней. Искусственные алмазы практически ничем не отличаются на сегодняшний день от натуральных минералов. По виду камни сложно отличить даже геммологам, что свидетельствует о высоком уровне сходства.

Ценные свойства алмаза

Конечно, даже развитие аппаратуры и технологий еще не стало причиной полного перехода от природных камней на синтетические алмазы. Пока компании по выращиванию алмазов в лабораториях руководствуются принципом «два из трех»:

Два из трех критериев выбирается в процессе, но пока предел или идеал не достигнут, ученым есть к чему стремиться.

Большинство людей видят в магазинах алмазы уже в обработанном виде в качестве бриллиантов. Камни оправляются в драгметаллы и выступают в роли дорогостоящих украшений.

По химическому составу бриллиант является углеродом с особым строением кристаллической решетки. Происхождение минералов точно не известно. Существует даже теория космического происхождения алмазов. Наверное, поэтому сложно полностью повторить или воссоздать картину образования камня в лаборатории.

Первые попытки синтезировать камень начались после исследования структуры алмаза — она очень плотная, кристаллическая решетка состоит из атомов, соединенных ковалентными сигма-связами. Разрушить эти соединения легче, чем их сформировать.

Несмотря на то что бриллиант является украшением номер один, камень используется во многих сферах, помимо ювелирного дела. Именно этот фактор и натолкнул ученых на синтез искусственных камней. А еще алмаз имеет уникальные характеристики с точки зрения химии и физики:

Самая высокая твердость (10 из 10 по шкале Мооса). Даже состав сплава стали не настолько твердый, как алмаз.
Температура плавления вещества 800-1000 градусов Цельсия с доступом кислорода и до 4000 градусов Цельсия без доступа кислорода, с дальнейшим превращением алмаза в графит.
Алмаз используется в качестве диэлектрика.
У минерала самая высокая теплопроводность.
Камень обладает люминесценцией.
Минерал не растворяется в кислоте.

Выход на рынок синтетических алмазов может случиться в один момент и стать неожиданностью. Алмазная индустрия претерпит изменения, уменьшатся объемы продаж. Из камня начнут изготавливать полупроводники. Из-за высокой температуры плавления, полупроводники из алмаза можно разогревать до больших показателей, чем кремний. При температурах около 1000 градусов Цельсия кремний в микросхемах начинает плавиться и отключается, а алмаз продолжает работать.

Искусственный алмаз — действительно полезная вещь в науке и производстве. Среди ученых, которые занимаются синтезом алмазов для промышленности распространена такая поговорка: «Если ничего нельзя сделать из алмаза, сделайте из него бриллиант».

Методики создания вещества

Первые попытки получить алмаз искусственный начались еще в конце XVIII века, когда стало известно о составе камня, но технологии не позволяли воссоздать нужную температуру и давление для образования минерала. Только в пятидесятых годах XX века попытки синтеза вещества увенчались успехом. Среди стран, выращивающих алмазы, были США, ЮАР, Россия.

Оборудование для создания искусственных алмазов

Первые синтетические алмазы были далеки от идеала, но сегодня камни практически неотличимы от природных алмазов. Процесс выращивания является трудоемким и материально затратным. Существует несколько вариантов и форм синтеза алмаза:

