Каталог
  

Изготовление искусственного алмаза


Искусственный бриллиант — производство и применение

Красивые и искрящиеся драгоценные камни всегда были объектами особого интереса людей. Каждый хотел заполучить себе такую ценную вещь и стать владельцем дорогого сокровища. Однако не каждый мог себе это позволить. Кроме того, открытые свойства и удивительные характеристики, полезные в производстве и науке, привели к тому, что ученым пришлось придумать способ получения искусственных алмазов.

Искусственный – не значит подделка

Необходимость выращивания искусственных алмазов была обусловлена тем, что стоимость настоящего природного минерала была очень высокой, а использование его не только в ювелирном деле, но и в промышленности становилось все активнее. Состоящий только из атомов углерода этот камень сочетает в себе очень важные свойства. Он обладает высокой твердостью и износостойкостью, его отличает большая теплопроводность и значительная дисперсия света. Такие уникальные характеристики сделали эти кристаллы очень востребованными в таких областях, как оптика, медицина, электроника.

Понятно, что использовать для этих целей натуральный материал – дело очень затратное, поэтому ученые стали думать о том, как получить искусственный алмаз. Было важно, чтобы искусственно выращенный бриллиант обладал всеми свойствами, которые есть у настоящего образца. Первым получить такой камень попробовал Анри Муассан. Этот французский химик еще в конце XIX века пытался получить синтетические алмазы путем воздействия на углеродное сырье с помощью очень высоких температур.

С развитием науки совершенствовался и метод получения искусственных алмазов. И если сначала выращивание алмазов в лаборатории было очень дорогостоящим процессом, то сейчас этот процесс отработан и позволяет значительно снизить стоимость синтетического бриллианта. Такой камень нельзя считать подделкой, так как синтетические бриллианты выращиваются в условиях лабораторий с поддержанием необходимых условий, чтобы свойства изделия ничуть не уступали свойствам природного образца.

Методы производства

Сейчас производство искусственного алмаза отлажено и проработано до мелочей. Чтобы получить синтетический бриллиант, используются два основных метода:

  1. метод, при котором происходит воздействие на исходный материал с помощью очень высокого давления и очень высокой температуры;
  2. способ, основанный на химическом осаждении компонентов с использованием газа.

При использовании первой технологии (НТНР) искусственные бриллианты получают путем воздействия на алмазную заготовку (графитовый порошок/ крошка) внутри специальной камеры, где создается очень высокое давление и подается очень горячий воздух. Такие условия считаются наиболее похожими на те, в которых настоящий минерал образуется в природе. Но наука значительно ускорила этот процесс, и получить готовый продукт можно уже через неделю или десять дней. При помощи высокой температуры и давления можно максимально приблизить сходство натурального и искусственного бриллианта.

Другой способ (CVD), который стали применять, чтобы произвести искусственные бриллианты, отличается тем, что весь процесс происходит при более низком уровне давления и за более короткий срок. Исходный материал погружают в специальную камеру, где создаются условия вакуума. Затем начинается воздействие микроволновыми лучами и газами. Углеродная плазма разогревается до 3000 градусов. Происходит формирование синтетических алмазов путем осаждения молекул углерода на пластинку-заготовку.

В качестве сырья используют вещества, которые богаты углеродом. Это может быть графит, сахарный уголь, сажа. Искусственно выращенные камни обладают той же структурой, что и природные. И это объясняет их твердость и высокую прочность.

Области применения

По своему внешнему виду искусственный бриллиант ничем не отличается от настоящего природного минерала. Однако стоимость его значительно меньше. Такие камушки, полученные в условиях лаборатории, лучше поддаются огранке. Ювелиры могут огранить даже очень маленький синтетический кристалл. Такие мелкие образцы очень востребованы, ведь натуральные мелкие кристаллы очень трудно извлекать из породы.

Высокие показатели твердости и прочности, которыми отличаются искусственно выращенные алмазы, делают их незаменимыми для использования при создании различных устройств для резки или шлифовки. Алмазное напыление и крошка сегодня присутствуют на пилах, сверлах, бурах и множестве других инструментов. Сейчас такой материал активно используется и при производстве микросхем.

Производство синтетических алмазов газовым способом (CVD) очень важно, так как полученный материал используется для создания высокотехнологичного медицинского оборудования. Использование таких составляющих позволяет продлить срок службы приборов, так как алмазные детали способные выдерживать сильный нагрев, сохраняя эффективность и работоспособность.

Разнообразие видов

Высокий спрос на красивые ювелирные изделия с искрящимися, переливающимися камнями естественно привел к тому, что стали появляться различные имитации алмаза. Иногда вместо этого драгоценного камня в украшениях использовали прозрачную разновидность кварца – горный хрустать, белый сапфир. Но с развитием технологий появились искусственные бриллианты, которые мало чем отличались от настоящего камня.

Заменитель бриллианта, полученный в условиях лаборатории, помимо атомов углерода содержит в своей кристаллической решетке азот, включения которого появляются там на стадии роста. Из-за того, что азот подавляет голубой спектр, искусственный камень приобретает оттенок желтого цвета. Сейчас существуют следующие разновидности:

  • Еще в семидесятых года ХХ века в ювелирной промышленности появился фианит. Эта имитация алмаза представляла собой кубически стабилизированный циркон. По своим оптическим свойствам он очень схож с натуральным образцом, однако значительно уступает ему по прочности.
  • Другим вариантом имитации алмаза является нексус (Nexus). При его получении углерод соединяется с различными примесями. Образец отличается высокими показателями прочности и твердости.
  • Полученный из карбида кремния муассанит является самым дорогим. Он обладает необыкновенным блеском и отменной прочностью.

На изделия, в которых используется имитация бриллианта, всегда сохраняется высокий спрос. Однако, даже выбирая украшение, в котором используется искусственно выращенный камень, нужно быть осторожными. Недобросовестные продавцы могут реализовывать обычное стекло, которое было огранено.

Как отличить имитацию

Покупая любое украшение в ювелирном магазине, вы можете попросить у продавца документы, которые подтверждают подлинность того или иного изделия. И если в изделии используется искусственно выращенный кристалл, то об этом вы должны получить полную информацию.

Если вы сомневаетесь, что перед вами природный бриллиант, то можно попробовать проверить это и в домашних условиях:

  1. Первое, на что стоит обратить внимание, – это количество граней. Фианит получает при огранке меньше граней, которые к тому же более округлы.
  2. Можно капнуть на испытуемый образец каплю масла. На натуральном камушке она останется без изменений. А на имитации – распадется на мелкие частички, а потом соберется в маленькие капельки.
  3. Если опустить кристаллик в масло, а потом прикрепить к стеклянной поверхности, то настоящий к ней прилипнет, а с фианитом такой фокус не пройдет.
  4. Попробуйте положить кристалл на газету. Через фианит вы будете видеть буквы, а через бриллиант – нет.
  5. Натуральный камень, сжатый в руке, будет оставаться прохладным, когда как имитация быстро приобретет температуру тела.
  6. Рассмотрите кристалл. Природные алмазы исключительно редко бывают однородными, в них всегда присутствуют вкрапления, мелкие дефекты. Тогда как фианиты всегда абсолютно прозрачны.

Интересно, что фианиты, не обладая уникальным бриллиантовым сиянием, намного лучше отбрасывают блики. Но если вы сомневаетесь в происхождении камня, лучше всего обратитесь к профессионалам. Используя современное оборудование, геммологи сообщат вам результат, точность которого будет равна 100%.

karatto.ru

Синтетическое выращивание алмазов: производство, применение, перспективы

Обширные запасы месторождений импактных алмазов (импактит – горная порода, образовавшаяся при столкновении метеорита с землей) в Якутии, информация о которых была рассекречена на этой неделе, не претендуют на роль нового Клондайка, который наполнит рынок алмазным сырьем на долгие десятилетия вперед.

Между алмазами ювелирного качества и импактитами, не подлежащими огранке из-за непрезентабельного внешнего вида и мелких размеров, лежит настолько великая пропасть, что эксперты шутят: если хотите расстаться с девушкой – подарите ей импактный алмаз. Но часть минералов, содержащихся в так называемой Попигайской астроблеме, со временем может занять достойную нишу на рынке технических алмазов, без которых немыслимо развитие современных высокотехнологических отраслей.

