Косметика

Способы производства и свойства искусственных алмазов. Химический способ получения искусственных алмазов

Алмаз, так же как и графит, по своему химическому составу представляет собой чистый углерод. Они являются полиморфными модификациями одного и того же элемента, однако свойства их резко различаются. Это объясняется различием их кристаллических решеток.

Алмаз был известен в далеком прошлом, широко применяется в настоящем, велики перспективы его использования в будущем. С развитием техники, когда возникла необходимость в новых видах минерального сырья, в частности для обработки камня, металлов, твердых синтетических материалов, алмаз приобрел как бы вторую жизнь. В настоящее время существование всей обрабатывающей промышленности и машиностроения (от создания мощных агрегатов до изготовления тончайших механизмов и приборов) практически немыслимо без применения алмазов. Сейчас алмазы очень широко используются как абразивный материал (абразивные порошки, пасты, шлифовальные круги, алмазные пилы, стеклорезы и т.д.), что основано прежде всего на их чрезвычайно высокой твердости. Б последние годы все больше привлекают внимание другие исключительные свойства алмаза: его.электрические свойства при использовании в качестве полупроводников, высокое светопреломление - в оптических приборах. Находит применение его практическая амагнитность. Алмаз как кристаллическое вещество благодаря плотной упаковке атомов углерода может стать накопителем и хранителем обширной информации.

Плотность алмаза 3,513 г/см 3 , микротвердость 100,6 ГПа, модуль упругости 825 ГПа, удельное электросопротивление 10 12 - 10 14 Ом-см. Кроме углерода в кристалле алмаза всегда присутствует некоторое количество примесей, составляющих не более десятых долей процента. Основные химические элементы - примеси в алмазе: азот, кислород, водород, Fe, Ti, Mn, Si,Al.

Как известно, основные факторы, способствующие образованию алмазов - высокие давления и температура, которые имеют место в земных недрах на большой глубине.

Искусственные алмазы начали получать в целом ряде стран в середине 50-х годов XX века. Внедрение синтетических алмазов избавило от необходимости дробить большую часть природных алмазов для изготовления порошков, паст и абразивного инструмента. Выпускаются синтетические алмазы марок АСО, АСР, АСВ, АСК, АСС, САМ, АСБ и АСПК, а также микропорошки на основе синтетических алмазов АСМ и АСН размером от 1 до 630 нм.

Применяются синтетические алмазы главным образом для изготовления различных видов абразивного, лезвийного и бурового инструмента. Важнейшими областями применения алмазных инструментов являются обработка инструментов и деталей машин из металлокерамических твердых сплавов, бурение геологических и эксплуатационных скважин в твердых и абразивных породах, обработка изделий из гранита, мрамора и др. Наиболее широко порошкообразные синтетические алмазы применяются для изготовления шлифовальных кругов, предназначенных для доводки и заточки твердосплавного металлорежущего инструмента.

В настоящее время известны три метода синтеза алмазов:

в области термодинамической стабильности алмаза воздействием на исходный углеродсодержащий материал высоким статическим давлением и температурой в.течение времени, измеряемого по крайней мере несколькими секундами; .

в области термодинамической стабильности алмаза воздействием на исходный углеродсодержащий материал высоким динамическим давлением и температурой в течение времени, измеряемого микросекундами и долями микросекунд;

в области термодинамической стабильности графита, осуществляемой при атмосферном и меньшем давлениях и высокой температуре эпитаксиальным наращиванием алмаза на затравках.

Основная масса синтетических алмазов производится во всем мире по первому методу, т.е. при высоких статических давлениях. Отрицательной чертой второго метода является кратковременность действия высоких давлений и температур, из-за чего зародившиеся кристаллы новой фазы лишены возможности длительного роста и образуют поэтому весьма мелкие частицы.

Третий метод получения алмазов требует очень точного соблюдения условий проведения процесса. В противном случае на поверхности затравочных кристаллов будет образовываться как алмаз, так и графит, а затем графит покроет всю поверхность, и рост алмазной фазы прекратится.

