Realizarea de diamante artificiale acasă. Ce sunt diamantele artificiale și prin ce diferă ele de cele reale? Domeniul de aplicare al diamantelor artificiale
Diamantele au fost folosite de mult timp ca cele mai bune bijuterii. Bijutierii împart diamantele în aproape mii de grade, în funcție de transparența, tonul, densitatea și uniformitatea culorii, prezența fisurilor, incluziunilor de minerale și alte semne. La sfârșitul secolului al XX-lea, diamantele au început să fie folosite în producție. În prezent, potențialul economic al țărilor cele mai dezvoltate este în mare măsură asociat cu utilizarea diamantelor.
Ce proprietăți ale diamantului determină utilizarea sa pe scară largă în cele mai diverse domenii ale economiei naționale? În primul rând, bineînțeles, duritatea excepțională, care, judecând după rata de abraziune, este de 150 de ori mai mare decât cea a corindonului și de zece ori mai bună decât cea a celor mai bune aliaje folosite la fabricarea frezelor. Datorită acestei proprietăți, diamantul este folosit pentru găurirea rocilor.
Pentru prima dată, geologii au început să folosească diamantele naturale în forajul pentru carote în jurul anului 1910, cu ajutorul unor astfel de bucăți în rocă s-au făcut găuri inelare, prin care a fost extras miezul - probe de rocă pentru analiză. Biți de diamant au fost introduși pentru prima dată pentru forarea petrolului la începutul anilor 1920 și au fost utilizați pe scară largă de atunci. Pentru biți se folosesc diamante naturale, nu tehnice, ci de calitate prețioasă, care sunt măcinate la o dimensiune specială și dau o formă corectă, rotunjită.
Duritatea excepțională a diamantelor le permite să fie utilizate pentru prelucrarea mecanică a unei game largi de materiale, pentru tragerea (trasarea) sârmelor subțiri, ca abraziv etc. ...
Mai mult de jumătate din producția de diamante industriale merge către fabricarea de unelte speciale pentru industria prelucrătoare. Utilizarea frezelor și burghiilor cu diamant pentru prelucrarea metalelor neferoase și feroase, aliajelor dure și super-dure, sticlei, cauciucului, materialelor plastice și a altor substanțe sintetice oferă un efect economic uriaș în comparație cu utilizarea sculelor din carbură. Este extrem de important ca acest lucru nu numai că mărește productivitatea muncii de zece ori (chiar de sute de ori la strunjirea materialelor plastice!), dar, în același timp, îmbunătățește semnificativ calitatea produsului. Suprafețele tratate cu un tăietor diamant nu necesită șlefuire, practic nu există microfisuri pe ele, drept urmare durata de viață a pieselor obținute crește de multe ori.
Aproape toate industriile moderne, în primul rând cele electrice, radio-electronice și de fabricare a instrumentelor, folosesc cantități mari de sârmă subțire din diverse materiale. În același timp, se impun cerințe stricte privind forma circulară și constanța diametrului secțiunii transversale a firului cu un finisaj ridicat al suprafeței. Un astfel de fir din metale dure și aliaje (tungsten, oțel crom-nichel etc.) poate fi realizat numai folosind matrițe de diamant. Matrițele sunt diamante lamelare cu cele mai fine găuri găurite în ele.
Pulberile de diamant sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în industrie. Ele sunt obținute prin zdrobirea diamantelor naturale de calitate scăzută și sunt, de asemenea, fabricate în fabrici speciale pentru producția de diamante sintetice.
Pulberile de diamant sunt folosite în fabricile de tăiere, unde toate pietrele prețioase, inclusiv diamantele, sunt tăiate și lustruite, datorită cărora pietrele anterior nedescrise devin bijuterii misterios de luminoase sau strălucitor de bijuterii, față de frumusețea unică a cărora nimeni nu va rămâne indiferent.
Pulberile de diamant sunt utilizate în pânze de ferăstrău circular de diamant, burghie diamantate fine, pile speciale și ca abraziv. Numai cu ajutorul pulberilor de diamant a fost posibilă crearea unor burghie unice care oferă găuri adânci și subțiri în materiale dure și fragile.
În diamant, sub acțiunea unei particule încărcate, apare un fulger de lumină și apare un impuls de curent. Aceste proprietăți fac posibilă utilizarea diamantelor ca detectoare de radiații nucleare. Strălucirea diamantelor și apariția impulsurilor de curent electric în timpul iradierii fac posibilă utilizarea lor în contoare de particule rapide. Diamantul ca atare contor are avantaje incontestabile față de dispozitivele cu gaz și alte cristale.
În Rusia, după descoperirea zăcămintelor Yakut, a fost creată o industrie de exploatare a diamantelor. Producem, de asemenea, diamante sintetice pe scară largă. În prezent, acestea sunt din ce în ce mai utilizate în diverse sectoare ale economiei.
Diamantele sintetizate nu sunt analoge cu cele naturale. Aceasta înseamnă că în condiții de laborator nu a fost încă dezvoltată o metodă de sintetizare a diamantelor, similară cu cea care este implementată în natură.