По мнению директора Института геологии и минералогии Сибирского отделения РАН Николая Похиленко, который и сообщил общественности о находке, новый минерал мог бы найти широкое применение в промышленности, где сейчас используются технические алмазы – как натуральные, так и синтетические. Вместе с тем, по словам представителя «АЛРОСА» (РТС: ALRS), которая планирует изучать импактиты совместно с РАН, сейчас эти алмазы представляют скорее объект научного интереса, и говорить об их рыночном потенциале преждевременно.

Алмазы-пришельцы…

Попигайская астроблема (она же – метеоритный кратер) расположена на границе Красноярского края и Якутии. «Космическое тело попало в графитосодержащие породы.

Высокие температуры и давление в момент удара вызвали переход графита в плотные модификации углерода, основными из которых являются обычный алмаз с кубической структурой кристаллической решетки и лонсдейлит (лонсдейлит – вещество, подобное алмазу, но отличающееся кристаллической решеткой) с гексагональной структурой, – поясняют в «АЛРОСА».

– Образовавшийся минерал – это не совсем алмаз в привычном его понимании, он представляет собой агрегат разных углеродных фаз, по сути это – наноразмерный композит, который кратко именуется импактным алмазом».

По внешнему виду импактные алмазы резко отличаются от кимберлитовых.

Как правило, они имеют форму узких пластинок или игл, средний вес 0,01-0,02 мг и средний размер до 2 мм, отмечены единичные находки более крупных кристаллов размером до 12 мм.

Содержание этого минерала в руде неоднородно, но в некоторых участках достигает 300 карат на тонну. Советские данные говорят о совокупных прогнозных ресурсах более 100 млрд карат.

Как сообщил Н. Похиленко «Интерфаксу», алмазов ювелирного качества на этом участке нет, поэтому на состояние мирового алмазного рынка импактиты повлиять не могут.

Однако они могли бы использоваться в качестве технического сырья.

По его словам, за счет уникальной структуры технологические характеристики импактитов (твердая и абразивная способность) в 2 раза лучше, чем у качественных технических алмазов кимберлитовой природы или синтетических.

…Мнения о сверхтвердости которых расходятся

Абразивные свойства импактитов были обнаружены советскими геологами еще в начале 70-х годов при начальных геологоразведочных работах. На тестовых испытаниях в Институте сверхтвердых материалов им.

Бакуля в Киеве было установлено, что абразивная устойчивость порошков импактных алмазов в среднем в 1,5 раза выше, чем у аналогичных порошков природных и синтетических алмазов.

Этим определилось основное направление технологических испытаний – режущий и шлифовальный инструмент, шлифовальные порошки.

Следующие испытания в 1977 году на предприятиях Минстанкопрома СССР подтвердили эти данные. Стойкость и производительность инструментов из импактных алмазов в 2 раза превышала показатели инструментов из кимберлитовых алмазов.

«Если использовать это сырье, можно повысить производительность труда при проведении буровых работ, при изготовлении композитных материалов, обработке деталей и керамики, полировке, шлифовке, огранке бриллиантов, в оптике, – считает Н. Похиленко. – Импактит вполне может составить конкуренцию синтетическим алмазам, производимым в Китае и Японии».

Между тем, по мнению директора Института геологии алмаза и благородных металлов СО РАН Александра Смелова, мнение об исключительной твердости импактитов преувеличено, «ведь алмаз сам по себе имеет наивысшую твердость». «Можно говорить только о большей износостойкости. Фактически импактиты дольше служат только на буровых коронках», – сказал он.

Рынок синтетических и технических алмазов

Вопрос о том, найдутся ли потребители на новое сырье, не менее интересен, чем вопрос о свойствах этих минералов. По данным Bain, в 2010 году спрос на технические алмазы полностью покрывал предложение и составлял около 4,5 млрд карат. Сейчас эксперты называют большие цифры (по оценке Н. Похиленко – 7 млрд карат производит только Китай).

При этом доля собственно натурального сырья в структуре производства и потребления «техники» минимальна – около 5%. Основа этого рынка – синтетические алмазы, производство которых в мире ведется с 50-х годов прошлого века.

По данным Bain, крупнейшим производителем искусственных алмазов является компания Element Six, входящая в структуру De Beers и имеющая предприятия в Китае, Европе и ЮАР. Другие значимые производители – Sumitomo Electric (Япония), Hehan Huanghe Whirlwind и Zhengzhou Sino-Crystal Diamond (Китай).

Собственно в Китае выпускается более 90% синтетических алмазов мира.

Синтетические алмазы на этом рынке имеют существенные преимущества перед натуральными. Они дешевы, а кроме того, существующие технологии позволяют производить искусственные алмазы с теми свойствами, которые необходимы конкретному потребителю в зависимости от его нужд – например, контролировать размер, твердость, теплопроводность.  

«Может быть так, что импактиты окажутся ощутимо дороже, чем синтетическая и даже натуральная «техника», – сказал «Интерфаксу» представитель «АЛРОСА».

– И тогда возникает вопрос: а будет ли востребованным у потребителей дорогое сырье, пусть и обладающее повышенными характеристиками? Или же потребители предпочтут взять за те же деньги несколько более дешевых инструментов.

Чтобы понять это, нужно проводить масштабные исследования рынка».

Вместе с тем, Н. Похиленко уверен, что импактиты могут найти свою нишу на рынке. «Ниша для природных технических алмазов очень значительная, – сказал он. – К примеру, синтетические камни не используются в автопроме при производстве двигателей внутреннего сгорания».

Перспективы добычи

Возможность начала добычи импактитов анализировалась еще в советское время.

Параллельно с геологоразведкой отечественные специалисты просчитывали варианты разработки месторождения и даже готовили технико-эксплуатационную документацию.

Она предусматривала строительство ГОКа, энергоснабжение за счет атомного блока, который мог быть построен в перспективе, и вывоз готовой продукции самолетами.

Однако за те годы, что геологи работали на месторождениях, в стране было построено несколько заводов по производству синтетических алмазов. Импактиты в связи с этим остались невостребованными, а их изучение – практически свернуто. Не последнюю роль в этом решении сыграло отсутствие инфраструктуры в месте расположения месторождений и сложности с технологией добычи.

Остается открытой и проблема расположения месторождения. «Попигай расположен на 72-й параллели, – отметил А. Смелов. – И его освоение крайне затруднительно из-за жестких природных условий».

«Попигай почти в 200 километрах севернее Удачного, – отмечают в «АЛРОСА». – И, для сравнения, еще севернее, чем Норильск. Инфраструктуры в этом районе нет и сейчас, и это тоже усложняет и изучение месторождения, и, тем более, какие-либо планы по его разработке».

Россыпные импактиты не требуют обогащения

В 1970-х годах полупромышленные алмазосодержащие пробы импактитов исследовались на предприятиях «Якуталмаза» в Мирном.

«Сама порода, в которой находятся эти кристаллы, очень твердая – настолько, что при первых пробах дробления вышла из строя мельница, –  рассказал представитель «АЛРОСА».

– Технология извлечения импактитов требует процесса термического растворения, что на сегодняшний день экономически нерентабельно».

«Проблемы есть при обогащении любой породы, – соглашается Н. Похиленко. – Но сейчас с использованием новых технологий вопрос может быть решен. Кроме того, в этом регионе есть россыпные месторождения с содержанием алмазов до 6 карат на кубометр, а это сырье не требует обогащения».

Данные «АЛРОСА» также свидетельствуют о том, что россыпные проявления импактитов более перспективны для изучения.

В первую очередь это Средне-Догойская россыпь, где по данным проведенных оценочных работ содержания алмазов достигают до 3 карат на кубометр (в отдельных пробах до 30 карат на кубометр), прогнозные ресурсы этой россыпи оцениваются в 5,8 млн карат. Остальные россыпные проявления импактных алмазов на территории Якутии практически не изучались.

По данным оценки 1999 года, средняя цена импактных алмазов размером +0,5 мм из россыпей варьируется от $3,6 до $7-8. Для сравнения, средняя цена за карат алмазов «АЛРОСА» сейчас составляет около $190.

Перспективы доизучения

Институт геологии и минералогии СО РАН в следующем году собирается отправить экспедицию для доизучения свойств импактных алмазов, обнаруженных в Попигайской астроблеме.

«АЛРОСА» будет принимать участие в этих работах. Как сообщили в компании, с 2013 года компания намерена совместно с СО РАН провести научно-исследовательские работы по изучению свойств импактитов и сейчас изучает возможные варианты этих работ.

«Единственное, что ясно на сегодняшний день – что импактные алмазы изучены явно недостаточно, – сказал представитель «АЛРОСА». – Технологические свойства исследованы на уровне первой половины 80-х годов прошлого века. В частности, неясны причины абразивной устойчивости».  