Способ получения HPHT-алмазов. Эта методика близка к природным условиям. При ней необходимо соблюдать температуру 1400 градусов Цельсия и давление в 55000 атмосфер. В производстве используются затравочные алмазы, которые кладут на пласт из графита. Размер затравочных камней до 0,5 миллиметров в диаметре. Все компоненты размещают в специальном устройстве, напоминающем автоклав в определенном порядке. Сначала располагается основа с затравкой, потом идет сплав металла, который является катализатором, затем прессованный графит. Под воздействием температур и давления ковалентные пи-связи графита преобразуются в сигма-связи алмаза. Металл в процессе плавится, и графит оседает на затравку. Синтез продолжается от 4 до 10 дней, все зависит от требуемых размеров камня. Весь потенциал методики не раскрыт, и не все ученые доверяли этой технологии, пока не увидели созданные крупные кристаллы ювелирного качества. Огранка у полученных камней одинаковая.
Синтез CVD-алмазов. Аббревиатура расшифровывается, как «осаждение из пара». Второе название процедуры — пленочный синтез. Технология более старая и проверенная, чем HPHT-производство. Именно она создает промышленные алмазы, которые можно использовать даже для лезвий в микрохирургии. По технологии также нужна подложка, на которую помещается алмазная затравка и все это располагается в специальных камерах. В таких камерах создаются вакуумные условия, после чего пространство заполняется газами водорода и метана. Газы разогреваются с помощью СВЧ-лучей до температуры 3000 градусов Цельсия, и углерод, который был в метане, оседает на основу, которая остается холодной. Синтетический алмаз, созданный по этой технологии, получается более чистым, без примесей азота. Эта методика напугала большинство концернов, добывающих камень в природе, поскольку она способна дать чистый и большой кристалл. Такой камень практически не будет иметь металлических примесей и его сложнее будет отличить от натурального. Алмазы, полученные по этой технологии, можно будет использовать в компьютерах в качестве полупроводника вместо кремниевых пластин. Но для этого необходимо усовершенствовать методику выращивания, поскольку пока размеры получаемых алмазов ограничены. Сегодня параметры пластин доходят до отметки 1 сантиметр, но через 5 лет планируется достижение планки в 10 сантиметров. А стоимость карата такого вещества не будет превышать 5 долларов.
Способ взрывного синтеза — одна из последних задумок ученых, позволяющих получить искусственный алмаз. Методика дает возможность получить искусственный камень за счет детонации взрывчатых веществ и последующего охлаждения после взрыва. Кристаллы в результате получаются мелкие, но способ приближен к естественному образованию минералов.

А еще недавно возникло направление, позволяющее создавать мемориальные алмазы. Эта тенденция позволяет увековечить память о человеке в камне. Для этого тело после смерти поддается кремации, а из праха изготавливается графит. Далее графит используется в одном из способов синтеза алмазов. Так, камень содержит в себе останки тела человека.

Поскольку все способы дорогостоящие, нередко в ювелирном деле используют не искусственные вещества, а подделки или другие разновидности камня. Стекляшка среди алмазов — самая дешевая и устаревшая практика. На сегодняшний день она неудачная, поскольку распознать подлинник от подделки можно легко — достаточно царапнуть камень или посмотреть на игру света. Чаще всего в качестве бриллиантов продают фианиты.

Перспектива развития синтеза алмаза

Будущее синтетического алмаза начинается именно сегодня. Искусственный минерал стал символом времени, и вскоре у людей появится доступ к недорогим и красивым изделиям. Но пока технологии находятся на стадии развития и совершенствования. Например, лаборатория в Москве способна выращивать по вышеперечисленным технологиям до 1 килограмма алмазов в год. Конечно, этого мало для обеспечения потребностей промышленности. Дальнейшие обработки добываемых камней также требуют времени и оборудования.

Поэтому пока добыча алмазов ведется традиционными способами, и никто не отказывается от разработки новых месторождений, открытия кимберлитовых трубок. Как только появилось производство искусственных алмазов, компания De Beers — практически монополия на рынке алмазов — начала переживать о своем бизнесе. Годовой оборот концерна составляет до 7 миллиардов долларов в год. Но пока синтетические камни не являются конкурентами натуральным алмазам, а их доля на рынке достигает всего 10%.

А еще, вместе с синтезом, развивалась и геммология, которая позволяет рассказать о происхождении камня. Синтетические алмазы можно легко отличить от натуральных. В качестве признаков выделяют:

включения металлов в камнях из лаборатории;
секторы роста, которые определяются в цветных алмазах;
разный характер люминесценции алмазов.

Технологии и знания ученых совершенствуются с каждым днем. Процесс запущен, над ним работают специалисты. В скором времени мир увидит результаты и, возможно, даже откажется от традиционной добычи алмазов из недр земли.

Источник

Бизнес план по выращиванию алмазов

Вырастить искусственный алмаз стремилось множество ученых, с тех пор, как возникла теория о том, что это возможно. В наше время, бизнес по созданию синтетических камней очень популярен и алмазы делают даже из праха кремированных людей.

