Kako rastejo največji diamanti na svetu: narejeni v Rusiji

26. maja 2015 je Mednarodni gemološki inštitut (IGI) v Hongkongu izdal potrdilo za nenavaden rekordni diamant, ki je tehtal 10, 02 karata, barve E in jasnosti VS1. Takšni dragi kamni v svetu nakita niso tako redki, a edinstvenost tega primera je bila, da kamen ni bil izkopan iz zemeljskih črevesj, temveč je bil obložen iz 32-karatnega kristala iz sintetičnega diamanta, ki ga goji rusko podjetje New Diamond Technology (NDT). "To ni naša prva plošča, " pravi Nikolaj Khikhinashvili, izvršni direktor podjetja. "Prejšnji, 5 karatni, je trajal le dva meseca."

Roman Kolyadin, direktor proizvodnje, mi pokaže majhno delavnico v enem od tehnoloških parkov v bližini Sestroretska. Trgovina je pusta, ob stenah stoji le ducat hidravličnih stiskalnic. To je "nahajališče" - popolnoma popolni diamanti rastejo v stiskalnici, v pogojih visokih temperatur in pritiskov, ki jih prejemajo mikroni za mikronom. Trenutni parametri se odražajo na nadzornih ploščah krmilnikov za vsako stiskalnico, vendar Roman zahteva, da se fotografirajo, da ti podatki ne bi spadali v okvir: „Splošna načela sinteze diamantov so dobro znana in se v industriji uporabljajo že več kot pol stoletja. Toda podrobnosti načinov sinteze so eno izmed znanj našega podjetja. " Opozarjam na natančne klimatske naprave, ki mikroklimo v delavnici vzdržujejo na najbližji desetini stopinje. Ali res obstaja takšna potreba? »Se spomnite, da smo takoj zaprli vrata za seboj, da se izognemo prepihom? - pojasni Roman. - Majhna odstopanja v temperaturnem režimu lahko resno vplivajo na kakovost diamanta in ne na bolje. In vedno si prizadevamo doseči popolno kakovost. "

Postopek gojenja monokristalčkov diamanta pri visoki temperaturi (približno 1500 ° C, z želenim gradientom) in visokim tlakom (50–70 tisoč atm.). Hidravlična stiskalnica stisne posebno posodo, znotraj katere je kovinska talina (železo, nikelj, kobalt itd.) In grafit. Na substratu je postavljeno eno ali več semen - majhni kristali diamanta. Skozi komoro teče električni tok, ki segreva talino na želeno temperaturo. V teh pogojih kovina služi kot topilo in katalizator kristalizacije ogljika na semenu v obliki diamanta. Postopek gojenja enega velikega ali več manjših kristalov traja 12-13 dni.

Vohunjeno po naravi

Zgodovina sintetičnih diamantov se začne konec 18. stoletja, ko so znanstveniki končno spoznali, da je ta kamen v sestavi ogljik. Konec 19. stoletja so bili poskusi pretvoriti poceni ogljikove možnosti (premog ali grafit) v trd in sijoč diamant. Izjave o uspešni sintezi so podali številni znani znanstveniki, na primer francoski kemik Henri Moissan in britanski fizik William Crookes. Kasneje pa je bilo ugotovljeno, da nobenemu od njih dejansko ni uspelo, prvi sintetični diamanti pa so bili pridobljeni šele leta 1954 v laboratorijih družbe General Electric.

Cenejši postopek odlaganja diamanta iz ioniziranega ogljikovodikovega plinskega medija na podlago, segreto na 600-700 ° C. Rast monokristalov z uporabo CVD zahteva diamantni monokristalni substrat, vzgojen s HPHT. Pri odlaganju na silicij ali polikristalni diamant dobimo polikristalno rezino, ki ima omejeno uporabo v elektroniki in optiki. Hitrost rasti je od 0, 1 do 100 µm / h. Debelina plošč je običajno omejena na 2-3 mm, zato se diamanti, izrezani iz nje, lahko uporabljajo kot nakit, vendar njihova velikost praviloma ne presega 1 karata.

