Примерно 97 % алмазов, которые используются в промышленности — синтетические. Давайте разберём как их получают! Технологией производства синтетических алмазов владеют всего около десятка компаний во всем мире.
История
Желание синтезировать алмаз появилось у людей в конце XVIII века сразу, когда стало ясно, что от графита он отличается лишь кристаллической решёткой. С конца XIX века ученые предпринимали попытки превратить дешевые и доступные формы углерода (уголь или графит) в алмаз. Однако на практике, разрушить структуру алмаза оказалось легче, чем сформировать. Многие учёные сообщали миру о достигнутом успехе, однако реальных свидетельств не было. Первый искусственный алмаз, предъявленный миру, был получен в 1954 году в лаборатории компании General Electric.
Компания GE вдохновилась естественными процессами образования алмазов. По догадкам учёных, натуральные алмазы образуются при температуре 1300°С и давлении 50 000 атм. на глубине около двухсот километров под поверхностью Земли в толще мантии планеты. на глубине сотен. Лампроиты, кимберлиты и другие магматические породы выносят кристаллы на поверхность Земли.
Технология, имитирующая такие условия, называется HPHT (High Pressure High Temperature — высокое давление, высокая температура). Именно она была взята за основу при получении недорогих технических алмазов и алмазного порошка.
Как выращивают алмазы сегодня
На сегодняшний день существует множество технологий по производству алмазов, однако промышленность использует для этих целей преимущественно одну из двух технологий — это вышеупомянутая технология HPHT и технология CVD.
HPHT
Выращивание алмазов производится при высокой температуре (около 1500 °C, с нужным градиентом) и высоком давлении (50−70 тыс. атм.). В данном методе используются затравочные кристаллы алмаза (до 0,5 миллиметров в диаметре), которые кладут на пласт из графита. Сначала располагается основа с затравкой, потом идет сплав металла (железо, никель, кобальт и др.), который является катализатором, затем прессованный графит. Гидравлический пресс обжимает специальный контейнер со всеми вышеперечисленными компонентами. Сквозь камеру протекает электрический ток, разогревающий расплав до нужной температуры. Под воздействием температур и давления ковалентные пи-связи графита преобразуются в сигма-связи алмаза. Металл в процессе плавится, и графит оседает на затравку. На подложке может находится одна или несколько затравок, поэтому синтез продолжается от 4 до 13 дней, все зависит от требуемых размеров камня. — небольших кристаллов алмаза.
CVD
Синтез CVD-алмазов (Chemical Vapor Deposition, осаждение из газовой фазы). Второе название процедуры — пленочный синтез. Технология более старая и проверенная, чем HPHT-производство. С помощью этой технологии производятся промышленные алмазы, например для лезвий в микрохирургии. Алмазная затравка помещается на подложку в специальной камере. С помощью СВЧ-излучения углеводородный газ разогревается до высоких температур (~3000°С ), образуется ионизированный газ. Углерод, который был в газе, оседает на подложку, нагретую до температуры 600−700°С. Синтетический алмаз, созданный по этой технологии, получается более чистым, без примесей азота, однако он имеет 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.
Детонационный метод синтеза
Методы взрывного синтеза алмазов основаны на кратковременном воздействии высоких давлений и температур на углеродсодержащий материал (графит, уголь, кокс) и с быстрым последующим охлаждением образовавшейся алмаза, чтобы он не перешёл в более стабильную форму — графит. Для этого используются взрывчатые вещества. Таким способом получают алмазные нанокристаллы диаметром 5 нм.
Чем различаются природные и синтетические алмазы?
Одно из существенных отличий природных алмазов — дефекты кристаллической решетки, которые придают камням окраску. Например, желтый — последствие вкраплений атомов азота, коричневый и розовый оттенок камня — последствия искривления кристаллической решетки. При этом, управляя процессом создания, в искусственных алмазах можно добиться кристаллической решетки, близкой к идеальной, а чистота содержания углерода в них может доходить до 99,999%.
Чем отличается алмаз от графита можно узнать в этой статье.
Уважаемый читатель, очень рад что ты дочитал статью, Спасибо! Надеюсь тебе понравилось. Оценивай статью и пиши комментарии :)