Рациональное сочетание трех условий, необходимых для синтеза алмазов (температуры, давления и наличия определенной среды) лежит в основе методов производства синтетических алмазов при высоких статических давлениях, используемых во многих странах мира.

Многочисленные исследования отечественных и зарубежных ученых в области синтеза алмазов позволили предложить механизм превращения графита в алмаз, который подробно описывается в различных литературных источниках и объясняется перестройкой связи электронной конфигурации sp в sp 3 .

Как уже было сказано выше, для синтеза алмазов используются уг-леродсодержащие материалы: стеклоуглерод, кокс, синтетические смолы и, конечно, графит. Однако следует знать, что при синтезе алмазов исходное сырье обязательно проходит стадию графитации. Углеродсодержащее вещество до термообработки должно быть максимально однородным по химическому составу. Кроме того, распределение областей когерентного рассеяния (ОКР) по размерам должно быть достаточно узким.

Нецелесообразно использовать в качестве исходного углеродсодер-жащего вещества сажу, так как она очень мелкодисперсна. Это затрудняет набивку камер аппаратов высокого давления.

На практике в технологии синтеза алмазов используются определенные марки графита МПГ-6, ГМ-ОЗОСЧ, МГ-ОСЧ и т.д. В этом случае образуются алмазы с высоким выходом и хорошего качества. Качество синтезированных алмазов определяется их размерами и твердостью.

Поскольку синтез алмазов протекает при высоких давлениях и температурах, то необходимо иметь надежные аппараты для твердофазного синтеза, в которых достаточно длительное время можно поддерживать и высокие давления, и температуры. Нужно уметь измерять такие давления и температуры, определять степень их однородности в реакционной зоне.

Синтез алмазов проводится в специальных камерах, изготовленных из высокопрочных материалов. Такими материалами являются твердые сплавы на основе карбида вольфрама и кобальта. Подъем температуры в подобных аппаратах осуществляется пропусканием электрического тока через нагревательное устройство.

Конструкции камер высокого давления, где создаются температуры от 727°С до 2227°С весьма различны. Среди множества аппаратов такого рода рассмотрим кратко три вида наиболее распространенных конструкций: многопуансонный аппарат, аппарат типа «цилиндр - поршень» и аппарат типа «наковальня с лункой».

Представителем первого вида является тетраэдрическая установка схема которой представлена на рис. 1.14. Камера состоит из четырех пуансонов с усеченными трехгранными концами. Торцы этих пуансонов имею: вид равносторонних треугольников и ограничивают тетраэдрический объ

Рис. 1.14. Схема тетраэдрического аппарата высокого давления; а -- схема расположения 4 пуансонов; б - установка в

Сборе, верхний пуансон удален

С помощью четырех гидравлических прессов, симметрично распс ложенных в пространстве, пуансоны двигаются вдоль своей оси, образу рабочий -объем. В него помещается контейнер из рабочего вещества, вь: полненный в виде тетраэдра.

Рабочее вещество - это вещество, посредством которого передаете давление во всех установках, где проводятся высокотемпературные иссж давания при высоких давлениях. Оно должно быть твердым телом с мало сжимаемостью и удовлетворять следующим условиям:

иметь высокую температуру плавления и малую теплопровод ность;

не проводить электрический ток; быть химически инертным;

быть достаточно пластичным, чтобы с его помощью можно бь ло получать более или менее равномерное (квазигидростатическое) давл(ние в определенном объеме.

Нагреватель (чаще всего графитовая трубка) заполняется реакцию] ной шихтой и вкладывается в тетраэдрический контейнер так, чтобы конц нагревателя выходили из противоположных ребер тетраэдра. При сближ-нии пуансонов они сжимают тетраэдрический контейнер. Часть рабоче) вещества вытекает в зазоры между пуансонами, образуя уплотняющие пр< кладки. Электрический ток для создания нужной температуры подводится нагревателю через пуансоны, соприкасающиеся с нагревательным устройством.

