В этой статье:
Начали делать не так давно. Этот процесс не является таким уж лёгким, а требует серьезных затрат. Применение такого искусственного кристалла не ограничивается только ювелирным делом, алмазы очень нужны в технике. Например, из них изготавливают специальный режущий инструмент. Для того чтобы понять, что собой представляют искусственные алмазы, нужно для начала разобраться, что такое настоящий алмаз.
Алмаз - самый твердый минерал в мире
Прежде всего, то, что мы видим в ювелирном магазине - это бриллиант. Бриллиант - это алмаз, который прошел специальную предварительную обработку ювелирами. C точки зрения химии, он представляет собой углерод кубической формы и строения кристаллов. Что интересно, углерод в зависимости от того, как построена структура, может выступать в виде многих веществ, которые имеют разные свойства и применение.
Искусственные алмазы
Например, всем известно, что сейчас в мире переходят на нанотехнологии. Нанотехнологиями называют такие технологии, суть которых построена на объектах очень малой величины - тысячных долях микрона. Одними из таких объектов являются нанотрубки. Так вот, наименьшие нанотрубки, а именно, самого маленького диаметра, также являются формой углерода. Дело в том, что один атом вещества может объединяться с пятью другими, что и так представляет собой компактную структуру. Среди атомов, которые обладают такими возможностями, имеет самую маленькую массу, а соответственно и радиус атома.
Если атомы углерода объединяются во что-то похожее на мяч для футбола - это называться фуллеренами. Фуллерены и нанотрубки, а также монослой углерода - графен, за получение которого недавно вручили Нобелевскую премию, в будущем, скорее всего, будут очень широко использоваться в технике. Они интересны своими сверхпрочными свойствами, а также проводимостью, низким сопротивлением и размерами. Наибольшая ценность нанотрубок - выступать как проводниками, так и полупроводниками, в зависимости от того, как ориентированы атомы между собой. За этим будущее электроники.
До сих пор ученые не пришли к однозначному выводу о том, . Основная версия говорит о том, что кристаллы формируются глубоко в Земле (более чем в 200 километрах) под большим давлением и огромной температурой. А потом уже магма их выбрасывает на поверхность. Существует также версия, что алмаз представляет собой внеземную структуру и прилетает на Землю вместе с метеоритами. Еще одна версия тоже говорит о космическом происхождении: якобы бриллианты формируются при падении метеорита, когда создается высокое давление.
Камни очень редкие и красивые. Ценятся они не только за красоту, но и за то, что обладают уникальными свойствами:
- алмаз имеет самую высокую твердость среди минералов;
- температура его плавления доходит до 4000 градусов;
- теплопроводность самая высокая среди всех известных твердых тел;
- он относится к диэлектрикам;
- имеет уникальное преломление света, под действием различных лучей может начать светиться;
- не растворяется в кислоте.
История получения минералов
В 1797 году было открыто, что алмаз состоит из чистого углерода. С тех пор начались попытки повторить процесс в условиях лаборатории. Наиболее успешными стали работы Ханней и Муассана, в 1893 году они нагревали их до температуры 3000 градусов Цельсия с высокой скоростью нагрева и добавлением железа. В отличие от Ханнея, который использовал трубку для нагрева, Муассан использовал электродуговую печь со стержнями углерода, располагавшимися внутри блоков извести.
Расплавленное железо после нагрева быстро охлаждали водой. Все это делали для того, чтобы обеспечить высокое давление. Подобные эксперименты повторялись и в дальнейшем. Например, в 1909 году успеха достиг Крукс и через несколько лет об этом заявил. Однако позже такое заявление было опровергнуто.
Первый официальный искусственный алмаз был создан в 1926 году. Для его создания были объединены все методы, которые перечислены выше. Сейчас этот образец до сих пор хранится в музее в Соединенных Штатах Америки.
Но это еще был не тот образец, который можно было бы поставить на серийное производство. Наибольший вклад в создание и разработку методов получения бриллиантов вложил Сэр Чарльз Алджернон Парсонс - именно он на протяжении 40 лет пытался повторить самые первые опыты Ханнея и Муассана. Он был очень кропотливым и сохранил полученные образцы для дальнейших исследований. Позже заявил, что всё, что было создано до этого, не является искусственным бриллиантом.
