Виготовлення штучних алмазів у домашніх умовах. Що таке штучні алмази і в чому їхня відмінність від справжніх? Область застосування штучних алмазів

Алмази здавна використовувалися як найвишуканіші прикраси. Ювеліри поділяють алмази майже на тисячі сортів залежно від прозорості, тону, густоти та рівномірності забарвлення, наявності тріщин, мінеральних включень та деяких інших ознак. Наприкінці ХХ століття алмази починають застосовуватися на виробництві. Нині економічний потенціал найрозвиненіших держав значною мірою пов'язують із використанням ними алмазів.

Які ж властивості алмазу визначають його широке використання у різних галузях народного господарства? В першу чергу, звичайно, виняткова твердість, яка, якщо судити за швидкістю стирання, в 150 разів вище, ніж у корунду, і в десятки разів краще, ніж у кращих сплавів, які застосовуються для виготовлення різців. Завдяки цій властивості алмаз застосовується при бурінні гірських порід.

Вперше геологи стали використовувати натуральні алмази в бурінні для колонкових доліт приблизно 1910 р., з допомогою таких долот робилися кільцеві отвори у породі, якими добували керн - зразки породи для аналізу. Вперше алмазні долота ввели буріння нафтових свердловин на початку 1920 р., відтоді вони широко використовуються. Для доліт використовуються природні алмази не технічної, а ювелірної якості, які виточують до особливого розміру та надають правильної, округлої форми.

Виняткова твердість алмазів дозволяє використовувати їх при механічній обробці найрізноманітніших матеріалів, для протягування (волочіння) тонкого дроту, як абразив і т.п. .

Більше половини видобутку технічних алмазів йде виготовлення спеціального інструменту для обробної промисловості. Застосування алмазних різців та свердлів на обробку кольорових та чорних металів, твердих та надтвердих сплавів, скла, каучуку, пластмас та інших синтетичних речовин дає величезний економічний ефект порівняно з використанням твердосплавного інструменту. Надзвичайно важливо, що при цьому не лише в десятки разів підвищується продуктивність праці (при токарній обробці пластмас навіть у сотні разів!), але водночас значно покращується якість продукції. Оброблені алмазним різцем поверхні не вимагають шліфування, на них практично відсутні мікротріщини, внаслідок чого багаторазово збільшується термін служби деталей, що отримуються.

Практично всі сучасні галузі промисловості, насамперед електротехнічна, радіоелектронна та приладобудівна, у величезних кількостях використовують тонкий дріт, що виготовляється з різних матеріалів. При цьому висуваються суворі вимоги до кругової форми та незмінності діаметра поперечного перерізу дроту при високій чистоті поверхні. Такий дріт із твердих металів і сплавів (вольфраму, хромонікелевої сталі та ін.) може бути виготовлений лише за допомогою алмазних фільєр. Фільєри є пластинчастими алмазами з просвердленими в них найтоншими отворами.

Широке застосування у промисловості знаходять і алмазні порошки. Їх одержують шляхом дроблення низькосортних природних алмазів, а також виготовляють на спеціальних підприємствах із виробництва синтетичних алмазів.

Алмазні порошки знаходять застосування на гранільних фабриках, де всі самоцвіти, і в тому числі алмази, піддаються ограновуванні і шліфуванні, завдяки чому непоказні до цього камені стають таємниче світяться або сліпуче блискучими коштовностями, до неповторної краси яких ніхто не залишиться.

Алмазні порошки використовуються в дискових алмазних пилах, дрібноалмазних бурових коронках, спеціальних напилках і як абразив. Тільки із застосуванням алмазних порошків вдалося створити унікальні свердла, які забезпечують отримання глибоких тонких отворів у твердих та крихких матеріалах.

В алмазі під дією зарядженої частки відбувається світловий спалах і виникає імпульс струму. Ці властивості дозволяють використовувати алмази як детектори ядерного випромінювання. Світіння алмазів та виникнення імпульсів електричного струму при опроміненні дозволяє застосовувати їх у лічильниках швидких частинок. Алмаз як такий лічильник має незаперечні переваги в порівнянні з газовими та іншими кристалічними приладами.

У Росії після відкриття якутських родовищ була створена алмазодобувна промисловість. У значних масштабах у нас виробляються синтетичні алмази. Нині вони знаходять дедалі більше застосування різних галузях господарства .

Синтезовані алмази є аналогами природних . Це означає, що у лабораторних умовах ще розроблено спосіб синтезу алмазів аналогічний тому, що реалізується у природі.

Синтез штучних алмазів був вперше здійснений у 1953 р. у Швеції та США, та у 1959 р. у СРСР. Однак одержувані в ті часи кристали алмазу могли бути використані лише як абразивний матеріал, оскільки розміри окремих кристалів не перевищували 0,8 мм і мали невисоку механічну міцність. Синтез великих монокристалів алмазу, який був реалізований набагато пізніше, пов'язаний з великими труднощами технічного та економічного характеру. У цьому відношенні найбільш перспективною для технічного застосування є куляста (діаметром 6-7 мм) променисто-радіальна форма алмазу або баллас, яка має міцність навіть більш високу, ніж монокристали алмазу і найбільш проста в отриманні. Внаслідок цього основні зусилля наукового колективу були спрямовані на синтез цієї модифікації, яка і була у 1963 р. вперше у світі отримана на кафедрі фізики та хімії високих тисків.

