Доброго времени суток, дорогие друзья! Что общего между алмазом и графитовым стержнем простого карандаша? Все верно, оба они состоят из атомов углерода. Однако, графит мягкий, а алмаз несокрушим, как настоящий «адамант» (10 баллов по шкале Мооса). Как это может быть? И каким образом на свет рождаются искусственные алмазы?

Действительно, оба минерала состоят из одинаковых атомов , но их структура совершенно разная. У алмаза каждый атом углерода находится в центре треугольной пирамиды – тетраэдра. Такая кристаллическая решетка очень плотная, связи в ней сильные.

Структура графита подобна стопке монет: листы его кристаллической решетки, состоящие из шестиугольников атомов углерода, лежат слоями. Связь между слоями слабая, они легко сдвигаются. Поэтому твердость графита минимальна (1 балл по шкале Мооса).

Существует ли способ превратить невзрачный графит в сверкающий адамант? Удивительно, но такая технология существует.

Когда копия не хуже оригинала: искусственные алмазы

Синтетический алмаз – это копия, созданная нами «по образу и подобию» оригинала – природного камня. У нее точно такая же структура, свойства и другие параметры.

Однако, синтетическая копия нисколько не уступает оригиналу. Судите сами: синтетические, а вернее сказать, синтезированные алмазы превосходят натуральные по твердости и чистоте, лучше поддаются огранке.

Искусственные камни радуют полным отсутствием дефектов своих настоящих «собратьев» (микротрещины, вкрапления, помутнения). При этом они значительно дешевле драгоценных алмазов.

Впервые успешное создание адаманта было осуществленов 1950 г. учеными компании ASEA (Швеция).

В 1956 г. американская фирма «General Electric» получила наипервейший алмаз, положивший начало потоковому фирменному производству искусственных камней. Это событие повергло рынок драгоценных камней в состояние шока.

За пару лет до этого, без особой шумихи, была запатентована другая технология выращивания алмазных кристаллов. Сначала их ювелирное качество вызывало сомнения, но в конце 80-х годов, с развитием новым технологий, процесс роста был усовершенствован и обрел новую жизнь.

Стало возможным, меняя режим синтеза, выращивать камни самых разных цветов: красные, голубые, желтые, коричневые. Такая фантазийная окраска в природе встречается очень редко: всего несколько десятков на миллион белых камней.

Исторический факт: император Павел I заплатил за красный бриллиант небольшого размера 100 тысяч рублей. В то время корову можно было купить за 5 рублей.

На мировом рынке первые синтезированные камни появились в 1993 г. С этого времени они широко используются в ювелирном деле, науке, технике и медицине.

Выпускаются синтетические кристаллы нескольких категорий:

• обычной прочности
• повышенной прочности
• высокой прочности
• монокристалли­ческие.

За год мировая добыча природных алмазов составляет 26 тонн. За тот же период (по данным Diamond Trading Company) только в производство драгоценных камней и украшений поступает до 200 тонн их синтетических алмазов!

Где используют синтетические алмазы

Искусственные адаманты используют в ювелирном деле. Потребители относятся к выращенным алмазам позитивно, в особенности современная молодежь. Поколению HiTec нравится этот высокотехнологичный продукт, идентичный по свойствам природному камню. При этом цена такого бриллианта вдвое ниже.

Ювелирные камни синтетического производства – по-настоящему прибыльный бизнес. Но вряд ли синтетика заменит природные адаманты в ювелирной отрасли. Сегодня не так много компаний, которые производят бесцветные монокристаллы. Да и скорости роста таких кристаллов довольно малы – около 1-2 мг/час. Таким образом, на выращивание кристалла в 1 карат (200 мг) уйдет около 5 суток.

Главное предназначение синтетических кристаллов связано с промышленным использованием. По словам Александра Колядина, технического директора российского алмазного холдинга: «Если из алмаза уже ничего больше нельзя изготовить, сделай бриллиант».

Действительно, высококачественные синтетические камни чрезвычайно востребованы в промышленности.