В настоящее время для изготовления контейнеров, работающих при высоких давлениях и температурах (10 ГПа и 2700°С), применяют в основном четыре вещества: тальк или стеатит 3MgO-4SiOrH 2 O, пирофиллит Al 2 O 3 -4Si0 2 -H 2 O, литографский камень 95% СаСОз + 5% смеси 8Ю 2 , А1 2 0 3 , Fe 2 0 3 и катлинит - красную кремнистую сцементированную глину, месторождения которой находятся в США. Они несколько различаются между собой по механическим свойствам и по термоустойчивости.

Контейнеры могут изготовляться как из блоков соответствующих минералов, так и прессованием порошков из этих минералов с употреблением различных связок (жидкое стекло, бакелит и др.).

Описанная тетраэдрическая камера требует приложения к ней усилия прессового устройства по четырем осям, что вызывает немалые трудности, поэтому создают камеры, где сжатие осуществляется одним поршнем от какого-либо прессового агрегата. Ввиду этого значительное распространение получили аппараты типа «цилиндр - поршень», так называемые белт-аппараты (belt 1 - пояс). Схема аппарата показана на рис.1.15.

1.15. Схема аппарата типа белт: 1 - - пуансон, 2 - - контейнер

Рис. 1.16. Схема камеры высокого давления с поддерживающими кольцами (наковальня с лункой): 1 -пуансон, 2 - - стальное кольцо, 3 - контейнер, 4 - образец, 5 - зазор

Основными частями его являются два конических пуансона (1) из твердого сплава, на которые в несколько слоев надеты стальные бандажи. Их торцы входят в полый цилиндр из твердого сплава, также упрочненный набором бандажей. Внутрь цилиндра помещается цилиндрический контейнер из рабочего вещества (2), в котором находится нагреватель с реакционной шихтой. Нагревателем является трубка из электропроводящего материала, ось нагревателя совпадает с осью контейнера.

Вся установка помещается в гидравлический пресс. При сдвигании пуансонов рабочее вещество пластически деформируется, часть его затекает в зазоры между цилиндром и пуансоном и надежно запирает камеру сжатия. Благодаря образующимся прокладкам из рабочего вещества пуансоны оказываются электрически изолированными от цилиндра.

Нагрев осуществляется пропусканием электрического тока через нагреватель, соприкасающийся с пуансонами, к которым подсоединяются электроконтакты от источника тока.

В установке типа «белт» возможно получать давления около 20 ГПа и температуры порядка 2700°С и можно иметь большой реакционный объем. Однако детали данной конструкции весьма сложны в изготовлении, и эксплуатация ее требует высокой квалификации персонала. Поэтому в СССР была разработана более простая конструкция типа «наковальни с лункой», которая получила широкое распространение не только в лабораторных исследованиях, но и в промышленности.

На рис. 1.16 представлена схема описываемого аппарата в разрезе. Аппарат включает два одинаковых пуансона из твердого сплава (1), каждый из которых в торце имеет центральное углубление (лунку) в виде сегмента сферы, окруженное поверхностью, обработанной на конус. По боковой поверхности каждый пуансон (1) скреплен стальным кольцом (3). Между торцевыми поверхностями пуансонов помещается контейнер (2), выполненный из соответствующего рабочего вещества. Образец (4) собирается вместе с нагревательным элементом и вставляется в полость контейнера. Цифрой (5) обозначен зазор между обработанными на конус, периферическими участками поверхности пуансонов.

Высокие давление (до 7 ГПа) и температура (до 2200°С) получаются следующим образом.. Образец (углеродсодержащий материал) вместе с нагревательным элементом (4) помещается в контейнер (2), который собранным устанавливается в камеру высокого давления, образованную обращенными друг к другу торцами пуансонов (1). Камера в сборе закладывается в гидравлический пресс. При сближении пуансонов периферическая часть контейнера (2) постепенно деформируется и заполняет зазор (5). Пластическое течение материала контейнера (2) прекращается, когда при возрастании сжимающего усилия пресса достигается необходимая величина давления в камере. Электрическая мощность, необходимая для нагревания образца.(4). подается на, нагреватель через пуансоны (1), для чего один из пуансонов должен быть электрически изолирован от остальных частей аппаратуры.