Лабораторные кристаллы: подделка или полноценная замена

Называть синтетические алмазы копией – неправильно. Скорее, это один и тот же минерал, произведенный разными путями. Стоит отметить, что единственные различия между ними – это способ появления. В одном случае камни рождаются в природе, в другом, к их созданию прикладывает руку человек.

Произведенный в лаборатории искусственный камень, приобретает все свойства «настоящего» камня:

прочность;
структуру;
блеск;
коэффициент преломления;
удельный вес;
теплопроводность;
сопротивляемость.

Любопытно, что только 20% добытых в природе алмазов можно использовать для создания ювелирных украшений. У остальных камней бывают микротрещины, вкрапления и помутнения. При использовании качественных технологий, отличить естественный минерал от искусственного затруднительно, даже при наличии лабораторного оборудования.

Альтернативные названия в науке и простонародье

В научном мире, синтетические алмазы называются по технологии, с которой связано их производство. Существуют HPHT-алмазы, что означает – созданные под высоким давлением и температурой. А CDV-алмазы расшифровываются как химические осаждения из пара. О самих технологиях мы расскажем вам далее.

Но искусственные бриллианты не всегда являются его полной копией. Встречаются такие виды, как фианит, муассанит, страз, сегнетоэлектрик, рутил, фабулит и церуссит. Диоксид циркония является наиболее распространенной «подделкой», не имеющей ничего общего с настоящим алмазом.

Незнающие люди, называют искусственный бриллиант фианитом, что является большой ошибкой. Конечно, он прекрасно имитирует алмаз, благодаря прочности и преломлению. Некоторые эксперты не могут «на глаз» отличить его от оригинального камня. Поэтому, их широко используются в ювелирной промышленности.

Путешествие в прошлое

Поговорим о том, сколько прошло лет с момента появления гипотезы, что получить синтетические алмазы возможно. Впервые, об этом заговорили в 1797 году, выяснив, что камень полностью состоит из углерода. Но, реализовать идею удалось только в 1926 году, но и это нельзя назвать полным успехом. Полученный образец был далек от оригинала, но стал отправной точкой в исследованиях.

Только в 1941 году технологией заинтересовалась компания General Electrics. Их план заключался в том, чтобы нагреть углерод до 3000 градусов под давлением 5 гПа. Но, производство пришлось прекратить из-за 2-ой мировой войны. Вернуться к исследованиям удалось спустя 10 лет.

Качественный алмаз искусственное происхождения, подходящий для массового производства, удалось получить только в 1954 году. Но, его размеры были так малы, что использовать его в ювелирной отрасли было невозможно. Их бизнес распространился на промышленность. Решить проблему удалось в 1970 году, но и тогда камни не достигали более 1 карата.

Сегодня, все изменилось и в лабораториях могут выращивать действительно большие камни. Максимальный размер искусственного бриллианта, занесенного в Книгу рекордов Гиннеса, составляет 34 карата.

Цветовая гамма лабораторных камней

Многих людей интересует, какие оттенки принимают выращенные в лаборатории алмазы. На сегодняшний день, ученым удается «красить» синтетические камушки в два цвета: желтый и синий. Но, наибольшей популярностью пользуются бесцветные бриллианты, хотя для их создания и требуется больше времени и усилий.

Получать прозрачные искусственные бриллианты сложно потому, что необходимо постоянно следить за тем, чтобы в состав не попал бор или азот. К созданным такими усилиями камням, относятся наиболее трепетно и ценят даже небольшие по размеру образцы в 1 карат.

Голубые синтетические алмазы получают, примешав к углероду бром. Их оттенки различны: от густо-синего до бледно-голубого. Для получения желтых бриллиантов используют азот. Тогда, цвет получается от кислотно-лимонного до пламенно-оранжевого. Для получения черных камней в лаборатории необходим никель.

Сферы применения и открывающиеся возможности

Около 80% создаваемых алмазов применяются в промышленности и других областях человеческой жизни. Например, производство подшипников, наконечников для сверл. Из небольших камушков можно сделать алмазную крошку и порошок, использующиеся для напыления ножей или шлифовального инструмента.

Большую роль синтетический алмаз играет в электронике. Из них создают иглы, прослойки в микросхемах и счетчиках, чтобы сохранить теплопроводность и сопротивление. И это только примерный рынок сбыта, где можно реализовать качественные искусственные камни.