• Их безупречные кристаллы используются в специальной оптике, микроэлектронике, изготовлении синхротронов.
• Синтетические алмазы применяются для производства сверхмощных лазеров для медицины и оборонной промышленности.
• Выращенные кристаллы идеально подходят для компьютерных технологий, так как выдерживают более высокие температуры, чем кремниевые чипы. Это увеличивает долговечность и надежность электроники.
• Синтетические алмазы широко используются в виде алмазного порошка в машиностроении, металлургии, оборонном комплексе.
• Алмазные пасты из синтетических кристаллов применяются при изготовлении особо точных деталей, к чистоте поверхности которых предъявляются особые требования.
• Почти все высококачественные шлифовальные и режущие инструменты созданы с применением синтезированных алмазных кристаллов.
• Медицинские инструменты – еще одна важная сфера применения. Например, алмазный скальпель превосходит металлический по прочности. Его лезвие идеально ровное. Это особенно важно в офтальмологии, где необходимо свести к минимуму травмирование глаза при операции. Швы после такого скальпеля заживают очень быстро.
• Алмазные хрусталики имеют наиболее высокий коэффициент преломления и биосовместимость, поэтому они становятся все более популярными.

Неудивительно, что производство алмазов для промышленных целей идет вперед семимильными шагами. Сегодня оно превышает 5 миллионов карат. Лидируют в выращивании промышленных кристаллов Китай, США, Япония, Россия, Ирландия, ЮАР.

Как делают алмазы

В природных условиях алмазы образуются в земной мантии, при температуре 1300°С, под давлением 50000 атмосфер. Когда подземный вулкан делает мощный «выдох», раскаленные газообразные вещества мантии прорываются наружу, вынося на поверхность драгоценные камни. Так образуется легендарная кимберлитовая трубка Южной Африки – длинный колодец, уходящий на глубину до 150 км.

Как полагают геологи, эра формирования крупных алмазов завершилась. Земная мантия больше не является источником драгоценных кристаллов.

Возможно, в эпоху своей геологической молодости наша планета была более горячей, чем сегодня.

Если «материнской утробой» природных алмазов является мантия Земли, то их синтетические «сводные братья» вправе считать таковой лабораторию. Сегодня существует две основные промышленные технологии потокового производства синтетических адамантов: HPHT и CDV.

1. Первая основана на синтезе кристаллов из расплавленного углерода при самом высоком давлении и участии металлов-катализаторов. Это термобарический способ: high-pressure high-temperature (HPHT).
2. При использовании второй технологии адамант осаждают в виде пленочки из углерода в виде газа, а значит из плазмы, для создания которой необходима электрическая дуга. Это метод химического осаждения из газовой фазы: chemical vapor deposition (CDV).

Выращивание алмазов – дело кропотливое. Так, при HPHT-технологии в особые тубусы помещают порошок графита, сплавы металлов-катализаторов (железо, кобальт, никель), затравки-зародыши (алмазные кристаллы небольших размеров). В течение 12-13 суток с помощью гидравлического пресса поддерживается давление 50−70 тыс. атмосфер. При температуре 1500°С жидкий металл растворяет графитный порошок. Полученная масса устремляется к «зародышам», инициируя рост искусственных кристаллов.

При CVD-методе выращивания лабораторных кристаллов специальная пластина «засевается» алмазными «зародышами». Затем пластину помещают в специальную камеру. В условиях высокого вакуума, при температуре 3100°С молекулы углерода осаждаются из углеводородного газа (метана), формируя на пластине алмазы. Эта технология более энергоемкая и требует газообразного углеродного сырья. Но это с лихвой окупается скоростью производства.

Как отличить выращенные камни от природных?

На самом деле, задача непростая. Не каждый ювелир сможет отличить синтетический алмаз от естественного. Однако у потребителя все же есть шансы избежать покупки синтетического украшения по цене природного.

Разумеется, исследования подобного рода требуют специального оборудования, которым располагают лишь самые известные геммологические лаборатории. Их экспертное заключение (сертификат) может дать 100%-ную гарантию природного происхождения продаваемого бриллианта.

По мнению специалистов компании «De Beers», мирового алмазного монополиста, достоверному распознаванию подлежат абсолютно все синтетические алмазы и бриллианты.

Приборы для идентификации

Компания «De Beers» первой разработала специальные приборы для идентификации кристаллов: «DiamondSure» и «DiamondView».

Прибор «DiamondSure» позволяет проводить проверку камней методом абсорбционного анализа, выявляя изменения поглощения света за счет микроэлементных включений.

В ходе такого анализа 98% природных кристаллов проходят проверку. Остальные 2% природных алмазов, все синтетические бриллианты и камни-имитаторы направляются на дальнейшее тестирование на приборе «DiamondView».