Кроме того, по его словам, необходимо детальное изучение возможной технологии добычи, а также масштабное изучение рынка технических алмазов и спроса на дополнительные объемы сырья.

Возможно, в процессе изучения удастся обнаружить какие-то новые технологические свойства импактных алмазов, которые позволят использовать их для промышленных целей – например, в производстве современных катализаторов благодаря их химической инертности.

Это тоже будет частью планируемого исследования.

Ну, а пока будущее якутских «алмазов из космоса», пролежавших в земле 35 млн лет, настолько расплывчато и туманно, что совсем неудивительно, если до их добычи дойдет дело только в случае истощения всех возможных алмазных запасов, сопровождаемого внезапным коллапсом отрасли синтетических камней.

Источник:

Как и где выращивают крупнейшие в мире алмазы

Самые крупные и качественные алмазы искусственного происхождения выращивают сегодня в окрестностях Сестрорецка, по соседству с Санкт-Петербургом. О российской компании NDT и том, как рождаются на свет лучшие друзья девушек мы расскажем в нашей сегодняшней публикации.

Сертификат на рекордный по размеру синтетический бриллиант массой в 10.02 карата, цвета Е и чистоты VS1 был выдан Международным геммологическим институтом Гонконга (IGI) российской компании New Diamond Technology (NDT).

Драгоценные камни с такими характеристиками для ювелирного мира — явление достаточно тривиальное, а вот искусственный камень, ограненный из 32-каратного синтетического алмаза — это для рынка синтетических алмазов событие, и событие уникальное.

Производство, на котором удалось вырастить рекордный кристалл сосредоточено в небольшом цеху в одном из технопарков неподалеку от Сестрорецка.

Мощности предприятия ограничены тремя с лишним десятками гидравлических прессов, внутри которых, в условиях высоких температур и давлений, микрон за микроном растут алмазы высочайшего качества. На пультах управления контроллеров у каждого пресса отражаются текущие параметры.

«Общие принципы синтеза алмазов хорошо известны и используются в промышленности уже более полувека. А вот детали режимов синтеза — одно из ноу-хау нашей компании» — поделился директор по производству Роман Колядин.

«… Прецизионные кондиционеры поддерживают микроклимат в цеху с точностью до десятых долей градуса. При этом даже небольшой сквозняк может повлечь за собой нежелательное отклонение в температурном режиме, что может существенно ухудшить качество алмаза» — добавляет специалист.

Краткий экскурс в историю

Первые попытки синтезировать искусственный алмаз предпринимались еще в конце XVIII века, когда ученые пришли к окончательному выводу, что основой алмаза является углерод. С конца XIX века были попытки превратить дешевые варианты углерода (уголь или графит) в твердый и блестящий алмаз.

Заявления о достигнутом успехе делали многие известные ученые, в числе которых французский химик Анри Муассан или британский физик Уильям Крукс. Несколько позднее было установлено, что предъявить реальные свидетельства полученного результата никто из них так и не смог.

Первый искусственный алмаз был получен в 1954 году в лаборатории компании General Electric.

Интересно, что в процессе получения синтетического алмаза в GE руководствовались «технологией», которую использует сама природа. Как рассуждали специалисты, натуральные алмазы образуются при температуре порядка 1300°С и давлении порядка 50 000 атм.

в толще мантии планеты на глубине сотен километров под поверхностью Земли. На поверхность кристаллы выносят лампроиты, кимберлиты и прочие магматические породы.

Для имитации описанных условий в лабораторных условиях специалисты GE использовали пресс, обжимающий ячейку, внутри которой был помещен графит и железо-никелево-кобальтовый расплав, выступающий в роли катализатора и растворителя.

Свою технологию специалисты GE назвали HPHT (High Pressure High Temperature — высокое давление, высокая температура). Со временем именно она была взята за основу при получении недорогих технических алмазов и алмазного порошка.

Как выращивают алмазы сегодня

Промышленное производство синтетических алмазов сегодня ведется преимущественно по одной из двух технологий — это вышеупомянутая технология HPHT и технология CVD.

Менее употребимы экзотические методики, такие как синтез нанокристаллов алмаза из графита при взрыве или экспериментальный метод получения микронных алмазов из суспензии частиц графита в органических растворителях под воздействием ультразвуковой кавитации.

HPHT

Технология сводится к процессу выращивания монокристаллов алмаза при высокой температуре (около 1500 °C, с нужным градиентом) и высоком давлении (50−70 тыс. атм.). Гидравлический пресс обжимает специальный контейнер, внутри которого находится металлический расплав (железо, никель, кобальт и др.) и графит.

На подложке размещается одна или несколько затравок — небольших кристаллов алмаза. Сквозь камеру протекает электрический ток, разогревающий расплав до нужной температуры. В этих условиях металл служит растворителем и катализатором процесса кристаллизации углерода на затравке в форме алмаза.

Процесс выращивания одного крупного или нескольких более мелких кристаллов длится, в среднем, 12−13 суток.

Объемы промышленного производства искусственных алмазов и алмазной пыли сегодня достигает миллиарды карат в год. В 1970-х используя технологию HPHT научились изготавливать и ювелирные камни среднего качества весом до 1 карата.

CVD

Начиная с 1960-х годов ведущие лаборатории мира совершенствуют альтернативную менее затратную технологию синтеза алмазов — CVD (Chemical Vapor Deposition, осаждение из газовой фазы).

В процессе синтеза алмазы осаждаются на подложку, подогреваемую до 600−700°С из углеводородного газа, который ионизируется с помощью СВЧ-излучения или разогревается до высоких температур. При осаждении на кремний или поликристаллический алмаз получается поликристаллическая пластина, имеющая ограниченное применение в электронике и оптике.

Скорость роста — от 0,1 до 100 мкм/ч. Толщина пластин обычно ограничена 2−3 мм, поэтому вырезанные из нее алмазы можно использовать в качестве ювелирных, но их размер, как правило, не превышает 1 карата.

Возможности этого метода синтеза в начале 2000-х привлекли большое внимание как небольших стартапов, так и крупных компаний, таких как Element Six, входящей в промышленную группу De Beers.

Потенциал метода HPHT до последнего времени оставался сильно недооцененным. «Когда мы несколько лет назад покупали оборудование, нам все в одни голос говорили, что промышленные прессы пригодны разве что для синтеза алмазных порошков», — говорит Николай Хихинашвили.

Все внимание и ресурсы были сосредоточены главным образом на совершенствовании метода CVD. В то же время технология HPHT считалась нишевой, поскольку подавляющее большинство специалистов просто не верили, что с ее помощью можно выращивать достаточно крупные и качественные кристаллы.

И, тем не менее, по словам Николая, специалистам компании NDT удалось предложить собственную технологию синтеза, позволяющую получать алмазы такого качества и размеров, которые до этого момента удавалось достичь только работая с натуральными кристаллами.

Что касается технологий огранки, то выращенные в лаборатории, и природные алмазы обрабатываются совершенно одинаково.

Лучшие друзья девушек

«Мы, конечно, не единственные, кто выращивает алмазы крупнее 5−6 карат, — делится Николай. — Но абсолютно все компании сегодня подчиняются принципу «два из трех»: крупные, качественные, коммерчески выгодные.

Наша компания первой освоила технологию, позволяющую получать крупные кристаллы алмаза высокого качества по приемлемой стоимости.

32 пресса позволяют нам вырастить около 3000 карат в месяц, и при этом все камни очень высокого качества — алмазы цветовых категорий D, E, F и чистоты от чистейших IF до SI, в основном типа II.

80% нашей продукции составляют ювелирные алмазы массой от 0,5 до 1,5 карата, хотя технологические возможности позволяют вырастить под заказ алмаз любых размеров». В доказательство сказанного Николай продемонстрировал журналистам кристалл размером с 10-рублевую монету: «Вот этот, к примеру, 28 карат. После огранки получится бриллиант карат в 15».

С начала 2000-х мировой алмазный монополист, концерн De Beers, высказывал опасения в связи с перспективой выхода на ювелирный рынок синтетических алмазов, которые, по убеждению руководства, могли бы подорвать его бизнес.

Но, как показало время, синтетические алмазы не конкуренты натуральным камням, поскольку занимают в сравнении ничтожно малую долю ювелирного рынка.

Кроме того, за время совершенствования технологий их производства были разработаны методы исследований, позволяющие достаточно уверенно и точно идентифицировать синтетические алмазы.