В 1941 году к разработке методики получения алмазов присоединяется компания General electrics. У них получилось нагреть углерод до 3000 градусов и получить давление 5 ГПа. Однако им помешала Вторая мировая война, и только через 10 лет они возобновили работы по проекту. Во время этих разработок использовались наковальни из карбида вольфрама в гидравлическом прессе. Однако все условия синтеза были настолько неопределёнными, что эксперименты повторять не удавалось.
В 1954 году был создан первый искусственный алмаз, который годился для коммерческого синтеза. Однако он был очень маленького диаметра, всего доли миллиметра, поэтому не мог быть использован в украшениях, зато хорошо подходил для промышленности. Описание работы по его созданию было опубликовано в самом престижном научном журнале Nature.
С 1953 года компания ASEA - производитель электроники из Швеции - тоже начала заниматься независимым синтезом алмазов. Работа шла, используя громоздкий аппарат, который поддерживал давление на уровне 8,4 ГПа на протяжении часа. Но им тоже удалось получить экземпляры только маленького размера.
В Корее в восьмидесятых годах появился конкурент по созданию алмазов - компания «Ильин Алмаз». Она заполучила коммерческую тайну от General Electric и смогла синтезировать синтетические алмазы в 1988 году. После этого вышел и Китай на рынок с огромным количеством предприятий.
Как сегодня выращивают алмазы?
В промышленном производстве сейчас более широко используется технология выращивания кристаллов при высоких давлениях и температурах, называемая HPHT, а также технологии CVD. Менее употребляемыми методиками считаются синтез монокристаллов алмаза при взрыве и метод получения микронных алмазов из суспензии частиц графита в органических растворителях под действием ультразвука.
Технология HPHT включает в себя получение алмазов при температуре 1500 градусов и давлении 50 атмосфер. Установка, которая представляет собой гидравлический пресс, сжимает специальный контейнер, внутри которого находится металлический расплав и графит. В качестве расплава используется железо, никель кобальт или другие металлы. На подложке размещаются затравки - небольшие кристаллы алмаза. Сквозь камеру проходит ток, который нагревает расплав до нужной температуры. В таком случае металл служит растворителем или катализатором кристаллизации.
Кристаллы выращиваются на заправке в форме алмаза. Процесс выращивания более-менее крупного или нескольких мелких кристаллов длиться в среднем около 12 суток. Сейчас производство искусственных алмазов доходит до выпуска миллиардов каратов в год. В 1970, используя эту технологию, впервые научились добывать камни маленького веса и качества.
С 1960-х годов начали разработку более дешевой технологии получения алмазов CVD, что означает Chemical Vapor deposition, которая представляет себя осаждение из фазы газа.
Синтез проходит при осаждении углерода на подложку в среде из водородного газа, который ионизируется с помощью излучения и высоких температур. При осаждении поликристаллический алмаз (кремний) получает пластины, имеющие ограниченное применение в электронике и оптике.
Скорости роста абсолютно разные, которые могут достигать и 100 микрометров в час. Толщина пластин обычно ограничена 2-3 миллиметрами, поэтому полученные алмазы можно использовать в качестве ювелирных, но не превышающих 1 карата. Возможности этого момента начали популяризоваться в 2000-х и привлекли внимание как стартапов, так и больших корпораций, что дало сильный толчок к развитию метода.
Потенциал HPHT в последнее время был сильно недооценен, и все внимание и ресурсы были сосредоточены на совершенствовании метода химического осаждения. Эта технология, как казалось, была неприменима для выращивания кристаллов большого размера и высокого качества. Но в последнее время технологии совершенствуются и получаются искусственные алмазы такого качества и размера, какими раньше могли быть только натуральные.
Которые чаще всего имеют прозрачные цвета, заключается еще в том, что синтетические обладают легким оттенком. Азот, который рассеивается в структуре решетки во время роста алмаза, поглощает голубой цвет, в результате чего синтетический алмаз приобретает желтоватый оттенок.
Другие заменители бриллиантов
Помимо искусственных бриллиантов, широко используются их заменители, которые вошли в ювелирную промышленность в семидесятых годах прошлого века. Сначала Физический институт Академии Наук получил фианиты, которые представляли собой . Это, так сказать, стекляшка среди алмазов. Позже появились такие , как хрусталь, циркон, белый сапфир. Особенной популярностью пользовались такие камни в изготовлении перстней в викторианском стиле.