Работа этого прибора основана на методе флюоресценции. Он сочетает в себе источник ультрафиолетового излучения и электронный микроскоп.

Генерируя флюоресценцию исследуемых камней, прибор позволяет увидеть очертания секторов роста в синтетических бриллиантах. При этом, возможна диагностика бриллиантов как ординарных, так и фантазийных цветов.

Не отстает от «De Beers» и Геммологический институт Америки (GIA). Он создал прибор «DiamondCheck», принцип работы которого основан на инфракрасной спектроскопии. Прибор позволяет дилерам алмазных бирж проводить экспресс-проверку камней: время тестирования составляет всего 10 секунд.

Приборами «DiamondCheck» оснащены Клуб алмазных дилеров (Нью-Йорк), самые крупные алмазные биржи Южной Африки, Израиля, Гонконга, Дубая, Шанхая, Токио, а также Индийская алмазная биржа.

Алмазная лаборатория «HRD Antwerp» в Антверпене тоже внесла свою лепту в распознавание природных и выращенных алмазов. Ее последняя новинка — прибор «M-Screen», позволяющий обнаруживать синтетические камни в несколько раз быстрее, чем DiamondCheck от GIA.

Дорогие друзья! Заканчивая разговор об алмазах, уместно вспомнить известную строчку песни Мэрилин Монро о «лучших друзьях девушки» – бриллиантах.

Команда ЛюбиКамни

Синтетический, или искусственный, алмаз – имитация , ничем не уступающая оригиналу. Синтезированные алмазы не имеют дефектов, более чистые и , чем натуральные.

Синтетические алмазы производят в лабораториях по нескольким методикам. Чтобы их изготовить, требуется дорогостоящее оборудование и качественное сырье. Наиболее известны HPHT-алмазы или CVD-алмазы.

Качественный синтетический бриллиант (алмаз, подвергшийся обработке) внешне не отличается от оригинала, а также совпадает по физико-химическим свойствам. Поэтому более грамотное название для таких камней – «выращенные (или созданные) в лаборатории», т. к. понятие «синтетические» у людей обычно ассоциируется с некачественной имитацией.

Быстрая скорость синтеза искусственной копии (камень массой 1 карат создается 5 суток) позволяет заметно снизить цену на него, в сравнении с натуральным камнем.

В настоящее время зафиксирован самый большой искусственный алмаз массой в 34 карата.

Искусственные аналоги самоцвета производят в наибольших количествах в Китае, США, Японии, России, Ирландии, ЮАР.

Разновидности искусственных алмазов: , муассанит, циркон, топаз, белый сапфир, гранат алюмоиттриевый, стразы.

Дополнительно смотрите про муассанит:

История камней

В XVIII веке ученые выяснили химическое строение натурального минерала. Тогда же впервые родилась мысль о том, чтобы воссоздать его искусственным путем. Долгое время попытки создания синтетического алмаза терпели крах. Но в 1920-х годах это все-таки удалось. Был создан первый искусственный алмаз.

Новинка не отличалась совершенством, поэтому ученые не стояли на месте. В 1940-х годах ученые США, Швеции, СССР занялись вплотную этим вопросом.

Мелкие искусственные самоцветы хорошего качества были произведены в 1953 году шведским ученым, сконструировавшым установку, в которой образец сжимался поршнями с разных сторон. А начиная с 1970 года, специалисты научились синтезировать крупные алмазы, не уступающие оригиналу. С 1990-х годов появился новый метод – синтез с подрывом.

Цветовая гамма лабораторных камней

Наиболее востребованными считаются традиционные бесцветные алмазы. Во время их синтезирования требуется особое внимание, т. к. случайные примеси, попавшие в состав, добавят оттенок.

Из цветных принято изготавливать:

• желтые (примесь азота);
• синие (примесь бора);
• черные (примесь никеля).

Реже изготавливают розовые, сиреневые, красные, зеленые.

Оттенки цветных синтетических аналогов могут быть от бледных, едва заметных, до насыщенных.

Посмотреть эту публикацию в Instagram

Как выращивают кристаллы

Для производства искусственных алмазов используют несколько технологий.