Postopek, ki so ga na GE uporabili za sintezo, je "špijuniral" naravo. Menijo, da se zemeljski diamanti oblikujejo v plašču, na globini sto kilometrov pod zemeljsko površino, pri visoki temperaturi (približno 1300 ° C) in visokem tlaku (približno 50.000 atm.), Nato pa jih na površje prinesejo magnetne kamnine, kot so kimberliti in lamproiti. Razvijalci GE so stisnili celico s stiskalnico, znotraj katere je bil grafit in talina železo-nikelj-kobalt, ki sta delovala kot topilo in katalizator. Ta postopek smo poimenovali HPHT (High Pressure High Temperature). Ta metoda je pozneje postala komercialna za proizvodnjo poceni tehničnih diamantov in diamantnih praškov (zdaj jih proizvajajo v milijardami karatov na leto), v 70. letih pa so se s pomočjo tega naučili izdelovati nakitne kamne, ki tehtajo do 1 karat, čeprav zelo povprečne kakovosti.

Kako prevarati rusko vojsko: varanje

Kako gojiti diamant Dve glavni tehnologiji za industrijsko proizvodnjo sintetičnih diamantov sta HPHT in CVD. Obstajajo številne eksotične tehnike, na primer sinteza diamantnih nanokristalov iz grafita v eksploziji ali eksperimentalna metoda za pridobivanje mikronskih diamantov iz suspenzije grafitnih delcev v organskih topilih pod vplivom ultrazvočne kavitacije.

Rešitev

Od šestdesetih let prejšnjega stoletja se na svetu razvija še ena metoda za sintezo diamantov - CVD (kemično odstranjevanje hlapov, nanašanje plinskih hlapov). V njej se diamanti odlagajo na segreto podlago iz ogljikovodikovega plina, ki se ionizira s pomočjo mikrovalovnega sevanja ali segreva na visoke temperature. Na tej metodi sinteze so se v začetku 2000-ih začele velike upanje in majhna ustanavljanja, velika podjetja, kot je Element Six, ki je del skupine De Beers.

Do nedavnega je metoda HPHT ostala podcenjena. "Ko smo pred nekaj leti kupovali opremo, smo vsi soglasno rekli, da so industrijske stiskalnice primerne samo za sintezo diamantnih praškov, " pravi Nikolaj Khikhinashvili. Za razvoj CVD so bila dodeljena vsa sredstva, HPHT tehnologija pa je veljala za nišo, nobeden od strokovnjakov pa ni verjel, da je z njeno pomočjo mogoče gojiti precej velike kristale. Vendar je po besedah ​​Nikolaja strokovnjakom podjetja uspelo razviti lastno tehnologijo sinteze, ki je v industriji dobesedno povzročila učinek eksplodirajoče bombe. Pred nekaj leti je bilo v poročilu enega od gemoloških laboratorijev zapisano: "Teža tega diamanta je 2, 30 karata! Do nedavnega je bil takšen diamant jamstvo za njegov naravni izvor. "

Diamantno rezanje za peneče se diamante je dolg in ne preveč impresiven postopek za neznane osebe. Tako gojeni kot naravni diamanti so obdelani na popolnoma enak način.

Dekleta najboljše prijateljice

"Seveda nismo edini, ki gojijo diamante, večje od 5-6 karatov, " razlaga Nikolaj. "Toda vsi drugi spoštujejo načelo" dva od treh ": velika, kakovostna, poslovno sposobna. Prvi smo se naučili, kako pridobiti velike kristale visokokakovostnega diamanta po dostopni ceni. Na 32 stiskalnicah lahko mesečno gojimo približno 3000 karatov in to so zelo kakovostni kamni - diamanti barve D, E, F in čistosti od najčistejših IF do SI, predvsem tipa II. 80% naših izdelkov so nakitni diamanti, ki tehtajo od 0, 5 do 1, 5 karata, čeprav lahko gojimo diamante po meri poljubne velikosti. " Kot dokaz mi Nikolaj izroči kristal, kovanca za 10 rubljev: "To je na primer 28 karatov. Če ga razrežete, boste dobili 15 karatni diamant. "

V začetku 2000-ih je svetovni monopolist za diamante De Beers zelo zaskrbljen zaradi bližajočega se vstopa na trg z diamantnim nakitom, saj se je bal, da bi to lahko ogrozilo poslovanje. Toda čas je pokazal, da se ni treba bati - sintetični diamanti zasedajo zelo majhen delež na trgu nakita. Poleg tega so bile v tem času razvite raziskovalne metode, ki omogočajo samozavestno prepoznavanje gojenih diamantov. Znaki sinteze so kovinski vključki, pri barvnih diamantih je mogoče upoštevati rastne sektorje; poleg tega imajo HPHT, CVD in naravni naravni diamanti v UV-žarkih različne vzorce luminescence.