В данном случае твердосплавная деталь имеет линзообразное углубление и называется «наковальней с лункой» (НЛ), а контейнер напоминает формой чечевицу. Для создания более высоких давлений камера типа НЛ была изменена. На конусной поверхности пуансона были сделаны кольцевые канавки в виде разрезанного по большому диаметру тора (рис. 1.17).

Это не влияет на принцип действия камер, но значительно повышает стойкость твердосплавной детали к разрушению. В таких аппаратах можно достичь давлений в 13 - 14 ГПа. Конструкция получила наименование «наковальня с лункой и тороидом (НЛТ)», а контейнер для нее - «тороид» (рис. 1.18).

Рис. 1.17. Схема камеры высокого ис 1.18. Осевой разрез контейнера давления типа тороид типа тороид

Важным обстоятельством, сильно влияющим на характер протекания синтеза алмазов в камерах высокого давления с твердой средой, является возникновение градиентов температуры и давления в реакционной зоне, что усложняет технологию процесса. Истинная величина температуры может быть определена непосредственно в камере синтеза термопарой. В диапазоне температур до 930°С применяются платино-платинородиевая и для более высоких температур - вольфрам-рениевая термопары.

Прямой синтез алмазов из углеродсодержащих веществ без добавки каких-либо способствующих образованию алмаза веществ (катализаторов, растворителей) протекает при очень высоких давлениях и температурах. При каталитическом синтезе удается снизить температуру и давление более чем в 2 раза (4,1 - 4,5 ГПа, 1150 - 1200°С), поэтому каталитический синтез алмазов сейчас является основным. Катализаторами являются: марганец, хром, тантал, а также сплавы, образованные этими элементами с металлами, которые каталитически неактивны для данного процесса. Кроме того, катализаторами синтеза алмазов являются сплавы переходных элементов Ti, Zr, Hf, V, W, Mo, Nb с металлами Си, Ag, Аи. Превращение графита в алмаз происходит при хорошем контакте между ним и жидким (расплавленным) металлом.

Следует отметить, что в синтетических алмазах, получаемых с помощью катализаторов, всегда наблюдаются различные включения.

Нельзя не сказать о возможности получения алмаза из газовой фазы при низких давлениях, т.е. о так называемом эпитаксиальном синтезе вещества.

Наряду с получением алмаза в условиях, когда он является термодинамически устойчивым веществом (при высоких давлениях), алмазы можнс синтезировать в области его неустойчивости, т.е. при относительно низких давлениях. Для этого проводят термическое разложение углеродсодержа-пщх газообразных веществ, например метана, ацетилена, оксида углерода и др. В реакционный сосуд предварительно вводят кристаллы алмаза. Если имеется грань кристалла алмаза, вблизи которой концентрация атомов углерода в виде пара превышает соответствующую равновесную, то избыток атомов углерода будет осаждаться на этой грани, воспроизводя кристаллическую структуру алмазной решетки. Процесс этот очень медленный. Кроме того, рабочие условия благоприятствуют образованию на поверхности подложки графита, который нужно периодически удалять с нее. Удельная производительность таких установок невелика, и сам процесс пока не нашел промышленного применения.

В области термодинамической устойчивости алмаза его можно получать в виде алмазной пыли из углеродсодержащих веществ во взрывной волне. Этот вариант синтеза следует отнести к методу динамического погружения.

Искусственный бриллиант — это не подделка натурального, обработанного алмаза. Это промышленное изделие, у которого структура и свойства натурального камня.

Свойства синтезированных бриллиантов

Готовый бриллиант вырастить нельзя, потому что так называется продукт обработки алмаза, натурального или полученного в процессе синтеза. У минерала и лабораторного двойника невзрачный вид, и только после огранки они становятся бриллиантами.