1. HPHT – термобарический способ (температура и давление). Камни, полученные этим методом, стоят относительно недорого, т. к. затраты не высоки. Суть заключается в нагреве (1500 градусов) углерода под высоким давлением (50000–70000 атмосфер) при участии металлов-катализаторов.
2. CVD – метод химического осаждения из газовой фазы. Камни, выращенные данным методом, используют в оптике и электронике. С помощью нагревания (3100 градусов) или СВЧ-излучения углеводородный газ (метан) осаживают на кремниевую пластину. Получается пленочка толщиной 2–3 мм.
3. Взрывной синтез. Из под высоким давлением за счет детонации взрывчатых веществ производят искусственную копию.
4. Ультразвуковая кавитация. В органический растворитель добавляют суспензию графита при нормальных условиях, и под действием ультразвуковой кавитации выращивают искусственный минерал.

В настоящее время наиболее популярно получение алмазов с помощью первых двух методик.

Смотрите передачу о производстве синтетических камней:

Сферы применения и открывающиеся возможности

Идеальные самоцветы используются в ювелирном деле. Несовершенные же экземпляры используются в промышленности.

1. Промышленные алмазы используют в производстве подшипников, сверл.
2. Из алмазной крошки делают напыления режущего и шлифовального инструмента.
3. Алмазный порошок применяют в металлургии, машиностроении, оборонном комплексе.
4. Алмазные пасты используют для создания особо точных деталей.
5. Синтетические кристаллы используют в электронике для создания игл, прослоек в микросхемах, счетчиках.
6. В медицине используют для производства инструментария, сверхмощного лазера.
7. Высокие технологии тоже не обошлись без синтетического алмаза – его используют при создании сотовых телефонов.

Сравнительные характеристики камней

Внешне отличить искусственный самоцвет от натурального очень сложно. Имитация не имеет ни вкраплений, ни дефектов, имеет те же физико-химические свойства, что и оригинал.

Но отличает имитацию и оригинал сроки и пути получения самоцвета. Натуральные камни формируются миллионы лет в естественной среде, копии же изготавливаются за считанные часы (1–2 мг/ч) в лабораториях.

Увидеть различия можно с помощью профессионального оборудования. При увеличении в 80 раз и более видна зернистая структура синтетического камня. А еще известно, что они реагируют на магнит. Если положить самоцвет на белый лист бумаги и при этом по краю камня будет видна белая полоса, то скорее всего он искусственный.

В условиях специализированной лаборатории можно найти отличия с помощью флюоресцентного анализа, Рамановской и инфракрасной спектрометрии, спектроскопии.

Разработаны специальные приборы для идентификации кристаллов: «DiamondSure» и «DiamondView».

В продолжение темы смотрите видеосюжет:

Стоимость синтетических кристаллов

Внешне оригинал и имитация – неотличимы: нет ни примесей, ни дефектов. Стоимость за диоксид циркония начинается от 1,5 долларов за 1 карат, муассанита – от 75 долларов за 1 карат. Желтый алмаз стоит от 200 долларов, а розовато-оранжевый – от 3000 долларов за 1 карат.

Натуральные алмазы – ресурс, который в скором времени иссякнет. По некоторым данным, земля уже исчерпала ресурсы для производства натурального минерала. Поэтому производство искусственных самоцветов все больше и больше набирает популярность.

Знали ли вы о существовании искусственных алмазов? Рассказывайте о своем опыте в комментариях. Делитесь статьей с друзьями в соцсетях. Всего доброго.

26 мая 2015 года Международный геммологический институт (IGI) в Гонконге выдал сертификат на необычный рекордный бриллиант массой 10,02 карата, цвета E и чистоты VS1. Подобные драгоценные камни не такая уже и редкость в ювелирном мире, но уникальность данного случая состояла в том, что камень не был добыт из земных недр, а был огранен из 32-каратного кристалла синтетического алмаза, выращенного российской компанией New Diamond Technology (NDT). «Это далеко не первый наш рекорд, — говорит генеральный директор компании Николай Хихинашвили. — Предыдущий, 5-каратный, продержался всего два месяца».

Роман Колядин, директор по производству, показывает мне небольшой цех в одном из технопарков неподалеку от Сестрорецка. Цех безлюден, лишь полтора десятка гидравлических прессов стоят вдоль стен. Это и есть «месторождение» — внутри прессов, в условиях высоких температур и давлений, микрон за микроном растут абсолютно безупречные алмазы. На пультах управления контроллеров у каждого пресса отражаются текущие параметры, но Роман просит снимать картинку так, чтобы эти данные не попали в кадр: «Общие принципы синтеза алмазов хорошо известны и используются в промышленности уже более полувека. А вот детали режимов синтеза — одно из ноу-хау нашей компании». Я обращаю внимание на прецизионные кондиционеры, поддерживающие микроклимат в цеху с точностью до десятых долей градуса. Неужели в такой точности есть необходимость? «Помните, мы сразу же закрыли за собой дверь, чтобы избежать сквозняка? — объясняет Роман. — Небольшие отклонения в температурном режиме могут серьезно повлиять на качество алмаза, и не в лучшую сторону. А мы всегда стремимся получить идеальное качество».