Dve besedi v črki "A": diamant in dušik. Glede na vsebnost dušika so diamanti ena od glavnih vrst. Diamanti tipa I vsebujejo do 0, 2% dušika, katerega atomi se nahajajo v vozliščih kristalne rešetke v skupinah (Ia) ali posamezno (Ib). Tip I prevladuje med naravnimi diamanti (98%). Praviloma so takšni kamni redko brezbarvni. Diamanti tipa IIa praktično ne vsebujejo dušika (manj kot 0, 001%), med naravnimi kamni jih je le 1, 8%. Še manj pogosto (0, 2%) najdemo diamante brez dušika s primesjo bora (IIb). Atomi bora v vozliščih kristalne rešetke določajo njihovo električno prevodnost in dajejo diamantom modrikast odtenek.

"Kaj mislijo potrošniki o gojenih diamantih?" No, pravi Nikolaj, predvsem moderna mladina. Za njih je pomembno, da so ti diamanti brez konfliktov in jih ljudje ustvarijo s pomočjo visoke tehnologije brez vmešavanja v naravo. No, cena je približno za polovico nižja. Seveda v certifikatu piše, da kamni rastejo, vendar nosijo diamantni prstan, ne certifikat! In glede na fizikalne in kemijske lastnosti so naši diamanti enaki naravnim. "

Doslej večina dobička izhaja iz izdelave diamantov za nakitni trg. Najverjetneje pa bo v prihodnjih letih veliko povpraševanja po gojenih diamantih in diamantnih ploščah za posebno optiko, mikroelektroniko in druge visokotehnološke industrijske aplikacije.

Od nakita do industrije

Nakit diamanti so donosen del poslovanja NDT, jutri pa spada v drugo smer. Tehnični direktor NDT Aleksander Kolyadin rad reče: "Če iz diamanta ni mogoče nič drugega, naredite diamant." Pravzaprav je industrija najbolj obetaven trg velikih, visokokakovostnih sintetičnih diamantov. "Niti en naravni diamant ni primeren za uporabo v posebni optiki ali elektroniki, " pravi Aleksander Kolyadin. "Imajo preveč napak." A plošče, razrezane iz naših diamantov, imajo skoraj popolno kristalno rešetko. Nekatere raziskovalne organizacije, ki jim ponujamo vzorce za preučevanje, težko izmerijo merjene parametre - so tako idealni. In ne samo posameznih vzorcev - zanesljivo lahko zagotovimo ponovljivost lastnosti, kar je ključnega pomena za industrijo. Diamanti so toplotni odtoki, okna za posebno optiko in za sinhrotrone in, seveda, močna mikroelektronika, katere ustvarjanje se zdaj dela po vsem svetu. "

»Industrijska smer do zdaj predstavlja 20% naše proizvodnje, toda v treh letih jo nameravamo povečati na 50%, zlasti ker povpraševanje hitro raste. Zdaj izdelujemo predvsem plošče 4 x 4 in 5 x 5 mm, po naročilu narežemo več 7 x 7 in 8 x 8 mm in celo 10 x 10 mm, vendar to še ni množična proizvodnja. Naš naslednji cilj, pravi Nikolaj Khikhinashvili, je, da nadaljujemo s proizvodnjo palčnih diamantnih vložkov. To je minimum, ki je v množični elektronski in optični industriji zelo povpraševanje. Za pridobitev takšnih plošč morate gojiti diamantni kristal, ki tehta sto karatov. To je naš načrt za bližnjo prihodnost. " "Za desetletje?" Navedem. Nikolaj me z velikim presenečenjem gleda: "Desetletje?" To bomo storili pred koncem leta. "

Članek "Kraj rojstva diamantov" je bil objavljen v reviji Popular Mechanics (št. 5, maj 2016). Zanima me, kako deluje jedrski reaktor in ali roboti lahko zgradijo hišo?

Vse o novih tehnologijah in izumih! V redu Strinjam se s pravili spletnega mesta Hvala. Na vaš e-naslov smo poslali potrditveno sporočilo.

Priporočena

Skrivnostni podolgovat asteroid prihaja iz sistema z dvema zvezdicama
2019
Intel je predstavil najzmogljivejši jedrni procesor
2019
Ford T: mojstrovina iz bronaste dobe
2019