Также появился такой заменитель бриллиантов, как нексус, который представляет собой соединения углерода с другими веществами и отличается прочностью и твердостью.
Для изготовления фианитов используется диоксид циркония. Он считается наименее прочными из всех заменителей бриллиантов, а соответственно, и самым дешевым. Муассанит, который синтезируется из карбида кремния и является самым прочным из всех камней, похожих на бриллианты, и обладает такими внешними характеристиками, что его даже сложно отличить от настоящего камня. Отличие всех искусственных камней от натуральных, которое можно заметить невооруженным глазом - это стоимость, для остальных отличий необходимо оборудование и опыт.
Однако иногда синтетические бриллианты по цене не уступают натуральным, потому что огромные затраты расходуются на их производство. Основное отличие искусственного бриллианта от натурального в том, что в натуральных бриллиантах присутствуют неоднородности и включения, которые отсутствуют у искусственно полученных минералов.
Приобрести украшения из синтетического бриллианта можно, и это будет значительная экономия по сравнению с натуральным. Если вы хотите купить украшение максимально недорого, то отдавайте предпочтение фианитам. Их сияние не уступает натуральному бриллианту, но у него немного хуже характеристики прочности и твердости, что влияет на эксплуатационные свойства. Муассанит обладает наиболее ярким блеском, что в некотором роде создает эффект дискотеки. Фианит не обладает таким сиянием, как алмаз искусственный или муассанит, но лучше отбрасывает блики.
Муассаниты практически не поддаются внешнему воздействию, а вот фианиты со временем царапаются и впитывают масло. Кроме того, если за ними не ухаживать, на поверхности камня скапливаются царапины, он становится мутным.
Таким образом, технология получения бриллиантов до сих пор находится в стадии разработки. В отличие от рубинов и сапфиров, получить бриллиант любого размера или качества невозможно, и часто он может быть дороже оригинального, так как затрачивается огромное количество времени и ресурсов.
Вопрос о том, что искусственные камни не обладают свойствами природных оставим для другой статьи. Тут же рассмотрим как и зачем человек создает искусственные бриллианты.
Виды искусственных бриллиантов
Как известно, алмаз – это самый прочный из драгоценных камней, на его создание природа «тратит» как минимум несколько тысяч лет, а также «применяет» высокую температуру и давление. Только в 14 веке их научились огранять и появилось само понятие «бриллиант», т.е. ограненный алмаз. Пытливый ум человека не остановился на достигнутом. Попытки создать искусственный бриллиант начались уже в 18 веке.
Всего на настоящий момент известно несколько видов синтетического камня, похожего по внешнему виду и строению на бриллианты.
- Муассонит – выращивается в лабораторных условиях с 1905 г., по составу это карбид кремния. Название минерал имеет в честь его создателя – французского ученого Анри Муассана. Далее технологии значительно были развиты в Советском союзе и до сих применяются разработанные советскими учеными приемы и способы. Значение муассонита в промышленности очень высоко. По своим техническим характеристикам он может даже превосходить природный камень.
- Кристаллы Сваровски – это хрусталь с измененным составом. Сваровски является всемирно известным брендом. Даниэль Сваровски начал свою деятельность в середине 19 века, тогда он изобрел свою собственную формулу, которая позволила ему получить идеальные по блеску и красоте кристаллы.
- Фианит – советские ученые получили этот минерал в 1968 году. Назван в честь своего «родителя» — Физического института Академии наук (ФИАН). Целью ставилось создание такого минерала, который можно применять в лазерных установках. По химическому составу фианит отличается от алмаза, это диоксид циркония. (Алмаз состоит из углерода). За рубежом он имеет названия джеволит или цирконит.
Искусственные алмазы – угроза или альтернатива?
Существует две основные технологии по выращиванию монокристаллов алмазов: НРНТ-и CVD. Первая — НРНТ – основана на использовании высокой температуры и высокого давления, вторая — CVD – осаждении углерода из газовой фазы. Оба способа связаны между собой и взаимодополняют друг друга.
Основное назначение искусственно выращенных кристаллов – использование в области высоких технологий.
Китай является основным производителем и поставщиком синтетического алмазного порошка (крупинки размером до 800 мкм). Львиная доля порошка — около 80% — используется внутри самого Китая. Стоимость такого порошка составляет 20 центов за единицу (а ранее составляла 20 долларов!), применяется он в основном для алмазных дисков при производстве инструментов.