Процесс выращивания монокристаллов алмаза при высокой температуре (около 1500 °C, с нужным градиентом) и высоком давлении (50−70 тыс. атм.). Гидравлический пресс обжимает специальный контейнер, внутри которого находится металлический расплав (железо, никель, кобальт и др.) и графит. На подложке размещается одна или несколько затравок — небольших кристаллов алмаза. Сквозь камеру протекает электрический ток, разогревающий расплав до нужной температуры. В этих условиях металл служит растворителем и катализатором процесса кристаллизации углерода на затравке в форме алмаза. Процесс выращивания одного крупного или нескольких более мелких кристаллов длится 12−13 суток.

Подсмотрели у природы

История синтетических алмазов начинается с конца XVIII века, когда ученые окончательно поняли, что этот камень по своему составу является углеродом. В конце XIX века были попытки превратить дешевые варианты углерода (уголь или графит) в твердый и блестящий алмаз. Заявления об удачном синтезе делали многие известные ученые, такие как французский химик Анри Муассан или британский физик Уильям Крукс. Позднее, правда, было установлено, что никто из них на самом деле успеха не добился, и первые синтетические алмазы были получены только в 1954 году в лабораториях компании General Electric.

Более дешевый процесс осаждения алмаза из ионизированной углеводородной газовой среды на подложке, разогретой до 600−700°С. Для выращивания монокристаллов с помощью CVD требуется алмазная монокристаллическая подложка, выращенная с помощью HPHT. При осаждении на кремний или поликристаллический алмаз получается поликристаллическая пластина, имеющая 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.

Процесс, который использовали для синтеза в GE, был «подсмотрен» у природы. Считается, что земные алмазы образуются в мантии, на глубине в сотни километров под поверхностью Земли, при высокой температуре (около 1300°С) и высоком давлении (около 50 000 атм.), а затем выносятся на поверхность магматическими породами, такими как кимберлиты и лампроиты. Разработчики GE обжимали с помощью пресса ячейку, внутри которой находился графит и железо-никелево-кобальтовый расплав, выступавший в качестве растворителя и катализатора. Этот процесс был назван HPHT (High Pressure High Temperature — высокое давление, высокая температура). Именно этот способ позднее стал коммерческим для получения недорогих технических алмазов и алмазных порошков (сейчас их производят миллиардами карат в год), а в 1970-х с его помощью научились изготавливать и ювелирные камни массой до 1 карата, хотя и весьма среднего качества.

Две основные технологии промышленного получения синтетических алмазов — это HPHT и CVD. Существует еще ряд экзотических методик, таких как синтез нанокристаллов алмаза из графита при взрыве или экспериментальный метод получения микронных алмазов из суспензии частиц графита в органических растворителях под воздействием ультразвуковой кавитации.

Обходной путь

С 1960-х годов в мире идет разработка еще одного метода синтеза алмазов — CVD (Chemical Vapor Deposition, осаждение из газовой фазы). В нем алмазы осаждаются на подогреваемую подложку из углеводородного газа, который ионизируется с помощью СВЧ-излучения или разогревается до высокой температуры. Именно на этот метод синтеза в начале 2000-х стали возлагать большие надежды и небольшие стартапы, и крупные компании типа Element Six, входящей в группу De Beers.

До последнего времени метод HPHT оставался сильно недооцененным. «Когда мы несколько лет назад покупали оборудование, нам все в одни голос говорили, что промышленные прессы пригодны разве что для синтеза алмазных порошков», — говорит Николай Хихинашвили. Все ресурсы выделялись на разработку CVD, а технология HPHT считалась нишевой, никто из специалистов не верил, что с ее помощью можно выращивать достаточно крупные кристаллы. Однако, по словам Николая, специалистам компании удалось разработать собственную технологию синтеза, которая буквально произвела в отрасли эффект разорвавшейся бомбы. Несколько лет назад в отчете одной из геммологических лабораторий так и было написано: «Вес данного бриллианта составляет 2,30 карата! Подобная величина бриллианта еще до недавнего времени была гарантом его природного происхождения».