Искусственно выращенный бриллиант сложно отличить от натурального. Встречаются камни такого качества, что их трудно идентифицировать даже в геммологической лаборатории. И цена у них соизмерима с природным материалом.

Почему искусственно выращенные кристаллы нельзя назвать подделкой алмазов? А потому, что они изготавливаются по специально созданным технологиям, чтобы не просто быть похожими, а повторить характеристики натурального минерала. Искусственные бриллианты приобретают следующие аналогичные качества алмаза:

твердость;
блеск;
коэффициент преломления, как у воды;
одинаковый удельный вес;
высокая теплопроводность.

Так как же отличить ограненные алмазы натурального происхождения от бриллиантов, искусственно выращенных на производстве? Для дифференцирования обращают внимание на следующие свойства камней, полученных в ходе технологического процесса:

Реагирование на сильное магнитное поле.
Под микроскопом, даже с двадцатикратным увеличением, трудно найти изъян в камне.
Зернистая структура кристалла, которую видно при увеличении образца в 80 раз.
Желтоватый оттенок, который оставляет азот.
Отсутствие минеральных включений.
Спектральный анализ покажет присутствие металлов-катализаторов (если таковые применялись).

Но точный результат дает только инфракрасная или лазерная спектрометрия. На ювелирном рынке природные ограненные алмазы наполовину заменили культивированными. Обычно это камни размерами до 1 карата. Более крупные синтезировать невыгодно: такое производство трудоемкое и дорогое, хотя по новым технологиям в России вырастили искусственный алмаз темно-синего цвета с массой 10,07 карата.

Технологии алмазного производства

Чтобы вырастить алмаз из микроскопических фракций, используются 2 способа:

Термобарический метод. В барокамеру помещается алмазная пудра, на которую воздействуют высоким давлением и горячим воздухом. При этом используются пленки металлов как катализаторы. Время цикла 7-10 дней.

Метод CDV. Алмазное семя располагают в вакуумной камере, содержащей метан. Электрическая дуга разрушает молекулы газа, атомы углерода оседают на исходном материале и кристаллизуются. Камни вырастают за 4-5 дней.

У синтезированных и натуральных алмазов одинаковая составляющая — углерод. Только натуральный минерал формируется долго (как он образуется — неизвестно), а выращивают в лаборатории за несколько дней, что позволяет удовлетворять спрос не только ювелирного рынка, но и промышленного.

На этом процесс производства не заканчивается. Получаемые образцы имеют шероховатую поверхность черного цвета. Но это убирается шлифовкой, а после огранки камень сверкает.

Впервые алмаз синтезировали во второй половине прошлого столетия. Оборудование для него было таким дорогим, что добыча обходилась дешевле. Дальнейшее развитие отрасли позволило сделать стоимость синтетических кристаллов в десятки раз меньше.

Искусственные и фальшивые

Искусственные бриллианты ценятся высоко, мошенники их редко предлагают вместо настоящих. Есть камни, которые за яркий блеск принято называть заменителями алмазов:

Фианиты — уступают в прочности муассанитам, с годами мутнеют, имеют синтетическое происхождение.

Цирконы — синтезированные камни, не являются драгоценными.

Имеют бриллиантовый блеск бесцветный сапфир, рутил, фабулит, иттрий, галлий, кристаллы Сваровски, акриловые полимеры. Они называются подделками или фальшивками, потому что у них другая структура и свойства. Самый похожий на бриллиантовый кристалл — натуральный минерал муассанит. У него высокая прочность, блеск и сияние сохраняются на долгие годы.

У выращенных камней 3 базовых цвета: желтый, синий и бесцветный. Эти цвета не меняют своей насыщенности со временем. Легче выращивать желтые камни, поэтому они более крупные (до 2 карат). Встречаются оранжевые кристаллы. Такой цвет дают примеси азота при попадании в кристаллическую решетку. Сложнее выращивать голубые бриллианты (цвет дают примеси бора). Их размер не превышает 1,25 карат.