Более крупные синтетические алмазы пока не имеют промышленного выпуска, т.к. их производство более сложное и китайские ученые еще только разрабатывают технологии одновременного выращивание большого количества таких кристаллов (и, соответственно, дешевых по цене).
Угрозы для природных алмазов синтетические не представляют. Это утверждение обусловлено следующими причинами:
- Искусственные минералы по стоимости могут быть дороже, чем природные или же стоить незначительно дешевле. Когда в технологии их производства произойдет скачок, и цена на синтетические снизится в десятки раз, тогда, возможно, возникнет следующий вопрос – будут ли в ювелирном мире применять в качестве аналогов синтетические и насколько это будет пользоваться спросом.
- Для ювелирных целей рынок синтетических алмазов пока не сформирован. Есть, конечно, любители всего технологического и предпочитающие сделанные человеческими руками материалы, а не природой, но их довольно мало. В основном, люди готовы платить только за натуральные драгоценные камни только потому, что они имеют уникальность и природную красоту, которую просто невозможно синтезировать ни какими современными приспособлениями.
- В технических целях – в инструментах, медицине, хай-тек-технологий алмазный порошок и кристаллы давно используются, а природные алмазы уже не так выгодно использовать на этом рынке.
- Все искусственно выращенные алмазы, которые используются в ювелирных целях, как правило, продвигаются под своим брендом и потребителя не стараются ввести в заблуждение. Кристаллы от Сваровски могут стоить также дорого, как и ограненный природный алмаз, потому что в стоимости значительную часть занимает его огранка.
Искусственные желтые бриллианты
Есть и выращиваемые алмазы высокого ювелирного качества. Они имеют насыщенный желтый цвет, а стоят в 4 раза дешевле природных, ведь «вырастают» за 4 дня, а не тысячи и миллионы лет. Например, американская компания Гемесис специализируется на выращивании алмазов для ювелирных целей. Этому высоко технологичному процессу посвящено видео.
Как отличить фианит от бриллианта
Камни, наиболее похожие на бриллиант — это фианиты. Бриллиант и фианит используются в ювелирных целях и поэтому на практике может возникнуть вопрос, какие они имеют отличия. Мошенники, выдающие фианиты за драгоценные камни, используют внешнее сходство минералов совершенно разных по химическому и физическому составу.
В зависимости от термической обработки, возможно выращивание прозрачных или черных фианитов. Цветные фианиты больше напоминают хризолиты, белый и розовый халцедон, красный рубин, александриты (с инверсией в зависимости от освещения).
Самым главным отличием фианита от бриллианта (за исключением химического состава, разумеется), является его прочность и твердость. Он гораздо мягче и поэтому его легко отличить от настоящего бриллианта даже в домашних условиях. Так, если провести камнем по зеркалу, то фианит лишь оцарапает поверхность, натуральный же бриллиант – разрежет стекло.
По блеску также можно отличить природный и бриллиант искусственный. Даже долго использующийся в украшениях натуральный камень, загрязнившийся от ношения, все равно продолжает сиять, а фианит почти утрачивает блеск.
Если фианит хотят выдать за бриллиант в мошеннических целях, то его стараются огранить так же сложно и тогда при помощи лупы или микроскопа можно рассмотреть и заметить «раздвоение» граней. Такого не может быть при огранке природного алмаза.
В целом, можно отметить, что неспециалисту довольно сложно отличить фианит, если мастер задался целью выдать его за бриллиант.
счастью, такое не принято в ювелирном мире, где и фианит, и кристаллы Сваровски, и другие виды искусственно созданных минералов продаются под своими именами и пользуются достаточно высоким спросом.
Попытки создать лабораторный алмаз велись с 1950-х годов, но настоящая революция происходит прямо на наших глазах. За последнее время заметно усовершенствовались две основные технологии: создание алмазов в условиях высочайшей температуры и давления (HPHT) и химическое осаждение из газовой фазы (CVD), когда плазма из атомов углерода, из которой атомы слой за слоем конденсируются на подложку, образуя алмаз. Технология HPHT уже позволяет получать алмазы размером в 5 карат. С 2003 года технология CVD прошла путь от создания совсем малых алмазов в 0,3 карата до полностью прозрачных камней размером в 3 карата с очень хорошими оптическими свойствами. Алмазы, созданные по CVD-технологии, практически не имеют посторонних примесей, таких как азот или бор, что дает им преимущества даже перед природными алмазами как для промышленного, так и ювелирного применения.
