Cele mai mari diamante din lume sunt produse nu în Africa, nu în Australia, nu în India și nu în Yakutia, ci în vecinătatea Sankt-Petersburg. Mai exact, nu ajunge și crește.
Roman Kolyadin, director de producție, îmi arată un mic atelier de lucru într-unul dintre tehnoparcile de lângă Sestroretsk. Magazinul este pustiu, doar o duzina de prese hidraulice stau de-a lungul peretilor. Aceasta este „depozit“ - în interiorul preselor la temperaturi și presiuni ridicate, pentru microni microni cresc diamante absolut fără cusur. Pe panourile de control al controlorilor de la fiecare raportare reflectă setările curente, dar cererile romane de a lua o imagine, astfel încât aceste date nu au fost incluse în cadrul: „Principiile generale de sinteză diamant sunt bine cunoscute și utilizate în industrie pentru mai mult de o jumătate de secol. Dar detaliile modurilor de sinteză sunt una din know-how-ul companiei noastre. " Atrag atenția asupra aparatelor de climatizare de precizie care susțin microclimatul din magazin cu o zecime de grad. Este într-adevăr nevoie de o astfel de precizie? "Amintiți-vă, am închis imediat ușa din spatele nostru pentru a evita o schiță? - explică Roman. - Abaterile mici în regimul de temperatură pot afecta serios calitatea diamantului și nu spre bine. Și ne străduim întotdeauna să obținem calitatea ideală. "
Procesul de creștere a cristalelor singulare de diamant la temperaturi ridicate (circa 1500 ° C, cu gradientul necesar) și presiune ridicată (50-70 mii atm). Presa hidraulică presează un recipient special în interiorul căruia există o topire metalică (fier, nichel, cobalt etc.) și grafit. Pe substrat se plasează una sau mai multe semințe - mici cristale de diamant. Prin cameră, un curent electric curge, încălzind topitura la temperatura dorită. În aceste condiții, metalul servește drept solvent și catalizator pentru procesul de cristalizare a carbonului pe o sămânță sub formă de diamant. Procesul de creștere a unui mare sau a mai multor cristale mai mici durează 12-13 zile.
Ei s-au uitat la natura
Istoria diamantelor sintetice începe la sfârșitul secolului al XVIII-lea, când oamenii de știință au înțeles în cele din urmă că această piatră este carbonul în compoziția sa. La sfârșitul secolului al XIX-lea, au existat încercări de a transforma variantele ieftine de carbon (cărbune sau grafit) într-un diamant dur și strălucitor. Mulți oameni de știință bine cunoscuți au făcut declarații despre sinteza de succes, cum ar fi chimistul francez Henri Moissan sau fizicianul britanic William Crookes. Mai târziu, însă, sa constatat că nici unul dintre ei nu a reușit să obțină succes, iar primele diamante sintetice au fost obținute abia în 1954 în laboratoarele companiei General Electric.
Un proces mai ieftin de depunere a diamantului dintr-un mediu gazos de hidrocarburi ionizate pe un substrat încălzit la 600-700 ° C. Creșterea unică a cristalelor utilizând CVD necesită un substrat de cristal unic de cristal cultivat cu HPHT. Când este depus pe diamant siliconic sau policristalin, se obține o placă policristalină, care are o aplicare limitată în electronică și în optică. Rata de creștere este de la 0,1 la 100 pm / h. Grosimea plăcilor este de obicei limitată la 2-3 mm, deci diamantele tăiate din acesta pot fi folosite ca bijuterii, dar dimensiunea lor, de regulă, nu depășește 1 carat.
Procesul, folosit pentru sinteza în GE, a fost "urmărit" prin natură. Se crede că diamantele pământ sunt formate în mantaua la sute de adancime kilometri sub suprafața pământului, la temperatură ridicată (aproximativ 1300 ° C) și presiune ridicată (aproximativ 50.000 atm.) Și apoi transportate la rocile magmatice de suprafață, cum ar fi kimberlite și lamproites. GE Developers sertizate printr-o cutie de presă, în interiorul căruia este grafit, și se topesc fier-nichel-cobalt, care acționează ca solvent și catalizator. Acest proces a fost denumit HPHT (temperatură înaltă de înaltă presiune - presiune ridicată, temperatură înaltă). Este această metodă mai târziu a devenit o reclamă pentru diamante industriale ieftine și pulberi de diamant (produce în prezent de miliarde de carate pe an), iar în anii 1970 cu ajutorul învățat să facă bijuterii și pietre de până la 1 carate, deși o calitate foarte medie.
Cum sa cresti un diamant
Cele două tehnologii principale pentru producția industrială de diamante sintetice sunt HPHT și CVD. Există o serie de tehnici exotice, cum ar fi sinteza de nanocristale de diamant sau grafit cu explozia unei metode experimentale de obținere a particulelor de grafit micron diamant de suspensie în solvenți organici sub acțiunea cavitatie cu ultrasunete.
workaround
Până de curând, metoda HPHT a rămas foarte subevaluată. "Când am cumpărat echipamentul în urmă cu câțiva ani, cu toții am spus cu toții că presele industriale sunt potrivite doar pentru sinteza pulberilor diamante", spune Nikolai Khikhinashvili. Toate resursele au fost alocate pentru dezvoltarea CVD, iar tehnologia HPHT a fost considerată o nișă, niciunul dintre experți nu a crezut că ar putea să crească cristale destul de mari. Cu toate acestea, potrivit lui Nikolai, specialiștii companiei au reușit să-și dezvolte propriile tehnologii de sinteză, ceea ce a făcut ca efectele bombei să explodeze în industrie. Cu câțiva ani în urmă, într-un raport al uneia dintre laboratoarele gemologice, a fost scris: "Greutatea acestui diamant este de 2,30 carate! O magnitudine asemănătoare a diamantului, până de curând, a fost garantul originii sale naturale. "
Tăierea diamantelor pentru a produce diamante spumante -
Procesul este lung și nu prea impresionant pentru o persoană neinviniată. Atât diamantele cultivate, cât și diamantele naturale sunt prelucrate exact în același mod.