В числе характерных признаков синтеза следует назвать включения металла, а в цветных алмазах — легко определяемые секторы роста. Кроме того, искусственные камни, полученные при помощи технологий HPHT, CVD в сравнении с натуральными природными алмазами в УФ-лучах имеют разный характер люминесценции.

«Как относятся потребители к выращенным алмазам? Вполне благосклонно, — говорит Николай, — особенно современная молодежь, для которой оказывается важно, что эти алмазы бесконфликтны и созданы людьми с помощью высоких технологий без вмешательства в природу.

Ну и, что немаловажно, стоимость таких камней примерно вдвое ниже.

Разумеется, в сертификате должно быть отражено, что камни выращены, но ясно, что обладательнице кольца с таким бриллиантом не потребуется носить с собой сертификат! В то же время и по физическим, и химическим свойствам алмазы, выращенные в лаборатории NDT, идентичны природным» — резюмировал специалист.

Что общего между алмазом и азотом

В зависимости от содержания азота алмазы могут быть отнесены к одному из двух основных типов. Алмазы типа I включают в свой состав до 0,2% азота, атомы которого расположены в узлах кристаллической решетки группами (Ia) или по одиночке (Ib). Алмазы именно этого типа преобладают среди природных алмазов (98%).

Чаще всего такие камни не бывают бесцветными. Алмазы типа IIa практически не содержат азота (менее 0,001%). Такие кристаллы в царстве природных минералов — редкость, всего 1,8%. Практически не встречаются (в 0,2% случаев) безазотные алмазы с примесью бора (IIb).

Атомы бора в узлах кристаллической решетки обуславливают их электропроводность и придают алмазу голубоватый оттенок.

Алмазы в промышленном производстве

Ювелирные алмазы — весьма прибыльный бизнес для NDT и подобных компаний, но уже сегодня отчетливо прослеживается другой, более приоритетный и, по всей вероятности, долгосрочный тренд. Технический директор NDT Александр Колядин любит повторять: «Если из алмаза изготовить уже ничего больше нельзя, сделай бриллиант».

В действительности наиболее перспективным направлением рынка крупных высококачественных синтетических алмазов можно с уверенностью назвать промышленность. «Ни один природный алмаз не может быть использован в специальной оптике или электронике, — говорит Александр Колядин, — поскольку в них изначально слишком много дефектов.

А вот пластины, вырезанные из алмазов нашего производства, располагают почти идеальной кристаллической решеткой. Поэтому некоторые исследовательские организации, которым мы предоставляем наши образцы для изучения, с трудом верят в полученные результаты измерений — настолько близки они к идеальным.

При этом удается достичь еще одного существенного результата — обеспечить повторяемость характеристик, что для ряда промышленных направлений оказывается принципиально важно.

Алмазы — это своего рода теплоотводы, окна для специальной оптики и синхротронов, это силовая микроэлектроника, над созданием и совершенствованием которой сейчас работают во всем мире».

Львиную долю доходной части бюджета компании пока обеспечивают ювелирные алмазы. Вместе с тем, складывающиеся тенденции позволяют предположить, что уже в ближайшие годы спрос на синтетические алмазы и алмазные пластины для специальной оптики, микроэлектроники и других высокотехнологичных промышленных сфер возрастет в прогрессии.

«Промышленное направление пока составляет 20% нашего производства, но года через три мы планируем довести его до 50%, тем более что спрос быстро растет. Сейчас мы в основном делаем пластины 4 х 4 и 5 х 5 мм, вырезали по заказу несколько 7 х 7 и 8 х 8 мм и даже 10 х 10 мм, но говорить о массовом производстве пока преждевременно.

Наша очередная цель, — говорит Николай Хихинашвили, — переход к изготовлению дюймовых алмазных пластин. Это тот «золотой размер» и необходимый минимум, который очень востребован в массовой электронной и оптической промышленности. И для получения таких пластин потребуется вырастить кристалл алмаза массой в сто карат».

Предоставить первые «прототипы» таких пластин в NDT планируют уже к концу текущего года.

Источник

На этом всё, с вами был простой сервис для выбора сложной техники Dronk.Ru. Не забывайте подписываться на наш блог, будет ещё много интересного.

Спонсор поста кэшбэк-сервис LetyShops. Возвращайте деньги за любые покупки в интернете. Подробнее о том что такое кэшбэк-сервис читайте в нашей статье Выбираем кэшбэк-сервис на 6-летие Алиэкспресс

ссылка на оригинал статьи https://geektimes.ru/post/275390/

Источник:

На ювелирный рынок готовятся выйти синтетические алмазы

Эксперты организации «Rought&Polished» в сентябре текущего года заинтересовались информацией о введении в эксплуатацию крупнейшего завода, производящего ювелирные алмазы на территории США.

Согласно сведениям, производственные мощности предприятия позволят выпускать десятки тысяч искусственных алмазов ежегодно.

Специалисты сошлись во мнении, что этот завод, принадлежащий компании «Gemesis Corporation» (Флорида, Сарасота), в своем производстве использует технологию БАРС, изученную еще в СССР.

  • Первое появление «синтетики» на алмазном рынке

Любому диамантеру известно о поступлении в 90-х годах прошлого столетия на мировой рынок из стран Совета экспериментальных образцов ненатуральных алмазов.

Исследованные в независимых геммологических лабораториях (одним из исследователей выступал Геммологический Институт Америки) кристаллы алмазов были оценены как схожие с натуральными образцами, но имеющие характерные отличия.

Обычный диамантер или же потребитель отличить синтетические кристаллы алмазов от природных аналогов практически не смог бы.

Чтобы производителям синтетических бриллиантов не удалось обвалить весь рынок производства драгоценных кристаллов, компанией «Де Бирс» (на тот момент – лидером индустрии алмазов) были разработаны и выпущены в производство приборы с названиями «Diamond Shore» и «Diamond View», позволяющие идентифицировать синтетику. В это же время производители поделочных алмазов намеревались выпустить на розничный рынок свою продукцию в размере 25% от мировых ежегодных поставок натуральных алмазов (четверть годового оборота алмазов на мировом рынке тогда оценивалась в 20 млрд. долларов).

В те годы эта тема не раз обсуждалась на профильных конференциях. Наряду с технологией БАРС были испытаны и другие разработки – FG и CVD. Однако обе они позволяли производить лишь коричневые алмазы, имеющие качество около-ювелирных. Так БАРС стала единственной приоритетной технологией разработки синтетических алмазов.

Разработка БАРС была исследована в Сибирском отделении АН Советского Союза, а именно – в Институте геофизики и геологии.

Работа проводилась с 1989 по 1991 год, после чего удачный эксперимент получил название БАРС (аббревиатура беспрессового аппарата «Разрезная сфера»).

В научном изложении технология трактуется как метод, позволяющий кристаллизировать алмаз из углеродов при определенном температурном режиме и высоком давлении металлического расплава, состоящего из никеля и железа.

Суть технологии сводится к использованию беспрессовых устройств, в которых из шихты определенного состава удавалось получить синтетические монокристаллы с массой, превышающей пол карата. Процесс синтеза проходит в условиях давления 60 000 атмосфер и температуре расплавленного металла 1800 С.

Масса расплавленного металла окружает реакционную ячейку, имеющую форму цилиндра объемом 2 см кубических. Материал ячейки – керамика, состоящая из диоксида циркония. Ячейку располагают в кубическую емкость, стенки которой поддают сжатию элементами сплава ВК 10, отличающегося своей твердостью.

Куб поддается сжатию с восьми сторон.

Весь механизм монтируется в рабочее тело и закрывается в бочку шайбообразной формы с примерным диаметром 1 метр. Внутренний объем бочки полностью заполняют маслом, которое начинают нагревать.

С повышением температуры масла повышается давление на расположенную внутри бочки ячейку. Для нагревания металла самой ячейки используется коаксиальный графитовый электронагреватель.

Контроль и автоматическое регулирование внутреннего температурного режима осуществляется термопарой.

  • История внедрения технологии БАРС

Не имея достаточных средств на доработку и промышленное внедрение технологии БАРС, сотрудники Института геофизики и геологии решили обратиться за помощью к Промстройбанку СССР.

Результатом договоренностей стал перенос места разработки проекта в Беларуссию в город Минск, где в качества партнера и инвестора выступал Белорусский коммерческий акционерный строительно-промышленный банк под председательством Н.Я.

 Ракова (банк являлся дочерним предприятием Промстройбанка).

Белорусский банк в 1990 году стал учредителем созданной для доработки БАРСа научно-технической организации «Адамас».