Sinteza diamantelor artificiale a fost efectuată pentru prima dată în 1953 în Suedia și SUA și în 1959 în URSS. Cu toate acestea, cristalele de diamant obținute în acel moment puteau fi folosite doar ca material abraziv, deoarece dimensiunile cristalelor individuale nu depășeau 0,8 mm și aveau o rezistență mecanică scăzută. Sinteza de monocristale mari de diamant, care a fost realizată mult mai târziu, este asociată cu mari dificultăți de natură tehnică și economică. În acest sens, cea mai promițătoare pentru aplicație tehnică este forma sferică (6-7 mm în diametru) radial-radială a diamantului sau balasului, care are o rezistență chiar mai mare decât a monocristalelor de diamant și este cel mai ușor de obținut. Ca urmare, eforturile principale ale echipei de cercetare au fost îndreptate spre sinteza acestei modificări, care a fost obținută în 1963 pentru prima dată în lume la Departamentul de Fizică și Chimie de Înaltă Presiune.
Testarea balaselor sintetice în echipamentele de foraj a arătat eficiența lor ridicată la forarea puțurilor într-o varietate de soluri, dar balas sintetice este utilizată în special acum pentru fabricarea matrițelor în producția de sârmă.
Odată cu dezvoltarea metodelor de sinteză a diamantelor, se efectuează studii ale proprietăților fizico-chimice ale substanțelor obținute și studiul mecanismului de sinteza a acestora. Ultima problemă este de cel mai mare interes științific.
În prezent, există trei opțiuni principale pentru a lua în considerare mecanismul de formare a diamantului - cea mai simplă, care descrie cristalizarea diamantului dintr-o topitură de grafit în RT, regiunea de stabilitate a diamantului (> 100 kbar ~ 2000єC) și două opțiuni controversate - cristalizarea diamant dintr-o soluție de grafit într-un metal - "catalizator" și tranziția de fază a grafitului la diamant în fază solidă în prezența metalelor - "catalizatori". Ambele procese din urmă se desfășoară în condiții mai blânde (40-60 kbar, 1400-1600°C) în comparație cu tranziția de fază „directă”. Studiile mecanismului de formare a diamantului pe baza unor opțiuni controversate, efectuate la departament, au arătat probabilitatea lor egală. Implementarea în practică a acestui sau aceluia mecanism va fi determinată de natura materiei prime care conțin carbon (de exemplu, tendința sa de grafitizare) sau de natura metalului catalizator, de exemplu, capacitatea de a forma carbură și stabilitatea formelor de carbură în regiunea RT a sintezei diamantului sau din alte motive.
Primele estimări ale condițiilor pentru transformarea grafitului în diamant, realizate de O.I. Leipunsky (1948), a arătat că o astfel de tranziție este posibilă la o presiune de P = 6 GPa și o temperatură de T = 2300єK. În prezent, diamantele sunt sintetizate folosind diverse tehnologii determinate de diagrama de fază a carbonului în coordonatele presiune - temperatură (P-T) în regiunea stabilității termodinamice a diamantului la P> 4 GPa, T> 1270єK; în condiții metastabile pentru diamant la Р de la 1 la 100 GPa și Т de la 870 la 1070єK. În primul caz, sinteza are loc în faza condensată (presiunile sunt fie statice, fie dinamice). În al doilea caz, formarea diamantelor are loc ca urmare a condensării carbonului din faza gazoasă.
Astfel, datorită proprietăților unice și, mai ales, durității extraordinare și rezistenței la uzură, diamantele naturale și artificiale sunt utilizate pe scară largă în tehnologiile și mecanismele moderne. Dar cea mai faimoasă și populară este utilizarea diamantelor naturale pentru realizarea de diamante și bijuterii. Diamantele sunt încă cele mai cumpărate pietre prețioase. În ultimii ani, Rusia a deținut poziții record în minerit de diamante (Anexa 5). Numai în 2006, Rusia a exportat diamante în valoare de 1,7 miliarde de dolari, dintre care 78% au mers către țările UE.
Acum este bine cunoscut faptul că diamantul este o modificare a carbonului de înaltă presiune. Diamantele industriale sunt acum produse la presiuni enorme (40-60 mii de atmosfere) și temperaturi, de exemplu. în condiţii apropiate de procesul natural de formare a diamantului din punctul de vedere al teoriei mantalei a originii diamantelor.
Cu toate acestea, în cursul cercetării noastre, am reușit să aflăm că teoria mantalei nu este cea principală în opiniile științifice asupra problemei originii diamantelor. Mai mult, sunt descrise fapte și procese care contrazic prevederile principale ale acestei teorii. Până în prezent, nu există o singură ipoteză care să descrie complet și științific în mod fiabil procesul de formare naturală a diamantelor.
În același timp, toate proprietățile fizico-chimice ale diamantelor au fost studiate în detaliu și descrise în literatura științifică. Proprietățile unice ale diamantelor fac posibilă utilizarea acestor minerale în diferite sectoare ale economiei. Cele mai pure și mai mari diamante au o mare valoare a bijuteriilor.
Se pare că marca De Beers a decis să urmeze binecunoscutul principiu diplomatic „dacă nu poți înăbuși o revoltă – conduce-o” și să devină monopolist nu doar pe piața diamantelor naturale, ci și pe pietrele cultivate artificial. Special în acest scop a fost creat brandul Lightbox, care va vinde bijuterii doar cu pietre cultivate în condiții de laborator. Design simplu, fără pretenții, ieftin - pentru fiecare zi.
„Diamantele sintetice nu sunt altceva decât un moft și o modă”, spune Bruce Cleaver, CEO al De Beers. „Nu sunt potrivite pentru a sărbători evenimente semnificative din viața ta de care aș vrea să-mi amintesc mult timp”. Îi face ecou directorul financiar al companiei, Nimes Patel: „Aceste pietre nu sunt unice. Dacă îți pierzi bijuteriile cu diamante sintetice, este puțin probabil să fii foarte supărat. Apropo, aceasta este o alternativă excelentă pentru decorarea unui copil.”