Огранка алмазов для получения сверкающих бриллиантов — процесс долгий и не слишком впечатляющий для непосвященного человека. И выращенные, и натуральные алмазы обрабатываются совершенно одинаковым образом.

Лучшие друзья девушек

«Мы, конечно, не единственные, кто выращивает алмазы крупнее 5−6 карат, — объясняет Николай. — Но все остальные подчиняются принципу «два из трех»: крупные, качественные, коммерчески выгодные. Мы первые, кто научился получать крупные кристаллы алмаза высокого качества по приемлемой стоимости. На 32 прессах мы можем выращивать около 3000 карат в месяц, и это камни очень высокого качества — алмазы цвета D, E, F и чистоты от чистейших IF до SI, в основном типа II. 80% нашей продукции — это ювелирные алмазы массой от 0,5 до 1,5 карата, хотя мы можем вырастить под заказ алмаз любого размера». В качестве доказательства Николай протягивает мне кристалл размером с 10-рублевую монету: «Вот это, например, 28 карат. Если огранить его, получится бриллиант карат в 15».

В начале 2000-х мировой алмазный монополист, компания De Beers, была сильно обеспокоена грядущим выходом на ювелирный рынок синтетических алмазов, опасаясь, что это может подорвать бизнес. Но время показало, что бояться нечего — синтетические алмазы занимают очень малую долю ювелирного рынка. К тому же за это время были разработаны методы исследований, которые позволяют достаточно уверенно идентифицировать выращенные алмазы. Признаками синтеза являются включения металла, в цветных алмазах можно рассмотреть секторы роста, к тому же HPHT, CVD и натуральные природные алмазы в УФ-лучах имеют разный характер люминесценции.

В зависимости от содержания азота алмазы относят к одному из двух основных типов. Алмазы типа I содержат до 0,2% азота, атомы которого расположены в узлах кристаллической решетки группами (Ia) или по одиночке (Ib). Тип I преобладает среди природных алмазов (98%). Как правило, такие камни редко бывают бесцветными. Алмазы типа IIa практически не содержат азота (менее 0,001%), среди природных камней их всего 1,8%. Еще реже (0,2%) встречаются безазотные алмазы с примесью бора (IIb). Атомы бора в узлах кристаллической решетки обуславливают их электропроводность и придают алмазам голубоватый оттенок.

«Как относятся потребители к выращенным алмазам? Хорошо, — говорит Николай, — особенно современная молодежь. Для них важно, что эти алмазы бесконфликтны и созданы людьми с помощью высоких технологий без вмешательства в природу. Ну и цена примерно вдвое ниже. Конечно, в сертификате написано, что камни выращенные, но ведь носят-то кольцо с бриллиантом, а не сертификат! А по физическим и химическим свойствам наши алмазы идентичны природным».

Пока что большую часть прибыли дает изготовление алмазов для ювелирного рынка. Однако, скорее всего, в ближайшие годы возникнет огромный спрос на выращенные алмазы и алмазные пластины для специальной оптики, микроэлектроники и других высокотехнологичных промышленных применений.

От украшений к промышленности

Ювелирные алмазы — это прибыльная часть бизнеса NDT, но завтрашний день принадлежит другому направлению. Технический директор компании NDT Александр Колядин любит говорить: «Если из алмаза уже ничего больше нельзя изготовить, сделай бриллиант». На самом деле наиболее перспективный рынок для крупных высококачественных синтетических алмазов — это промышленность. «Ни один природный алмаз не годится для использования в специальной оптике или электронике, — говорит Александр Колядин. — В них слишком много дефектов. А пластины, вырезанные из наших алмазов, имеют почти идеальную кристаллическую решетку. Некоторые исследовательские организации, которым мы предоставляем наши образцы для изучения, с трудом могут поверить в измеренные параметры — настолько они идеальны. И не просто отдельные образцы — мы можем уверенно обеспечить повторяемость характеристик, что для промышленности жизненно важно. Алмазы — это теплоотводы, это окна для специальной оптики и для синхротронов, и, конечно, силовая микроэлектроника, над созданием которой сейчас работают во всем мире».