Вместе с улучшением качества и размеров лабораторных алмазов в последние годы в гонку вступили стартапы из Долины с многомиллионными инвестициями в маркетинг и селебрити в числе акционеров. Они оказались способны вложить огромные средства для того, чтобы пошатнуть положение продавцов природных алмазов. Аналитики прогнозируют ежегодный рост рынка выращенных в лаборатории алмазов примерно в 7,4%, с $16,2 млрд в 2015 году до $27,6 млрд к 2023 году.
Все реже СМИ называют синтетические алмазы фальшивками , а отрасли природных алмазов приходится выпускать все более совершенные устройства для выявления искусственно выращенных камней: DiamondCheck, DiamondSure и DiamondView. Однако даже самые современные сканеры GIA не всегда могут отличить искусственно созданные камни от природных.
Пока искусственно выращенные алмазы занимают 1-2% рынка, но в будущем их доля может существенно увеличиться по прогнозам экспертов , вплоть до доминирующей. При этом уже сегодня более 95% используемых в промышленности алмазов выращены в лаборатории (остальные продаются для использования в ювелирных изделиях).
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%.
Но если параметры чистоты особенно важны для B2B-применения алмазов, то для ювелирных камней едва ли чистоту камня можно назвать решающим фактором. Скорее тут ключевая роль остается за ценой и маркетингом.
Когда искусственный алмаз поставят на полки ювелирных магазинов?
Для увеличения доли синтетических алмазов на ювелирном рынке есть несколько препятствий. Многие мировые ювелирные дома не понимают, что искусственно выращенный алмаз можно продавать как самостоятельный продукт. Вместо этого они продают их под видом природных. Часто в этом виноваты даже не продавцы.
Недобросовестные дилеры покупают искусственные алмазы с целью «подмешивать» выращенные в лаборатории камни к настоящим. В случае размера алмаза до 0,3 карата отличить выращенный в лаборатории камень от природного очень трудно, и этим они и пользуются.
Чтобы избежать подлога, крупные сети (Tiffany, Cartier и другие) строго отслеживают всю цепочку поставки, от добычи камня до инкрустации.
Полагаю, одна из причин, почему продавцы не готовы поставить на полку искусственные камни рядом с природными, - нежелание создавать рынок с нуля. Эту задачу на себя взяли такие стартапы, как Diamond Foundry или Ada Diamonds. Они вкладывают миллионы долларов в маркетинг и привлекают звезд первой величины, чтобы показать рынку, что искусственный алмаз можно ставить на полки рядом с природным. Идея производителей лабораторных алмазов в том, чтобы вместо прямой конкуренции с алмазодобывающей индустрией создать новый рынок. Если ювелирные сети станут четко различать синтетические камни и природные, то у покупателя появляется выбор: купить натуральный камень дороже или синтетический - дешевле. Разница в цене будет платой за эмоциональную составляющую.
Два разных рынка и продукта
Важно понимать, что появление на рынке двух типов камней - искусственного и природного - нацелено на два принципиально разных рынка. С разной аудиторией и разным позиционированием и маркетингом.
В традиционную отрасль добычи и обработки алмаза вложена вековая история и совсем иные маркетинговые месседжи. Кажется невероятным, но позиционирование бриллианта как безусловного атрибута роскоши стало планомерной работой все тех же алмазодобывающих компаний. Еще в 50-е годы прошлого века De Beers стала проводить маркетинговую политику по созданию единого позиционирования для бриллианта: бриллиант - это незаменимый атрибут понятия «любовь», бриллиант - это «навсегда». Достаточно вспомнить седьмой фильм о Джеймсе Бонде, который так и назывался «Бриллианты навсегда» (слоган De Beers). У искусственных камней иная философия и ценности, которые приходится создавать с чистого листа.
Чтобы противостоять маркетинговой машине алмазодобытчиков, Diamond Foundry бьет в одну из главных «болевых точек» алмазодобытчиков: с подачи одного из акционеров компании, актера Леонардо Ди Каприо, они рассказывают о проблемах незаконной добычи алмазов в неблагополучных регионах мира (Сьерра-Леоне, Ангола, Конго). И указывают на неэтичность самого процесса добычи алмазов.