În general, atunci când au lansat un nou brand, difuzoarele De Beers au făcut tot ce le-a stat în putere pentru ca reputația diamantelor de laborator să nu piardă nicăieri. Și asta în ciuda faptului că încă din septembrie 2017, compania a anunțat oficial că nu va vinde niciodată diamante cultivate artificial, ceea ce era de înțeles și de înțeles: altfel ar arăta ca o canibalizare a propriei afaceri.
Există diferențe?
Subiectul diamantelor cultivate artificial a fost activ încălzit în ultimii doi ani. Singura întrebare care a îngrijorat publicul în tot acest timp este: „Cu ce diferă de cele naturale?”
Răspunsul corect este practic nimic. Carbon pur. Comprimat de un milion de ani de procese geologice sau comprimat prin depunere de vapori într-un laborator. Mai mult, direct pentru formarea unui diamant atât în mediul natural, cât și în cel artificial, este nevoie de aproximativ același timp - două până la trei săptămâni. Doar că naturalul apoi „un pic mai mult” se afla în scoarța terestră. Compoziția chimică este aceeași. La fel și structura cristalină. În ceea ce privește identitatea vizuală, diamantele sintetice incolore nu pot fi distinse de cele naturale nici măcar de către un expert sub mărire de 15x. Cu pregătire specială, poate bănui - dar nu mai mult.
„De fapt, acest lucru nu este în întregime adevărat”, spune un expert independent în bijuterii care a lucrat pentru De Beers timp de 35 de ani. „La tăiere, maestrul distinge cu ușurință între un diamant natural și un diamant crescut în laborator - pentru un ochi antrenat, structura este vizibil diferită.”
De fapt, tocmai pentru a studia diamantele crescute de om în toate detaliile, compania De Beers și-a organizat în urmă cu câțiva ani propriul laborator Element Six pentru cultivarea și studiul diamantelor sintetice în Berkshire britanic.
Dimitri Otis / gettyimages.com
Astăzi, majoritatea diamantelor cultivate în laborator încearcă să se prefacă drept naturale, ceea ce a necesitat cercetări atât de ample și costisitoare din partea De Beers.
Vestea proastă este că, dacă piatra artificială nu a fost găsită de experții la nivelul producției de bijuterii, atunci în magazin nu o vei putea determina. Vestea bună este că este puțin probabil ca altcineva să o facă, așa că nu știi niciodată că ai fost înșelat. Dar însăși oportunitatea în sine îi face pe cumpărători nu atât de nervoși cât experții și bijutierii - la urma urmei, reputația.
Cât face?
Și acum punctul principal al trucului lui De Beers cu marca Lightbox. Înainte ca brandul să fie lansat pe piață, bijuterii cu diamante artificiale erau vândute de mai multe companii americane (care le produceau și ele), și la un preț cu doar 30% mai mic decât costul pietrelor naturale.
Protecția mediului și etica pietrelor de laborator au devenit principala distincție de marketing și o atracție pentru cumpărători. În toate celelalte privințe, noii jucători au folosit aceeași idee de promovare („valoare pentru momentele importante din viață”), design similar, aceleași tăieturi. Mai simplu spus, „sinteticele” au încercat să joace pe terenul diamantelor naturale. Adică susținea o bucată de piață grasă, care ani de zile de campanii de publicitate costisitoare a alimentat De Beers, insuflând cumpărătorilor dorința de a investi în diamante, plătind pietrele mult mai mult decât valoarea lor reală.
„Sintetic” sau „crescut uman”?
Diamantele sintetice au apărut pe piață într-un format de reputație extrem de nefericit: încercarea de a le imita pe cele naturale în cadrul unui lot mare de diamante naturale mici, cu o greutate de până la un carat și jumătate. Și aceasta, ca orice mică fraudă, nu putea genera încredere în ideea în ansamblu.
Cu toate acestea, diamantele artificiale au ajuns rapid la statutul de mici mărci de bijuterii care au grijă de mediu și de etică. Cei mai cunoscuți dintre aceștia sunt Diamond Foundry (investitorii Leonardo DiCaprio și Miroslava Duma), Orro, Gordan Max, Innocent Stone, Carat și alții o duzină. Majoritatea fabricilor sunt situate în America și Asia, deși există un laborator în Sestroretsk destul de cunoscut printre profesioniști - aici a fost cultivat cel mai mare diamant albastru artificial, cântărind 5 carate, în urmă cu doi ani.
Prin eforturi comune, ideea unui fel de unicitate și valoare a diamantelor sintetice a fost transmisă cu succes jurnaliștilor, care au apucat ideea de inovație și etică, iar apoi consumatorilor.
Companiile miniere de diamante s-au unit pentru a încerca să convingă publicul că pietrele sintetice nu au „nu suflet, nici atingere divină”. Pe piață au fost lansate campanii de publicitate „Real is rare, real is diamond”. În același timp, reclama arată o piatră de 20 de carate de o claritate și transparență unice, iar campania publicitară în sine, așa cum o înțelegem, este concepută pentru cumpărătorii de diamante destul de obișnuite cu maximum două carate, care cu greu pot fi clasificate drept rare. Dar iată paradoxul: cu cât bijutierii și companiile miniere au vorbit mai mult despre diferența de proprietăți, „raritatea” și „unicitatea” pietrelor naturale, cu atât au contribuit mai mult la popularizarea celor sintetice. Până la sfârșitul anului, presa își schimbase tonul de la condescendent la respectuos: epitetul „sintetic” cu o clară conotație negativă a fost înlocuit cu cel mai atractiv – „crescut de om”. Diamantarii erau foarte îngrijorați.
