Lebende Steine: Wie künstliche Diamanten den Markt erobern. Künstlicher Diamant, Zirkonia, Swarovski-Kristalle

Die Menschen haben den Diamanten schon immer bewundert. Früher konnten seine Ersatzstoffe, wie zum Beispiel der weiße Saphir, auch von Laien visuell identifiziert werden. Dank der Errungenschaften der Wissenschaft wird das Original heute hundertprozentig kopiert. Und von den Eigenschaften her ist ein künstlich gezüchteter Diamant besser als ein natürlicher und günstiger.

Synthetische Diamanten oder künstliche Diamanten sind von Menschen gezüchtete Kristalle. Sie bestehen aus dem gleichen Kohlenstoff wie natürliche Steine ​​und haben eine ähnliche Struktur, Zusammensetzung und physikalischen Eigenschaften wie Natursteine. Alles zeichnet sich durch Streuung aus; andere Merkmale hängen von der Art der Schöpfung ab.

Bei Zuchtdiamanten handelt es sich in der Regel um Steine ​​bis zu 1 Karat. Die Synthese größerer Exemplare lohnt sich nicht, auch wenn sich das ändern kann. Beispielsweise wurde in Russland ein 10-karätiger tiefblauer Diamant gezüchtet. Es wurde unter Bedingungen gewonnen, die natürliche Bedingungen simulieren. Der Stein hat einen Smaragdschliff, makellose Form und Glanz, Einschlüsse sind nur bei zehnfacher Vergrößerung sichtbar.

Geschichte

Der Franzose Henri Moissan war der erste, der zu Beginn des 20. Jahrhunderts der Welt erklärte, was ein künstlicher Diamant ist. Er entdeckte den ähnlichsten Stein und fand Meteorfragmente im Krater. Und er wurde Nobelpreisträger.

Ein weiteres beliebtes Analogon, das 1976 von sowjetischen Wissenschaftlern synthetisiert wurde, heißt.

Sie werden auf der Basis kohlenstoffreicher Substanzen angebaut – Graphit, gereinigter Ruß, Kohle. Es gibt zwei Hauptmethoden, daher wird zwischen HPHT- und CVD-Kristallen unterschieden.

Das Urmineral und das geschaffene Doppel sind gleichermaßen unscheinbar; beide funkeln erst nach dem Schneiden.

Wo sind synthetische Diamanten gefragt?

90 % der künstlichen Diamanten werden von Wissenschaft und Industrie „abgenommen“. Besonders reine Exemplare sind in der Feinmechanik und Nanotechnologie zur Herstellung von Werkzeugen mit erhöhter Festigkeit (Schleifscheiben, Bohrer, Sägen, Skalpelle, Messer) gefragt.

Der bekannteste Bereich ist die Schönheitsindustrie. Schmuck mit künstlichen Diamanten ist beliebt, weil er luxuriös, erschwinglich und pflegeleicht ist.

Künstliche Diamantfarben

Natürliche Diamanten haben unterschiedliche Farben oder Schattierungen. Das Grundsortiment künstlicher Kieselsteine ​​ist ärmer – gelb, blau, farblos. Jedes ist auf seine Art attraktiv:

1. Weiß. Am wünschenswertesten, da ein Diamant traditionell mit einem weißen, transparenten Hintergrund assoziiert wird. Ihre Herstellung ist jedoch am arbeitsintensivsten. Der Kristall wächst langsam; es muss stets darauf geachtet werden, dass kein Stickstoff (sonst wird die Farbe gelblich) oder Bor (bläulich) eindringt. Sogar einkarätige glitzernde Kleinigkeiten sind beliebt.
2. Blau. Die Palette reicht von Himmelblau bis Tiefblau. Die Farbe entsteht durch Borverunreinigungen, das Gewicht erreicht 1,25 Karat.
3. Gelb. Der am einfachsten zu erstellende Look. Die Farbpalette – von sattem Zitronengelb bis hin zu exquisitem Gelbstich – entsteht durch Stickstoffverunreinigungen. Manchmal ist das Ergebnis ein optimistisches feuriges Orange. Diamanten wiegen bis zu zwei Karat.

Heutzutage gibt es viele verschiedene Technologien zur Gewinnung Diamantkristalle, für die unterschiedlichsten Anwendungen, in verschiedenen Größen, Farben und Stärken.

Diamant ist nichts anderes als reiner Kohlenstoff mit einem speziellen Kristallgitter.

Ein weiterer Vertreter von reinem Kohlenstoff auf der Erde ist Holzkohle, Graphit.

Kohlenstoffeigenschaften:

Atomgewicht von Kohlenstoff 12,011;

Die Seriennummer im Periodensystem von Mendelejew ist 6;

Anzahl der Elektronen 6;

Grundwertigkeit 4;

Bei normalem Atmosphärendruck geht es nicht in Flüssigkeit über;

Beim Erhitzen bei Normaldruck auf eine Temperatur von 3670 0 C entsteht Kohlenstoff;
verwandelt sich unter Umgehung des flüssigen Zustands in Gas.

Diamanteigenschaften:

Dichte 3,5 g. cm2;

Lichtbrechung 2,42 (Glas 1, 8);

Härte 2.000.000 Arb. Einheiten (Stahl 30.000, Glas 40.000 im Verhältnis zu Talk, dessen Härte = 1);

Die Übergangstemperatur zu Graphit an der Luft beträgt 1200 0 C;

Die Zündtemperatur in reinem Sauerstoff beträgt 740 0 C;

Die Maßeinheit für Diamanten ist Karat. Ein Karat entspricht 0,2 Gramm. Diamant, Maße 1 x 1 cm = 17,5 Karat;

Im Diamant ist jedes Kohlenstoffatom mit 4 anderen Kohlenstoffatomen verbunden und der Abstand zwischen ihnen ist genau gleich = 1,54 Angström. Die Kohlenstoffatome im Diamant befinden sich an den Ecken des regelmäßigen Tetraeders des atomaren Kristallgitters.

Die Temperatur der Kohlenstoffverdampfung beträgt 3670 0 C (Diagramm 1); der kritische Punkt (Z) (Temperatur 3670 0 C, Druck -120 atm.) wird als erster Punkt des Dreifachzustands bezeichnet.

An diesem Punkt kann Kohlenstoff in einen festen, gasförmigen oder flüssigen Zustand übergehen.

Mit zunehmendem Druck und steigender Temperatur erhalten wir den zweiten Tripelpunkt (D), in dem der Zustand von Kohlenstoff in Form von Kristallen möglich ist ( Diamant), in flüssiger und amorpher Form (Graphit).

Das beste Ergebnis bei der Gewinnung von Diamanten beim Übergang vom flüssigen Zustand des Kohlenstoffs in den kristallinen Zustand ist eine Temperaturabnahme, jedoch nach Möglichkeit unter Beibehaltung eines sehr hohen Drucks. Tolles Preis-Leistungs-Verhältnis in der Diamantproduktionstechnologie werden durch die zeitlichen Eigenschaften des Prozesses gespielt.

Wie bereits erwähnt, liegt Kohlenstoff unter normalen Bedingungen (760 mm Hg und 20 0 C) nicht im flüssigen Zustand vor. Kohlenstoff in flüssigem Zustand ist möglich und existiert nur bei Drücken über 120 atm. und 3740 0 S. ( Diagramm 1).

Aus physikalischen Eigenschaften Diamant Dabei ist zu beachten, dass die Zündtemperatur in einer Sauerstoffumgebung grundsätzlich 670 0 C beträgt, der Diamant verbrennt also rückstandsfrei.

Beim Erhitzen Diamant Oberhalb von 1200 0 C ohne Luft beginnt der Graphitisierungsprozess Diamant, das passiert, wenn die Prozesstechnik falsch ist Diamantenproduktion.

Methoden zur Herstellung künstlicher Diamantkristalle

Der erste Weg dorthin Künstliche Diamanten ist eine naturnahe Methode natürliche Diamanten Dabei handelt es sich um eine Kombination aus sehr hohem Druck und hoher Temperatur.

Die erste Methode ist die zuverlässigste, aber auch technologisch aufwändigste

Unten ist eine der Laboranlagen zur Gewinnung von Kristallen Diamant so nah wie möglich am erwarteten natürlichen Vorkommensmuster Diamanten in der Erddicke - starker Druck, hohe Temperatur.

