Развитие науки техники не останавливается ни на секунду. Человечество летает в космос, использует аддитивные технологии, чтобы изготавливать новые и более сложные изделия, развивает технологии по выращиванию человеческих органов. Вместе с этим учёные не забывают о том, что ресурсы нашей планеты не безграничны и надо бы меньше добывать минералы и другие ископаемые.
В середине XX века люди научились самостоятельно выращивать алмазы, и сегодня мы об этом поговорим.
Первые упоминания об успешном производстве синтетического алмаза датированы 1953 годом. Родоначальниками стали учёные умы из Швеции, а в 1961 году получили лабораторный камень и в СССР.
Такая острая необходимость в камнях была вызвана ростом потребности промышленности и появлением новых устройств, которым требовались характеристики природного алмаза. Например, только 20% от добытых в шахтах камней можно использовать в украшениях. Большинство не подходит для этого из-за таких причин, как различные микротрещины, помутнения и примеси в структуре. С появлением различной сложной оптики и электроники потребность в кристаллах выросла в разы, причём добыча начинала отставать от потребностей и запросов.
На данный момент порядка 80% создаваемых искусственным путём алмазов применяются в промышленности. Спектр применения крайне широк: инструмент для обработки твёрдых материалов, полупроводники и, конечно же, изготовление ювелирных изделий.
Самыми производительными и распространенными методами являются HPHT, CVD и детонация. О них мы и расскажем.
HPHT — высокое давление и температура
Этот способ наиболее приближен к тому, как появляются камни в природе. Его сущность заключается в следующем: берётся многотонный пресс, в который помещается металлическая капсула с углеродом. Затем под воздействием огромного давления и температуры в 1500 °C капсула начинает плавиться, атомы углерода начинают двигаться к специальным затравкам — что приводит к появлению и росту алмазов.
CVD — химическое осаждение из газа
Если предыдущий метод более подходит для массового получения камней, то CVD нашло себя в лабораторных исследованиях. Причина проста: химическое осаждение углерода на затравку из смеси водород-углерод позволяет учёным регулировать и оттачивать все особенности получения кристаллов. Можно регулировать химический состав, получать плёнки для дальнейших исследований, прежде чем запускать их в массы. Порядок температур здесь небольшой, всего-то 800 °C. Вся суть кроется в газовой атмосфере камеры и излучении (часто используют всем известное микроволновое излучение или лазер). Интересный факт — камеры, в которых экспериментируют, проходят предварительное кварцевание смотровых окон, так как эти окошки могут неблагоприятно сказываться на структуре получаемого алмаза, отдавая ему свои атомы кремния.
Детонация
Учёные смогли и здесь найти применение для большого взрыва. В основе лежат те же закономерности, как и в HPHT-методе: большое давление и температура. Но из-за скоротечности и нестабильности процесса накладываются определённые ограничения на получаемое сырьё. Так, данным методом не изготавливают большие алмазы, а уж тем более алмазы для ювелирной промышленности. В большинстве своём их используют как абразив.
С методами разобрались. Но после всего этого может возникнуть вопрос: а зачем? В чём преимущество? Первое — можно всегда отрегулировать кристаллическую структуру и примеси, тем самым обеспечить приток высококлассных алмазов на прилавки ювелирных магазинов. Второе — благодаря тому, что мы можем регулировать структуру, перед нами открывается огромный спектр развития компьютерных технологий за счёт улучшения тепло- и электропроводности.
Так что современные синтетические алмазы могут потягаться со своим природным собратом за место на рынке ювелирных украшений.