De Beers are două obiective simple în lansarea Lightbox. Primul este de a crea o reputație pentru diamantele sintetice la nivel de strasuri - la modă, ieftine, frivole. Iar al doilea, mult mai important, este să le scadă costul. Dacă în ultimii doi ani prețurile pentru materiale sintetice au fost cu 30% mai mici decât valoarea de piață a pietrelor naturale (adică de fapt la nivelul prețurilor de schimb), atunci Lightbox va vinde bijuterii la un preț cu 85-90% mai mic decât costul diamante naturale - la 200 USD pe piatră un sfert de carat și 800 USD pe carat. Spre comparație, conform buletinului informativ Rappaport din august 2018, un diamant natural de calitate medie de 0,5 carate costă aproximativ 1.500 de dolari, iar 1 carat costă între 4.000 și 6.000 de dolari, în funcție de caracteristici. Până acum, planul lui De Beers seamănă cu un scurt blitzkrieg victorios, dar timpul va spune.
Oamenii de știință de la Institutul de Cercetare Științifică All-Union pentru Sinteza Materiilor Prime Minerale s-au confruntat cu un fenomen neașteptat. Prin metoda obișnuită a temperaturilor și presiunilor ridicate, au crescut diamante artificiale.... De data aceasta, scopul experimentelor a fost acela de a afla modul în care excesul de azot afectează proprietățile diamantului, iar pentru a introduce mai mult azot în viitoarele cristale, la amestecul de metale - carbon s-a adăugat 5 până la 20% nitrură de mangan Mn 4 N. solvenți.
Cristalele obținute au conținut într-adevăr mai mult azot decât de obicei (cu două până la trei ordine de mărime!). Erau reali diamante artificiale cu toate acestea, au existat foarte puține cristale simple de formă ideală cu o rețea cubică printre ele. Pe de altă parte, aproape 20% din toate diamantele s-au dovedit a fi mai degrabă intercreșteri gemene decât cristale simple. Au fost observate și unele anomalii ale caracteristicilor fizice, în special, anizotropie slabă (neomogenitate) a proprietăților optice.
Majoritatea „abaterilor de la normă” se datorează tensiunilor din rețeaua cristalină din cauza adaosului de azot. Dar cum explicați colorația neobișnuită a majorității cristalelor? Cercetătorii au primit nu galbene, ca de obicei, ci diamante artificiale transparente verzi groase.
Aplicarea diamantelor artificiale
Taietori de sticla cu diamant
Utilizarea diamantului pentru tăierea sticlei este cea mai veche utilizare practică a acestui mineral. Cel mai comun instrument în acest scop este tăietorul de sticlă cu diamant, care constă dintr-un cristal de diamant tăiat sub forma unei piramide obișnuite cu patru fețe, fixat într-un suport metalic și un ciocan de alamă cu mâner de lemn. Pentru fabricarea tăietorilor de sticlă se folosesc diamante cu o greutate de 0,02-0,20 carate cu structură densă, fără defecte.
Se folosesc diferite tăietori de sticlă în funcție de grosimea sticlei. De exemplu, pentru tăierea sticlei cu o grosime de până la 5 mm, se folosesc tăietori de sticlă, unde greutatea cristalului este de la 0,02 la 0,12 carate și cu o grosime de până la 10 mm - de la 0,12 la 0,20 carate.
Performanța tăietorului de sticlă cu diamant este foarte ridicată. Cu un diamant care cântărește 0,1 carate, de exemplu, puteți tăia 100.000 de metri liniari de sticlă. Frezele de sticlă din carbură nu asigură o astfel de productivitate.
Instrument dentar
Pe lângă metodele enumerate de aplicare tehnică, diamantul este folosit și în medicină, în principal în tratamentul stomatologic.
Smalțul dinților este aproape de cuarț ca duritate. Prin urmare, pentru procesarea acestuia sunt necesare materiale foarte dure. Sculele folosite cu carbură de siliciu au duritate insuficientă; provoacă și durere. Utilizarea sculelor cu diamante elimină aceste dezavantaje.
Se creează posibilitatea unei creșteri semnificative a numărului de rotații ale burghiilor pentru prelucrarea unui dinte cu o forță scăzută de presiune asupra acestuia. Durerea la utilizarea unui instrument cu diamant este redusă la minimum.
Am vorbit pe scurt despre cele mai importante domenii de aplicare a diamantelor în tehnologie. Cu toate acestea, acest lucru nu epuizează toate domeniile de utilizare. Diamantul este folosit în multe alte scopuri, iar acest domeniu de utilizare crește în fiecare an.
Utilizarea diamantului în tehnologie face posibilă creșterea dramatică a productivității muncii și reducerea costurilor de producție, facilitarea automatizării producției, obținerea unor piese de precizie și curățenie excepționale, precum și economisirea unor sume uriașe de bani.
În cele din urmă, un bărbat a găsit un loc adevărat în viață pentru un diamant, l-a făcut să funcționeze pentru el însuși. Și pentru noi acum un diamant într-o salopetă de lucru este mult mai valoros decât un diamant într-o coroană strălucitoare.