На протяжении трех лет этим предприятием проводились испытательные работы, итогом которых стал положительный результат возможности изготовления искусственных алмазов.

Для его внедрения в практику в 1994 году создается новое предприятие «Алмазот». Его организаторами выступили НПО «Монокристалл С», НИИ «Адамас», компания «Эбилит», ПКФ «Имеп» и компания «Седтраф».

В проекте были предусмотрены следующие работы:

  • подготовка 3,3 га земли для эксплуатации проекта;
  • строительство на нем здания с внутренней площадью на 12 000 метров квадратных;
  • установка в здании 360 аппаратов.

Первая очередь производства позволяла за год получить в общей сложности 7 000 карат кристаллов с массой единичных экземпляров алмазов от полкарата до 1,2 карата.

Развал СССР, произошедший в 90-х годах, не позволил завершить проект. Новосибирские специалисты искали возможность возобновить проект как в Сибирских регионах, так и в Москве, но безрезультатно.

В 1998 году технология БАРС впервые была передана заграницу – специалистам из США. Впоследствии ее также смогли получить Испания, Бельгия и другие страны, что не дало возможности следить за ее развитием

  • Производство алмазов в Белоруссии

Источник:

Искусственные алмазы: чем они отличаются от натуральных?

Доброго времени суток, дорогие друзья! Что общего между алмазом и графитовым стержнем простого карандаша? Все верно, оба они состоят из атомов углерода. Однако, графит мягкий, а алмаз несокрушим, как настоящий «адамант» (10 баллов по шкале Мооса). Как это может быть? И каким образом на свет рождаются искусственные алмазы?

Действительно, оба минерала состоят из одинаковых атомов, но их структура совершенно разная. У алмаза каждый атом углерода находится в центре треугольной пирамиды – тетраэдра. Такая кристаллическая решетка очень плотная, связи в ней сильные.

Структура графита подобна стопке монет: листы его кристаллической решетки, состоящие из шестиугольников атомов углерода, лежат слоями. Связь между слоями слабая, они легко сдвигаются. Поэтому твердость графита минимальна (1 балл по шкале Мооса).

Существует ли способ превратить невзрачный графит в сверкающий адамант? Удивительно, но такая технология существует.

Когда копия не хуже оригинала: искусственные алмазы

Синтетический алмаз – это копия, созданная нами «по образу и подобию» оригинала – природного камня. У нее точно такая же структура, свойства и другие параметры.

Искусственные камни радуют полным отсутствием дефектов своих настоящих «собратьев» (микротрещины, вкрапления, помутнения). При этом они значительно дешевле драгоценных алмазов.

В 1956 г. американская фирма «General Electric» получила наипервейший алмаз, положивший начало потоковому фирменному производству искусственных камней. Это событие повергло рынок драгоценных камней в состояние шока.

За пару лет до этого, без особой шумихи, была запатентована другая технология выращивания алмазных кристаллов. Сначала их ювелирное качество вызывало сомнения, но в конце 80-х годов, с развитием новым технологий, процесс роста был усовершенствован и обрел новую жизнь.

Стало возможным, меняя режим синтеза, выращивать камни самых разных цветов: красные, голубые, желтые, коричневые. Такая фантазийная окраска в природе встречается очень редко: всего несколько десятков на миллион белых камней.

На мировом  рынке первые синтезированные камни появились в 1993 г. С этого времени они широко используются в ювелирном деле, науке, технике и медицине.

Выпускаются синтетические кристаллы нескольких категорий:

  • обычной прочности
  • повышенной прочности
  • высокой прочности
  • монокристалли­ческие.

За год мировая добыча природных алмазов составляет 26 тонн. За тот же период (по данным Diamond Trading Company) только в производство драгоценных камней и украшений поступает до 200 тонн их синтетических алмазов!

Где используют синтетические алмазы

Искусственные адаманты используют в ювелирном деле. Потребители относятся к выращенным алмазам позитивно, в особенности современная молодежь. Поколению HiTec  нравится этот высокотехнологичный продукт, идентичный по свойствам природному камню. При этом цена такого бриллианта вдвое ниже.

Ювелирные камни синтетического производства – по-настоящему прибыльный бизнес. Но вряд ли синтетика заменит природные адаманты в ювелирной отрасли. Сегодня не так много компаний, которые производят бесцветные монокристаллы. Да и скорости роста таких кристаллов довольно малы – около 1-2 мг/час. Таким образом, на выращивание кристалла в 1 карат (200 мг) уйдет около 5 суток.

Действительно, высококачественные синтетические камни чрезвычайно востребованы в промышленности.

  • Их безупречные кристаллы используются в специальной оптике, микроэлектронике, изготовлении синхротронов.
  • Синтетические алмазы применяются для производства сверхмощных лазеров для медицины и оборонной промышленности.
  • Выращенные кристаллы идеально подходят для компьютерных технологий, так как выдерживают более высокие температуры, чем кремниевые чипы. Это увеличивает долговечность и надежность электроники.
  • Синтетические алмазы широко используются в виде алмазного порошка в машиностроении, металлургии, оборонном комплексе.
  • Алмазные пасты из синтетических кристаллов применяются при изготовлении особо точных деталей, к чистоте поверхности которых предъявляются особые требования.
  • Почти все высококачественные шлифовальные и режущие инструменты созданы с применением синтезированных алмазных кристаллов.
  • Медицинские инструменты – еще одна важная сфера применения. Например, алмазный скальпель превосходит металлический по прочности. Его лезвие идеально ровное. Это особенно важно в офтальмологии, где необходимо свести к минимуму травмирование глаза при операции. Швы после такого скальпеля заживают очень быстро.
  • Алмазные хрусталики имеют наиболее высокий  коэффициент преломления и биосовместимость, поэтому они становятся все более популярными.

Неудивительно, что производство алмазов для промышленных целей идет вперед семимильными шагами. Сегодня оно превышает 5 миллионов карат. Лидируют в выращивании промышленных кристаллов Китай, США, Япония, Россия, Ирландия, ЮАР.

Как делают алмазы

В природных условиях алмазы образуются в земной мантии, при температуре 1300°С, под давлением 50000 атмосфер. Когда подземный вулкан делает мощный «выдох», раскаленные газообразные вещества мантии прорываются наружу, вынося на поверхность драгоценные камни. Так образуется легендарная кимберлитовая трубка Южной Африки – длинный колодец, уходящий на глубину до 150 км.

Возможно, в эпоху своей геологической молодости наша планета была более горячей, чем сегодня.

Если «материнской утробой» природных алмазов является мантия Земли, то их синтетические «сводные братья» вправе считать таковой лабораторию. Сегодня существует две основные промышленные технологии потокового производства синтетических адамантов: HPHT и CDV.

  1. Первая основана на синтезе кристаллов из расплавленного углерода при самом высоком давлении и участии металлов-катализаторов. Это термобарический способ: high-pressure high-temperature (HPHT).
  2. При использовании второй технологии адамант осаждают в виде пленочки из углерода в виде газа, а значит из плазмы, для создания которой необходима электрическая дуга. Это метод химического осаждения из газовой фазы: chemical vapor deposition (CDV).

Выращивание алмазов – дело кропотливое. Так, при HPHT-технологии в  особые тубусы помещают порошок графита, сплавы металлов-катализаторов (железо, кобальт, никель), затравки-зародыши (алмазные кристаллы небольших размеров).

В течение 12-13 суток с помощью гидравлического пресса поддерживается давление 50−70 тыс. атмосфер. При температуре 1500°С жидкий металл растворяет графитный порошок.

Полученная масса устремляется к «зародышам», инициируя рост искусственных кристаллов.

При CVD-методе выращивания лабораторных кристаллов специальная пластина «засевается» алмазными «зародышами». Затем пластину помещают в специальную камеру.

В условиях высокого вакуума, при температуре 3100°С молекулы углерода осаждаются из углеводородного газа (метана), формируя на пластине алмазы.

Эта технология более энергоемкая  и требует газообразного углеродного сырья. Но это с лихвой окупается скоростью производства.

Как отличить выращенные камни от природных?

  1. Иногда о ненатуральном происхождении адаманта сообщает клеймо, сделанное лазером и наносимое на рундист камня.
  2. Однако, во многих случаях, не помешает воспользоваться сильнейшей лупой (20х), а еще лучше – спектрометром, микроскопом, а еще источником ультрафиолетового излучения и магнитом.
  3. Как известно, искусственные бриллианты реагируют на сильные магниты.
  4. Если по краю алмаза, лежащего на чистейшем белом листике, будет видима зона вторичной интерференции (белая полоска), то бриллиант, скорее всего, искусственный.
  5. Также следует задуматься при полнейшем отсутствии внутренних дефектов не только под сильной лупой, но и под микроскопом.
  6. В очень мощном микроскопе (х80 раз и выше) структура синтетики выглядит зернистой. Причина этого заключается в том, что выращенные алмазы образованы множеством сросшихся микромонокристаллов.