«Промышленное направление пока составляет 20% нашего производства, но года через три мы планируем довести его до 50%, тем более что спрос быстро растет. Сейчас мы в основном делаем пластины 4 х 4 и 5 х 5 мм, вырезали по заказу несколько 7 х 7 и 8 х 8 мм и даже 10 х 10 мм, но это пока не массовое производство. Наша следующая цель, — говорит Николай Хихинашвили, — это перейти к изготовлению дюймовых алмазных пластин. Это тот минимум, который очень востребован в массовой электронной и оптической промышленности. Для получения таких пластин нужно вырастить кристалл алмаза массой в сто карат. Это наш план на ближайшее будущее». «На десятилетие?» — уточняю я. Николай с огромным удивлением смотрит на меня: «Десятилетие? Мы собираемся сделать это до конца года».

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.

Искусственный алмаз

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»:

• качество;
• размер;
• рентабельность.

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.

В конце мая 2018 года в ювелирном мире произошло весьма важное событие: De Beers, одна из ведущих и самых известных алмазодобывающих и обрабатывающих компаний в мире, объявила о запуске бренда синтетических бриллиантов Lightbox для молодой аудитории. выяснила, кому это выгодно и почему «фальшивые» камни могут потеснить натуральные.

Эталон твердости

Алмаз, или, говоря научным языком, кубическая аллотропная форма углерода, - материал во всех отношениях уникальный. Самый твердый по минералогической шкале твердости Мооса (то есть с его помощью можно гранить все другие камни, включая предыдущий по шкале, корунд - сапфир и рубин). Также он широкозонный полупроводник и обладает очень низким коэффициентом трения по металлу (что позволяет использовать его в металлообработке - и в огранке, и в бурении), а также самым высоким (в сравнении с другими известными ученым материалами) модулем упругости и самым низким коэффициентом сжатия.

Однако изначально алмаз (в ограненном виде он называется бриллиантом) ценился за свои, так сказать, визуальные качества - блеск и игру (на физическом языке - высокий показатель преломления и дисперсию). В древности этот камень был очень редким, что связано с особенностями его добычи, и ценился выше всех других драгоценных камней. Со временем совершенствовались приемы и техника огранки бриллиантов, что позволяло усиливать их блеск, а также и способы добычи алмазов.

Но и обнаружение новых месторождений в XIX веке (крупнейшее - в районе реки Оранжевой на территории нынешней ЮАР), и новые технологии в горном деле не уменьшили дефицита натуральных алмазов, поскольку помимо своего ювелирного назначения они в новейшее время стали очень востребованными в науке и технике - благодаря их уникальным физическим качествам. Уже к середине XX века потребность в синтетических кристаллах с идентичными натуральному кубическому аллотропному углероду характеристиками стала очевидной.

Искусство против природы

Разрабатывать искусственные драгоценные камни начали одновременно в нескольких странах. Первыми в 1953 году синтетический алмаз получили шведы. Поскольку в середине прошлого века в центре внимания ведущих мировых держав были космическая гонка и гонка вооружений, то и СССР занимался синтетическими алмазами, нужными, помимо прочего, в ракетостроении. В Союзе в Физическом институте СССР - ФИАНе - создали так называемый фианит (кубический цирконий), а потом и технические алмазы. Они уступали лучшим природным алмазам, но по многим характеристикам устраивали тех, для кого создавались, использовались для микросхем, рентгеноаппаратуры, телескопов.

Сейчас о кубическом цирконии знают даже юные девушки: это популярная вставка в недорогих серебряных украшениях разных марок вроде Pandora и Thomas Sabo. Искусственные же бриллианты ювелирного качества в широкую продажу до сравнительно недавнего времени не поступали - чтобы их определяющие характеристики (чистота, от которой зависит потом преломление света, и цвет) соответствовали уровню, требуемому в ювелирном деле, нужны высокие технологии производства и оборудование, которое, грубо говоря, способно в лабораторных условиях сымитировать природную среду, в которой углерод-графит превращается в алмаз, и ускорить этот процесс, естественный ход которого занимает тысячелетия, до нескольких дней.

Ученые разработали две основные технологии синтеза искусственных алмазов, не уступающих по своим физическим и химическим характеристикам природным камням. Это HPHT (High Pressure, High Temperature, в переводе «высокое давление, высокая температура») и CVD (Chemical Vapor Deposition - «химическое осаждение из газовой фазы»). В первом случае используется пресс, электрический ток и нагревание до 1500 градусов Цельсия, во втором кристалл формируется из горячей реакционной газовой смеси путем конденсирования ее на особую подложку, или, как говорят специалисты, на контролируемую поверхность.

