05/2012 | Польский ювелир

Почти два столетия назад были сделаны первые серьезные попытки синтезировать алмаз. Успех закончился только во второй половине двадцатого века. Затем были обозначены два пути синтеза ювелирных изделий с бриллиантами, названные соответственно HPHT (высокое давление и высокая температура) и CVD (химическое осаждение из паровой фазы).

Уникальная роль бриллианта обусловлена ​​его необычайными свойствами. Природный алмаз - редкий товар, и здесь мало новых месторождений. Первые алмазные рудники находятся в эксплуатации более ста лет.

В настоящее время запущены, интенсифицированы горные работы, они будут работать максимум 20-25 лет. Можно рискнуть тезисом, что рентабельная добыча алмазов закончится в ближайшем будущем. Однако есть альтернатива - синтетический алмаз. Уже сегодня спрос на технический алмаз практически полностью покрывает синтетический алмаз. Только ювелирный бриллиант по-прежнему является натуральным бриллиантом. Хотя здесь ситуация созрела до фундаментальных изменений.

Создание бриллианта

Почти два столетия назад были сделаны первые серьезные попытки синтезировать алмаз. Успех закончился только во второй половине двадцатого века. Затем были обозначены два пути синтеза ювелирных изделий с бриллиантами, названные соответственно HPHT (высокое давление и высокая температура) и CVD (химическое осаждение из паровой фазы). Первый по существу дублирует естественный процесс и опирается на длительное высокое давление (5-6 ГПа) в высоком температурном градиенте (1350-1400 ° C) на углерод, растворяющийся в металлическом катализаторе, заставляя его мигрировать в ионизированной форме и оседать на алмазном ядре , Первые синтетические алмазные украшения были созданы американской компанией General Electric. Она сделала это в 1970 году. Алмазные драгоценности, изготовленные таким образом, изначально были очень дорогими. Они не были настоящей конкуренцией за природные алмазы. Тем не менее, улучшение HPHT прессы, особенно изобретение так называемых сферическая печать коренным образом изменила ситуацию уже в последнее десятилетие прошлого века.

Рис. 2. Нанокристаллические алмазные стержни
в сыром виде.

Последующие годы усилили полученное преимущество до такой степени, что в начале этого столетия синтетические ювелирные алмазы HPHT стали постоянным элементом ювелирного рынка. Сегодня они широко известны как синтетические алмазы Gemés. Второй способ заключается в нанесении на алмазное ядро ​​ионизированных атомов углерода в водородной оболочке (CVD или химическое осаждение из паровой фазы). Процесс протекает при отрицательном давлении (около 1/3 ат) и при относительно низкой температуре (около 1000 ° С). Идея возникла параллельно с методом HPHT. Тем не менее, с годами он не был улучшен из-за высокой конкурентоспособности метода HPHT. Только в семидесятые годы прошлого века японцы приступили к его совершенствованию. Вскоре оказалось, что это может быть очень многообещающим. В результате в начале прошлого десятилетия уже были произведены синтетические ювелирные алмазы, которые намного перевесили качество, размер и рентабельность проекта - аналогичные продукты метода HPHT, а также природы. Они быстро стали прочным и высококонкурентным элементом ювелирного рынка. Их стоимость изготовления сопоставима со стоимостью производства диоксида циркония. Они широко известны как синтетические алмазы Аполлона. До начала прошлого десятилетия казалось, что они будут единственными эффективными, недорогими методами синтеза ювелирных алмазов. Однако вскоре оказалось, что существует один очень выгодный способ синтеза ювелирных алмазов. Это синтез нанополиристаллических алмазов, называемых NPD (нанополистирольные алмазы). Происхождение этого метода восходит к недавнему рубежу тысячелетия, а точнее к 2003 году.

Рис. 3. Нанокристаллические алмазные стержни
и изготовлено
из них бриллианты.

Бриллианты не для ювелирных изделий

Природные поликристаллические алмазы известны давно. Из-за своих неадекватных свойств ювелирные изделия используются редко. К их наиболее характерным разновидностям относятся: карбононадо, поликристаллический агрегат из 2-40 мкм кристаллических алмазов и другие минералы. Это пористый и окрашенный в черный, серый или темно-зеленый цвет; Каменноугольные породы встречаются в аллювиальных отложениях Бразилии и Центральноафриканской Республики; общий вид напоминает кокс; его самородки могут достигать размера кулака ребенка. Другим вариантом является баллас или глобулярный поликристаллический агрегат кристаллических кристаллитов алмазного кристалла размером до 40 мкм; шарики шариков могут достигать даже десятка сантиметров в диаметре; они обычно имеют радиальную конструкцию; Помимо алмаза они также включают гранаты, магнетит, биотит, цирконий и кварц.

Рис. 4. Типичная арматура
из нанокристаллического
бриллиант: шар, бенгальский огонь,
куб.