    В отличие от них, натуральные камни всегда получают из монокристаллов.

  7. Есть и более тонкие методы анализа. Например, даже при отсутствии заметной зернистости,  спектроскопический анализ часто позволяет обнаружить линии металлов (никеля и железа) в кристаллах, выращенных HPHT-методом.
  8. Флюоресцентный анализ позволяет распознать  синтезированные кристаллы, выращенные любыми способами. Природные бриллианты обычно имеют голубую флюоресценцию. У HPHT-кристаллов она желто-зеленая, у CVD-синтетики – красная.
  9. И, наконец, Рамановская спектрометрия и инфракрасная спектрометрия по методу Фурье обеспечивают распознавание любого выращенного бриллианта.

Разумеется, исследования подобного рода требуют специального оборудования, которым располагают лишь самые известные геммологические лаборатории. Их экспертное заключение (сертификат) может дать 100%-ную гарантию природного происхождения продаваемого бриллианта.

По мнению специалистов компании «De Beers», мирового алмазного монополиста, достоверному распознаванию подлежат абсолютно все синтетические алмазы и бриллианты.

Приборы для идентификации

Прибор «DiamondSure» позволяет проводить проверку камней методом абсорбционного анализа, выявляя изменения поглощения света за счет микроэлементных включений.

В ходе такого анализа 98% природных кристаллов проходят проверку. Остальные 2% природных алмазов, все синтетические бриллианты и камни-имитаторы направляются на дальнейшее тестирование на приборе «DiamondView».

Работа этого прибора основана на методе флюоресценции. Он сочетает в себе источник ультрафиолетового излучения и электронный микроскоп.

Генерируя флюоресценцию исследуемых камней, прибор позволяет увидеть очертания секторов роста в синтетических бриллиантах. При этом, возможна диагностика  бриллиантов как ординарных, так и фантазийных цветов.

Не отстает от «De Beers»  и Геммологический институт Америки (GIA). Он создал прибор «DiamondCheck», принцип работы которого основан на инфракрасной спектроскопии.  Прибор позволяет дилерам алмазных бирж проводить экспресс-проверку камней: время тестирования составляет всего 10 секунд.

Приборами «DiamondCheck» оснащены Клуб алмазных дилеров (Нью-Йорк), самые крупные алмазные биржи Южной Африки, Израиля, Гонконга, Дубая, Шанхая, Токио, а также Индийская алмазная биржа.

Алмазная лаборатория «HRD Antwerp» в Антверпене тоже внесла свою лепту в распознавание природных и выращенных алмазов. Ее последняя новинка — прибор «M-Screen», позволяющий обнаруживать синтетические камни в несколько раз быстрее, чем DiamondCheck от GIA.

Дорогие друзья! Заканчивая разговор об алмазах, уместно вспомнить известную строчку песни Мэрилин Монро о «лучших друзьях девушки» – бриллиантах.

Было бы славно, если бы прекрасная половина человечества умела также хорошо различать истинные и показные чувства поклонников, как геммологи распознают натуральные и синтетические камни… До скорых встреч! Не забудьте поделиться интересными фактами с друзьями!

Команда ЛюбиКамни

Источник:

Синтетические алмазы — производство, применение и перспективы

Если попросить людей подумать об алмазах, и ответ подавляющего большинства – сверкающее обручальное или свадебное кольцо или браслет, ожерелье, серьги с прекрасными драгоценными камнями. А попросите производственника представить алмаз, и ответ будет совсем другим.

Большинство людей мало знают, если знают что-то вообще, о применении алмазов в промышленных целях.

И что самое удивительное, так это то, что технические алмазы имеют огромный рынок и намного превосходят рынок алмазов ювелирного качества.

Кроме того, технические алмазы играют огромную роль во многих отраслях промышленности, которые делают повседневную жизнь эффективнее и легче.

Твердость алмазов делает их идеальными для применения в режущих и шлифовальных инструментах, и они используются в сверлах и пилах с алмазной кромкой, а алмазная крошка широко применяется в абразивах.

Проводятся широкие исследования по применению алмазов в качестве полупроводников для производства микросхем.

 Алмазы даже используются для создания покрытий, применяемых в реактивных самолетах, в используемых на кухне поверхностях и в космических кораблях, включая станцию Pioneer, запущенную в 1978 году с целью изучения Венеры, которая должна была выдерживать экстремальные температуры и условия.

Рынок алмазов технического качества очень отличается от рынка алмазов ювелирного качества.

Так как технические алмазы нужны в большей степени из-за их твердости и теплопроводности, которая в 4 раза выше теплопроводности меди, геммологические характеристики алмазов ювелирного качества, такие как чистота и цвет по большому счету не имеют значения.

Поэтому 80 % алмазов, добываемых ежегодно, или свыше 100 миллионов каратов, непригодны для применения в ювелирных изделиях и направляются для промышленного применения. В мире, ежегодно производится более 500 миллионов каратов синтетических алмазов для промышленного применения.

Около 90 % алмазного абразивного материала, большая часть которого производится в Китае, имеет синтетическое происхождение, согласно данным Геологической службы США (U.S. Geological Survey, USGS).

Нет необходимости говорить, что грань между алмазами ювелирного и технического качестваиногда может быть расплывчатой. Когда спрос на бриллианты большой, то и низкокачественные или мелкие алмазы, которые в другое время отправили бы для промышленного применения, находят дорогу к производителям бриллиантов и используются для огранки.

Даже если они и стоят больше других абразивных материалов, алмазы более экономичны в широком ряде промышленных процессов, потому что они режут быстрее и служат дольше, чем другие возможные альтернативные материалы.

Кроме того, синтетические технические алмазы оказались лучше природных, потому что их можно производить практически в неограниченном количестве, и можно задавать их свойства для специальных областей применения.

Вследствие этого синтетические алмазы составляют более 90 % технических алмазов, применяемых в США.

В 2010 году общий объем производства технических алмазов в США составил около 93 миллионов каратов, и США также были одним из ведущих мировых рынков потребителей. Внутри страны выпускался синтетический абразивный материал, порошок и камень.

Основными потребителями технических алмазов в США являются производители компьютерных чипов, строительство, машиностроение, компании, оказывающие услуги в горной добыче по бурению при разведке полезных ископаемых, нефти и газа, фирмы, занимающиеся резкой и полировкой камней, системы транспортировки. Для резки камней, строительства и ремонта автомагистралей расходуется большая часть выпускаемых технических алмазов.

Кроме того, к высокотехнологичным областям применения технических алмазов относится прецизионная механическая обработка с малыми допусками керамических деталей для аэрокосмической промышленности, радиаторов-теплосъемников для электронных цепей, линз для лазерного излучающего оборудования; полировка кремниевых пластин и дисководов; ряд операций в компьютерной промышленности.

Алмазные порошки, изготовленные с синтетическими алмазами для полировки, применяются в основном для шлифования режущих инструментов, драгоценных камней, оправ для ювелирных изделий, оптических поверхностей, кремниевых пластин и волок для протягивания проволоки для компьютерных чипов. Сотни видов другой продукции, изготавливаемой из керамики, стекла, металлов и пластика, тоже полируются алмазными порошками.

Запасы природных технических алмазов были обнаружены более чем в 35 странах. И если природные технические алмазы составляют около 1,2 % всех используемых технических алмазов, то остальное составляют синтетические алмазы. По меньшей мере, у 15 стран имеется технология производства синтетических алмазов.

Алмазы дают много преимуществ для прецизионной механической обработки и продления срока службы инструмента. Кроме того, быстро развивается применение износоустойчивых алмазных покрытий для увеличения срока службы материалов, которые конкурируют с алмазами.

Увеличение срока службы не только ведет к снижению затрат на единицу выпущенной продукции, но и означает меньшее количество смен инструмента и удлинение безостановочного процесса производства.

Учитывая многие преимущества, связанные с увеличением срока службы инструмента, и то, что поверхности с алмазным покрытием могут повысить прочность в 50 раз, ожидается, что алмазы как технический материал будут применяться гораздо больше.

