История и способы производства алмазов

«Как делают алмазы?» — этим вопросом задались еще в начале прошлого века, от поиска ответа на него зависело многое. Будучи самым твердым минералом на планете, алмаз мог быть использован в различных сферах деятельности. Алмазы являются важной составляющей украшений, также важна их роль в промышленности.

История

Первый синтетический алмаз, не уступающий по качеству натуральному минералу, был синтезирован в 1967 году ювелиром из Бельгии — мистером Бонруа. Основой для минерала послужил кристалл размером в 1 миллиметр, полученный в лаборатории Киева.

советский ученый
Открытие искусственных алмазов сделал советский ученый Овсей Ильич Лепунский

Идея о возможности получения искусственных алмазов была к этому времени не нова. Разработки в этом направлении велись с конца XIX века. Были созданы синтезированный гранат и рубин. В 1939 ученый из СССР О. И. Лейпунский выдвинул теорию о том, что при температуре, не менее чем в 2000 градусов и наличии давления более 6 ГПа, графит станет алмазом.

Доказательств сделанному утверждению в то время не поступило: недостаточное оснащение лабораторий конца 40-х годов не позволяло провести какие-либо опыты.

Оборудование для проведения опытов по созданию алмазов появилось лишь спустя 20 лет. В 1960 году в Московском Институте физики высоких давлений опыт по превращению графита в алмаз все же был проведен. Руководил процессом академик Л. Ф. Верещагин.

Спустя некоторое время в Институте сверхтвердых материалов в Киеве под управлением В. Н. Бакуля было создано оборудование, позволяющее создавать алмазы в промышленных масштабах.

Способы получения минералов

Природный алмаз образуется под воздействием высоких температур и давления. Залежи алмазов обнаружены в так называемых кимберлитовых трубках по всему миру. Крупнейшие кимберлитовые трубки находятся в Южной Африке, Канаде, Якутии. Найденные там алмазы были образованы еще в период формирования земной коры, когда раскаленная магма проталкивалась к поверхности Земли, проходя сквозь насыщенные углеродом породы.

Процесс образования алмазов требует создания условий, приближенных к тем, что описаны выше, что не позволяет ответить на вопрос о том, как сделать алмаз, однозначно. Существует несколько способов получения синтетических алмазов:

1) Создание алмазов в условиях высокого давления. Наиболее надежный и действенный. Формирование минерала происходит в условиях максимально приближенных к натуральным. Для получения алмаза потребуется пресс, способный поддерживать высокое давление. Под пресс ставится цилиндр, внутри которого располагается графит. В цилиндре имеются отверстия для воды и хладагенов.

Вода поступает в цилиндр под давлением, сжимает графит и ускоряет процесс его заморозки. Графитовая камера охлаждается до температуры в минус 12 градусов Цельсия. При этом сжатие цилиндра продолжается, увеличиваясь до 20 тысяч атмосфер в конце процесса. После заморозки через графит пропускается электрический ток. Спустя некоторое время камера размораживается, из цилиндра извлекается алмаз.

Созданный таким способом минерал во всем идентичен настоящему алмазу. Исключением является его оттенок — цвет алмаза серый. Прочность такого минерала в несколько раз превышает натуральный, что позволяет использовать его во многих областях промышленной деятельности. Использование пресса и давления позволяет получить технический алмаз, не находящий применения в ювелирном деле.

2) Создание алмазов в метане. Необходимо специальное оборудование. Минерал образуется в лишенной воздуха и наполненной метаном сфере. Готовый минерал имеет форму куба, кристаллическое строение, окрашен в черный цвет. До недавнего времени использовался для технических целей, но в последние годы нашел применение в создании ювелирных украшений.

3) Создание алмазов в процессе взрыва. Формирование минералов на планете не завершено. В процессе каждого извержения вулкана на поверхности Земли оказывается лава, прошедшая тот же путь, что и магма, рвущаяся из ядра планеты при ее образовании. Создание условий, имитирующих взрыв, позволяет получить твердые, кристально чистые алмазы, которые можно использовать при создании украшений. Для создания алмаза графит предварительно разогревается. В процессе взрыва образуется кристаллическая алмазная крошка.

Готовые алмазы по всем химическим и физическим параметрам, в том числе и по цвету, совпадают с настоящими. Единственным минусом можно считать их небольшой размер.

4) Получение минералов при низкой температуре. Для того чтобы ответить на вопрос о том, как вырастить алмаз, необходимо понимать, что образование кристаллической решетки минерала связано с температурой: чем она выше, тем вероятнее образование камня.

искусственный алмаз
Кольцо с искусственным бриллиантом

Исследования последних лет показали, что важна не только температура, но и металл-катализатор. Последний способен снизить давление и температуру до уровня, исключающего необходимость постройки специальных установок.

В камеру помещают графит, кобальт, никель, железо и растворитель. Между железом и катализатором образуется прослойка, внутри которой при температуре в 600 градусов Цельсия и давлении 1,5 атмосфер вырастает алмаз.

Величина алмаза напрямую связана с размером прослойки. Таким способом удается получить минералы весом до 50 грамм. Используются они исключительно в технических целях.

Цвет минерала зависит от катализатора. Использование никеля позволяет получить зеленый оттенок, бериллия — голубой. Алмазы, выращенные при низких температурах, могут не иметь цвета, быть прозрачными, матовыми либо желтыми. Использование корунда в качестве катализатора позволяет получить рубин, железо и титано — сапфир.

Выбор способа получения алмаза зависит от поставленных задач. Первый и второй способы позволяют получить качественные, но отличающиеся от натуральных по цвету, кристаллы. Технология их производства требует больших затрат. При попытке создать алмаз путем взрыва либо с помощью понижения температуры, получаются мелкие кристаллы, форма которых несколько отличается от настоящих. Производство не требует уникального оборудования, потому первый и второй методы создания алмазов используются чаще всего.

Рекомендуем похожие статьи