Бесцветные алмазы вырастить сложно, потому что нельзя допустить попадания примесей, дающих окраску. Такие кристаллы менее доступны, весят не более 1 карата. Чтобы сделать бриллианты других цветов (розовые, красные, зеленые), проводится специальная обработка уже после выращивания. Цветность кристалла обозначается цифрой. У бесцветного — цифра 1. Но это редкие камни и они носят название бриллианта чистой воды.

Производство искусственных алмазов востребовано. Кроме изготовления ювелирных изделий, их используют в медицине, строительстве, электронике, нанотехнологиях. Культивированные бриллианты — высокочистые камни, имеют безупречный вид, большую схожесть с натуральными.

Вопрос о том, что искусственные камни не обладают свойствами природных оставим для другой статьи. Тут же рассмотрим как и зачем человек создает искусственные бриллианты.

Виды искусственных бриллиантов

Как известно, алмаз – это самый прочный из драгоценных камней, на его создание природа «тратит» как минимум несколько тысяч лет, а также «применяет» высокую температуру и давление. Только в 14 веке их научились огранять и появилось само понятие «бриллиант», т.е. ограненный алмаз. Пытливый ум человека не остановился на достигнутом. Попытки создать искусственный бриллиант начались уже в 18 веке.
Всего на настоящий момент известно несколько видов синтетического камня, похожего по внешнему виду и строению на бриллианты.

Муассонит – выращивается в лабораторных условиях с 1905 г., по составу это карбид кремния. Название минерал имеет в честь его создателя – французского ученого Анри Муассана. Далее технологии значительно были развиты в Советском союзе и до сих применяются разработанные советскими учеными приемы и способы. Значение муассонита в промышленности очень высоко. По своим техническим характеристикам он может даже превосходить природный камень.
Кристаллы Сваровски – это хрусталь с измененным составом. Сваровски является всемирно известным брендом. Даниэль Сваровски начал свою деятельность в середине 19 века, тогда он изобрел свою собственную формулу, которая позволила ему получить идеальные по блеску и красоте кристаллы.
Фианит – советские ученые получили этот минерал в 1968 году. Назван в честь своего «родителя» — Физического института Академии наук (ФИАН). Целью ставилось создание такого минерала, который можно применять в лазерных установках. По химическому составу фианит отличается от алмаза, это диоксид циркония. (Алмаз состоит из углерода). За рубежом он имеет названия джеволит или цирконит.

Искусственные алмазы – угроза или альтернатива?

Существует две основные технологии по выращиванию монокристаллов алмазов: НРНТ-и CVD. Первая — НРНТ – основана на использовании высокой температуры и высокого давления, вторая — CVD – осаждении углерода из газовой фазы. Оба способа связаны между собой и взаимодополняют друг друга.

Основное назначение искусственно выращенных кристаллов – использование в области высоких технологий.

Китай является основным производителем и поставщиком синтетического алмазного порошка (крупинки размером до 800 мкм). Львиная доля порошка — около 80% — используется внутри самого Китая. Стоимость такого порошка составляет 20 центов за единицу (а ранее составляла 20 долларов!), применяется он в основном для алмазных дисков при производстве инструментов.
Более крупные синтетические алмазы пока не имеют промышленного выпуска, т.к. их производство более сложное и китайские ученые еще только разрабатывают технологии одновременного выращивание большого количества таких кристаллов (и, соответственно, дешевых по цене).
Угрозы для природных алмазов синтетические не представляют. Это утверждение обусловлено следующими причинами:

