Штучні діаманти

Штучні діамантиЗвичайно ж, спочатку діаманти, тому як діамант це вже оброблений алмаз, дорогоцінний камінь. Людство намагалося протягом багатьох століть створити золото, тому як це дорогий дорогоцінний метал, так само намагалися створити і діаманти. Правда, створення штучного діаманта стало більш успішним, ніж створення золота.

Історія штучних діамантів

Після відкриття і визнання алмазу як чистого вуглецю, що сталося в 1797 році, багато раз намагалися відтворити неймовірну красу і властивості алмазу за допомогою дешевих форм вуглецю. Найбільш успішними стали ранні роботи Джеймса Баллантіне Ханней в 1979 році і Фердинанда Фредеріка Анрі Муассана вже в 1893 році. Обидва вони нагрівали вугілля до температури 3500 градусів за Цельсієм, при цьому з високою швидкістю нагріву і з використанням заліза. На відміну від Ханне, який використовував для нагріву трубу, Муассан використовував електродугову піч зі стрижнями вуглецю всередині блоків вапна. Після нагріву розплавлене залізо швидко охолоджували за допомогою занурення в воду. Все це робилося для забезпечення високого тиску, щоб отримати алмази з вуглецю, матово-чорного графіту.

Багато вчених повторювали подібні експерименти в подальшому. Наприклад в 1909 році сер Вільям Крукс заявив про своєму успіху в цьому, а ще через кілька років, в 1917, Отто Йорж заявив, що створив алмази діаметром до 7 мм, правда, трохи пізніше він спростував свої заяви.

Уже в 1926 році все таки створили штучний діамант за допомогою методів різних вчених, про яких ми вже говорили вище. Зараз цей штучний діамант зберігається в музеї Канзасу, США. Але це був ще не той штучний діамант, який можна було б визнати і поставити на виробництво.

Видатний учений, інженер створив парову турбіну. Сер Чарльз Алджернон Парсонс творець найбільш повних і результативних методів «видобутку» штучних діамантів. Саме Сер Чарльз Алджернон Парсонс протягом 40 років намагався повторити досліди Муассана і Ханне, до того ж модернізував їх методи. Парсонс був вельми кропітким вченим, він зберіг всі свої отримані зразки для подальших аналізів незалежної сторони. Не дивлячись на всі свої досягнення Парсонс не рахував, що виробляє дрібні діаманти. Але вже в 1928 році він заявив в одній зі статей, що до цього часу, ніхто, абсолютно ніхто з учених не створив штучний діамант, а все, що створювалося ні що інше як синтетична шпінель.

Алмазний проект General Electric (GE)

Алмаз у каменіУ 1941 році GE і Norton, карборундові компанії уклали угоду для розвитку синтезу алмазів. Їм вдалося нагріти вуглець до температури 3000 градусів за Цельсієм при тиску 3,5 ГПа протягом пари секунд. Але Друга Світова війна не пройшла безслідно ні для кого, і тому проект був перерваний. Лише через 10 років, в 1951 році GE відновила роботу за цим проектом.

Над проектом по створенню штучних діамантів працювала група Скенектаді. Вони поліпшили ковадла від Персі Бриджмена, який отримав в 1946 році Нобелівську премію. Використовувалися ковадла карбіду вольфраму в гідравлічному пресі, вуглецевий зразок знаходився в спеціальному контейнері, де також використовувався пісок. Все ж умови синтезу були вельми невизначеним, і повторити експеримент знову не могли.

Лише в 1954 році 16 грудня нарешті створили перший штучний діамант вже на основі комерційного синтезу. Але світу оголосили про це лише в 1955 році 15 лютого. Найбільший алмаз зроблений новим, вже комерційним методом, був діаметром 0,15 мм. Звичайно ж, для ювелірних виробів цей камінь не годився, оскільки був занадто малий, крейда, можна сказати. Однак, таких розмірів штучний діамант цілком підходив для промислового використання. Роботу зі створення штучних діамантів (а поки що просто алмазів, так як камінь не підлягав ювелірної обробці) опублікували в журналі Nature. Далі GE розвивала процеси зі створення штучних алмазів, також в напрямку їх вирощування.

У Стокгольмі, 16 лютого 1953 року одну з основних електричних компаній виробників Швеції (Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget) стала займатися незалежним синтезом алмазів. Вже з 1949 року в команді ASEA з виробництва алмазів були п'ять вчених інженерів, що працюють над надсекретних проектом QUINTUS. Для своєї роботи вони використовували громіздкий апарат розрізної сфери, розроблений Больцаром. Тиск підтримувався на рівні 8,4 ГПа, протягом години. Таким чином вдалося отримати кілька невеликих алмазів, проте, зовсім не ювелірної якості і досить дрібні. Про ці роботи дізналися лише в 1980-х роках. Саме тоді в Кореї з'явився новий конкурент по створенню штучних алмазів — компанія Ільїн Алмаз. Після цього на ринок вийшов Китай, з сотнями підприємств.