Desen de diamant
Procesul de trefilare este o metodă de prelucrare a metalelor prin presiune, care constă în tragerea de produse laminate, mai rar forjate, cu profil rotund sau profilat, printr-o gaură, a cărei secțiune transversală este mai mică decât secțiunea transversală a produsului original. Ca urmare a desenului, dimensiunile transversale ale produsului scad, iar lungimea crește. Acest proces este utilizat pe scară largă în special pentru fabricarea sârmei fine din metale neferoase. Metoda considerată de prelucrare a metalelor a fost cunoscută încă din 3-3,5 mii de ani î.Hr. În acele timpuri, desenul era folosit pentru a face sârmă de aur și argint pentru bijuterii. Acest fir a fost numit gimp. Prin urmare, expresia „tragerea de truc” a intrat ferm în viața noastră de zi cu zi, adică făcând ceva încet, monoton.
Această expresie a fost explicată prin tehnologia de fabricare a sârmei din cele mai vechi timpuri. Apoi, toate echipamentele constau dintr-o planșă de desen, fixată între doi stâlpi, și clești, care erau legate de centura unui muncitor care stătea într-un leagăn balansoar. Muncitorul s-a tras până la târâială, a apucat cu un clește capătul sârmei trecute prin el, și-a sprijinit picioarele îndoite de stâlpi și, îndreptându-i, a întins sârma. Se legăna până când a scos un fir de diametrul și dimensiunea cerute.
Pentru a trage un fir de diametrul necesar, matrițele trebuie să fie dintr-un material foarte rezistent, greu de deformat. Matrițele au fost fabricate din aliaje dure, care nu au rezistat mult timp la stres și au eșuat rapid.
Odată cu introducerea diamantelor în tehnologia de tragere a sârmelor subțiri, au început să fie folosite matrițele (moare) de diamant. Prin astfel de matrițe, a devenit posibilă tragerea de sârmă cu un diametru precis - de la 0,001 la 2 mm.
Utilizarea matrițelor de diamant asigură o calitate înaltă a suprafeței și o acuratețe a diametrului sârmei trase, deoarece diamantul este greu de abrazat. Cu desenul cu diamant, puteți obține un fir subțire cu un diametru de 9-10 microni. Durabilitatea matrițelor de diamant este de 100-300 de ori mai mare decât cea a matrițelor din carbură, în funcție de diametrul matriței. La tragerea sârmei de cupru, durabilitatea matrițelor de diamant, exprimată în kilometri de sârmă trasă, este de 25-30 mii km, în timp ce durabilitatea celor aliate dur este de numai 100 km. Printr-o matriță de diamant, se poate trage un fir de o asemenea lungime, care poate încinge pământul în jurul ecuatorului de mai multe ori.
O matriță de diamant este un cristal de diamant tăiat în trei planuri, fixat într-un cadru metalic, cu un canal găurit și lustruit în centru.
Greutatea diamantelor pentru matriță este selectată în funcție de diametrul găurilor acestora. GOST 6271-60 stabilește greutatea matrițelor pentru matrițe.
Trefilarea la fabricile interne se realizează pe mașini de trefilare simple și multiple. În prima, firul este tras printr-o matriță, iar în a doua, prin mai multe matrițe amplasate secvenţial. Cele mai utilizate mașini sunt mașinile de desenat multiple, care se disting prin productivitatea lor ridicată.
Varfuri de diamant
Nivelul modern de inginerie mecanică se caracterizează prin utilizarea unei game largi de materiale de înaltă rezistență și rezistente la uzură. Calitatea lor importantă este duritatea. Prin urmare, în industria de prelucrare a metalelor și a mineralelor, testarea durității este cea mai utilizată.
Se folosesc mai multe metode pentru a determina duritatea metalelor și mineralelor. Conform metodelor Brinell și Rockwell, testul se efectuează prin presarea unei bile de oțel în materialul de testat; conform metodei Vickers, se folosește în acest scop un cristal de diamant în formă de piramidă; conform metodei Mohs duritatea se determină prin zgârierea unui mineral, metale și minerale, rezistența acestora la deformare se determină la presarea unei bile sau a unei piramide. În acest caz, apare o anumită deformare nu numai în materialul testat, ci și în cel care este testat. Diamantul nu este supus deformării și, prin urmare, îndeplinește cerințele pentru proiectarea instrumentelor pentru determinarea durității mineralelor și metalelor.
Un diamant sintetic este literalmente un diamant artificial tăiat corespunzător. Se crede că caracteristicile diamantelor artificiale nu sunt inferioare celor reale.
În sens figurat, diamantele artificiale sunt diverși înlocuitori pentru o piatră prețioasă care este mai puțin valoroasă, asemănătoare cu un diamant ca culoare, irizare, strălucire. Astfel de înlocuitori pentru diamantul natural includ zirconiu cubic sintetic, moissanit, cristale Swarovski și altele asemenea. Sunt folosite în scopuri de bijuterii, dar nu au proprietățile unui diamant adevărat.
În unele cazuri, cristalele naturale acționează ca o imitație a unui diamant, de exemplu, o piatră de beril galben (dacă trebuie să imitați diamantele galbene), safir incolor sau alte pietre prețioase naturale. Costă mai puțin decât un diamant.
Utilizarea imitațiilor sau a diamantelor de cultură în bijuterii nu este considerată falsă dacă vânzătorul scrie aceste informații pe eticheta de preț.
În același timp, prețul nu trebuie să fie întotdeauna mai mic - costul diamantelor artificiale este comparabil cu un diamant real.
Poveste scurta
Primele rapoarte despre primirea diamantelor cultivate artificial au început să sosească în comunitatea științifică mondială la sfârșitul secolului al XIX-lea, dar cele mai multe dintre ele erau false.