Главное препятствие к массовому появлению таких компаний, как Diamond Foundry, - высокий порог входа на рынок. По нашим оценкам, в одну из первых российских компаний, вышедших на мировой рынок, NDT (New Diamond Technologies, создают алмазы на базе HPHT-метода) вложили не менее $60 млн. Суммарные инвестиции в Diamond Foundry (комбинируют CVD- и HPHT-технологии при создании алмазов) - около $100 млн . Даже запуск исследовательского центра для компании, работающей на CVD-технологиях, мы оцениваем более чем в $15 млн.
Из-за высокого объема инвестиций в R&D технологией производства синтетических алмазов по факту владеет всего около десятка компаний во всем мире. Все они расположены в США, Сингапуре, Китае и России. Вход на рынок искусственных алмазов дорогой и сложный, зато это один из тех многомиллиардных рынков, где у российских лабораторий и производств есть шанс заполучить весомую долю.
Искусственный бриллиант — это не подделка натурального, обработанного алмаза. Это промышленное изделие, у которого структура и свойства натурального камня.
Свойства синтезированных бриллиантов
Готовый бриллиант вырастить нельзя, потому что так называется продукт обработки алмаза, натурального или полученного в процессе синтеза. У минерала и лабораторного двойника невзрачный вид, и только после огранки они становятся бриллиантами.
Искусственно выращенный бриллиант сложно отличить от натурального. Встречаются камни такого качества, что их трудно идентифицировать даже в геммологической лаборатории. И цена у них соизмерима с природным материалом.
Почему искусственно выращенные кристаллы нельзя назвать подделкой алмазов? А потому, что они изготавливаются по специально созданным технологиям, чтобы не просто быть похожими, а повторить характеристики натурального минерала. Искусственные бриллианты приобретают следующие аналогичные качества алмаза:
- твердость;
- блеск;
- коэффициент преломления, как у воды;
- одинаковый удельный вес;
- высокая теплопроводность.
Так как же отличить ограненные алмазы натурального происхождения от бриллиантов, искусственно выращенных на производстве? Для дифференцирования обращают внимание на следующие свойства камней, полученных в ходе технологического процесса:
- Реагирование на сильное магнитное поле.
- Под микроскопом, даже с двадцатикратным увеличением, трудно найти изъян в камне.
- Зернистая структура кристалла, которую видно при увеличении образца в 80 раз.
- Желтоватый оттенок, который оставляет азот.
- Отсутствие минеральных включений.
- Спектральный анализ покажет присутствие металлов-катализаторов (если таковые применялись).
Но точный результат дает только инфракрасная или лазерная спектрометрия. На ювелирном рынке природные ограненные алмазы наполовину заменили культивированными. Обычно это камни размерами до 1 карата. Более крупные синтезировать невыгодно: такое производство трудоемкое и дорогое, хотя по новым технологиям в России вырастили искусственный алмаз темно-синего цвета с массой 10,07 карата.
Технологии алмазного производства
Чтобы вырастить алмаз из микроскопических фракций, используются 2 способа:
- Термобарический метод. В барокамеру помещается алмазная пудра, на которую воздействуют высоким давлением и горячим воздухом. При этом используются пленки металлов как катализаторы. Время цикла 7-10 дней.
- Метод CDV. Алмазное семя располагают в вакуумной камере, содержащей метан. Электрическая дуга разрушает молекулы газа, атомы углерода оседают на исходном материале и кристаллизуются. Камни вырастают за 4-5 дней.
У синтезированных и натуральных алмазов одинаковая составляющая — углерод. Только натуральный минерал формируется долго (как он образуется — неизвестно), а выращивают в лаборатории за несколько дней, что позволяет удовлетворять спрос не только ювелирного рынка, но и промышленного.
На этом процесс производства не заканчивается. Получаемые образцы имеют шероховатую поверхность черного цвета. Но это убирается шлифовкой, а после огранки камень сверкает.
Впервые алмаз синтезировали во второй половине прошлого столетия. Оборудование для него было таким дорогим, что добыча обходилась дешевле. Дальнейшее развитие отрасли позволило сделать стоимость синтетических кристаллов в десятки раз меньше.
Искусственные и фальшивые
Искусственные бриллианты ценятся высоко, мошенники их редко предлагают вместо настоящих. Есть камни, которые за яркий блеск принято называть заменителями алмазов:
- Фианиты — уступают в прочности муассанитам, с годами мутнеют, имеют синтетическое происхождение.