Випробування синтетичних балласів у буровій техніці показало їхню високу ефективність при проходженні свердловин у різноманітних ґрунтах, але особливо широко синтетичний баллас застосовується зараз для виготовлення волок у виробництві дроту.

Поряд із відпрацюванням методів синтезу алмазів проводяться дослідження фізико-хімічних властивостей одержуваних речовин та вивчення механізму їх синтезу. Остання проблема становить найбільший науковий інтерес.

В даний час існує три основні варіанти розгляду механізму утворення алмазу - найбільш простий, що описує кристалізацію алмазу з розплаву графіту в РТ області стабільності алмазу (> 100 кбар ~ 2000єС) і два дискусійні варіанти - кристалізація алмазу з розчину графіту в металі - «каталізаторі фазовий перехід графіту в алмаз у твердій фазі у присутності металів – «каталізаторів». Обидва останні процеси протікають за більш м'яких умовах (40-60 кбар, 1400-1600єС) проти «прямим» фазовим переходом. Дослідження механізму алмазоутворення за дискусійними варіантами, проведені на кафедрі, показали їхню рівноймовірність. Реалізація на практиці того чи іншого механізму визначатиметься природою вуглецевмісної сировини (наприклад, її схильністю до графітизації), або природою металу каталізатора, наприклад, здатністю до карбідоутворення і стійкістю карбідних форм в РТ області синтезу алмазу або будь-якими іншими причинами.

Перші оцінки умов перетворення графіту на алмаз, зроблені О.І. Лейпунським (1948), показали, що такий перехід можливий при тиску Р= 6 ГПа та температурі Т=2300єК. В даний час алмази синтезуються із застосуванням різних технологій, що визначаються фазовою діаграмою вуглецю в координатах тиск - температура (Р-Т) в області термодинамічної стійкості алмазу при Р>4ГПа, T>1270єК; у метастабільних для алмазу умовах при Р від 1 до 100 ГПа та Т від 870 до 1070єК. У першому випадку синтез відбувається в конденсованій фазі (тиск або статичні, або динамічні). У другому випадку утворення алмазів відбувається в результаті конденсації вуглецю з газової фази.

Таким чином, завдяки унікальним властивостям, і, насамперед, надзвичайної твердості та стійкості до зношування, природні та штучні алмази знаходять широке застосування у сучасних технологіях та механізмах. Але найбільш відомим та популярним залишається використання природних алмазів для виготовлення діамантів та ювелірних прикрас. Алмази, як і раніше, залишаються найбільш ювелірним камінням, що купується. В останні роки Росія утримує рекордні позиції з видобутку алмазів (Додаток 5). Лише 2006 р. Росія експортувала алмазів у сумі 1,7 млрд. доларів, їх 78% - до країн Євросоюзу .

Зараз вже добре відомо, що алмаз є модифікацією вуглецю високого тиску. Технічні алмази сьогодні отримують при великих тисках (40-60 тисяч атмосфер) і температурах, тобто. за умов, близьких до природного процесу формування алмазів з погляду мантійної теорії походження алмазів.

Однак, у ході дослідження нам вдалося з'ясувати, що мантійна теорія не є основною у наукових поглядах на проблему походження алмазів. Більше того, описані факти та процеси, які суперечать основним положенням цієї теорії. На сьогоднішній день немає жодної гіпотези, яка б повною мірою і науково достовірно описала процес природного утворення алмазів.

У той же час, всі фізико-хімічні властивості алмазів докладно вивчені та описані у науковій літературі. Унікальні властивості алмазів дозволяють використовувати ці мінерали у різних галузях господарства. Найчистіші та найбільші алмази мають велику ювелірну цінність.

Здається, марка De Beers вирішила наслідувати відомий дипломатичний принцип «не можеш придушити бунт — очоли його» і стати монополістом не лише на ринку натуральних діамантів, а й штучно вирощеного каміння. Спеціально для цих цілей було створено бренд Lightbox, який продаватиме прикраси лише з камінням, вирощеним у лабораторних умовах. Прості, невигадливого дизайну, дешеві — щодня.

«Синтетичні діаманти — не більше ніж пошесть і мода, — каже Брюс Клівер, генеральний директор De Beers. — Вони не підходять, щоб відзначати значні події у вашому житті, які хотілося б запам'ятати надовго». Йому вторить фінансовий директор компанії Німеш Пател: «Таке каміння — не щось унікальне. Втративши прикрасу із синтетичним діамантом, ви навряд чи сильно засмутитеся. До речі, це чудова альтернатива для прикраси дитині».