Компанія Ільїн Алмаз придбала комерційну таємницю від колишнього співробітника GE і змогла синтезувати штучні алмази вже в 1988 році.

Штучний діамант ювелірної якостіМабуть, компанія GE стала першою з виробництва алмазів ювелірної якості, саме їх після обробки і стали називати штучні діаманти. Вперше такі алмази вдалося отримати в 1970 році, але світу повідомили про це лише в 1971. Це був метод по вирощуванню кристалів, створювалися спеціальні умови в контейнері з певними речовинами, під тиском і температурою. Перші дорогоцінні камені отримані таким чином були розміром близько 5 мм, приблизно 1 карат.

Перші камені ювелірної якості здобуті таким чином завжди від жовтого до коричневого кольору з-за забруднення азотом. Часом в таких каменях виднілися і пластинчасті включення з нікелю. Цю проблему вирішили додаванням алюмінію або титану в процес росту кристалу, а додавання бору допомогло створити сині камені. Правда, видалення азоту сповільнило процес зростання та якість самих кристалів.

Дуже цікавим є той факт, що не дивлячись на хімічну ідентичність штучно створених алмазів і природних алмазів, їх фізичні властивості істотно відрізнялися. Безбарвні камені володіли властивостями флуоресценції і фосфоресценції при короткохвильовому ультрафіолеті, але були інертні при довгохвильовому ультрафіолетовому. Серед природних алмазів лише рідкісні екземпляри блакитного кольору володіють подібними властивостями. Всі камені створені GE показали сильну жовту флуоресценцію в рентгенівських променях.

Найчастіше зростання синтетичних алмазів припиняли, коли вони виростали до 1 карата, або 1,5 карат, але лише через фінансові причини. Щоб виростити дорогоцінний камінь 25 карат, потрібно було витратити шість тижнів підтримуючи стабільні умови, і тільки тоді виходив камінь придатний для ювелірної обробки.

Технології виробництва алмазів

Технології виготовлення діамантівЄ кілька технологій виробництва штучних алмазів.

Оригінальний метод використовує високий тиск і високу температуру, він до цих пір широко використовується при створенні штучних діамантів, через відносно низькі витрати. Тут в хід йдуть великі машини, що важать сотні тонн і здатні створити тиск 5ГПа при температурі в 1500 градусів за Цельсієм. Другий метод використовує хімічне осадження парової фази. Існують також методи за допомогою вибухових і ультразвукових рішень.

Властивості штучно алмазу

Одне з найбільш важливих якостей алмазів, це відсутність кристалічних дефектів. Чистота, висока кристалізація, твердість, оптична дисперсія (або ж блиск дорогоцінного каменю), хімічна стабільність - ось основні властивості алмазу, завдяки яким він такий популярний в світі. Ще одна важлива властивість алмазу, це висока теплопровідність, що використовується при технічних застосуваннях дорогоцінного каменю.

Властивості штучного алмазу можуть відрізнятися у різних каменів, в залежності від того, як алмаз був створений. Лише висока оптична дисперсія властива всім коштовним каменям практично в однаковій мірі.

Кристалічність штучного алмазу

Алмазом може бути як один цілісний кристал, так і один кристал створений з безлічі більш дрібних кристалів. Монокристалічні алмази використовують для огранювання, це і є справжні дорогоцінні камені. Полікристалічні алмази непридатні для створення дорогоцінних каменів, їх використовують в промислових цілях.

Твердість штучного алмазу

Мабуть, одне з найвідоміших властивостей алмазу це його твердість. Твердість каменю, це його стійкість до подряпин, і у алмазу вона найбільша - 10 одиниць за шкалою Мооса. Твердість штучного алмазу залежить від його чистоти, кристалічної досконалості, і зовсім не обов'язково у всіх каменів буде дорівнювати 10. Найчастіше твердість штучного алмазу варіюється в межах від 3 до 7,5 одиниць.

Домішки і включення штучного алмазу

Виявляється, домішки і включення в штучно створених алмазах можуть бути спеціальними, для отримання будь-яких властивостей каменю. Чистий алмаз може служити електричним ізолятором, а ось вже алмаз з бором електричним провідником, що дозволяє використовувати його в електронній промисловості. Домішки азоту збільшують твердість алмазу, і його міцність.

Теплопровідність штучного алмазу

Чистий алмаз це хороший провідник тепла через сильний ковалентний зв'язок всередині кристалу. Теплопровідність у чистого алмазу найвища, серед усіх відомих твердих речовин. Збагачені монокристали синтетичного алмазу мають найвищу теплопровідність серед всіх матеріалів.

Картье – история  Булгари – история  Аукцион Кристис Красные алмазы и красные бриллианты Черный алмаз или карбонадо Девонширский изумруд Звезда Квинсленда Камни месяца Рубин Алан Каплан