Anhang 1.

Laborinstallation nach Erhalt Künstliche Diamanten ist eine Hochdruckpresse. In den Pressenkörper ist ein Arbeitszylinder eingesetzt.

Dieser Zylinder verfügt über Bohrungen für die Kältemittelzirkulation und Löcher für die Druckwasserversorgung. In diesen Körper wird eine Kammer aus Tantalkarbid eingesetzt, in die ein Werkstück eingelegt wird – Graphit, das sich in etwas verwandeln soll Diamant.

Zur Stromversorgung der Arbeitskammer ist eine Kupferschienenversorgung vorgesehen.

Diamantproduktionstechnologie erfolgt in mehreren Etappen.

Nach dem Einbau des Zylinders in eine Hochdruckpresse wird zunächst Wasser zugeführt und der Prozess der Vorkomprimierung des Graphits durch Wasserdruck auf etwa 2-3.000 Atmosphären durchgeführt. In der zweiten Stufe wird Kältemittel zugeführt und das Wasser auf eine Temperatur von minus 12 Grad Celsius gefroren.

In diesem Fall kommt es aufgrund der Eisausdehnung zu einer zusätzlichen Kompression des Graphits auf bis zu 20.000 Atmosphären.

Im nächsten Schritt wird ein starker elektrischer Stromimpuls von 0,3 Sekunden Dauer angelegt.

Zum Schluss das Eis auftauen und herausnehmen Diamanten.

Auf diese Weise erhalten Diamanten Sie haben meist eine schmutzige Farbe, eine poröse Struktur und die Form der Kristalle ist tetraedrisch.

Meistens stärker natürliche Diamanten und dienen hauptsächlich technischen Zwecken.

Zweiter Weg

Die zweite Methode, vielleicht technologisch einfach, aber technisch aufwändig, ist die Methode der Erweiterung Diamantkristalle in einer Methanumgebung (CH 4).

Bei diesem Verfahren wird ein Diamantkristall auf eine Temperatur von 1111 0 C erhitzt und mit Methan angeblasen. Der Druck in der Arbeitskammer kann gering sein, etwa 0,1 technische Atmosphäre. Dieser Druck dient hauptsächlich dazu, das Eindringen von Luftsauerstoff in die Kammer zu verhindern.

Es muss daran erinnert werden, dass Diamant ab 1200 0 C in den Graphitzustand übergeht (ohne Zugang zu Kohlenstoff).

Der Prozess des Züchtens eines Diamantkristalls findet auf der heißen Oberfläche des Diamanten statt, indem dem vorhandenen Kristallgitter des Diamantkeimkristalls Kohlenstoffatome hinzugefügt werden. Die Menge an Kohlenstoff (Diamant), die in einer Stunde von der Oberfläche des Impfkristalls freigesetzt wird, beträgt 0,2 %.

Die Form der so erhaltenen Kristalle ist kubisch, im Gegensatz zu natürlichen Tetraedern, die Farbe ist schwarz, die Festigkeit ist vergleichbar mit natürlichen Diamanten. Im Kern besteht es aus reinem Karbid, wird aber aufgrund der sehr hohen Härte der resultierenden Kristalle und der Tatsache, dass echte Diamanten als Impfkristall verwendet werden, Diamant genannt.

Die dritte Methode zur Gewinnung von Diamanten ist die Explosionsmethode.

Mit dieser Methode erhält man sehr gute Ergebnisse Diamant Staub zur Herstellung von Schleifsteinen und Schleifmitteln. Es kommt entweder eine Explosion eines „konventionellen“ Sprengstoffs oder eine Explosion eines Drahtes mit einem großen Stromimpuls zum Einsatz.

Um eine dichte Detonationswelle zu erhalten, benötigt man eine Membran, die in dem Metall, aus dem die Membran besteht, mit Schallgeschwindigkeit bricht (bei Eisen sind es 5000 m/s).

Der „erhitzte“ Graphit, der sich im Moment des Durchgangs der Detonationswelle auf der sogenannten „Bratpfanne“ befindet, verwandelt sich in Diamantkristalle.

Diese Methode liefert eine viel höhere Ausbeute als Prozentsatz der Graphitmenge als die Hochdruckmethode.

Die Kristalle sind farblos, reines Wasser, transparent, aber sehr klein (30 – 50 Mikrometer). Kristallform tetraedrisch Stärke vergleichbar mit natürliche Diamanten.

Die Essenz dieser Gewinnungsmethode Diamanten, nach der Explosionsmethode, besteht darin, dass bei der Detonation eines Sprengstoffs in einem begrenzten Raum die Detonationswelle beim Aufprall auf ein Hindernis auf der Grenzschicht, die Stoßwelle – das Hindernis, gleichzeitig hohen Druck und hohe Temperatur erzeugt. Der Druck kann über 300.000 atm und die Temperatur mehrere Zehntausend Grad erreichen. Leider (oder zum Glück) geschieht dies alles in Millionstelsekunden und die Größe (Dicke) der Detonationswelle überschreitet nicht 10–30 Mikrometer.

In dem Moment, in dem die Membran reißt, erhält die Stoßwelle „Dichte“ und eine Art Qualität, die Homogenität genannt wird.

Manche Diamantkristalle solche, die auf ähnliche Weise gewonnen werden, können einen Durchmesser von bis zu 50 Mikrometern haben. Von großer Bedeutung bei dieser Methode ist das Bett, auf dem sich der erhitzte Graphit befindet, und die Dicke der Arbeitsschicht.

Interessante Experimente zum „sekundären“ Pressen des erhaltenen ProduktsDiamantenmit der gleichen Explosionsmethode, nach dem Prinzip der Pulvermetallurgie. In diesem Fall inDiamantenproduktionBei uns können Sie Kristalle in verschiedenen Größen und Gewichten erhaltenDiamantPulver. Die überwiegende Mehrheit der Kristalle hat eine trübe Farbe. Die Fragilität der resultierenden SekundärseiteDiamantkristalle. Die Festigkeit ist viel geringer als bei natürlichen; bei der Verarbeitung sind „Überraschungen“ möglich. In diesem Fall kann Gier die Idee im wahrsten Sinne des Wortes ruinieren. Es wird nicht empfohlen, die Graphitdicke zu überschreiten 60 Mikrometer.

Die vierte Methode zur Herstellung von Diamanten verwendet Katalysatoren

Anwendung von Katalysatoren in Diamantenproduktion Hilft erheblich, Druck und Temperatur zu reduzieren. Diamantkristalle entstehen in der Trennschicht zwischen heißem Graphit und dem Katalysatormetallfilm. Bei entsprechender Auswahl der Technologien können Sie bis zu 50 Gramm erreichen Technische Diamanten in einem technologischen Zyklus.

Wie wir sehen, von Diagramme 3 , Anhang 3

Entsteht an der Graphit-Katalysator-Übergangsgrenze, Diamantkristalle wachsen unter konstanten Bedingungen in der Arbeitskammer weiter, bis sich der Katalysatormetallfilm weiter mit Graphit verbindet.
Anhang 3

Das Kristallwachstum im Legierungsmetall selbst setzt sich aufgrund des Eindringens von Kohlenstoffatomen durch einen dünnen Metallfilm fort.

Künstliche Diamanten die auf diese Weise erhaltenen sind sehr kleine Kristalle ( 30 -200 Mikrometer).

Wird bei niedrigen Temperaturen gewonnen Diamantkristalle Sie haben eine quadratische Kristallstruktur, eine schwarze Farbe und sind in ihrer Festigkeit den natürlichen gleichwertig oder sogar überlegen.

Bei hohen Temperaturen und hohem Druck gewonnene Kristalle haben eine oktaedrische Form und verschiedene Farben – gelbe, blaue, grüne, weiße, transparente und undurchsichtige Kristalle. Sie sind in ihrer Stärke den natürlichen Diamanten ebenbürtig oder sogar überlegen. Der Einfluss von Katalysatoren auf die Farbe ist offensichtlich. Nickelverunreinigung in Diamantkristalle verleiht Diamanten grünliche Farbtöne, Berylliumzusätze verleihen Diamanten blaue Farbtöne.

Es ist zu beachten, dass es in Bezug auf die Härte kein härteres Element auf der Welt gibtDiamant, obwohl es in anderen Eigenschaften einigen künstlichen Elementen unterlegen sein kann. Die Tabelle zeigt Elemente, die ein vollständigeres Bild einiger Eigenschaften vermitteln können Diamant im Vergleich zu anderen irdischen Elementen.