Характерным вариантом является борт, то есть мелкокристаллический, анэдральный, обычно довольно загрязненный другими минералами, поликристаллическим алмазом или черным алмазом; Основным источником бортов являются конголезские месторождения (3/4 предложения). Попытки улучшить или скопировать эти виды природных явлений путем консолидации под высоким давлением и высокой температурой углерода, балласта или песка (мелкокристаллический синтетический алмазный порошок) предпринимались давно, но с небольшим успехом. До недавнего времени только поликристаллические алмазные композиты, уплотненные металлическим связующим, таким как кобальт, нашли свое промышленное применение. Новый подход к поликристаллическому алмазу был предложен исследовательской группой Центра геодинамики из Университета Эхимэ в Японии (Т. Ирифунэ, А. Курио, С. Сакамото, Т. Иноуэ, Х. Суми, 2003: Сверхтвердый поликристаллический алмаз из графита, Nature, 421, 599-600). Простое превращение графита в алмаз было выполнено в условиях, значительно превышающих фазовый баланс графит / алмаз. Это было сделано при 2300-2500oC при давлении 15-16 ГПа. то есть по параметрам, намного превышающим те, которые использовались до сих пор в подобных экспериментах. Применение очень высокого давления и очень высокой температуры, значительно превышающих фазовое равновесие графит / алмаз, превращает графит в спеченный композит с большим количеством нанокристаллов алмаза (рис. 1). Агломерат получил название нанополистрильного алмаза (NPD). Важно отметить, что такой синтез длится всего несколько десятков или около того минут, в то время как рост монокристалла размером 2-3 карата, синтезированного классическим методом HPHT, обычно длится несколько дней. В настоящее время цилиндрические стержни NPD диаметром чуть более одного сантиметра и весом в несколько каратов (рис. 2) производятся таким образом. Вы можете сделать целый ряд инструментов, но также и несколько бриллиантов (рис. 3).

Рис. 5. UV-Vis-NIR спектры нанокристаллического алмаза и др.
природные и синтетические алмазы.

Нанокристаллический алмаз

Нанокристаллический алмаз имеет твердость, близкую и даже большую, чем у большинства монокристаллов алмаза, а также очень высокую эластичность. В то же время эти свойства носят изотропный характер, что позволяет изготавливать из такого материала идеально круглые бусины и кубики с гладкими стенками (рис. 4). Он также отличается относительно низкой теплопроводностью и очень высокой устойчивостью к растрескиванию. Это предопределяет роль конструкционного материала поршней алмазных прессов самого высокого качества. Они, как мы знаем, могут генерировать давления и температуры, преобладающие в ядре Земли (около 365 ГПа и 6000oC). Нанополикристаллический алмаз (NPD) прозрачен для инфракрасного излучения и большой части видимого света. Слабое поглощение, постепенно увеличивающееся на более коротких длинах волн видимого спектра (рис. 5, примерно от 700 нм), вызывает его желтый цвет (рис. 2, 3, 4). Нанополикристаллический алмаз (NPD) является одним из самых больших успехов в современном производстве синтетических алмазов.

Рис. 7. ИК-спектры нанокристаллического алмаза
и другие природные и синтетические алмазы

Нанополикристаллический алмаз (NPD) имеет много особенностей монокристаллических кристаллов, изготовленных из HPHT и CVD. Таким образом, он предопределил его также для использования ювелирных изделий, в настоящее время экспериментально. Однако это вызывает определенные проблемы и угрозы для рынка ювелирных изделий с бриллиантами. Борьба с ними возможна путем эффективного раскрытия всех мистификаций. К счастью, NPD имеет особенности, которые отличаются от монокристаллов синтетических алмазов, полученных HPHT и CVD. Благодаря им геммологические лаборатории смогут легко его идентифицировать. На основании предыдущих исследований алмазов, изготовленных из нанополикристаллического алмаза (NPD), было установлено, что они отличаются определенной мутностью, заметными точечными включениями и «усталым» внешним видом. Хотя эти особенности кажутся характерными для этого материала, они недостаточно диагностичны. Только изображение, полученное с помощью Diamond View, документирующее необычную картину красной люминесценции и спектров FTIR и UV-Vis-NIR, значительно отличающихся от других типов алмазов, однозначно идентифицирует алмазы из нанополистрильного алмаза (Рисунки 6, 7). Хотя, вероятно, потребуется некоторое время, чтобы новый материал появился на ювелирном рынке в большем количестве изделий, сегодня можно сказать, что его свойства позволяют относительно легко идентифицировать в лабораторных условиях. Чего нельзя сказать о стандартных ювелирных или гемолого органолептических исследованиях. Тем более, что желтоватый цвет нанополи-кристаллических алмазов (NPD) можно легко модифицировать.

Доктор Влодзимеж Лапот
Геммологическая лаборатория
Университет Силезии