Cristalele obținute, spre deosebire de cele naturale, diferă într-o compoziție chimică diferită, nu constau din carbon și nu poseda proprietățile diamantului, care includ în principal:
- duritatea maximă dintre toate substanțele cunoscute este de 10 conform lui Mohs;
- conductivitate termică ridicată;
- dispersie mare a luminii;
- dilatare termică scăzută;
- inerție chimică;
- coeficient scăzut de frecare;
- rezistență electrică mare.
Mai simplu spus, diamantul este cel mai dur dielectric din lume (o substanță care nu trece curentul), care se încălzește foarte repede, dar practic nu se extinde de la încălzire.
Diamantul natural este o substanță inertă care nu reacționează cu alcalii și acizii în condiții normale.
La temperaturi ridicate, diamantul se aprinde și arde, transformându-se în funingine de grafit.
În mod ironic, diamantul este format din carbon, aceeași substanță ca și grafitul, care are o duritate Mohs de 1. Proprietățile diamantului se datorează unei structuri atomice diferite.
Pentru prima dată, diamantele reale au fost învățate să obțină în Suedia în 1953. Tehnologiile de sinteză a diamantelor inventate la acea vreme se bazau pe reproducerea condițiilor naturale pentru formarea acestui mineral. A fost necesară recrearea presiunii și temperaturii ridicate - 60 de mii de atmosfere și 1,5 mii de grade Celsius pentru a obține structura ideală de diamant.
Tehnologia de fabricație
În prezent, adevăratele diamante artificiale, a căror tăiere le transformă în diamante, sunt cultivate în două moduri principale. Ele sunt numite metode HPHT și, respectiv, CVD.
Prenumele este o abreviere engleză, care înseamnă „presiune înaltă, temperatură ridicată”. Această metodă poate fi folosită pentru a obține cristale de forme regulate cubice sau dodecaedrice.
Esența metodei: o piesă de prelucrat din grafit și un metal special selectat cu punct de topire scăzut este plasată într-o structură de mai multe prese de mai multe tone, strângând-o din toate părțile și încălzind-o simultan. Metalul se topește, grafitul se dizolvă în el, excesul de metal este îndepărtat și, după o comprimare ulterioară, se formează diamantul.
Dezavantajul acestei metode este că numai cristale de aceeași dimensiune și formă pot fi obținute la aceeași instalație.
Metoda de prelucrare la temperatură ridicată și presiune este utilizată pentru ștanțarea diamantelor industriale.
În traducere, CVD înseamnă „depunere de vapori chimici”. Semnificația fenomenului este în creșterea unui film de diamant pe o piesă de prelucrat hidrogen-carbon. Aici sunt necesare o presiune și o temperatură semnificativ mai scăzute.
Depunerea chimică poate produce atât diamant incolor, cât și alte culori prin adăugarea unor incluziuni de metal în camera de gaz.
După terminarea procesului, rezultatul trebuie lustruit și tăiat, dar în acest fel se poate obține chiar și un diamant negru artificial.
Există o serie de metode mai exotice pentru producerea diamantelor sintetice, de exemplu, sinteza prin detonarea explozivilor care conțin carbon și sonicare - cavitație ultrasonică.
Cu toate acestea, astfel de metode pot produce doar nano- și microcristale care nu ating nici măcar un carat. Ele sunt utilizate în industrie, de exemplu, pentru fabricarea sculelor de tăiere acoperite cu diamant.
Doar 2-3% din toate diamantele obținute într-o fabrică sau laborator sunt tăiate ca diamantele și folosite pentru bijuterii. Cea mai mare parte a cristalelor sintetice este preluată de industrie.
Cu toate acestea, a existat o modă pentru bijuterii cu diamante artificiale. S-a răspândit în principal printre adepții Greenpeace.
Culori de cristal artificial
Diamantele obținute prin metoda CVD sau HPHT sunt cel mai adesea fie incolore, fie au o nuanță albastră sau galbenă.
Aceste culori sunt obținute prin reacția borului (albastru) sau azotului (galben). Este dificil să crești un diamant complet incolor de înaltă puritate din cauza cantității mari de azot din atmosferă. Recordul a fost stabilit în 2015, iar cristalul cântărea puțin peste 10 carate.
Un diamant artificial se numește cultivat, nu sintetic, deoarece din punct de vedere al compoziției chimice, proprietăților și caracteristicilor, este complet identic cu cele naturale. Metodele de sinteză presupun o structură diferită a probelor obţinute.
Piața diamantelor cultivate funcționează legal.
Se introduce treptat o regulă - pe produsele cu înlocuitori de piatră naturală cultivate în condiții artificiale, se pune un semn corespunzător prin metoda de gravare cu laser, care conține numele producătorului și numărul de serie al diamantului. Această practică a fost deja introdusă de producătorul Gemesis din Statele Unite.
Este posibil să distingem un diamant artificial de unul natural folosind teste speciale care transiluminează piatra în ultraviolete, infraroșii sau raze X.
În spectrul lor, se găsește o cantitate nesemnificativă de azot sau impurități metalice, necaracteristice pentru creațiile naturii.
Sensul astrologic
Deoarece diamantele artificiale sunt complet identice cu diamantele naturale, ele pot fi purtate de aceleași semne zodiacale ca și diamantele naturale. Acestea sunt pietre de Foc și „iubesc” în principal oamenii din elementul lor - Săgetător, Lvov și Berbec. Printre acestea, un diamant, inclusiv unul artificial, distinge în special Berbecul.