Загалом, запускаючи нову марку, спікери De Beers зробили все, що від них залежить, щоб репутація лабораторних діамантів впала нижче нікуди. І це при тому, що ще у вересні 2017 року компанія офіційно заявила, що ніколи не продаватиме штучно вирощені діаманти, що якраз було зрозуміло і зрозуміло: інакше це виглядало б як канібалізація власного бізнесу.

Чи є відмінності?

Тема штучно вирощених діамантів активно підігрівається останні два роки. Єдине питання, яке весь цей час хвилює громадськість: «Чим вони відрізняються від натуральних?».

Правильна відповідь – практично нічим. Чистий вуглець. Спресований мільйоном років геологічних процесів або стиснутий методом осадження пари в лабораторії. Причому безпосередньо для утворення алмазу і в природному, і штучному середовищі потрібен приблизно однаковий час — два-три тижні. Просто натуральний потім ще трохи полежав у земній корі. Хімічний склад однаковий. Кристалічна структура теж. У плані візуальної ідентичності безбарвні синтетичні діаманти від натуральних не відрізнить навіть експерт під 15-кратним збільшенням. При особливій тренованості може запідозрити, але не більше.

«Насправді це не зовсім так, — розповідає незалежний ювелірний експерт, який 35 років пропрацював у компанії De Beers. — Під час огранювання майстер легко відрізняє натуральний діамант від вирощеного в лабораторії — для намітаного ока структура помітно відрізняється».

Власне, саме для того, щоб вивчити вирощені людиною алмази у всіх подробицях, компанія De Beers кілька років тому організувала власну лабораторію Element Six щодо вирощування та вивчення синтетичних діамантів у британському Беркширі.

Dimitri Otis / gettyimages.com

Сьогодні більшість лабораторно вирощених діамантів намагаються видати себе за природні, що й зажадало таких ґрунтовних та дорогих досліджень від De Beers.

Погана новина у тому, що якщо штучний камінь не виявили експерти на рівні виробництва прикраси, то в магазині ви цього визначити не зможете. Хороша в тому, що навряд чи це зробить хтось ще, так що ви ніколи не дізнаєтесь, що вас обдурили. Але сама можливість змушує сильно нервувати не так покупців, як експертів і ювелірів — все-таки репутація.

Скільки це коштує?

А ось тепер головне значення трюку De Beers з брендом Lightbox. До виведення марки на ринок прикраси зі штучними діамантами продавали кілька американських компаній (які їх і виробляли), причому за ціною лише на 30% нижче, ніж коштували натуральні камені.

Головною маркетинговою відмінністю та принадою для покупців стала екологічність та етичність лабораторного каміння. У всьому іншому нові гравці використовували ту ж ідею просування («цінність для важливих моментів життя»), близький дизайн, ті самі огранювання. Простіше кажучи, синтетика спробувала зіграти на полі натуральних діамантів. Тобто претендувала на шматок жирного ринку, який роками дорогих рекламних кампаній вигодовували De Beers, виховуючи в покупцях бажання інвестувати в діаманти, сплачуючи за каміння значно більше за їхню реальну вартість.

«Синтетичний» чи «вирощений людиною»?

Синтетичні діаманти з'явилися на ринку у вкрай невдалому репутаційному форматі: намагаючись мімікрувати під натуральні в рамках великої партії натуральних дрібних діамантів вагою до півтора карата. А це, як і будь-яке дрібне шахрайство, не могло породити довіри до ідеї загалом.

Втім, штучні діаманти досить швидко піднялися до невеликих ювелірних марок, що дбають за екологію та етичність. Найвідоміші з них — Diamond Foundry (інвестори Леонардо ді Капріо та Мирослава Дума), Orro, Gordan Max, Innocent Stone, Carat та ще десяток інших. Більшість виробництв розташована в Америці та Азії, хоча є й одна досить відома серед професіоналів лабораторія в Сестрорецьку — саме тут два роки тому було вирощено найбільшого штучного діаманта вагою 5 карат.

Спільними зусиллями думку про своєрідну унікальність та цінність синтетичних діамантів вдалося донести до журналістів, які хапалися за ідею інноваційності та етичності, а потім і до споживачів.

Алмазодобувні компанії об'єдналися у спробах переконати громадськість, що синтетичні камені не мають «ні душі, ні божественного дотику». На ринок було випущено рекламні кампанії «Real is rare, real is diamond». При цьому в рекламі показують камінь карат на 20 унікальної чистоти та прозорості, а сама рекламна кампанія, як ми розуміємо, розрахована на покупців цілком ординарних діамантів максимум карат до двох, які важко можуть бути зараховані до категорії рідкісних. Але парадокс: чим більше ювеліри та видобувні компанії розповідали про різницю у властивостях, «рідкості» та «унікальності» природного каміння, тим більше вони сприяли популяризації синтетичних. До кінця року преса змінила тон з поблажливого на шанобливий: епітет «синтетичний» із явним негативним відтінком був витіснений більш привабливим — «вирощеним людиною». Діамантери занепокоїлися всерйоз.