Синтетические алмазы для абразивных инструментов и истирающихся частей в дальнейшем будут заменять конкурирующие материалы во многих областях промышленного применения благодаря обеспечению меньших допусков, а также увеличению срока службы инструментов – например, они заменят природный алмаз и изделия из карбида вольфрама, применяемые в бурильном оборудовании и инструментах.

Исследования показали, что существует огромный диапазон областей, в которых применение синтетических алмазов может принести много изменений.

К ним относится получение изображения под водой, медицинских и мультиспектральных изображений, в офтальмологии, лечении рака, в лазерах большой мощности, алмазных детекторах в Большом адронном коллайдере (Big Bang Machine) в Европейской организации по ядерным исследованиям (CERN), в лечении рака глаза.

Производство, синтез наноалмазов в Украине.

Продажа наноалмазов.

Приглашаем к взаимовыгодному сотрудничеству!

Источник:

Синтез алмазов

Классификация минералов

Синтетические алмазы этоИсторияСпособы выращивания алмазов

Видео

makdrag.ru

Алмазы домашнего производства

Секретная установка челябинского кулибина позволит продлить срок службы батарейки смартфона до 7000(!) лет. Южноуральский изобретатель добыл алмаз в домашних условиях и впервые решился рассказать в прессе о своем ноу-хау.

В творческом багаже основателя международного проекта Emiba, бывшего контрразведчика, майора запаса Василия Кузьминых четыре официально зарегистрированных патента. О каждом в отдельности получился бы увлекательный рассказ. Достаточно сказать, что в числе прочих придумок есть искусственная мышца. Но сегодня речь пойдет о «крайней» установке, которая в патенте скромно названа «гидропресс». Впрочем, это, скорее, псевдоним. «Концентратор» — так с любовью прозвал свое детище Василий Михайлович — выполнен из высоколегированной стали. В него вставляется капсула с графитом и... — происходят чудеса. А точнее — рождается алмаз.

Любое изобретение — это устранение противоречий. В случае с концентратором потребовалось 20 лет кропотливой работы, чтобы устранить все противоречия и получить результат. Лишь на пятом эксперименте Кузьминых удалось «добыть» собственный искусственный алмаз. Он, правда, получился черный и небольшой — 1,6 на 1,2 мм. Но это был настоящий алмаз! Для подтверждения изобретатель поцарапал им все, на чем только можно было проверить. Кристалл оставил следы даже на самом прочном материале, имеющемся под рукой, — на спеченном твердосплаве вольфрамовой группы ВК6.

— ...Когда служил в военной контрразведке, одной из решаемых задач было не допустить диверсий и вредительства, подрывающих боеготовность войск на территории воинских частей. Еще тогда услышал информацию, которой потом воспользовался, — вспоминает изобретатель. — Для управления самолетом летчикам приходится надевать плотно прилегающую маску и дышать смесью воздуха с чистым кислородом. Газообразный медицинский кислород хранят в баллонах высокого давления. Срок использования баллонов регламентирован. При проверке их заполняют водой под давлением, превышающим рабочее в два раза, и проверяют на прочность в сейфе за толстым бронебойным стеклом, чтобы обнаружить наличие или отсутствие запотевания на поверхности. Я предложил их заморозить, зная, что вода расширяется при замерзании. «Так ведь лед порвет баллон!» — последовал ответ. И эта фраза засела мне в голову. А, спустя годы, вдруг родилась идея.

На нашей планете есть уникальное вещество — вода. Уникальность в том, что она находится в трех устойчивых агрегатных состояниях одновременно — лед, жидкость и пар. Энергию, которая выделяется при переходе из жидкости в пар, человечество уже поставило себе на службу. Первые паровые машины были изобретены, как известно, в XVII веке. Но, возможно, они появились еще тогда, когда человек поставил на огонь металлическую посуду, стал что-то варить, а крепко насаженную крышку сорвало паром. Сейчас даже на атомных электростанциях турбины крутит пар. А другой процесс, когда из жидкости получается лед, почему-то человечество не взяло на вооружение. Даже борется с ним. Помните, как мы боимся размораживания радиаторов отопления и труб, заполненных водой? Не используем в системе охлаждения ДВС автомобилей воду, а только антифриз или тосол. Словом, это направление пока человечеству неинтересно.

Что такое алмаз? Это аллотропная форма углерода. При производстве и синтезе искусственных алмазов, как отмечают те, кто с ними работает, нужны огромное давление, большая температура и много времени. В основе концентратора Василия Кузьминых — вода, точнее, явление превращения воды из жидкости в лед (замерзание) и сопутствующее этому увеличение объема (расширение). Перед изобретателем встала задача, как сконцентрировать давление и направить эту мощь так, чтобы она совершала полезную работу, а не

разрывало установку. Потребовалась конструктивно-инженерная мысль. 11 лет ушло на изобретение, расчеты, подбор материалов, изготовление концентратора и патентование. Камера сверхвысокого давления в концентраторе — еще одно ноу-хау Василия Михайловича. Теоретически в этой установке можно создать любое давление, хоть два миллиона атмосфер — как в недрах Земли. Вопрос в том, какими доступными человечеству материалами такое сверхвысокое давление можно долго удерживать? Таких материалов на земле пока нет. Даже самый твердый после алмаза твердосплав — победит (ВК6, ВК8) — при таком давлении превращается в песок.

— Когда вы поняли, что получилось, какие чувства испытали?

— Да ничего я не испытал. Понял, что надо работать дальше. Когда вплотную занялся концентратором, привлек компаньонов. Объединились в команду с названием Emiba и сейчас пытаемся реализовать международный проект. В коллективе 12 человек — инженеры, программисты, финансисты. Стало понятно: для того, чтобы все дальше развивать, нужны средства. Но как их привлечь, чтобы при этом не украли идею?..

Кузьминых убежден, что проект имеет мировое значение. Он написал в 2007 году о своем изобретении в администрацию Президента РФ. С помощью концентратора, по словам Василия Михайловича, можно творить чудеса. Технология просто прорывная! Она позволит значительно удешевить синтез алмазов и сделать его безопасным. «В нашем случае, даже если произойдет разрушение, то взрыва не будет, никуда лед-то дальше не полетит...» Из администрации Президента пришел ответ: «Изобретение направлено на рассмотрение в Российскую академию наук».

Сейчас команда Кузьминых ищет инвесторов для создания усовершенствованной модели концентратора. Главная цель — создание масштабного предсерийного образца, позволяющего получить крупный монокристалл алмаза, который можно

использовать в промышленности. Для этого нужно концентратор увеличить в 12-15 раз. Представляете, какая эта будет мощная установка, если уж сейчас в собранном виде поднять концентратор невозможно — весит под сто килограммов.

Предсерийный образец будет «упакован» всевозможными датчиками (температуры, давления, перемещения...), чтобы отслеживать процесс, контролировать и влиять на него. Необходимо создать трехмерную виртуальную и математическую модель, провести дополнительные исследования процессов, происходящих в концентраторе при получении алмазов, а также протестировать новые конструкторские решения, полученные при испытаниях лабораторного образца, чтобы не потратить лишние деньги. Необходимо найти оптимальный вариант давления, при котором будут наименьшие затраты и наилучшие качественные показатели синтезируемых алмазов. А контролировать процесс нужно в первую очередь для того, чтобы не пропустить главную фазу — появление кристалла. Иначе можно так «давануть», что он либо попросту рассыплется, либо получишь такой материал, что вместо использования его по назначению придется снова ломать голову на его применением.

— Мы планируем получить алмаз покрупнее — с габаритами 10 мм. С ним уже можно будет выходить на международный уровень. И тогда нас, наверняка, спросят: «А можете синтезировать алмаз с кулак?» И мы ответим: «Нет, с кулак не можем, но с куриное яйцо — сделаем!». Чем интересны искусственные алмазы, которые создают в промышленных масштабах? Они будут использоваться при создании сверхмощных процессоров при производстве компьютеров и смартфонов. Сейчас все девайсы работают на подложке из кремния. Если сделать алмазную подложку, можно будет значительно увеличить вычислительные мощности, по другому строить архитектуру процессора, сделать его многоэтажным. Кстати, по подсчетам зарубежных ученых, можно будет

изготавливать «алмазные» батарейки, период разряда которых составит 7000 лет! Купил однажды — и передавайте практически бесконечно по наследству (смеется).

— Каков самый оптимистичный прогноз? Считаете, внедрение вашего концентратора в промышленное производство изменит жизнь человечества?

