Искусственные алмазы: как выглядят, как их получают и где они используются?

Алмазы выделяются уникальной плотностью структуры, позволяющей камню выдерживать большие нагрузки и высокие температуры. Это свойство применяется при космических опытах и разработках, в производстве медицинских приборов и точных часов, ядерной промышленности. После огранки красивый минерал превращается в бриллиант, который высоко оценивается ювелирами. Современные технологии позволяют создать его в искусственных условиях, снижая цену без потери качества.

Для активного использования в промышленном масштабе искусственные алмазы стали выпускаться с 1993 года. Их качество было настолько высоким, что ювелирам требовалось проведение специальных тестов для определения подлинности камней. Для обычного потребителя разница не была очевидна вовсе, поэтому многие компании стали применять кристаллы для создания роскошных украшений.

В современных лабораториях выращивают несколько видов этого синтетического камня: церусситы, фабулиты, стразы, сегнетоэлектрики, муассаниты. Наиболее красивым и чистым считается кубик диоксида циркония, который называется «фианит». Он используется во многих областях промышленности, дополняет коллекции модных домов Thomas Sabo и Pandora.

Основные особенности искусственно выращенных алмазов:

• низкая стоимость по сравнению с натуральными камнями (цена меньше в 10–15 раз);
• легкость огранки;
• отсутствие скрытых дефектов, которые влияют на твердость (пузырьков воздуха, трещин);
• полная имитация настоящего бриллианта после огранки.

Среди любителей красивых камней также разделились мнения о свойствах ненатурального камня. Некоторые из них считают, что только настоящий алмаз способен отгонять злых духов, охранять своего владельца от порчи и сглаза, помогает ему в коммерческих делах.

Искусственно созданные камни в последние годы разрабатывают известные бренды Diamond Foundry, Helzberg s Diamond Shops и LifeGem. Этот бизнес в США считается наиболее прибыльным и перспективным, так как вред для окружающей среды минимален. К тому же многие геологические опыты доказывают, что период формирования алмазов в природе окончен. Поэтому разработка новых месторождений скоро отойдет в прошлое.

Настоящие алмазы пользуются популярностью уже несколько столетий. Дорогостоящие бриллианты украшали царские одежды и короны, передавались по наследству и входили в золотой запас казны многих стран. Даже на сегодняшний день ограненные минералы являются лучшим капиталовложением, которое только возрастает в цене каждый год.

Первый искусственный алмаз был получен в 1950 году шведскими учеными в лаборатории компании ASEA. После исследования их опыт повторила американская фирма General Electric в 1956 году, усовершенствовав технологию. В течение нескольких десятилетий появлялись новые способы и разработки, которые позволили менять оттенок, форму и размеры синтетического минерала. В 1967 году был получен патент на выращивание ювелирных камней.

История их получения в Советском Союзе начинается с первого камня, который был синтезирован в Институте физики и высоких давлений в конце 50-х годов прошлого века. Но активную работу в этом направлении проводит ученый О. И. Лейпунский, выпустивший множество научных трудов и расчетов еще в 1946 году.

Настоящий прорыв случился в начале 60-х годах прошлого века, когда молодые ученые Московской лаборатории высоких давлений создали специальный пресс. С его помощью удалось наладить масштабный выпуск сверхпрочных камней: объем достигал тысячу карат в сутки. Все произведенные технические алмазы использовались для нужд ракетостроения и машиностроения, шли на экспорт, принося миллиардные прибыли.

В последние годы в России новые технологии разрабатываются частными ювелирными домами и научными лабораториями.

Искусственные алмазы, выращенные в лабораториях ведущих химических компаний, трудно отличить от настоящего камня по прозрачности и яркости блеска. Но все известные методы требуют больших капиталовложений, являются трудоемкими.

НРНТ или High Pressure, High Temperature – это наиболее распространенная технология. В основу синтетического фианита ученые закладывают настоящие камни величиной в 0,5 мм. В специальной камере, по принципу работы напоминающей автоклав, создается сочетание температуры не менее 1400°С и давления в 55000 атмосфер. На натуральную базу накладываются разные химические соединения, пласты графита.

После 10 дней такого воздействия возникают прочные сигма-связи, соединения вокруг основы формируются в твердый и прозрачный камень.

Эта технология является одной из первых в выращивании искусственных минералов. Она широко используется при необходимости создания особо прочного и острого алмазного покрытия, создания высококачественных алмазов. Все компоненты и алмазная подложка закладываются в специальные камеры, которые создают вакуум. После заполнения метаном начинается воздействие СВЧ-лучей, хорошо известных по работе микроволновой печи. При высокой температуре химические соединения углерода начинают расплавляться и соединяться с основой.

CVD технология дает алмазы высокого качества, которые по свойствам не уступают настоящим. На их основе разрабатывается технология замены износостойких плат компьютеров, диэлектриков и сверхтонких скальпелей в офтальмологии.

Одной из последних разработок является способ взрывного синтеза. Она основана на сочетании резкого нагрева химической смеси с помощью взрыва и последующего замораживания полученного минерала. В результате получается синтетический алмаз с природными свойствами, произведенный из кристаллического углерода. Но высокая себестоимость заставляет химиков искать новые варианты синтеза каменной массы.

Среди всех алмазов синтетические камни занимают только 10% рынка. Недорогие кристаллы фианита применяются для изготовления женской бижутерии. Знаменитые дома моды украшают ими вечерние наряды, сумочки и обувь, используют в эксклюзивном декоре.

Более 90% искусственных алмазов находят применение в промышленности. Основные направления:

• высокоточные шлифовальные станки, инструменты для резки твердых материалов;
• микроэлектроника и изготовление компьютеров;
• оборонная промышленность;
• робототехника;
• уникальные лазеры для операций на глазах;
• машиностроение;
• новые станки в металлургии;
• ракетостроение.

Среди последних достижений – использование синтетического алмаза для изготовления искусственного хрусталика. Операции по пересадке показали, что чистота и легкость огранки делает имплантат идеальным для пациента.

Промышленность выпускает синтетический алмаз, настолько похожий на природный кристалл, что для его идентификации требуется ряд лабораторных тестов. Рассмотрим наиболее распространенные различия.

• Все искусственно выращенные алмазы имеют специальное клеймо. Оно сообщает название компании или лаборатории, которая произвела изделие.

• Для осмотра лучше использовать не лупу, а мощный микроскоп. В мастерских дефекты выявляют с помощью спектрографа, просвечивают под лучами ультрафиолета.

• Настоящие бриллианты не реагируют на электромагнитное поле. В качестве метода проверки можно использовать это свойство: синтетический камень притягивается к сильному магниту.

• Если необходимо идентифицировать бриллиант в домашних условиях, его кладут на белую плотную бумагу. При внимательном рассмотрении становятся заметны зоны роста, которые возникают при формировании слоя углерода под высоким давлением.

• Природные камни создаются из мельчайших монокристаллов, поэтому имеют однородную структуру. Ненатуральные изделия при детальном рассмотрении под микроскопом словно составлены из множества микроскопических кристаллов.

Всего за 10-15 секунд они позволяют с точностью до 95-98% отличить синтетику от натурального камня, дают максимум информации о качестве и структуре кристалла.

О производстве синтетических алмазов рассказано в следующем видео.