Для производства алмазов, выращенных методом CVD, самая главная роль – высокотехнологичные сферы. Они необходимы для создания мобильных телефонов. Их используют при воспроизводстве лазерных лучей, применяемых в медицине: с их помощью лечат множество смертельных заболеваний. Поэтому, роль синтетических камней огромна.

Технологии, прошедшие проверку и системы будущего

Расскажем, как вырастить алмаз в лабораторных условиях. Современный завод для, их изготовления, использует две технологии. Первая по популярности и возникновению, – HPHT. Она основана на нагревании углерода под высоким давлением. Ее главное преимущество – относительно невысокая стоимость получаемых камней.

Как делают алмазы по методике CVD можно понять, если представить газовую камеру. Внутри находится углеводородный газ, осаживаемый на кремниевую пластину путем нагревания или при помощи СВЧ-излучения. В результате реакции получается пластина в 2-3 мм толщиной. Поэтому, ее основная отрасль применения – оптика и электроника.

В некоторых лабораториях, выращивающих синтетические камни, распространена «взрывная» технология производства алмазной крошки. Она основана на том, что при взрыве создается высокое давление и выделяется много тепла. Главное – быстро опустить камеру в воду, чтобы не дать алмазу перейти в состояние графита.

Проблема «взрывной методики» в том, что драгоценная крошка находится внутри графита. Ее необходимо вымывать путем кипячения в азотной кислоте на протяжении суток, при температуре 250 градусов.

Красивая смерть: новая технология получения драгоценностей

В 1999 году ученые научились получать алмаз из праха человека или животного. Через 3 года, технология получила широкую огласку и создание бриллиантов из останков превратилось в прибыльный бизнес. Методика не стоит на месте. Ранее для производства камня, требовался весь пепел от кремации, но сегодня хватает и локона волос.

Когда кремируют человека, требуются очень высокие температуры. Благодаря этому и появилась возможность сохранять близких в драгоценностях. Но, цена на такое захоронение не маленькая: 5000-22000 долларов.

Получить камень из праха близких, можно за 12-14 недель, в зависимости от сложности заказа. Размер таких бриллиантов – от 0,25 до 2 карат. Цена различается в зависимости от цвета и размера. Для создания одного карата желтого алмаза, потребуется 100 г праха или 35-40 г волос и 6250 долларов. Для выращивания голубого минерала, затрачивается 500 г пепла или 100 г волос. Его цена начинается от 11750 долларов за карат.

Финансовая сторона вопроса

А теперь прикинем, сколько будут стоить бриллиантовые украшения из искусственных алмазов. Многие недооценивают значимость этих камней, а между тем, их цена иногда выше природных аналогов. Причин несколько:

визуально они неотличимы;
у них нет вкраплений, что называется «камень чистой воды»;
они прочнее, так как не имеют трещин;
их цвет не тускнеет;
они менее прихотливы.

Стоимость камней зависит от их массы, качества огранки и методики создания. Наиболее распространенный диоксид циркония (наиболее известное название – фианит), стоит всего 1,5-6 долларов за карат. А вот стоимость муассанита колеблется от 75 до 155 долларов.

Сравнительные характеристики

Прежде чем начать планирование собственного бизнеса по выращиванию искусственных алмазов, важно понять, что синтетический минерал и природный камень – совершенно одинаковы. Соберем вместе все важные для потребителя свойства и сравним их.

Данные для анализа приведены в таблице:

Исходя из таблицы, можно сделать вывод, что они идентичны. Различается время получения алмазов. Естественный и искусственный рост занимают принципиально различный срок. Если для образования природных камешков необходимы миллионы лет, то получить их в лаборатории можно за несколько часов.

Следует понять, что алмазы – это исчерпаемый ресурс, и рано или поздно, все перейдут на синтетические камни (и промышленность и ювелирка). Хороший бизнесмен должен иметь план для их создания и реализации, чтобы остаться в тренде.

Узнали что-то новое? Сделайте репост.

Чтобы не пропустить новые публикации, подписывайтесь на канал и ставьте лайк.

Еще больше историй читайте на нашем сайте «Пульс Камня».

Источник