Ein Zuchtdiamant im wahrsten Sinne des Wortes ist ein richtig geschliffener künstlicher Diamant. Es wird angenommen, dass die Eigenschaften künstlicher Diamanten denen echter Diamanten in nichts nachstehen.

Im übertragenen Sinne sind künstliche Diamanten verschiedene Ersatzstoffe für einen weniger wertvollen Edelstein, der in Farbe, Schillern und Glanz einem Diamanten ähnelt. Zu diesen Ersatzstoffen für natürliche Diamanten gehören synthetischer Zirkonia, Moissanit, Swarovski-Kristalle und ähnliche Substanzen. Sie werden zu Schmuckzwecken verwendet, haben aber nicht die Eigenschaften eines echten Diamanten.

In einigen Fällen fungieren natürliche Kristalle als Diamantimitation, zum Beispiel gelber Beryllstein (wenn Sie gelbe Diamanten imitieren möchten), farbloser Saphir oder andere natürliche Edelsteine. Sie kosten weniger als ein Diamant.

Die Verwendung von nachgeahmten oder künstlich gezüchteten Diamanten in Schmuckstücken gilt nicht als Fälschung, wenn der Verkäufer diese Information auf dem Preisschild vermerkt.

Dabei muss der Preis nicht immer niedriger sein – die Kosten für von Menschen geschaffene Diamanten sind vergleichbar mit denen eines echten Diamanten.

Kurzgeschichte

Die ersten Berichte über die Herstellung künstlich gezüchteter Diamanten erreichten die weltweite wissenschaftliche Gemeinschaft Ende des 19. Jahrhunderts, doch die meisten davon waren falsch.

Die resultierenden Kristalle hatten im Gegensatz zu natürlichen eine andere chemische Zusammensetzung, bestanden nicht aus Kohlenstoff und besaßen nicht die Eigenschaften von Diamant, zu denen vor allem Folgendes gehört:

• die maximale Härte unter allen bekannten Substanzen beträgt nach Mohs 10;
• hohe Wärmeleitfähigkeit;
• hohe Lichtstreuung;
• geringe Wärmeausdehnung;
• chemische Inertheit;
• niedriger Reibungskoeffizient;
• hoher elektrischer Widerstand.

Einfach ausgedrückt ist Diamant das härteste Dielektrikum der Welt (eine Substanz, die keinen Strom durchlässt), das sich sehr schnell erwärmt, sich aber beim Erhitzen praktisch nicht ausdehnt.

Naturdiamant ist eine inerte Substanz, die unter normalen Bedingungen nicht mit Laugen und Säuren reagiert.

Bei hohen Temperaturen flammt Diamant auf und verbrennt und verwandelt sich in Graphitruß.

Ironischerweise besteht Diamant aus Kohlenstoff, der gleichen Substanz wie Graphit, der eine Mohs-Härte von 1 hat. Die Eigenschaften von Diamant beruhen auf einer anderen Atomstruktur.

Erstmals wurden 1953 in Schweden echte Diamanten hergestellt. Die damals erfundenen Diamantsynthesetechnologien basierten auf der Nachbildung der natürlichen Bedingungen für die Bildung dieses Minerals. Um die ideale Diamantstruktur zu erhalten, mussten ein hoher Druck und eine hohe Temperatur wiederhergestellt werden – 60.000 Atmosphären und 1,5.000 Grad Celsius.

Produktionstechnologien

Derzeit werden echte künstliche Diamanten, die zu Diamanten geschliffen werden, nach zwei Hauptmethoden gezüchtet. Sie werden HPHT- bzw. CVD-Methoden genannt.

Der Vorname ist eine englische Abkürzung und wird mit „hoher Druck, hohe Temperatur“ übersetzt. Mit dieser Methode können Kristalle mit regelmäßiger kubischer oder dodekaedrischer Form erhalten werden.

Die Essenz der Methode: Ein Werkstück aus Graphit und einem speziell ausgewählten niedrigschmelzenden Metall wird in eine Struktur aus mehreren tonnenschweren Pressen gelegt, von allen Seiten zusammengedrückt und gleichzeitig erhitzt. Das Metall schmilzt, Graphit löst sich darin auf, überschüssiges Metall wird entfernt und bei weiterer Kompression entsteht ein Diamant.

Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass mit derselben Anlage nur Kristalle gleicher Größe und Form erzeugt werden können.

Das Hochtemperatur- und Druckverarbeitungsverfahren wird für die industrielle Diamantprägung verwendet.

CVD steht für „Chemical Vapour Deposition“. Die Bedeutung des Phänomens ist das Wachstum eines Diamantfilms auf einem Wasserstoff-Kohlenstoff-Werkstück. Hier sind deutlich geringere Drücke und Temperaturen erforderlich.

Mit der chemischen Abscheidungsmethode können Sie sowohl farblosen Diamanten als auch andere Farben erhalten, indem Sie der Gaskammer Einschlüsse bestimmter Metalle hinzufügen.

Nach Abschluss des Prozesses muss das Ergebnis poliert und geschliffen werden, aber auf diese Weise können Sie sogar einen künstlichen schwarzen Diamanten erhalten.

Es gibt eine Reihe exotischerer Methoden zur Herstellung synthetischer Diamanten, beispielsweise die Synthese durch Detonation von kohlenstoffhaltigen Sprengstoffen und die Ultraschallbehandlung – Ultraschallkavitation.

Allerdings können mit diesen Methoden nur Nano- und Mikrokristalle hergestellt werden, die nicht einmal ein Karat erreichen. Sie werden in der Industrie beispielsweise zur Herstellung diamantbeschichteter Schneidwerkzeuge eingesetzt.

Nur 2-3 % aller in einer Fabrik oder einem Labor gewonnenen Diamanten werden als Diamanten geschliffen und für Schmuck verwendet. Der Großteil der synthetischen Kristalle wird von der Industrie abgenommen.

Dennoch entstand eine Schmuckmode für Schmuck mit handgefertigten Diamanten. Es verbreitete sich vor allem unter Greenpeace-Anhängern.

Künstliche Kristallfarben

Mit der CVD- oder HPHT-Methode hergestellte Diamanten sind meist entweder farblos oder weisen einen blauen oder gelben Farbton auf.

Diese Farben werden durch Einbringen von Bor (blau) oder Stickstoff (gelb) in die Reaktion erhalten. Aufgrund des großen Stickstoffgehalts in der Atmosphäre ist es schwierig, einen völlig farblosen Diamanten mit hoher Reinheit zu züchten. Der Rekord wurde 2015 aufgestellt und das Gewicht des resultierenden Kristalls betrug knapp über 10 Karat.

Ein künstlicher Diamant wird als gewachsener und nicht als synthetischer Diamant bezeichnet, da seine chemische Zusammensetzung, seine Eigenschaften und Eigenschaften völlig mit denen natürlicher Diamanten identisch sind. Synthesemethoden erfordern eine unterschiedliche Struktur der resultierenden Proben.

Der Markt für gezüchtete Diamanten funktioniert legal.

Nach und nach wird eine Regel eingeführt: Auf Produkten mit unter künstlichen Bedingungen gewachsenen Natursteinersatzstoffen wird mittels Lasergravur eine entsprechende Markierung angebracht, die den Namen des Herstellers und die Seriennummer des Diamanten enthält. Diese Praxis wurde bereits vom US-Hersteller Gemesis eingeführt.

Mit speziellen Testern, die den Stein im Ultraviolett-, Infrarot- oder Röntgenbereich untersuchen, können Sie einen künstlichen Diamanten von einem natürlichen unterscheiden.

Ihr Spektrum weist eine geringe Menge an Stickstoff- oder Metallverunreinigungen auf, die für die Schöpfungen der Natur nicht typisch sind.

Astrologische Bedeutung

Da künstliche Diamanten völlig identisch mit natürlichen sind, können sie von denselben Sternzeichen getragen werden, die einem natürlichen Diamanten entsprechen. Dies sind Feuersteine, und sie „lieben“ hauptsächlich Menschen ihres Elements – Schütze, Löwe und Widder. Unter ihnen zeichnet ein Diamant, auch ein künstlicher, den Widder besonders aus.

