Какие виды синтетических алмазов существуют и как их производят? Как выбрать?

Существует три основных метода производства промышленных алмазов, то есть синтетических алмазов, а именно: метод высокого давления и высокой температуры (HPHT), метод взрыва и метод химического осаждения из газовой фазы (CVD). В следующей статье будут кратко описаны методы производства этих трех типов алмазов, а также характеристики производимых алмазов, чтобы клиенты могли разобраться и найти наиболее подходящий вариант.

1. Высокая температура и высокое давление (HPHT)

Как мы все знаем, алмаз состоит только из одного компонента — углерода (C). Графит также состоит из углерода (С), но они имеют разную структуру. Структура SP² графита представляет собой двумерную молекулярную плоскость с трехсторонней координацией (КЧ=3), тогда как структура SP³ алмаза представляет собой трехмерное молекулярное тело с четырехсторонней координацией (КЧ=4). Поэтому, если графиту придать достаточное давление и температуру, то есть достаточно энергии и соответствующие катализаторы, его можно превратить в алмаз. Как правило, для превращения графита в алмаз требуется высокая температура 1200–1500 градусов Цельсия и совокупное давление 50 000–70 000 атмосфер. Существует два основных метода производства такого оборудования, а именно: двухсторонняя крышка и шестисторонняя крышка. Однако, поскольку себестоимость и эффективность производства шестигранной вершины могут быть ниже, чем у двухгранной вершины, более 90% алмазов, получаемых при высоких температурах и давлении, в настоящее время производятся этим методом.

2. Метод взрыва

Существует два вида добычи алмазов взрывным методом:

1. Прямой синтез: Взрывчатые вещества воспламеняются в закрытом пространстве. В результате взрыва газа в космосе большое количество атомов углерода сталкиваются друг с другом, создавая высокое давление. При отсутствии кислорода атомы углерода во взрывчатых веществах мгновенно сжимаются, превращаясь в шлак. Полученные таким образом алмазные частицы чрезвычайно малы и имеют большую удельную поверхность, поэтому они будут поглощать большое количество примесей. Этот метод прямого синтеза подходит для производства монокристаллических наноалмазов.
2. Использование ультразвуковой ударной волны для воздействия на графит: Другой взрывной метод заключается в использовании ультразвуковой ударной волны для воздействия на графит, в результате чего графит мгновенно превращается в микро- или наноалмаз. Фактически, процесс изготовления заключается в равномерном смешивании графитового и медного порошков, а затем в использовании изостатического прессования для изготовления круглого стержня. Круглый стержень герметизируется стальной трубкой с вакуумным барьером, а затем вокруг него заполняется несколько тонн взрывчатого вещества. После поджигания взрывчатки стальная трубка сжимается от одного конца до другого. Графит в трубке мгновенно подвергнется воздействию температуры в тысячи градусов и давления в 200 000–300 000 атмосфер. В течение нескольких микросекунд графит превратится в алмаз. Алмазы, полученные этим методом производства, являются поликристаллическими с большим количеством дефектов и по внешнему виду напоминают попкорн или картофель. Поэтому этот метод в основном используется для производства поликристаллических нано- или микроалмазов.

3. Паровое осаждение CVD

Метод осаждения из паровой фазы, также известный как CVD-алмаз, является относительно новым методом выращивания алмазов.

Вакуумная камера заполняется углеродсодержащим газом (метаном), а на дне вакуумной камеры образуется углеродная плазма. Плазма непрерывно осаждается на нижнем слое углерода на дне камеры давления. Весь процесс кристаллизации будет длиться несколько недель. Образующиеся хлопьевидные кристаллы обычно имеют черные неровные края. Кристаллы часто имеют коричневый цвет, но это можно устранить путем термической обработки. Кристаллы алмаза, выращенные методом химического осаждения из газовой фазы, в основном имеют коричневый или светло-серый цвет, но если в вакуумную камеру добавить небольшое количество азота или бора, можно вырастить желтые, розово-оранжевые или синие кристаллы. Этот метод можно использовать и для выращивания бесцветных кристаллов, но цикл роста при этом будет более продолжительным. Большинство алмазов, выращенных методом CVD-синтеза, относятся к типу IIa, в то время как большинство бесцветных алмазов, выращенных методом CVD-синтеза на рынке, представляют собой коричневые кристаллы, отбеленные методом HPHT-отжига. Алмазы, выращенные методом CVD-синтеза и методом HPHT-синтеза, имеют разные геммологические свойства. Алмазы, выращенные методом химического осаждения из газовой фазы, как правило, обладают более высокой прозрачностью и практически не содержат мелких темных включений.