- Цирконы — синтезированные камни, не являются драгоценными.
Имеют бриллиантовый блеск бесцветный сапфир, рутил, фабулит, иттрий, галлий, кристаллы Сваровски, акриловые полимеры. Они называются подделками или фальшивками, потому что у них другая структура и свойства. Самый похожий на бриллиантовый кристалл — натуральный минерал муассанит. У него высокая прочность, блеск и сияние сохраняются на долгие годы.
У выращенных камней 3 базовых цвета: желтый, синий и бесцветный. Эти цвета не меняют своей насыщенности со временем. Легче выращивать желтые камни, поэтому они более крупные (до 2 карат). Встречаются оранжевые кристаллы. Такой цвет дают примеси азота при попадании в кристаллическую решетку. Сложнее выращивать голубые бриллианты (цвет дают примеси бора). Их размер не превышает 1,25 карат.
Бесцветные алмазы вырастить сложно, потому что нельзя допустить попадания примесей, дающих окраску. Такие кристаллы менее доступны, весят не более 1 карата. Чтобы сделать бриллианты других цветов (розовые, красные, зеленые), проводится специальная обработка уже после выращивания. Цветность кристалла обозначается цифрой. У бесцветного — цифра 1. Но это редкие камни и они носят название бриллианта чистой воды.
Производство искусственных алмазов востребовано. Кроме изготовления ювелирных изделий, их используют в медицине, строительстве, электронике, нанотехнологиях. Культивированные бриллианты — высокочистые камни, имеют безупречный вид, большую схожесть с натуральными.
С неожиданным явлением столкнулись ученые Всесоюзного научно-исследовательского института синтеза минерального сырья. Обычным методом высоких температур и давлений они выращивали искусственные алмазы . На этот раз целью опытов было выяснить, как влияет на свойства алмаза сверхнормативный азот, и для того чтобы ввести в будущие кристаллы побольше азота, в смесь металлов - растворителей углерода добавляли от 5 до 20% нитрида марганца Mn 4 N.
Полученные кристаллы действительно содержали больше азота, чем обычно (на два - три порядка!). Это были настоящие искусственные алмазы , правда, монокристаллов идеальной формы, с кубической решеткой, среди них было очень мало. Зато почти 20% всех алмазов оказались двойниковыми сростками, а не монокристаллами. Наблюдались и некоторые аномалии физических характеристик, в частности слабая анизотропия (неоднородность) оптических свойств.
Большинство «отклонений от нормы» объясняются напряжениями, возникшими в кристаллической решетке из-за добавки азота. Но как объяснить необычную окраску большинства кристаллов? Исследователи получили не желтые, как обычно, а густозеленые прозрачные искусственные алмазы.
Применение искусственных алмазов
Алмазные стеклорезы
Использование алмаза для резки стекла - наиболее древний способ практического применения этого минерала. Самым распространенным инструментом для этой цели является алмазный стеклорез, который состоит из ограненного в форме правильной четырехгранной пирамиды кристалла алмаза, закрепленного в металлическом держателе, и латунного молоточка с деревянной ручкой. Для изготовления стеклорезов применяются алмазы весом 0,02-0,20 карата плотного строения без дефектов.
В зависимости от толщины стекла используются различные стеклорезы. Например, для резки стекла толщиной до 5 мм применяются стеклорезы, где вес кристалла составляет от 0,02 до 0,12 карата, а толщиной до 10 мм - от 0,12 до 0,20 карата.
Производительность алмазного стеклореза очень высокая. Алмазом весом 0,1 карата, например, можно нарезать 100 000 погонных м стекла. Твердосплавные стеклорезы такой производительности не дают.
Зубоврачебный инструмент
Помимо перечисленных методов технического применения алмаз используется и в медицине главным образом, при лечении зубов.
Зубная эмаль по твердости близка к кварцу. Поэтому для ее обработки необходимы очень твердые материалы. Применяемые инструменты с карбидом кремния обладают недостаточной твердостью; кроме того, они вызывают боль. Применение алмазного инструмента устраняет эти недостатки.
Создается возможность значительного увеличения числа оборотов бормашин для обработки зуба при малой силе давления на него. Болевые ощущения при использовании алмазного инструмента сводятся до минимума.