Das Tragen von Diamantschmuck ist für die Antipoden des Feuers – die Zeichen des Elements Wasser, insbesondere Fische – kontraindiziert.

(„+++“ – passt perfekt, „+“ – kann getragen werden, „-“ – ist streng kontraindiziert)

Diamantersatz

Beim Schmuck weist der „König des Schmucks“ mehrere Gemeinsamkeiten natürlichen und synthetischen Ursprungs auf.

Sie werden legal verwendet, in diesem Fall sind die entsprechenden Informationen auf dem Preisschild angegeben und der Preis wird proportional reduziert. Aufgrund der hohen Kosten für Rohdiamanten und geschliffene Diamanten wird sein Konterfei leider zur Herstellung von Fälschungen verwendet.

Wichtigste Analoga von Diamanten:

• Herkmeyer – ein Quarzkristall, der von Natur aus einem geschliffenen Diamanten ähnelt und in den USA abgebaut wird;

• natürliches und synthetisches Rutil;

• farbloser Saphir;

• Korundolith (eine Art Spinell);

• Strontiumtitanat;

• Yttrium-Aluminium-Granat;

• Bergkristall;

• Zirkon;

• Zirkonia;

• Moissanit;

• Swarovski-Kristalle.

Die billigsten Fälschungen bestehen aus Glas, werden aber immer seltener, da sie selbst für einen Hobbyjuwelier leicht zu erkennen sind.

Das Üblichste

Die beliebtesten Mineralien auf dem Markt, die einen Diamanten am genauesten imitieren, sind Zirkonia und Moissanit.

Kubikzirkonia ist ein zu 100 % synthetisierter Stoff, der in der Natur nicht vorkommt.

Dabei handelt es sich um Zirkoniumdioxid, ein seltenes Metall. Zirkonium wird aus Zirkonsteinen gewonnen, die als „kleiner Bruder des Diamanten“ bezeichnet werden.

Kubischer Zirkon ist ein transparenter Kristall mit Lichtstreuung und Brechungsindizes, die denen eines Diamanten ähneln. Hat einen Diamantglanz. Der in Russland gebräuchliche Name leitet sich vom Namen des Instituts (FIAN) ab, in dem dieser Stoff erstmals synthetisiert wurde. Im Ausland heißt es Zirkonit. Daher kommt es oft zu Verwechslungen – das Produkt der chemischen Synthese, Kubikzirkonia, wird mit dem Metall Zirkonium und dem Naturstein Zirkon verwechselt, der ebenfalls wie ein gelblicher Diamant aussieht.

Juweliere unterscheiden Kubikzirkonia von Diamanten nach Gewicht – Zirkonit hat mehr, und auch nach Wärmeleitfähigkeit – es ist deutlich geringer als Diamant. Seine Härte liegt unter Diamant, die Obergrenze liegt bei 8,5 Mohs.

Moissanit ist ein natürliches Mineral, benannt nach seinem Entdecker Henri Moissanit.

Aus chemischer Sicht handelt es sich dabei um Siliciumcarbid, auch Carborundum genannt. Obwohl es als natürlicher Stoff entdeckt wurde, kommt es in der Natur ebenso selten vor wie Diamant. Aber es ist leicht zu synthetisieren.

Synthetisch hergestellter Moissanit wird häufig als Alternative zu Diamant oder Zirkonia verwendet. Härte – bis zu 9,25 Mohs. Nach dem Schliff glänzt er strahlender als jeder dieser Kristalle. Sein Brechungsindex ist höher als der von Diamant, er kann jedoch Doppelbrechung aufweisen (den Strahl, der durch den Kristall geht, wird in zwei Teile geteilt), was bei Diamant niemals der Fall ist.

Er unterscheidet sich vom facettierten Diamanten durch seine Doppelbrechung, seinen grünlich-grauen Glanz und seine höhere elektrische Leitfähigkeit als Diamant. Es wird auch durch ultraviolette Bestrahlung nachgewiesen, bei der Moissanit orangerot leuchtet.

Das dritte weit verbreitete Analogon eines Diamanten sind hochwertige Strasssteine, die seltener aus Bleiglas oder Acrylpolymer bestehen - Bergkristall.

Die hochwertigsten Strasssteine ​​werden von Swarovski in Österreich und Preciosa in der Tschechischen Republik hergestellt.

Technologie zur Herstellung synthetischer Diamanten

Die Entwicklung der Forschung zur Ausscheidung von Hochdruckapparaten, die für die Synthese von Diamanten notwendig sind, ist mit dem Namen des Pioniers der Hochdruckforschung, Professor P.W. von der Harvard University, verbunden. Bridgman. Bridgman erkannte schnell, dass hoher Druck allein Graphit nicht in Diamant verwandeln konnte. Der Theorie zufolge ist Diamant bereits bei Drücken von etwa 20.000 atm eine stabile kristalline Form von Kohlenstoff, aber bei Drücken von 425.000 atm bei Raumtemperatur und 70.000 atm bei Rotglut fand die Umwandlung von Graphit in Diamant nicht statt. Gleichzeitig verhält sich Diamant bei normalem Atmosphärendruck wie eine völlig stabile Phase.

Die Umwandlung von Diamant in Graphit kann durch Erhitzen auf etwa 1500 °C erreicht werden, was zu der Annahme geführt hat, dass für die Rückumwandlung bei hohen Drücken Temperaturen in der gleichen Größenordnung erforderlich sind. Die Person, die das Glück hatte, als erste Diamanten zu synthetisieren, war Tracy Hall.

Hall trat 1948 den General Electric Laboratories bei und wurde 1951 Mitglied einer kleinen Forschungsgruppe, die am „Super Pressure Project“ beteiligt war, nach dem die Arbeit der Diamantsynthese kodiert wurde. Obwohl Hall Chemiker war, erkannte er, dass das Haupthindernis für eine erfolgreiche Lösung des Problems der Diamantsynthese der Mangel an Hochdruckgeräten war, und entwickelte einen vorläufigen Entwurf für ein System, das später „Halbgürtel“ genannt wurde. Dies war nur der erste Schritt zum Erfolg, aber es markierte den Weg zu einem neuen, berühmten „Gürtel“-Designs.

Am 16. Dezember 1954 stellte sich der erste Erfolg ein. Hall schrieb später: „Meine Hände zitterten, mein Herz schlug schnell, ich fühlte mich schwach in den Knien und musste mich setzen. Meine Augen fingen das funkelnde Licht von Dutzenden kleiner dreieckiger Flächen aus oktaedrischen Kristallen ein … und mir wurde klar dass Diamanten schließlich vom Menschen hergestellt wurden.“ Dieses Experiment wurde bei einem Druck von 70.000 atm und einer Temperatur von 1600 °C unter Verwendung von Graphit und Troilit (FeS) durchgeführt. Die Diamanten haften auf einer Tantalscheibe, die beim Erhitzen der Probe für elektrischen Strom sorgt.

Darüber hinaus reduzierte Tantal FeS zu metallischem Eisen, da die Anwesenheit von Schwefel allein nicht zur Umwandlung von Graphit in Diamant führen kann. Der Katalysator fungiert als Lösungsmittel, in dem sich der Graphit zunächst auflöst und dann zu Diamant kristallisiert. Ohne ein Metalllösungsmittel ist die Geschwindigkeit der Umwandlung von Graphit in Diamant sehr gering, selbst wenn Temperatur und Druck ausreichend sind.

Halls Diamantsyntheseapparat wurde „Gürtel“ genannt, weil der zentrale Teil, in dem die Diamantsynthese stattfindet, von einem Ring aus Wolframkarbid mit einem Band aus hochfestem Stahl getragen wurde. Zwei konische Kolben wurden von einer großen hydraulischen Presse aus gehärtetem Stahl angetrieben. Die daraus resultierenden synthetischen Diamanten waren von Industriequalität.

Die Hauptschwierigkeit bei der Entwicklung von Geräten für hohe Drücke und Temperaturen besteht darin, dass Stahl und andere Konstruktionsmaterialien bei Erwärmung schnell ihre Festigkeit verlieren. Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, dass nur der Innenverdränger erhitzt wird und eine entsprechende Wärmeisolierung erfolgt, um eine übermäßige Erwärmung der Kolben und des Riemens zu verhindern.