Запускаючи Lightbox, De Beers має дві прості цілі. Перша – створити синтетичним діамантам репутацію на рівні стразів – модно, дешево, несерйозно. І друга, набагато важливіша — опустити їхню вартість. Якщо останні два роки ціни на синтетику трималися на 30% нижче, ніж ринкова вартість натурального каміння (тобто фактично на рівні біржових цін), то Lightbox продаватиме прикраси за ціною на 85-90% нижче за вартість натуральних діамантів — по $200 за камінь у чверть карата та $800 за карат. Для порівняння, за даними бюлетеня Rappaport за серпень 2018 року, 0,5 карата середньої якості натурального діаманта коштує близько $1500, а один карат – від $4000 до $6000 залежно від характеристик. Поки задум De Beers нагадує короткий звитяжний бліцкриг, але час покаже.

З несподіваним явищем зіткнулися вчені Всесоюзного науково-дослідного інституту синтезу мінеральної сировини. Звичайним методом високих температур та тисків вони вирощували штучні алмази. Цього разу метою дослідів було з'ясувати, як впливає на властивості алмазу наднормативний азот, і для того, щоб ввести в майбутні кристали більше азоту, суміш металів - розчинників вуглецю додавали від 5 до 20% нітриду марганцю Mn 4 N.

Отримані кристали дійсно містили більше азоту, ніж зазвичай (на два – три порядки!). Це були справжні штучні алмазиЩоправда, монокристалів ідеальної форми, з кубічними гратами, серед них було дуже мало. Проте майже 20% усіх алмазів виявилися двійниковими зростками, а не монокристалами. Спостерігалися деякі аномалії фізичних характеристик, зокрема слабка анізотропія (неоднорідність) оптичних властивостей.

Більшість «відхилень від норми» пояснюються напругою, що виникла в кристалічній решітці через добавку азоту. Але як пояснити незвичайне фарбування більшості кристалів? Дослідники отримали не жовті, як завжди, а густозелені прозорі штучні алмази.

Застосування штучних алмазів

Алмазні склорізи

Використання алмазу для різання скла – найдавніший спосіб практичного застосування цього мінералу. Найпоширенішим інструментом для цієї мети є алмазний склоріз, який складається з ограненого у формі правильної чотиригранної піраміди кристала алмазу, закріпленого в металевому тримачі, та латунного молоточка з дерев'яною ручкою. Для виготовлення склорізів використовуються алмази вагою 0,02-0,20 карата щільної будови без дефектів.
Залежно від товщини скла використовують різні склорізи. Наприклад, для різання скла товщиною до 5 мм застосовуються склорізи, де вага кристала становить від 0,02 до 0,12 карата, а завтовшки до 10 мм - від 0,12 до 0,20 карата.
Продуктивність алмазного склоріза дуже висока. Діамантом вагою 0,1 карата, наприклад, можна нарізати 100 000 погонних м скла. Твердосплавні склорізи такої продуктивності не дають.

Зуболікарський інструмент

Крім перерахованих методів технічного застосування, алмаз використовується і в медицині головним чином, при лікуванні зубів.
Зубна емаль за твердістю близька до кварцу. Тому для її обробки потрібні дуже тверді матеріали. Застосовувані інструменти з карбідом кремнію мають недостатню твердість; крім того, вони спричиняють біль. Застосування алмазного інструменту усуває ці недоліки.
Створюється можливість значного збільшення кількості обертів бормашин для обробки зуба за малої сили тиску нього. Больові відчуття під час використання алмазного інструменту зводяться до мінімуму.
Ми коротко розповіли про найважливіші сфери застосування алмазів у техніці. Однак цим не вичерпуються всі сфери його використання. Діамант застосовується і для багатьох інших цілей, і ця сфера його використання збільшується з кожним роком.
Застосування алмазу в техніці дозволяє різко підвищити продуктивність праці та знизити собівартість продукції, полегшити процеси автоматизації виробництва, отримати деталі виняткової точності та чистоти обробки, а також заощадити величезні кошти.
Нарешті людина знайшла для алмазу справжнє місце у житті, змусив його працювати він. І для нас зараз алмаз у робочій спецівці набагато цінніший, ніж алмаз у блискучій короні.