Мы коротко рассказали о важнейших областях применения алмазов в технике. Однако этим не исчерпываются все области его использования. Алмаз применяется и для многих других целей, и эта сфера его использования увеличивается с каждым годом.
Применение алмаза в технике позволяет резко повысить производительность труда и снизить себестоимость продукции, облегчить процессы автоматизации производства, получить детали исключительной точности и чистоты отделки, а также сэкономить огромные средства.
Наконец-то человек нашел для алмаза настоящее место в жизни, заставил его работать на себя. И для нас сейчас алмаз в рабочей спецовке гораздо ценнее, чем алмаз в сверкающей короне.
Алмазное волочение
Процесс волочения - это способ обработки металлов давлением, состоящий в протягивании катаных, реже кованых изделий круглого или фасонного профиля через отверстие, сечение которого меньше сечения исходного изделия. В результате волочения поперечные размеры изделия уменьшаются, а длина увеличивается. Этот процесс особенно широко применяется для изготовления тонкой проволоки из цветных металлов. Рассматриваемый способ обработки металла был известен еще 3-3,5 тыс. лет до нашей эры. В те далекие времена волочение применялось для изготовления золотой и серебряной проволоки для украшений. Такая проволока называлась канителью. Отсюда в наш обиход прочно вошло выражение «тянуть канитель», т. е. медленно, однообразно делать какое-либо дело.
Такое выражение объяснилось технологией изготовления проволоки в древние времена. Тогда все оборудование состояло из волочильной доски, закрепленной между двумя столбами, и клещей, которые привязывались к поясу рабочего, сидящего в качающейся люльке. Рабочий подтягивался к волоке, захватывал пропущенный через нее конец проволоки клещами, упирался согнутыми ногами в столбы и, распрямляя их, протягивал проволоку. Он качался до тех пор, пока не вытягивал проволоку нужного диаметра и размера.
Для того чтобы вытягивать проволоку нужного диаметра, волоки должны быть изготовлены из очень прочного материала, трудно поддающегося деформации. Волоки делали из твердых сплавов, которые не могли долго выдерживать напряжение и быстро выходили из строя.
С внедрением алмазов в технику для волочения тонкой проволоки стали применяться алмазные волоки (фильеры). Через такие фильеры стало возможным протягивать проволоку точного диаметра - от 0,001 до 2 мм.
Применение алмазных волок обеспечивает высокое качество поверхности и точность диаметра протягиваемой проволоки, так как алмаз трудно поддается истиранию. При алмазном волочении можно получить тонкую проволоку диаметром 9-10 микрон. Стойкость алмазных волок выше стойкости твердосплавных в 100-300 раз в зависимости от диаметра волоки. При волочении медной проволоки стойкость алмазных волок, выраженная в километрах протянутой проволоки, составляет 25-30 тыс. км, тогда как стойкость твердо-сплавных лишь 100 км. Через одну алмазную фильеру можно протянуть проволоку такой длины, которой можно опоясать земной шар по экватору несколько раз.
Алмазная волока представляет собой ограненный по трем плоскостям кристалл алмаза, закрепленный в металлической оправе, с просверленным в центре и отшлифованным каналом.
Вес алмаза для волок выбирается в зависимости от диаметра их отверстий. ГОСТ 6271-60 устанавливает вес кристаллов для волок.
Волочение проволоки на отечественных заводах осуществляется на машинах однократного и многократного волочения. В первых - проволока протягивается через одну фильеру, а во вторых - через несколько последовательно расположенных волок. Наибольшее распространение имеют машины многократного волочения, отличающиеся высокой производительностью.
Алмазные наконечники
Современный уровень машиностроения характерен применением большого разнообразия высокопрочных и износостойких материалов. Важным их качеством является твердость. Поэтому в промышленности, связанной с обработкой металлов и минералов, наиболее широко применяются испытания на твердость.
Для определения твердости металлов и минералов применяется несколько методов. По методам Бринелля и Роквелла испытание проводится путем вдавливания стального шарика в испытываемый материал; по методу Виккерса для этой цели используют кристалл алмаза в форме пирамиды; по методу Мооса твердость определяют путем царапания минерала, металлов и минералов определяется их сопротивление деформации при вдавливании шарика или пирамидки. При этом происходит определенная деформация не только в испытываемом материале, но и в том, которым испытывают. Алмаз не подвергается деформации и поэтому он отвечает требованиям, предъявляемым при конструкции приборов для определения твердости минералов и металлов.