Cei mai buni prieteni ai fetelor
"Desigur, nu suntem singurii care cresc diamante mai mari de 5-6 carate", explica Nikolai. "Dar toți ceilalți respectă principiul" doi din trei ": mare, de înaltă calitate, viabil din punct de vedere comercial. Suntem primii care am învățat să primim diamante mari de înaltă calitate la un preț accesibil. La 32 de prese putem crește de aproximativ 3.000 de carate pe lună, și că pietrele de calitate foarte înaltă - diamante de culoare D, E, F și puritatea nealterate IF la SI, în principal, de tip II. 80% din produsele noastre - această bijuterie diamante cu o greutate de la 0,5 la 1,5 carate, cu toate că putem crește pentru a comanda un diamant de orice dimensiune ". Ca dovadă, Nicholas îmi dă un cristal de dimensiunea unei monede de 10 ruble: "Acesta este, de exemplu, 28 de carate. Dacă o limitați, veți obține un diamant de 15 carate. "
"Cum consumă diamantele cultivate de consumatori?" Ei bine, - spune Nikolai, - în special tineret modern. Este important pentru ei ca aceste diamante să nu aibă conflicte și să fie create de oameni cu ajutorul tehnologiilor înalte, fără a se amesteca în natură. Prețul este cam jumătate. Desigur, certificatul spune că pietrele sunt cultivate, dar poartă un inel cu diamant, nu un certificat! Și pentru proprietățile fizice și chimice, diamantele noastre sunt identice cu cele naturale ".
Două cuvinte pe litera "A": diamant și azot
În funcție de conținutul de azot, diamantele sunt clasificate drept unul dintre cele două tipuri principale. Diamantele de tip I conțin până la 0,2% azot, ale cărui atomi sunt localizați în zonele de reticulare prin grupări (la) sau singure (Ib). Tipul I predomină printre diamantele naturale (98%). De regulă, aceste pietre sunt rareori incolore. Diamantele de tip IIa practic nu conțin azot (mai puțin de 0,001%), dintre pietrele naturale sunt doar 1,8%. Chiar mai puțin frecvent (0,2%) diamante non-diamante cu impurități de bor (IIb) sunt întâlnite. Atomii de bor în locurile de reticulă cristalină provoacă conductivitatea lor electrică și dau o nuanță albăstrui diamantelor.
De la bijuterii la industrie
Bijuterii diamante sunt o parte profitabilă a afacerii NDT, dar mâine face parte dintr-o altă direcție. Directorul tehnic al NDT Alexander Kolyadin îi place să spună: "Dacă nu puteți face nimic din diamant, faceți un diamant". De fapt, piața cea mai promițătoare pentru diamante sintetice de înaltă calitate este industria. "Nici un diamant natural nu este potrivit pentru utilizarea în optică specială sau electronică", spune Alexander Kolyadin. "Sunt prea multe defecte în ele." Iar plăcile, tăiate din diamante, au o latură de cristal aproape perfectă. Unele organizații de cercetare, cărora le furnizăm eșantioanele noastre de studiu, nu pot să cred în parametrii măsurați - ei sunt atât de ideali. Și nu numai eșantioanele individuale - putem asigura cu încredere repetabilitatea caracteristicilor, care este vitală pentru industrie. Diamantele sunt chiuvete de căldură, sunt ferestre pentru optică specială și pentru sincrotroni și, bineînțeles, microelectronică de putere, a cărei creare lucrează acum peste tot în lume ".
Până în prezent, cea mai mare parte a profitului provine din fabricarea diamantelor pentru piața bijuteriilor
Cu toate acestea, cel mai probabil, în următorii ani va exista o cerere imensă pentru diamante cultivate și plăci diamantate pentru optica specială, microelectronică și alte aplicații industriale de înaltă tehnologie.
"Sectorul industrial reprezintă încă 20% din producția noastră, dar în trei ani planificăm să-l ridicăm până la 50%, mai ales că cererea crește rapid. Acum facem în principal plăci de 4 x 4 și 5 x 5 mm, tăiate la comandă mai multe 7 x 7 și 8 x 8 mm și chiar 10 x 10 mm, dar acest lucru nu este încă o producție de masă. Scopul nostru următor, spune Nikolai Khikhinashvili, este trecerea la fabricarea plăcilor de diamante inch. Acesta este cel minim care este foarte solicitat în industria de masă electronică și optică. Pentru a obține astfel de plăci, trebuie să crești un cristal de diamant cântărind o sută de carate. Acesta este planul nostru pentru viitorul apropiat. " "Timp de un deceniu?" - clarific. Nikolai mă privește cu mare surpriză: "Deceniul? Vom face acest lucru până la sfârșitul anului. "