Алмазне волочіння

Процес волочіння - це спосіб обробки металів тиском, що полягає в протягуванні катаних, рідше кованих виробів круглого або фасонного профілю через отвір, переріз якого менше перетину вихідного виробу. В результаті волочіння поперечні розміри виробу зменшуються, а довжина збільшується. Цей процес особливо широко застосовується виготовлення тонкого дроту з кольорових металів. Розглянутий спосіб обробки металу був відомий ще 3-3,5 тис. років до нашої ери. У ті далекі часи волочіння застосовувалося для виготовлення золотого та срібного дроту для прикрас. Такий дріт називався канітеллю. Звідси наш побут міцно увійшло вислів «тягнути канитель», т. е. повільно, одноманітно робити якесь справа.
Такий вираз пояснилося технологією виготовлення дроту за давніх часів. Тоді все обладнання складалося з волочильної дошки, закріпленої між двома стовпами, і кліщів, які прив'язувалися до пояса робітника, що сидить у колисці, що коливається. Робочий підтягувався до волоки, захоплював пропущений кінець дроту кліщами, упирався зігнутими ногами в стовпи і, розпрямляючи їх, простягав дріт. Він гойдався доти, доки не витягував дріт потрібного діаметра та розміру.
Для того щоб витягувати дріт потрібного діаметра, волоки повинні бути виготовлені з дуже міцного матеріалу, що важко піддається деформації. Волоки робили з твердих сплавів, які могли довго витримувати напругу і швидко виходили з ладу.
З використанням алмазів у техніку для волочіння тонкого дроту стали застосовуватися алмазні волоки (фільєри). Через такі фільєри стало можливим протягувати дріт точного діаметра – від 0,001 до 2 мм.
Застосування алмазних волок забезпечує високу якість поверхні і точність діаметра протягується дроту, так як алмаз важко піддається стирання. При алмазному волочении можна отримати тонкий дріт діаметром 9-10 мікрон. Стійкість алмазних волок вище стійкості твердосплавних в 100-300 разів залежно від діаметра волоки. При волочении мідного дроту стійкість алмазних волок, виражена в кілометрах дроту, становить 25-30 тис. км, тоді як стійкість твердо-сплавних лише 100 км. Через одну алмазну фільєру можна протягнути дріт такої довжини, якою можна опоясати земну кулю по екватору кілька разів.
Алмазна волока являє собою огранений по трьох площин кристал алмазу, закріплений в металевій оправі, з просвердленим в центрі і відшліфованим каналом.
Вага алмазу для волок вибирається в залежності від діаметра їх отворів. ГОСТ 6271-60 встановлює вагу кристалів для волокон.
Волочення дроту на вітчизняних заводах здійснюється на машинах одноразового та багаторазового волочіння. По-перше - дріт простягається через одну фільєру, а по-друге - через кілька послідовно розташованих волок. Найбільшого поширення мають машини багаторазового волочіння, що відрізняються високою продуктивністю.

Алмазні наконечники

Сучасний рівень машинобудування характерний застосуванням великої різноманітності високоміцних та зносостійких матеріалів. Важливою їх якістю є твердість. Тому в промисловості, пов'язаної з обробкою металів та мінералів, найбільш широко застосовуються випробування на твердість.
Для визначення твердості металів та мінералів застосовується кілька методів. За методами Брінелля і Роквелла випробування проводиться шляхом вдавлювання сталевої кульки в матеріал, що випробовується; за методом Віккерс для цієї мети використовують кристал алмазу у формі піраміди; за методом Моосу твердість визначають шляхом дряпання мінералу, металів та мінералів визначається їх опір деформації при вдавлюванні кульки або пірамідки. У цьому відбувається певна деформація у випробовуваному матеріалі, а й у тому, яким відчувають. Діамант не піддається деформації і тому він відповідає вимогам, що пред'являються при конструкції приладів для визначення твердості мінералів та металів.

Штучний діамант у буквальному значенні - це огранений відповідним чином штучний алмаз. Вважається, що властивості штучних діамантів не поступаються реальним.

У переносному сенсі штучні діаманти - це різні замінники дорогоцінного каменю менш цінним, схожим на діамант за кольором, переливом, блиском. До таких замінників природного діаманта відносяться синтетичні фіаніт, муасаніт, кристали Сваровські тощо. Вони використовуються в ювелірних цілях, але не мають властивостей справжнього алмазу.

У деяких випадках у ролі імітації діаманту виступають натуральні кристали, наприклад, камінь берил жовтого кольору (якщо потрібно імітувати жовті діаманти), безбарвний сапфір або інші природні коштовні камені. Вони коштують менше за діамант.

Використання імітацій чи штучно вирощених діамантів у прикрасі не вважається підробкою, якщо продавець пише цю інформацію на ціннику.

При цьому ціна не завжди повинна бути нижчою - вартість діамантів, створених людиною, можна порівняти зі справжнім алмазом.

коротка історія

Перші повідомлення про отримання штучно вирощених діамантів почали надходити до світової вченої спільноти вже наприкінці XIX століття, проте здебільшого вони були хибними.

Отримані кристали, на відміну від натуральних, відрізнялися іншим хімічним складом, не складалися з вуглецю і не мали властивості алмазу, до яких в першу чергу відносяться:

• максимальна серед усіх відомих речовин твердість – 10 за Моосом;
• висока теплопровідність;
• висока дисперсія світла;
• низьке термічне розширення;
• хімічна інертність;
• низький коефіцієнт тертя;
• високий електричний опір.