Gemäß dem Patent von General Electric besteht eine typische Reaktionskammerladung aus einer Mischung aus 5 Teilen Graphit, 1 Teil Eisen, 1/3 Teil Mangan und 1/3 Teil Vanadiumpentoxid. Diese Mischung wurde versiegelt und unter einem Druck von 95.000 atm 2 Minuten lang auf 1700 °C erhitzt und dann innerhalb von 8 Minuten auf 1500 °C abgekühlt. Heutzutage wird am häufigsten eine Mischung aus Nickel und Eisen als Lösungsmittel verwendet, wodurch die Diamantsynthese unter weniger strengen Bedingungen durchgeführt werden kann, beispielsweise bei 50.000 atm und 1400 °C. Es wurde auch nachgewiesen, dass Graphit eine Kohlenstoffquelle ist kann durch andere organische Materialien ersetzt werden: Holz, Kohle, Teer, Harz.

Der Gürtel-Hochdruckreiniger von General Electric wurde später durch ein etwa zur gleichen Zeit von Hall entwickeltes tetraedrisches Design ersetzt. Sein Hauptvorteil war die Verwendung relativ billiger Pressen. Die erste Version verwendete vier unabhängig voneinander arbeitende Pressen, die in einem symmetrischen Rahmen montiert waren und im zentralen Teil des Arbeitsvolumens zusammenliefen. Eine andere, einfachere Modifikation erfordert nur eine hydraulische Presse, und die Kräfte in den anderen drei Richtungen werden durch das Zusammenwirken der Kolben mit der konischen Oberfläche eines starken Stahlträgers erzeugt. Ein speziell angefertigtes Pyrophyllitteil mit einem Elektroofen, bei dem es sich um ein Graphitrohr handelt, wird in den tetraedrischen Raum eingebaut, der durch die Innenflächen dieser Einsätze gebildet wird. Die elektrische Stromzufuhr erfolgt über zwei gegenüberliegende Kolben oder über spezielle elektrische Eingänge. Graphit und Metalllösungsmittel werden in den Ofen gegeben.

Parallel zur Arbeit von General Electric wurden von der All Swedish Electric Joint Stock Company, bekannt als ASEA, Forschungen zur Herstellung künstlicher Diamanten durchgeführt. Es ist wahrscheinlich, dass die ASEA-Gruppe keine Einzelheiten ihrer erfolgreichen Diamantsynthese im Jahr 1953 veröffentlichte, weil sie versuchten, Schmuckmaterial zu beschaffen, und keinen großen Wert auf sehr kleine Industriediamanten legte. Bei der ASEA-Technologie wurden Drücke von 80.000 bis 90.000 atm und Temperaturen von bis zu 2760 °C verwendet. Die Größe der von beiden Unternehmen hergestellten Diamanten lag deutlich unter 1 mm. In ASEA-Experimenten entstanden 20–50 Kristalle mit einer Größe von 0,1–0,5 mm.

In der UdSSR wurde 1960 vom Institut für Hochdruckphysik der Akademie der Wissenschaften der UdSSR eine Methode zur Herstellung synthetischer Diamanten entwickelt. Beaufsichtigte die Arbeit des Akademikers. L.F. Wereschtschagin. Im Jahr 1961 wurde am Institut für superharte Materialien der Akademie der Wissenschaften der Ukrainischen SSR eine industrielle Technologie zur Synthese von Diamanten entwickelt. Der Prozess wird bei einer Temperatur von 1800–2500 °C und einem Druck von mehr als 50–102 MPa in Gegenwart von Katalysatoren – Chrom, Nickel, Eisen, Mangan, Platin, Kobalt oder anderen Metallen – durchgeführt. Anschließend wurde festgestellt, dass Diamanten durch die Kristallisation von Kohlenstoff aus seiner Lösung in einem geschmolzenen Metallkatalysator entstehen.

Die Diamantsynthese erfolgt in einer linsenförmigen Kammer mit einem Volumen von mehreren Kubikzentimetern. Die Erwärmung erfolgt durch Induktion oder durch direkten Stromdurchgang. Wenn sich die Stempel einander nähern, zieht sich das Reaktionsgemisch aus Graphit mit Nickel (sowie mit geschichtetem Pyrophyllit) zusammen. Dadurch rekristallisiert sich das hexagonale Kristallgitter des Graphits in die kubische Struktur des Diamanten. Die Größe der Diamantkristalle hängt von der Synthesezeit ab: Bei einer Reaktionszeit von 3 min. Es bilden sich Kristalle mit einem Gewicht von etwa 10 mg und 30 Minuten - 70 mg. Die haltbarsten Kristalle wurden mit einer Größe von bis zu 0,5–0,8 mm erhalten.

Herstellung von Schmuck aus synthetischen Diamanten

Hier ist ein Diagramm einer Vorrichtung, mit der große Diamantkristalle durch Kohlenstoffübertragung in einer Metalllösung gezüchtet werden.

Man sollte nicht glauben, dass die Produktion synthetischer Industriediamanten in großen Mengen die Aufgabe vereinfacht, Diamanten von solcher Größe und Qualität zu erhalten, dass sie als Edelsteine ​​eingestuft werden können. Das Haupthindernis für Versuche, große Kristalle zu erhalten, ist das kleine Volumen, in dem extreme Druck- und Temperaturbedingungen aufrechterhalten werden können. Darüber hinaus dauert die Züchtung großer Kristalle lange.

Methoden zur Herstellung von Edelsteindiamanten wurden erst 1967 patentiert, als es Robert Wentorf endlich gelang, einen geimpften Diamanten zu züchten. Ein Impfkristall ist notwendig, um die Kristallisation von Graphit zu verhindern, selbst wenn die experimentellen Bedingungen dem Kristallisationsbereich von Diamant entsprechen. Das schwierigste Problem bei der Züchtung großer, hochwertiger Diamantkristalle ist die Notwendigkeit, die notwendigen Bedingungen für ihre Stabilität aufrechtzuerhalten.

Bei der von Wentorf verwendeten Technik wurde der Impfkristall im kalten Teil der Lösung bei einer Temperatur von etwa 1420 °C platziert, und kleine Kristalle befanden sich im unteren Teil bei einer Temperatur von 1450 °C 55.000 bis 60.000 atm. Es ist besser, wenn der Impfkristall unten platziert wird, da einige kleine Kristalle, die sich außerhalb des Impfkristalls bilden, in die heiße Zone schwimmen und sich dort auflösen, anstatt um den Impfkristall herum zu wachsen.

In einigen Experimenten Wentorfs rekristallisierte sich das Diamant-Einsatzmaterial zu Graphit um. Allerdings standen die Forscher auch vor einem schwerwiegenderen Problem: Die maximale Geschwindigkeit, mit der Kristalle stetig wachsen können, muss mit zunehmender Kristallgröße abnehmen. Es wurde festgestellt, dass für einen Kristall mit einem Durchmesser von 1 mm die höchste stabile Wachstumsrate 0,2 mm/Stunde beträgt. Wenn die Kristallgröße 5 mm erreicht, kann ein stabiles Wachstum mit einer Geschwindigkeit von 0,04 mm/Stunde stattfinden und es dauert mehrere Tage, um einen Kristall dieser Größe zu züchten.

Das Problem wird noch schwerwiegender, wenn wir versuchen, größere synthetische Diamanten zu züchten. Derzeit hat ein großer synthetischer Diamant einen Durchmesser von 6 mm und ein Gewicht von 1 Karat (0,2 g). Da niedrige Wachstumsraten für die Züchtung großer Kristalle günstiger sind und die Aufrechterhaltung hoher Temperaturen und Drücke über einen langen Zeitraum erhebliche Kosten verursacht, sind große synthetische Diamanten teurer oder vergleichbar mit dem Preis natürlicher Kristalle ähnlicher Größe. Das Foto oben zeigt von Robert Wentorf gezüchtete 1-Karat-Synthetikdiamanten und den als Ausgangsmaterial verwendeten Graphit.

Diamanten werden durch das Einbringen verschiedener Verunreinigungselemente in die Kristalle gefärbt. Stickstoff verleiht eine grüne Färbung und ist wahrscheinlich für die gelbe Farbe von Steinen verantwortlich, wenn er in geringen Konzentrationen vorhanden ist. Durch die Zugabe von Bor erhält der Diamant eine blaue Farbe. Auch selten vorkommende blaue Natursteine, wie der berühmte Hope-Diamant, verdanken ihre Farbe dem Vorhandensein dieses Elements. Das Studium der Eigenschaften farbiger Diamanten ist hilfreich, um einige Diamanten und ihre Entstehung in der Natur zu verstehen.