Purtarea bijuteriilor cu diamant este contraindicată pentru antipozii Foc - semne ale elementului Apă, în special pentru Pești.
| semn zodiacal | Compatibilitate |
|---|---|
| Berbec | +++ |
| Taurul | + |
| Gemenii | + |
| Cancer | + |
| un leu | + |
| Fecioară | + |
| cântare | +++ |
| Scorpion | + |
| Săgetător | + |
| Capricornul | + |
| Vărsător | + |
| Pești | + |
("+++" - se potrivește perfect, "+" - poate fi purtat, "-" - absolut contraindicat)
înlocuitori de diamante
În bijuterii, „regele bijuteriilor” are mai multe asemănări de origine naturală și sintetică.
Ele sunt utilizate în mod legal, iar în acest caz, informațiile relevante sunt indicate pe eticheta de preț, iar prețul este redus proporțional. Din păcate, din cauza costului ridicat al diamantelor și al diamantelor lustruite, asemănările sale sunt folosite pentru a face falsuri.
Principalii analogi ai unui diamant:
- Gerkmeier - un cristal de cuarț, asemănător natural cu un diamant tăiat, este extras în SUA;
- rutil natural și sintetizat;
Rutil natural - safir incolor;
- corindon (un tip de spinel);
Corundolit, un tip de spinel - titanat de stronțiu;
- granat de ytriu alumină;
- stras;
- zircon;
- zirconiu cubic;
- moissanit;
- Cristale Swarovski.
Cele mai ieftine contrafăcute sunt din sticlă, dar se găsesc din ce în ce mai puțin, fiind ușor de recunoscut chiar și de un bijutier amator.
Cel mai comun
Zirconia cubica și moissanitul sunt cele mai populare de pe piață pentru mineralele care imită cel mai îndeaproape diamantele.
Zirconia cubica este o substanță 100% sintetizată care nu se găsește în natură.
Este dioxid de zirconiu, un metal rar. Zirconiul este extras din pietre de zircon, care sunt numite „frații mai mici ai diamantelor”.
Zirconia cubica este un cristal transparent cu indici de dispersie și refracție a luminii apropiati de cei ai unui diamant. Are un luciu de diamant. Numele este larg răspândit în Rusia, provine de la numele institutului (FIAN), unde această substanță a fost sintetizată pentru prima dată. În străinătate se numește zirconit. Prin urmare, apare adesea confuzie - produsul sintezei chimice a zirconiei cubice este confundat cu metalul zirconiu și piatra naturală - zircon, care arată și ca un diamant gălbui.
Bijutierii disting zirconia cubică de diamant în funcție de greutate - este mai mare în zirconit și, de asemenea, în ceea ce privește conductivitatea termică - este mult mai mică decât cea a diamantului. Duritatea sa este mai mică decât diamantul, limita superioară este de 8,5 conform lui Mohs.
Moissanitul este un mineral natural numit după descoperitorul său Henri Moissan.
Din punct de vedere chimic, aceasta este carbură de siliciu, este și carborundum. În ciuda faptului că a fost descoperit ca o substanță naturală, în natură este la fel de rar ca diamantul. Dar este ușor de sintetizat.
Cercei de argint cu moissanite Mossanitul sintetizat este adesea folosit ca alternativă la diamant sau zirconiu cubic. Duritate - până la 9,25 Mohs. Odată tăiat, strălucește mai puternic decât fiecare dintre aceste cristale. Indicii săi de refracție sunt mai mari decât cei ai unui diamant, dar poate avea birefringență (împărțirea fasciculului care trece prin cristal în două), ceea ce nu este niciodată cazul unui diamant.
Se poate distinge de un diamant tăiat prin birefringență, luciu verzui-gri al trăsăturii și o conductivitate electrică mai mare decât diamantul. De asemenea, este detectat de radiațiile ultraviolete, în care moissanite strălucește roșu-portocaliu.
Al treilea analog larg răspândit al unui diamant este strasurile de înaltă calitate, care sunt obținute din sticlă de plumb sau polimer acrilic, mai rar din cristalul de rocă.
Strasurile de cea mai înaltă calitate sunt realizate de Swarovski în Austria și Preciosa în Republica Cehă.
Încercările de a crea un diamant de laborator au loc încă din anii 1950, dar adevărata revoluție are loc chiar în fața ochilor noștri. Recent, două tehnologii principale s-au îmbunătățit considerabil: crearea de diamante în condiții de temperatură și presiune ridicată (HPHT) și depunerea chimică în vapori (CVD), când o plasmă de atomi de carbon, din care atomii condensează strat cu strat pe un substrat, formând un diamant. Tehnologia HPHT produce deja diamante de 5 carate. Din 2003, tehnologia CVD a trecut de la crearea de diamante foarte mici de 0,3 carate la pietre complet transparente de 3 carate cu proprietăți optice foarte bune. Diamantele create folosind tehnologia CVD sunt practic lipsite de impurități străine precum azotul sau borul, ceea ce le oferă avantaje chiar și față de diamantele naturale atât pentru uz industrial, cât și pentru bijuterii.
Odată cu îmbunătățirea calității și dimensiunii diamantelor de laborator din ultimii ani, startup-urile din Vale au intrat în cursă cu investiții de milioane de dolari în marketing și celebrități ca acționari. Au fost capabili să investească sume uriașe de bani pentru a submina poziția vânzătorilor de diamante naturale. Analiștii prevăd că piața diamantelor cultivate în laborator va crește cu aproximativ 7,4% anual, de la 16,2 miliarde de dolari în 2015 la 27,6 miliarde de dolari până în 2023.