Спрощено кажучи, алмаз - найтвердіший у світі діелектрик (речовина, яка не пропускає струм), який дуже швидко нагрівається, але практично не розширюється від нагріву.

Природний алмаз - інертна речовина, яка не вступає в реакцію з лугами та кислотами у звичайних умовах.

При високій температурі алмаз спалахує і горить, перетворюючись на графітову сажу.

За іронією природи алмаз складається з вуглецю - тієї ж речовини, що і графіт, твердість якого дорівнює 1 Моосу. Властивості алмазу обумовлені іншою атомарною структурою.

Вперше справжні алмази навчилися отримувати у Швеції 1953 року. Винайдені тоді технології алмазного синтезу базувалися на відтворенні природних умов утворення мінералу. Знадобилося відтворити високий тиск і температуру - 60 тисяч атмосфер і 1,5 тисяч градусів за Цельсієм, щоб отримати ідеальну структуру алмазу.

Технології виробництва

На даний момент справжні штучні алмази, огранювання яких перетворює їх на діаманти, вирощують двома основними методами. Вони називаються HPHT та CVD-методи відповідно.

Перша назва – англійська абревіатура, у перекладі означає «високий тиск, висока температура». Цей спосіб можна застосовувати для отримання кристалів правильної кубічної або додекаедричного форми.

Суть методу: заготівлю з графіту і спеціальним чином підібраного легкоплавкого металу поміщають у конструкцію з декількох багатотонних пресів, що здавлюють її з усіх боків і одночасно нагрівають. Метал плавиться, у ньому розчиняється графіт, надлишки металу видаляються, і за подальшому стисканні утворюється алмаз.

Недолік способу в тому, що на одній і тій же установці можна одержувати лише однакові за величиною та формою кристали.

Метод обробки високою температурою та тиском використовується для промислового штампування алмазів.

CVD у перекладі розшифровується як "хімічне осадження з газової фази". Сенс явища – у вирощуванні алмазної плівки на воднево-вуглецевій заготівлі. Тут потрібні значно менші тиск та температура.

Методом хімічного осадження можна отримати безбарвний алмаз, так і інші кольори, додаючи в газову камеру включення деяких металів.

Після закінчення процесу результат потребує шліфування та огранювання, зате таким способом можна отримати навіть штучний чорний діамант.

Існує ряд більш екзотичних способів отримання синтетичних алмазів, наприклад синтез методом детонації вибухівки, що містить вуглець, і обробка ультразвуком - ультразвукова кавітація.

Однак такими способами можна виготовити тільки нано- та мікрокристали, що не досягають навіть одного карата. Вони використовуються у промисловості, наприклад, для виготовлення ріжучого інструменту з алмазним напиленням.

Лише 2–3 % усіх алмазів, отриманих на фабриці чи лабораторії, граються як діаманти та йдуть на прикраси. Основну масу синтетичних кристалів забирає промисловість.

Тим не менш, виникла ювелірна мода на коштовності саме з рукотворними діамантами. Вона набула поширення в основному серед послідовників Грінпіса.

Кольори штучних кристалів

Діаманти, отримані за допомогою CVD або HPHT-методу, найчастіше або безбарвні, або мають блакитний або жовтий відтінок.

Такі кольори утворюються шляхом введення в реакцію бору (блакитний) або азоту (жовтий відтінок). Виростити абсолютно безбарвний діамант високої чистоти складно через велику кількість азоту в атмосфері. Рекорд був поставлений у 2015 році, і вага отриманого кристала склала трохи більше 10 карат.

Штучний діамант називається вирощеним, а не синтетичним, тому що за хімічним складом, властивостями та характеристиками він повністю ідентичний природним. Методи синтезу мають на увазі іншу структуру одержуваних зразків.

Ринок вирощених діамантів функціонує легально.

Поступово вводиться правило - на виробах із замінниками природного каменю, вирощеними в штучних умовах, ставиться відповідна позначка методом лазерного гравіювання, що містить назву фірми-виробника і серійний номер діаманта. Цю практику вже запровадила компанія-виробник Gemesis із США.

Відрізнити штучний діамант від натурального можна за допомогою спеціальних тестерів, що просвічують камінь в ультрафіолетовому, інфрачервоному або рентгенівському променях.

У їхньому спектрі виявляються незначна кількість домішок азоту або металів, нехарактерних для творінь природи.

Астрологічне значення

Оскільки штучні діаманти повністю ідентичні природним, їх можуть носити самі знаки зодіаку, яким відповідає природний алмаз. Це каміння Вогню, і «люблять» вони здебільшого людей своєї стихії – Стрільців, Львів та Овнів. Серед них діамант, у тому числі штучний, особливо виділяє Овна.

Протипоказано носіння діамантових прикрас антиподам Вогню – знакам стихії Води, особливо Рибам.