Direkte Umwandlung von Graphit in Diamant

Für den direkten Übergang von Graphit zu Diamant sind im Vergleich zur Metall-Lösungsmittel-Methode noch extremere Bedingungen erforderlich. Dies ist auf die große Stabilität von Graphit zurückzuführen, die auf die sehr starken Bindungen seiner Atome zurückzuführen ist. Die Ergebnisse der ersten Experimente zur direkten Graphit-Diamant-Umwandlung, durchgeführt von P. DeCarli und J. Jamieson von der Allied Chemical Corporation, wurden 1961 veröffentlicht.

Zur Druckerzeugung wurde ein Hochleistungssprengstoff eingesetzt, mit dessen Hilfe etwa eine Millionstelsekunde (eine Mikrosekunde) lang eine Temperatur von etwa 1200 °C und ein Druck von etwa 300.000 atm aufrechterhalten wurden. Unter diesen Bedingungen wurde nach dem Experiment eine gewisse Menge Diamant in Form sehr kleiner Partikel in der Graphitprobe nachgewiesen. Die resultierenden Kristallite haben eine Größe (100 A = 10 nm oder ein Hunderttausendstel Millimeter). Sie sind vergleichbar mit dem sogenannten „Carbonado“ in Meteoriten, dessen Entstehung durch den Einfluss der hohen Temperatur, die entsteht, wenn der Meteorit die dichten Schichten der Atmosphäre durchdringt, und der dabei auftretenden starken Aufprallenergie erklärt wird Der Meteorit trifft auf die Erdoberfläche.

Im Jahr 1963 gelang es Francis Bundy von General Electric, Graphit bei statischen Drücken von über 130.000 atm direkt in Diamant umzuwandeln. Solche Drücke wurden durch eine modifizierte „Riemen“-Installation mit einer größeren Außenfläche der Kolben und einem kleineren Hubraum erreicht. Um solche Drücke zu erzeugen, war es notwendig, die Festigkeit der Leistungsteile der Anlage zu erhöhen. Bei den Experimenten wurde ein Graphitblock durch Funken auf Temperaturen über 2000 °C erhitzt. Die Erhitzung erfolgte durch elektrische Stromimpulse, und die für die Bildung von Diamant erforderliche Temperatur wurde mehrere Millisekunden (Tausendstelsekunden) lang aufrechterhalten, was erheblich ist länger als in den Experimenten von De Carli und Jamieson. Die Größe der neu gebildeten Partikel war zwei- bis fünfmal größer im Vergleich zu denen, die bei der Stoßkompression erhalten wurden.

In der UdSSR wurde am Institut für superharte Materialien der Akademie der Wissenschaften der Ukrainischen SSR eine ähnliche Technologie zur Herstellung künstlicher Diamanten entwickelt. Bei einer gerichteten Explosion kommt es zu einem augenblicklichen Druckanstieg auf 200–102 MPa und einer Temperatur auf 2000 °C und es bilden sich kleine (bis zu 10–30 Mikrometer) synthetische Diamanten im Graphit.

Im Jahr 1963 patentierte V. J. Eversol (USA) eine Methode zur Züchtung von Diamanten aus einer mit Kohlenstoff (Methan, Acetylen oder anderen Kohlenwasserstoffen) übersättigten Gasphase bei einem Druck unter 10–102 MPa. Die daraus resultierende überschüssige Oberflächenenergie an der Graphit-Luft-Grenzfläche fördert die Bildung von Diamantkeimen. Eine ähnliche Methode wurde in der UdSSR unabhängig von B. V. Deryagin und D. V. Fedoseev entwickelt. Bei Drücken unterhalb des Atmosphärendrucks gelang es ihnen, aus der Gasphase auf Diamantkeimen Whisker-artige Kristalle aus synthetischem Diamant zu gewinnen. Die Kristallwachstumsrate ist sehr gering – etwa 0,1 µm/h.

Die Aufmerksamkeit dieser Wissenschaftler erregte Vorschläge zur Herstellung von Diamanten unter Bedingungen, unter denen Graphit stabil und Diamant metastabil ist (metastabiler Diamant bedeutet, dass er unter diesen Bedingungen unbegrenzt lange unverändert bleiben kann, ohne wieder in Graphit umzuwandeln). Um Graphit in Diamant umzuwandeln, müssen die Kohlenstoffatome in einen hochenergetischen Zustand angeregt werden. Dies wird üblicherweise durch Anwendung hoher Drücke und Temperaturen erreicht. Eine alternative Idee basiert auf der Tatsache, dass, wenn Kohlenstoffatome mit einem hohen Energieniveau erhalten werden können, der Übergang in einen festen Zustand eher zur Bildung von metastabilem Diamant als von stabilem Graphit führt. Dies wird durch die Verwendung von Diamantkeimen erleichtert, die dazu beitragen, die Kohlenstoffatome in einer Reihenfolge anzuordnen, die eher der Diamantstruktur als der Graphitstruktur entspricht. Die wohl vielversprechendste Methode ist die Zersetzung kohlenstoffhaltiger Gase bei relativ niedrigen Drücken. Das Gas umhüllt kleine Diamantkristalle, zersetzt sich und Kohlenstoffatome lagern sich auf der Oberfläche der Impfkristalle ab.

Die folgenden Bedingungen sind typisch für Eversols Experimente: Temperatur im Bereich von 600–1600 °C, Gesamtgasdruck – eine Atmosphäre, Methankonzentration im Gasgemisch von 0,015 bis 7 %. Die Samen hatten einen Durchmesser von nur 0,1 Mikrometern (Zehntausendstel Millimeter) und boten so eine große Oberfläche für die Diamantabscheidung. Neben Diamant bildeten sich in der Gasphase auch Graphitansammlungen, die sich zusammen mit Diamant auf der Oberfläche der Impfkristalle ablagerten. Wenn der Prozess nicht von Zeit zu Zeit gestoppt wird, um Graphit zu entfernen, steigt seine Konzentration so stark an, dass eine weitere Ausfällung von Diamant verhindert wird. Dies beinhaltete die periodische Extraktion von Diamanten, die mit Wasserstoff in einen Hochdruckbehälter (von 50 bis 200 atm) gegeben und bei einer Temperatur von 1000 °C kalziniert wurden. Wasserstoff reagiert viel schneller mit Graphit als mit Diamant, daher reinigt dieses Verfahren die Oberfläche der Impfkristalle für das anschließende Diamantwachstum.

Deryagins Gruppe kam zu dem Schluss, dass es rentabler ist, neue Graphitformationen mit Luftsauerstoff bei Atmosphärendruck zu oxidieren. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass der Syntheseprozess und die Graphitentfernung im selben Reaktor durchgeführt werden, der während der oxidativen Phase des Prozesses mit Luft gefüllt ist. Typische Bedingungen für die Züchtung von Diamanten nach dieser Methode sind durch eine Temperatur von 1020 °C und einen Methandruck von 0,07 mm Hg gekennzeichnet. Kunst.

Die höchsten Wachstumsraten liegen bei etwa 0,1 Mikrometer pro Stunde, was die Bildung von etwa einem Karat Diamant pro Stunde im gesamten Reaktorvolumen gewährleistet. Die Vibration der Keime trägt dazu bei, die Kontaktfläche der Kristalle mit Methan zu vergrößern und führt zu einer Verbesserung der Eigenschaften der wachsenden Schicht. Noch höhere Geschwindigkeiten werden erreicht, wenn die Oberfläche von Diamanten mit Licht einer gasgefüllten Hochspannungs-Xenonlampe bestrahlt wird. Die Lampe arbeitet im pulsierenden Modus, was ein schnelles Diamantwachstum fördert und die Keimbildung von Graphitkristalliten weitgehend verhindert. Berichten zufolge erreichen Wachstumsraten unter solchen Bedingungen mehrere Mikrometer pro Stunde. Manchmal beginnen bei dieser Methode Diamant-„Whisker“ zu wachsen – dünne Fäden, die an verschiedenen Stellen auf der Oberfläche des Impfkristalls hervorstehen. Die Gründe für diese seltsame Wachstumsform sind noch nicht klar.