Казалось бы, все просто, но на самом деле изготовление камней большого размера, бесцветных и высокой чистоты - не такое уж простое дело. Технология CVD, которая, кстати, используется для нанесения устойчивого к царапинам покрытия на металлические поверхности, при попытке вырастить синтетические кристаллы дает не самый лучший результат: специалисты отмечают, что камни, выращенные, так сказать, из газа, не блещут во всех смыслах - у них есть заметный темный оттенок, который существенно понижает их ювелирные достоинства. Есть свои проблемы и у HPHT-технологии, и с производством очень крупных камней ювелирного качества, но ученые на то и ученые, чтобы решать проблемы.

Лучше больше и дешевле

Новый бренд Lightbox, созданный De Beers, далеко не первый в этом бизнесе. Синтетические алмазы уже несколько лет делают многие американские марки. Некоторые их них весьма примечательны. Например, один из инвесторов крупного калифорнийского производителя Diamond Foundry - голливудская звезда , а в Helzberg’s Diamond Shops Inc. вложился миллиардер . Есть компании, которые рекламируют себя как борцов за этику в ювелирном деле: скажем, American Grown Diamonds рассказывает, как вредны для экологии алмазные копи и как аморально угнетать на этих копях малооплачиваемых работников - не мучайте, мол, природу, покупайте синтетическое.

Марки LifeGem и Heart In Diamond и вовсе воплотили в жизнь сатирический роман Ивлина Во «Незабвенная» и делают бриллианты из биоматериала: прядей волос влюбленных, молочных зубов детишек и, если нужно, из праха дорогих покойников. У дебирсовского Lightbox маркетинговая стратегия не такая макабрическая: он просто рассчитывает на миллениалов, практичную молодежь нового поколения, которая не видит смысла переплачивать за физически идентичные камни только потому, что натуральный найден в природе.

А разница существенная: в Lightbox заявляют, что каратный камень традиционной для помолвочных колец круглой огранки будет стоить 800 долларов, что в десять раз ниже цены природного камня тех же характеристик цвета и чистоты. По большому счету, это демпинг: как отмечает , сейчас средняя стоимость карата синтетического камня других производителей составляет около 4 тысяч долларов, то есть не в десять раз, а только вдвое ниже цены природного чистого камня. , CEO De Beers, политику бренда объясняет просто: «Лабораторные бриллианты не представляют из себя ничего особенного. Они не натуральные, они не уникальные. Вы можете выпускать их постоянно, один за другим, и они все будут одинаковыми».

Кому выгодно

В позиции экономных миллениалов и откровенности Кливера есть свой резон. Не секрет, что большинство даже природных камней в ювелирных украшениях теряет в своей цене треть или около того сразу после покупки и не может рассматриваться как серьезная инвестиция. Речь, разумеется, об ординарных небольших камнях, которые покупает большинство потребителей во всем мире, а не об уникальных по своим характеристикам громадных абсолютно чистых бриллиантах или цветных бриллиантах редких оттенков (голубых, желтых, розовых).

Эти камни останутся инвестиционным капиталом и объектом желания всех, кто может себе позволить драгоценности класса люкс, или haute joaillerie. Их цена будет только расти, потому что природные камни, в отличие от лабораторно синтезированных, - ресурс невозобновляемый, и рано или поздно природные месторождения исчерпаются, хотя тот же De Beers и другие алмазодобытчики планомерно снижают объемы добычи природных камней: с 145 миллионов каратов в 2015-м до 142 миллионов в 2017 году. Объем производства синтетики, напротив, быстро растет: в 2014 году он составлял около 360 тысяч каратов, а в 2017-м - уже около 4,2 миллиона каратов.

Причины этому различны: медиа нередко транслируют широкой публике прекраснодушные заявления о необходимости беречь природу, этичности производства (о неэтичном производстве снят нашумевший фильм «Кровавый алмаз» с уже упомянутым Ди Каприо) и бережном отношении к природе. В реальности есть куда менее сентиментально-пафосная причина: снижение спроса во всем мире на дорогие природные камни из-за экономического кризиса и пересмотра молодежью системы ценностей и отношения к роскоши. Именно с ней De Beers, похоже, и намерен бороться, продавая миллениалам синтетические бриллианты.