Din ce în ce mai rar, mass-media numește diamante sintetice false, iar industria diamantelor naturale trebuie să lanseze dispozitive din ce în ce mai avansate pentru identificarea pietrelor cultivate artificial: DiamondCheck, DiamondSure și DiamondView. Cu toate acestea, chiar și cele mai avansate scanere GIA nu pot distinge întotdeauna pietrele artificiale de cele naturale.
Până acum, diamantele cultivate artificial ocupă 1-2% din piață, dar în viitor, ponderea acestora poate crește semnificativ, conform previziunilor experților, până la cea dominantă. În același timp, peste 95% din diamantele folosite în industrie sunt deja cultivate în laborator (restul sunt vândute pentru a fi folosite în bijuterii).
Care este diferența dintre diamantele naturale și cele sintetice?
Una dintre diferențele semnificative dintre diamantele naturale este defectele rețelei cristaline, care conferă pietrelor culoarea lor. De exemplu, galbenul este o consecință a diseminării atomilor de azot, nuanțele maro și roz ale pietrei sunt consecințele curburii rețelei cristaline. În același timp, prin controlul procesului de creație, în diamantele artificiale se poate realiza o rețea cristalină apropiată de ideal, iar puritatea conținutului de carbon din acestea poate ajunge la 99,999%.
Dar dacă parametrii de claritate sunt deosebit de importanți pentru utilizarea diamantelor B2B, atunci pentru pietrele prețioase, claritatea pietrei poate fi numită cu greu un factor decisiv. Mai degrabă, prețul și marketingul sunt cheia aici.
Când vor fi puse diamantele artificiale pe rafturile magazinelor de bijuterii?
Există mai multe obstacole în calea creșterii ponderii diamantelor sintetice pe piața de bijuterii. Multe dintre casele de bijuterii din lume nu înțeleg că diamantele cultivate artificial pot fi vândute ca produs independent. În schimb, le vând sub pretextul naturalului. Adesea, vânzătorii nu sunt de vină pentru asta.
Dealerii fără scrupule cumpără diamante artificiale pentru a „amesteca” pietrele cultivate în laborator cu cele reale. În cazul unui diamant cu dimensiunea de până la 0,3 ct, este foarte greu să se facă distincția între o piatră crescută în laborator și una naturală și asta se folosesc.
Pentru a evita falsificarea, lanțurile mari (Tiffany, Cartier și altele) monitorizează cu strictețe întregul lanț de aprovizionare, de la exploatarea pietrei până la inlay.
Presupun că unul dintre motivele pentru care vânzătorii nu sunt pregătiți să pună pietre artificiale pe raft lângă cele naturale este reticența lor de a crea o piață de la zero. Startup-uri precum Diamond Foundry sau Ada Diamonds și-au asumat această sarcină. Ei investesc milioane de dolari în marketing și atrag vedete de top pentru a arăta pieței că diamantele artificiale pot fi lăsate la rată alături de cele naturale. Ideea producătorilor de diamante de laborator este de a crea o nouă piață în loc să concureze direct cu industria mineritului de diamante. Dacă lanțurile de bijuterii încep să facă distincția clară între pietrele sintetice și cele naturale, atunci cumpărătorul va avea de ales: să cumpere o piatră naturală mai scumpă sau una sintetică - mai ieftină. Diferența de preț va plăti componenta emoțională.
Două piețe și produse diferite
Este important de înțeles că apariția pe piață a două tipuri de pietre - artificiale și naturale - vizează două piețe fundamental diferite. Cu publicuri diferite și poziționare și marketing diferite.
O istorie veche de un secol și mesaje de marketing complet diferite au fost investite în industria tradițională a exploatării și procesării diamantelor. Pare incredibil, dar poziționarea unui diamant ca atribut de lux necondiționat a devenit o muncă sistematică a tuturor acelorași companii miniere de diamante. În anii 50 ai secolului trecut, De Beers a început să urmeze o politică de marketing pentru a crea o poziție unică pentru un diamant: un diamant este un atribut de neînlocuit al conceptului de „dragoste”, un diamant este „pentru totdeauna”. Este suficient să ne amintim de al șaptelea film James Bond, care s-a numit „Diamonds Are Forever” (sloganul De Beers). Pietrele artificiale au o filozofie și valori diferite care trebuie create de la zero.
Pentru a contracara mașina de marketing a minerilor de diamante, Diamond Foundry lovește unul dintre principalele „puncte dure” ale minerilor de diamante: la sugestia unuia dintre acționarii companiei, actorul Leonardo DiCaprio, ei vorbesc despre problemele exploatării ilegale a diamantelor în regiunile defavorizate. din lume (Sierra Leone, Angola, Congo). Și ei indică natura neetică a procesului de extragere a diamantelor în sine.
Principalul obstacol în calea apariției masive a companiilor precum Diamond Foundry este barierele mari la intrare. Conform estimărilor noastre, într-una dintre primele companii rusești care a intrat pe piața mondială, NDT (New Diamond Technologies, create diamante bazat pe metoda HPHT) a investit cel puțin 60 de milioane de dolari, creând diamante) - aproximativ 100 de milioane de dolari. Estimăm chiar lansarea unui centru de cercetare pentru o companie care lucrează pe tehnologii CVD la peste 15 milioane USD.
Datorită volumului mare de investiții în cercetare și dezvoltare, tehnologia de producție a diamantelor sintetice este deținută de fapt de doar aproximativ o duzină de companii din întreaga lume. Toate sunt situate în SUA, Singapore, China și Rusia. Intrarea pe piața diamantelor artificiale este costisitoare și dificilă, dar este una dintre acele piețe de mai multe miliarde de dolari în care laboratoarele și industriile rusești au șansa de a obține o cotă semnificativă.