Die Eversol-Methode wurde in den USA hauptsächlich von J. Angus und seinen Mitarbeitern an der Ohio State University entwickelt. Die Wachstumsbedingungen, die sie verwenden: Temperatur 1000 °C, Methandruck (gemischt mit Wasserstoff) 0,2 mm Hg. Kunst. - nahe an den Bedingungen der von Deryagins Gruppe durchgeführten Experimente. Die Gewichtszunahme beträgt in der Regel 6 % in 20 Stunden, was einer linearen Wachstumsrate von nur 0,001 µm/Tag entspricht. In der Anfangsphase des Prozesses werden höhere Geschwindigkeiten beobachtet, was wahrscheinlich auf Spannungen zurückzuführen ist, die durch kleine Unterschiede in den Abständen zwischen Kohlenstoffatomen im Film und im Substratkristall verursacht werden. Möglicherweise sind die von sowjetischen Wissenschaftlern berichteten sehr hohen Wachstumsraten auch nur für die Anfangsphase des Prozesses charakteristisch.

Im Jahr 1970 entwickelte General Electric eine Methode zur Herstellung großer synthetischer Diamantkristalle in Edelsteinqualität auf Samen in Form von Platten. Allerdings sind die Kosten für den Anbau solcher Diamanten viel höher als für den Abbau natürlicher Diamanten.

Synthetische Diamanten werden häufig zur Herstellung von Diamantschleifwerkzeugen, Schleifsteinen, Schleif- und Trennscheiben, Schleifpasten, Glasschneidern, Fräsern, Bohrern, Meißeln usw. verwendet. Derzeit werden mehr als 80 % des Bedarfs an Industriediamanten gedeckt synthetische Diamanten. Derzeit suchen Dutzende Labore in verschiedenen Ländern weiterhin nach einer rationelleren und effektiveren Methode zur Züchtung von Diamanten für technische Zwecke und Schmuckzwecke.

Veredelung von Diamanten durch Bestrahlung

Eine Geschichte über synthetischen Diamanten wäre unvollständig ohne Informationen über die Verwendung von Kernstrahlung zur Herstellung farbiger Kristalle. Die Entwicklung dieser Verarbeitungsmethode wurde durch die extreme Seltenheit farbiger Diamanten veranlasst, und dennoch ist ein hochwertiger farbiger Diamant mehr als 25 % teurer als seine farblose Variante.

Der englische Wissenschaftler Sir William Crookes entdeckte, dass radioaktive Strahlung von Radium farblosen Diamanten in die grüne Variante verwandelt. Später wurde festgestellt, dass diese Farbänderung durch den Beschuss des Kristalls mit Alpha-Partikeln entsteht, sich jedoch aufgrund des schwachen Eindringens von Alpha-Partikeln in Feststoffe nur auf die äußere Schicht des Diamanten auswirkt. Die Methode der Bearbeitung von Diamant durch Bestrahlung blieb bis zu einer neuen Entwicklungsrunde in der Kernphysik Ende der 40er Jahre des 20. Jahrhunderts in Vergessenheit.

Diamantkristalle wurden mit Deuteronen bombardiert. Der Diamant blieb mehrere Stunden lang stark radioaktiv, aber selbst dann war nur die äußere Schicht gefärbt. Es wurde festgestellt, dass der Beschuss mit hochenergetischen Elektronen dazu führte, dass sich der Diamant blassblau oder grün verfärbte, aber auch hier war nur eine dünne Schicht gefärbt. Aber Neutronen, die eine höhere Durchdringungskraft haben, können die Farbe des gesamten Steins verändern. Nach der Bestrahlung werden Diamanten grün, aber beim Erhitzen in einem Inertgas bei 900 °C ändert sich ihre Farbe zunächst in Braun und dann in Goldgelb. Bestrahlte Diamanten haben eine goldgelbe Farbe, sind viel attraktiver als grüne oder braune und erfreuen sich in den USA großer Beliebtheit.

In einigen Fällen reagieren Diamanten unterschiedlicher auf Bestrahlung und es können blaue, rote und violette Kristalle entstehen. Dieser Farbunterschied ist auf in Diamanten vorhandene Verunreinigungen zurückzuführen. Die meisten Diamanten, sogenannte Typ-I-Diamanten, enthalten Stickstoff als Verunreinigung, der vermutlich in einem Zwischenstadium zwischen der Entstehung des Diamanten im Erdinneren und dem Zeitpunkt, zu dem er in oberflächennahe Bereiche gelangt, in den Kristall eingebracht wird. Bei den meisten Diamanten ist Stickstoff in Form sehr dünner Plättchen verteilt, bei einem von tausend ist er jedoch gleichmäßig über das gesamte Kristallvolumen verteilt. Der letzte Kristalltyp wird als Ib bezeichnet, während die häufigsten als Typ Ia klassifiziert werden.

Der seltenere Typ II besteht aus reinen Diamanten, die nahezu keinen Stickstoff enthalten. Dazu gehören auch die größten Steine. Die häufigsten Diamanten dieser Art werden als Typ IIa klassifiziert, und die sehr seltenen Diamanten, die geringe Konzentrationen an Aluminiumverunreinigungen enthalten, werden als Typ IIb klassifiziert. Unter den Diamanten der Typen I6 und II6 gibt es Kristalle in den Farben Rot und Violett, weshalb sie teurer sind als Diamanten des regulären Typs.

Die folgende Tabelle gibt Auskunft über die Farbe handelsüblicher bestrahlter Diamanten. Generell ist es sinnvoll, nur große Kristalle zu bestrahlen, da der Preisanstieg bei kleinen Diamanten den Aufwand für deren Bearbeitung nicht rechtfertigt.

Da die Bearbeitung von Diamanten zur Farbveränderung heutzutage weit verbreitet ist, ist ein neues Problem entstanden. Einige selbst kontrolliert bestrahlte Diamanten können aufgrund der Anwesenheit von Verunreinigungen langlebiger radioaktiver Isotope lange Zeit radioaktiv bleiben. Wie ernst dieses Problem ist, ist nicht ganz klar. Wenn für den Besitzer des bestrahlten Steins jedoch eine Gefahr besteht, sollte er sich über die Ergebnisse der Überwachung auf Restradioaktivität und die gefährliche Methode der Raffinierung des Minerals im Klaren sein. In jedem Fall macht die unkontrollierte Veredelung von Steinen in Drittländern diese Steine ​​gefährlich, da nicht bekannt ist, womit genau der Stein bestrahlt wurde und welche Folgen diese Bestrahlung hat. Der Käufer muss die Wahl haben, einen potenziell gefährlichen Kauf bewusst abzulehnen.

Diamanten ziehen seit der Antike die Menschheit an. Die außergewöhnliche Schönheit dieser Steine ​​hat dazu geführt, dass sie zur Herstellung verschiedener Schmuckstücke verwendet werden. Später entdeckten die Menschen jedoch andere nützliche Eigenschaften von Diamanten – ihre einzigartige Festigkeit und Härte. Um den Produktionsbedarf zu decken, hat die Natur nicht viel von diesem Material geschaffen, so dass die Menschen auf die Idee kamen, Diamanten künstlich herzustellen.

Diamantwert

Diamant gilt als einzigartiger Stein, der eine seltene Kombination wichtiger Eigenschaften besitzt: starke Dispersion, hohe Wärmeleitfähigkeit, Härte, optische Transparenz, Verschleißfestigkeit. Aufgrund ihrer physikalischen und mechanischen Eigenschaften werden Diamanten nicht nur von Schmuckexperten hoch geschätzt, sondern finden auch in verschiedenen Branchen breite Verwendung. Daher wird dieser Edelstein in der Medizin, Optik und Mikroelektronik verwendet.

Es ist jedoch sehr schwierig und ziemlich teuer, den Produktionsbedarf mit reinen Naturdiamanten vollständig zu decken. Aus diesem Grund begann die Menschheit darüber nachzudenken, wie man einen künstlichen Diamanten herstellen könnte. Der synthetische Stein musste nicht nur die wichtigen Eigenschaften eines echten Diamanten aufweisen, sondern auch eine perfektere Kristallstruktur aufweisen, was für High-Tech-Bereiche sehr wichtig ist.

Wie sind synthetische Diamanten entstanden?