Знак зодіаку	Сумісність
Овен	+++
Телець	+
Близнюки	+
Рак	+
Лев	+
Діва	+
Терези	+++
Скорпіон	+
Стрілець	+
Козеріг	+
Водолій	+
Риби	+

(«+++» – підходить ідеально, «+» – можна носити, «-» – категорично протипоказаний)

Замінники діаманта

У ювелірній справі «король коштовностей» має кілька подоб природного і синтетичного походження.

Вони застосовуються легально, й у разі відповідна інформація вказується на ціннику, а ціна пропорційно знижується. На жаль, через високу вартість алмазів та діамантів його подоби використовуються для виготовлення фальшивок.

Основні аналоги діаманта:

• геркмайєр – кристал кварцу, від природи схожий на огранений алмаз, видобувається в США;

• рутил природний та синтезований;

Рутил природного походження

• безбарвний сапфір;

• корундоліт (різновид шпінелі);

Корундоліт, різновид шпинелі

• титанат стронцію;

• алюмоітрієвий гранат;

• гірський кришталь;

• циркон;

• фіаніт;

• муасаніт;

• Стрази Сваровськи.

Найдешевші підробки - зі скла, але вони зустрічаються все рідше і рідше, тому що легко впізнаються навіть ювеліром-аматором.

Найбільш розповсюджені

Найбільшу популярність на ринку мінералів, які найточніше імітують діамант, здобули фіаніт і муасаніт.

Фіаніт - повністю синтезована речовина, в природі не зустрічається.

Це діоксид цирконію, рідкісного металу. Цирконій видобувається з каменів цирконів, які називають молодшими братами алмазів.

Фіаніт - прозорий кристал із показниками дисперсії та заломлення світла, близькими до показників діаманта. Має діамантовий блиск. Назва поширена у Росії, вона походить від назви інституту (ФІАН), де вперше синтезували цю речовину. За кордоном його називають цирконітом. Тому часто виникає плутанина – продукт хімічного синтезу фіаніт плутають із металом цирконієм та природним каменем – цирконом, теж зовні схожим на жовтуватий алмаз.

Ювеліри відрізняють фіаніт від діаманта по масі – у цирконіту вона більша, а також за показниками теплопровідності – вона значно менша, ніж у алмазу. Твердість його нижче алмазної, верхня межа – 8,5 за Моосом.

Муасаніт – природний мінерал, названий на честь свого першовідкривача Анрі Муассана.

З хімічної точки зору це карбід кремнію, він же – карборунд. Незважаючи на те, що він був відкритий як природна речовина, в природі він зустрічається так само рідко, як і алмаз. Але його легко синтезувати.

Срібні сережки-підвіски з фіанітами.

Синтезований муасаніт часто використовується як альтернатива діаманту або фіаніту.Твердість – до 9,25 за Моосом. Після огранювання він блищить сильніше, ніж кожен із цих кристалів. Його показники заломлення вищі, ніж у алмазу, але він може мати подвійне променезаломлення (розподіл променя, що проходить крізь кристал, надвоє), чого ніколи не буває у діаманта.

Його можна відрізнити від ограненого алмазу по двопроменеломленню, зеленувато-сірому блиску риси і більш високої, ніж у алмазу, електропровідності. Також він виявляється ультрафіолетовим опроміненням, при якому муасаніт світиться оранжево-червоним кольором.

Третій широко поширений аналог діаманта - це високоякісні стрази, які одержують зі свинцевого скла або акрилового полімеру, рідше - гірського кришталю.

Найбільш якісні стрази виготовляють компанії Swarovski в Австрії та Preciosa в Чехії.

Спроби створити лабораторний алмаз велися з 1950-х років, але справжня революція відбувається на наших очах. Останнім часом помітно вдосконалилися дві основні технології: створення алмазів за умов високої температури та тиску (HPHT) і хімічне осадження з газової фази (CVD), коли плазма з атомів вуглецю, з якої атоми шар за шаром конденсуються на підкладку, утворюючи алмаз. Технологія HPHT вже дозволяє отримувати алмази розміром 5 карат. З 2003 року технологія CVD пройшла шлях від створення зовсім малих алмазів в 0,3 карата до повністю прозорого каміння розміром в 3 карати з дуже хорошими оптичними властивостями. Алмази, створені за CVD-технологією, практично не мають сторонніх домішок, таких як азот або бор, що дає їм переваги навіть перед природними алмазами як для промислового, так і для ювелірного застосування.

Разом з покращенням якості та розмірів лабораторних алмазів останніми роками в гонку вступили стартапи з Долини з багатомільйонними інвестиціями в маркетинг та селебріті серед акціонерів. Вони виявилися здатними вкласти величезні кошти для того, щоб похитнути становище продавців природних алмазів. Аналітики прогнозують щорічне зростання ринку вирощених у лабораторії алмазів приблизно в 7,4%, з $16,2 млрд у 2015 році до $27,6 млрд до 2023 року.

Все рідше ЗМІ називають синтетичні алмази фальшивками, а галузі природних алмазів доводиться випускати все більш досконалі пристрої для виявлення штучно вирощеного каміння: DiamondCheck, DiamondSure і DiamondView. Однак навіть найсучасніші сканери GIA не завжди можуть відрізнити штучно створені камені від природних.