— Вообще мы мыслим глобально. Изобретениями должна пользоваться вся цивилизация. Постоянно идет техническая работа, сложная, но прогрессивная. Однако слишком далеко я не заглядываю. Одно могу сказать, вычислительная техника, которая сейчас на службе человечества, дошла до своего предела. Большей мощности на подложках из кремния уже не может развивать. За последние 20 лет человечество, конечно, сделало большой шаг. В каждом доме есть компьютер, смартфон, получаем сетевую информацию — гаджеты улучшают качество жизни. Но дальше — нужны другие мощности. Синтезированные алмазы позволят значительно упростить и удешевить производство процессоров, а также увеличить их производительность для решения более сложных задач. Разработка недр и освоение космоса требуют больших вычислительных возможностей...

— А на какие еще чудеса способен ваш концентратор?

— Натрий (металл) после воздействия давления 400000 атмосфер меняет свои свойства — становится диэлектриком и прозрачным кристаллом. То есть алхимия получается! Был металл, стал неметалл. Ток не проводит, но внутри у него атомы натрия. Вот вам чудеса! Сжимая графит давлением в интервале значений от 300000 до 1000000 атмосфер, можно получить новую сверхтвердую форму углерода, которая не является алмазом и не сопоставима ни с одним известным на Земле веществом. То есть речь идет о качественно новых материалах высокой прочности, которых пока на нашей планете нет или нам о них просто пока неизвестно. Но это так — коротенько... — загадочно улыбается изобретатель.

— Открытие, подтвержденное экспериментом... Не хотите на Нобелевскую премию заявиться?

— Нобелевская... — не наша цель. У нас цель — насытить мировой рынок искусственных алмазов, сделать их доступными для всего населения планеты.

— Василий Михайлович, а вопрос безопасности вы как решаете?

— Дело в том, что сейчас вся информация, от которой зависит успех проекта, пока только в моей голове...

— Вот и я о том же. Мозги иногда воруют. Причем вместе с человеком...

— Но ведь у меня — старая школа контрразведки... Пусть попробуют.

Для справки

Синтетические алмазы могут стать основой электроники будущего. Уже сегодня их используют практически во всех сферах высоких технологий, и, по общему мнению экспертов, роль их будет неизменно возрастать. Лазерная, космическая техника, радиооптика, шлифовка современных сверхпрочных материалов, строительство... — перечислять области применения можно бесконечно.

На заметку

Наиболее перспективный рынок для крупных высококачественных искусственных алмазов — промышленность. К слову, в оптике и электронике природные алмазы не используются. На их создание у Земли уходит не один миллион лет. Чтобы минерал рос идеальным, нужны постоянные «тепличные условия». Но это нереально для такого временного промежутка. Кристаллы видоизменяются под воздействием агрессивных внешних факторов, а в электронике нужен безупречный алмаз.

Татьяна СтрогановаФото автора«Аргументы и факты»

stroganova.su

Как сделать алмаз в домашних условиях и возможно ли это?

Приветствуем вас, дорогие наши читатели. Люди во все времена хотели сделать невозможное возможным. В том числе опробовать методы, чтобы узнать, как сделать алмаз и вырастить его в домашних условиях.

Задача эта действительно непростая и требует вдумчивого и кропотливого отношения к процессу. В этой статье мы рассмотрим как вполне реальные способы создания кристаллов, так и совсем невероятные (во всяком случае, для проведения дома).

Можно ли из графита получить алмаз?

Конечно, натуральные алмазы зачастую ценятся куда выше, чем созданные искусственным образом. При этом добытчики алмазов получают немалые прибыли. Однако, в погоне за собственным любопытством и иногда жаждой наживы, многие стремятся узнать, возможно ли получить этот драгоценный минерал искусственным образом?

Эти сомнения подстегиваются еще и тем, что состав графита и алмаза практически идентичен.

И в какой-то степени сомневающиеся правы – алмаз действительно можно получить путем некоторых манипуляций из простого графита. Это было доказано еще в 1955 году. Но для такого события понадобилось создать температуру в 1800 градусов по Цельсию и давление в 120 000 атмосфер. Можно ли сделать это проще?

Эксперименты и результаты ученых

Пару лет назад ученым удалось под кратковременным воздействием лазерного импульса заставить углерод нагреться практически до 3800 градусов по Цельсию. После этой процедуры углерод быстро охлаждается. В результате этого американским ученым удалось получить пока что самую твердую форму углерода, названную Q-углеродом.

То есть практически такой камень можно получить при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре (при наличии лазера конечно). Самое интересное, что по результатам таких экспериментов, в Северной Каролине (а именно там проводились испытания) пришли к выводу, что данная форма углерода превышает по прочности алмаз.

Но и это еще не все – настоящий алмаз в наши дни можно сделать буквально за считанные минуты.

Правда понадобится еще и огромное статическое давление и температура порядка 2500 градусов. Но такие алмазы получаются (за счет поликристалличности) даже более твердыми, чем природные аналоги.

Но все эти способы хоть и хороши, однако требуют хотя бы частичного воспроизведения природных условий. Единственное, что ученым удалось «скостить» – это время, затрачиваемое на создание минерала. Также иногда получается уменьшить и температуру с давлением, но тут уже требуется специализированное оборудование, стоящее немалых денег и труднодоступное для обывателя.

Так возможно ли вырастить алмаз самостоятельно?

Как сделать алмаз: эффективные и не очень способы

На самом деле, для создания алмаза (в идеале) должны соблюдаться следующие условия:

  1. Давление более чем в 100 000 атмосфер.
  2. Температура порядка 1600 градусов (или выше).
  3. Сотни тысяч лет (лучше дольше).

Искусственным образом сейчас удается создать алмазы за несколько месяцев. Однако остальные условия все равно приходится соблюдать.

Но безумные экспериментаторы не собираются отчаиваться. Вот что они предлагают:

  • C помощью волшебного сочетания трубы, графита и тротила предлагают создать плотно запаянную конструкцию. Корпусом должна послужить труба, в которую надо сложить остальные компоненты. После образовавшегося взрыва нужно найти остатки эксперимента и вот в них-то и должны содержаться алмазы.

Этот эксперимент может стоить вам жизни! Не проводите его на практике!

  • Второй вариант куда более безопасный, но оставляет сомнения в реальности получения именно алмаза, а не просто красивого камня. Для этого возьмите источник высокого напряжения, а также провод, карандаш и жидкий азот (можно заменить водой). Отделите грифель от карандаша и крепко сцепите его с проводом. Конструкцию после этого следует заморозить, после того соединить с источником напряжения. Утверждается, что сразу же после пропускания такого разряда, грифель превратится в алмаз. Это весьма сомнительно, но в качестве очень осторожно проводимого домашнего эксперимента попробовать можно.

Таким образом, на данный момент создать по-настоящему домашний способ образования бриллиантов – задача практически нереальная. Однако если вам интересен сам процесс и вы хотели бы попробовать себя в качестве экспериментатора (возможно, вместе с юным поколением), то попробуйте следующий способ. Он проверен временем и многими поколениями – в результате получаются прекрасные кристаллические структуры, так похожие на любимые многими алмазы и другие драгоценные камни.

Домашние кристаллы

Для создания таких «алмазиков» вам понадобится:

  • дистиллированная вода,
  • соль,
  • нить,
  • пищевые красители (по желанию).

В воду добавьте такое количество соли, чтобы она перестала растворяться. Возьмите ниточку и поместите на нее кристаллик соли. Эту совокупность опустите в приготовленный раствор и подождите несколько дней. Кстати, при добавлении пищевых красителей можно получить самые разнообразные цвета и оттенки «камушков».

Аналогичным образом можно поступить с сахаром или медным купоросом.

Но помимо перечисленных ингредиентов, вам могут пригодиться и самые разные компоненты, камни из которых получаются красивее и аккуратнее, чем из соли. Для этого ингредиенты понадобятся чуть менее доступные, однако в сети сейчас можно купить практически все.

В первом видео будем выращивать фиолетовые кристаллы из алюмокалиевых и хромокалиевых квасцов. Никакая соль в сравнение не идет:

Во втором видео показывается общий принцип создания домашних кристаллов (на примере все тех же квасцов):

В общем, создать для себя красивые камушки вполне реально. А если не ставите перед собой цель обогатиться, то это идеальный выход. К тому же, с такими экспериментами можно с ранних лет привить детям любовь к химии, что может сыграть в их жизни немалую роль.

Ждем вас в гости еще не раз, в дальнейшем будет множество новостей из «каменного» мира. До скорых встреч, дорогие друзья!

Команда ЛюбиКамни

lubikamni.ru


Смотрите также