Der Bedarf, synthetischen Stein herzustellen, entstand schon vor langer Zeit. In die Praxis umgesetzt wurde es jedoch erst im 20. Jahrhundert. Bis zu diesem Zeitpunkt konnten Wissenschaftler keine Technologie zur Herstellung von Diamanten entwickeln, obwohl sie feststellen konnten, dass sie mit gewöhnlichem Kohlenstoff verwandt sind. Und einige Jahrzehnte später entstand der erste synthetische Diamant, der aus Graphit unter dem Einfluss hoher Temperatur und Druck gewonnen wurde. Von diesem Moment an begann die Produktion künstlicher Diamanten, die heute in vielen Elementen verschiedener Geräte verwendet werden und Werkzeuge.

Diamantproduktionstechnologien

Heutzutage werden zur Herstellung von Kunststein verschiedene Technologien eingesetzt, von denen jede ihre eigenen Eigenschaften hat. Die zuverlässigste, aber teuerste Technologie ist die Herstellung von Diamant aus kristallinem Kohlenstoff, der zur Verarbeitung in eine spezielle Presse gegeben wird. Zunächst wird dem zu verarbeitenden Material mit leistungsstarken Pumpen Wasser zugeführt. Auf diese Weise gefriert das Wasser dann unter der Wirkung des Kältemittels, wodurch der Druck um das Zehnfache ansteigt. Im letzten Schritt wird die Kammer mit dem Kohlenstoff angeschlossen und für einige Sekundenbruchteile mit einem starken Strom versorgt. Unter dem gleichzeitigen Einfluss von Temperatur und Druck wandelt sich Graphit in Hartgestein um. Nach dieser Phase wird die Presse abgetaut, die Flüssigkeit abgelassen und der fertige künstliche Diamant entnommen.

Wachsender Diamant mit Methan

Sie verwenden auch eine einfachere Technologie zur Herstellung von Kunststein – die Explosionsmethode, die es ermöglicht, unter dem Einfluss von Methan einen künstlichen Kristall zu züchten. Sehr oft erfolgt die Herstellung künstlicher Diamanten mit zwei Technologien. Tatsache ist, dass im ersten Fall die höchste prozentuale Ausbeute an Diamanten erzielt werden kann, diese jedoch sehr gering sein werden. Mit der zweiten Technologie können Sie den resultierenden synthetischen Stein deutlich erhöhen, indem Sie Methan unter dem Einfluss einer Temperatur von etwa 1100 ° C einblasen. Die Explosionsmethode ermöglicht die Gewinnung eines künstlichen Diamanten jeder Größe.

Arten von künstlichen Diamanten

Heutzutage werden viele Arten synthetischer Diamanten hergestellt: Zirkonia, Moissanit, Strass, Ferroelektrikum, Rutil, Fabulit, Cerussit. Der perfekteste gefälschte Diamant gilt als Zirkonia oder Kubikzirkonium. Aus diesem Grund haben viele Menschen schon oft den Namen künstlicher Diamant-Zirkon gehört. Obwohl es nichts mit teurem Naturstein zu tun hat.

Kubikzirkonia zeichnet sich durch eine hohe Härte, einen hohen Grad an Dispersion und Lichtbrechung aus. Aufgrund seiner Eigenschaften imitiert dieser Stein perfekt einen echten Diamanten und wird häufig in der Schmuckindustrie verwendet. Selbst Experten können mit bloßem Auge kaum eine Fälschung vom Original unterscheiden, da sie sich gleich spielen.

Moissanit gilt als das hochwertigste Analogon von Diamant. Es verfügt über die gleichen physikalischen Eigenschaften wie Naturstein und ist hinsichtlich der optischen Eigenschaften sogar noch besser. Der einzige Nachteil besteht darin, dass es eine geringere Härte aufweist.

Besonders beliebt sind Strasssteine ​​aus Bleiglas, das aus Bleioxid besteht. Aufgrund ihrer Zusammensetzung spielen diese Steine ​​wunderbar im Licht und haben einen Glanz, der mit dem von Diamanten identisch ist.

Wo werden synthetische Diamanten verwendet?

Künstlicher Diamant wird in Schmuckfabriken häufig zur Herstellung von luxuriösem Schmuck verwendet, der nicht nur schön aussieht, sondern auch sehr erschwinglich ist. Produkte mit Kunststeinen sehen nicht schlechter aus und tragen sich gut.

Auch der Anbau künstlicher Diamanten ist ein wesentlicher Bestandteil der modernen Industrie. Aus ihnen werden Hochleistungswerkzeuge hergestellt: Diamantsägen, Polierscheiben, Meißel, Bohrer, Skalpelle, Messer, verschiedene Fräser und Pinzetten. Maschinen und Geräte aus Diamantmaterial ermöglichen die Verarbeitung langlebigster Legierungen und Rohstoffe. Darüber hinaus sorgt Diamant für höchste Präzision in Maschinen und Instrumenten.

So erstellen Sie zu Hause einen künstlichen Diamanten

Einige Experten behaupten, dass es möglich sei, synthetischen Diamanten zu Hause zu züchten. Die Herstellung künstlicher Diamanten selbst erfordert jedoch viel Aufwand und Zeit. Wir erklären Ihnen, wie Sie aus Salz ein Mineral züchten, das entfernt wie ein Diamant aussieht.

Um einen solchen Stein herzustellen, benötigen Sie Kochsalz, chemische Glasgeräte, ein sauberes Blatt Papier und einen Laborfilter. Zuerst müssen Sie einen kleinen Kristall vorbereiten. Füllen Sie dazu ein Becherglas zu 1/5 mit Salz, füllen Sie es zur Hälfte mit warmem Wasser und rühren Sie um. Wenn es sich auflöst, bedeutet das, dass Sie etwas mehr hinzufügen müssen. Es muss Salz hinzugefügt werden, bis es sich nicht mehr auflöst. Filtern Sie dann die Lösung in einen anderen Behälter, in dem der Stein wachsen soll, und bedecken Sie ihn mit Papier. Sie müssen den Lösungsstand jederzeit überwachen. Der Stein sollte nicht in der Luft landen. Wenn die Lösung verdunstet ist, müssen Sie eine neue vorbereiten und hinzufügen.

Menschen, die solche Experimente durchgeführt haben, behaupten, dass ein selbstgemachter künstlicher Diamant im Laufe einer Woche merklich wachsen sollte.

Kosten für künstlichen Diamanten

In der modernen Welt haben synthetische Steine ​​ein eigenes Segment des Schmuckmarktes eingenommen. Die Herstellung künstlicher Diamanten wird ständig verbessert. Wissenschaftler erfinden neue Steine, die sofort große Popularität erlangen, während ältere Steine ​​an Nachfrage verlieren und nach und nach vom Markt verschwinden. Beispielsweise wurde Mitte des 20. Jahrhunderts künstlicher Rutil in Schmuckstücke eingearbeitet, um Diamanten zu imitieren. Dann wurde es durch Zirkonia ersetzt. Und in den 90ern. alle bisherigen wurden durch Moissanit ersetzt.

Die Preise für künstliche Diamanten hängen von Größe, Schliff und Produktionstechnologie ab. Viele Menschen glauben fälschlicherweise, dass es sich bei synthetischen Steinen um gewöhnliches Glas handelt, und sehen darin keinen Wert. Doch in Wirklichkeit kosten solche Diamanten oft viel Geld und sind teilweise recht selten. Daher können andere Sorten künstlicher Diamanten mehr kosten als ihre natürlichen Gegenstücke.

Unter den synthetischen Diamanten gelten Zirkonias in verschiedenen Farben als die beliebtesten. Ihr durchschnittlicher Preis pro Karat in geschliffener Form liegt zwischen 1 und 5 US-Dollar. Und das bekannte Diamantanalogon Moissanit kostet viel mehr – 70-150 US-Dollar pro Karat.

Ein wesentlicher Faktor bei der Bestimmung des Preises von Steinen ist die Farbe. So liegen die Kosten für einen gelben Diamanten bei 40–50 US-Dollar pro 0,2 Karat, für einen orange-rosa Stein müssen Sie jedoch je nach Größe etwa 3.000 US-Dollar bezahlen.

Weltführer

China, Japan, die USA und Russland galten in den letzten Jahren als weltweit führend in der Produktion von Kunststeinen. China entwickelt diesen Bereich am aktivsten und erfindet ständig neue Synthesetechnologien.