Поки що штучно вирощені алмази займають 1-2% ринку, але в майбутньому їх частка може істотно збільшитися за прогнозами експертів, аж до домінуючої. При цьому вже сьогодні понад 95% алмазів, що використовуються в промисловості, вирощено в лабораторії (решта продається для використання в ювелірних виробах).

Чим відрізняються природні та синтетичні алмази?

Одна з суттєвих відмінностей природних алмазів - дефекти кристалічних ґрат, які надають каменям забарвлення. Наприклад, жовтий – наслідок вкраплень атомів азоту, коричневий та рожевий відтінок каменю – наслідки викривлення кристалічних ґрат. При цьому, керуючи процесом створення, в штучних алмазах можна досягти кристалічних грат, близьких до ідеальної, а чистота вмісту вуглецю в них може доходити до 99,999%.

Але якщо параметри чистоти особливо важливі для застосування B2B алмазів, то для ювелірних каменів навряд чи чистоту каменю можна назвати вирішальним фактором. Швидше тут ключова роль залишається за ціною та маркетингом.

Коли штучний алмаз поставлять на полиці ювелірних магазинів?

Для збільшення частки синтетичних алмазів на ювелірному ринку є кілька перешкод. Багато світових ювелірних будинків не розуміють, що штучно вирощений алмаз можна продавати як самостійний продукт. Натомість вони продають їх під виглядом природних. Часто у цьому винні навіть не продавці.

Недобросовісні дилери купують штучні алмази з метою «підмішувати» вирощені в лабораторії каміння до сьогодення. У разі розміру алмазу до 0,3 карата відрізнити вирощений у лабораторії камінь від природного дуже важко, і цим вони користуються.

Щоб уникнути підлоги, великі мережі (Tiffany, Cartier та інші) суворо відстежують весь ланцюжок постачання, від видобутку каменю до інкрустації.

Гадаю, одна з причин, чому продавці не готові поставити на полицю штучне каміння поряд із природними, - небажання створювати ринок із нуля. Це завдання взяли на себе такі стартапи, як Diamond Foundry або Ada Diamonds. Вони вкладають мільйони доларів у маркетинг і залучають зірок першої величини, щоб показати ринку, що штучний алмаз можна ставити на полиці поряд із природним. Ідея виробників лабораторних алмазів у тому, щоб замість прямої конкуренції з алмазодобувною індустрією створити новий ринок. Якщо ювелірні мережі стануть чітко розрізняти синтетичні й природні камені, то у покупця з'являється вибір: купити натуральний камінь дорожче або синтетичний - дешевше. Різниця в ціні буде платою за емоційну складову.

Два різні ринки та продукти

Важливо розуміти, що на ринку двох типів каменів - штучного і природного - націлено на два принципово різних ринку. З різною аудиторією та різним позиціонуванням та маркетингом.

У традиційну галузь видобутку та обробки алмазу вкладено вікову історію та зовсім інші маркетингові меседжі. Здається неймовірним, але позиціонування діаманта як безумовного атрибуту розкоші стало планомірною роботою тих самих алмазодобувних компаній. Ще в 50-ті роки минулого століття De Beers почала проводити маркетингову політику щодо створення єдиного позиціонування для діаманта: діамант – це незамінний атрибут поняття «кохання», діамант – це «назавжди». Досить згадати сьомий фільм про Джеймса Бонда, який так і називався «Діаманти назавжди» (слоган De Beers). У штучного каміння інша філософія та цінності, які доводиться створювати з чистого аркуша.

Щоб протистояти маркетинговій машині алмазодобувачів, Diamond Foundry б'є в одну з головних «больових точок» алмазодобувачів: з подачі одного з акціонерів компанії, актора Леонардо Ді Капріо, вони розповідають про проблеми незаконного видобутку алмазів у неблагополучних регіонах світу (Сьєрра-Лео, ). І вказують на неетичність самого процесу видобутку алмазів.

Головна перешкода до масової появи таких компаній як Diamond Foundry - високий поріг входу на ринок. За нашими оцінками, в одну з перших російських компаній, що вийшли на світовий ринок, NDT (New Diamond Technologies, створюють алмази на базі HPHT-методу) вклали не менше $60 млн. Сумарні інвестиції в Diamond Foundry (комбінують CVD- та HPHT-технології при створенні алмазів) - близько $100 млн. Навіть запуск дослідницького центру для компанії, що працює на CVD-технологіях, ми оцінюємо більш ніж $15 млн.

Через високий обсяг інвестицій у R&D технологією виробництва синтетичних алмазів за фактом володіє лише близько десятка компаній у всьому світі. Всі вони розташовані в США, Сінгапурі, Китаї та Росії. Вхід на ринок штучних алмазів дорогий і складний, зате це один з тих багатомільярдних ринків, де російські лабораторії і виробництва мають шанс отримати вагому частку.