Искусственные минералы по стоимости могут быть дороже, чем природные или же стоить незначительно дешевле. Когда в технологии их производства произойдет скачок, и цена на синтетические снизится в десятки раз, тогда, возможно, возникнет следующий вопрос – будут ли в ювелирном мире применять в качестве аналогов синтетические и насколько это будет пользоваться спросом.
Для ювелирных целей рынок синтетических алмазов пока не сформирован. Есть, конечно, любители всего технологического и предпочитающие сделанные человеческими руками материалы, а не природой, но их довольно мало. В основном, люди готовы платить только за натуральные драгоценные камни только потому, что они имеют уникальность и природную красоту, которую просто невозможно синтезировать ни какими современными приспособлениями.
В технических целях – в инструментах, медицине, хай-тек-технологий алмазный порошок и кристаллы давно используются, а природные алмазы уже не так выгодно использовать на этом рынке.
Все искусственно выращенные алмазы, которые используются в ювелирных целях, как правило, продвигаются под своим брендом и потребителя не стараются ввести в заблуждение. Кристаллы от Сваровски могут стоить также дорого, как и ограненный природный алмаз, потому что в стоимости значительную часть занимает его огранка.

Искусственные желтые бриллианты

Есть и выращиваемые алмазы высокого ювелирного качества. Они имеют насыщенный желтый цвет, а стоят в 4 раза дешевле природных, ведь «вырастают» за 4 дня, а не тысячи и миллионы лет. Например, американская компания Гемесис специализируется на выращивании алмазов для ювелирных целей. Этому высоко технологичному процессу посвящено видео.

Как отличить фианит от бриллианта

Камни, наиболее похожие на бриллиант — это фианиты. Бриллиант и фианит используются в ювелирных целях и поэтому на практике может возникнуть вопрос, какие они имеют отличия. Мошенники, выдающие фианиты за драгоценные камни, используют внешнее сходство минералов совершенно разных по химическому и физическому составу.
В зависимости от термической обработки, возможно выращивание прозрачных или черных фианитов. Цветные фианиты больше напоминают хризолиты, белый и розовый халцедон, красный рубин, александриты (с инверсией в зависимости от освещения).
Самым главным отличием фианита от бриллианта (за исключением химического состава, разумеется), является его прочность и твердость. Он гораздо мягче и поэтому его легко отличить от настоящего бриллианта даже в домашних условиях. Так, если провести камнем по зеркалу, то фианит лишь оцарапает поверхность, натуральный же бриллиант – разрежет стекло.
По блеску также можно отличить природный и бриллиант искусственный. Даже долго использующийся в украшениях натуральный камень, загрязнившийся от ношения, все равно продолжает сиять, а фианит почти утрачивает блеск.
Если фианит хотят выдать за бриллиант в мошеннических целях, то его стараются огранить так же сложно и тогда при помощи лупы или микроскопа можно рассмотреть и заметить «раздвоение» граней. Такого не может быть при огранке природного алмаза.
В целом, можно отметить, что неспециалисту довольно сложно отличить фианит, если мастер задался целью выдать его за бриллиант.
счастью, такое не принято в ювелирном мире, где и фианит, и кристаллы Сваровски, и другие виды искусственно созданных минералов продаются под своими именами и пользуются достаточно высоким спросом.

Всем давно известен такой прекрасный камень, как бриллиант. Его история насчитывает более 3,5 миллиарда лет. Существует много версий его происхождения. Он обладает невероятным блеском и прочностью, чем и заслужил такую популярность. Существует искусственный и натуральный бриллиант. Так как последний имеет большую рыночную стоимость, создали искусственный камень. Он немного дешевле, но не менее привлекательный. Искусственный бриллиант - камень, который на сегодняшний день пользуется большим спросом. Из него изготавливают различные украшения, которые имеют непревзойденный вид и способны покорить любого ценителя прекрасного.

Описание

Искусственный бриллиант - это заменитель настоящего. Данного вида камень - более доступный по цене, так как настоящий не каждый может приобрести. В наше время благодаря высокотехническому оборудованию можно изготавливать синтетический камень. Он по внешнему виду мало чем отличается от настоящего. Только ювелиры могут отличить подделку от оригинала. Существует несколько видов искусственного камня - это так называемый синтетический минерал и заменитель алмазов. Долгое время ученые по оригинальной технологии создавали такие камни. И только в далеком 1892 году Анри Муассан придумал совершенно новый метод. Он использовал очень высокие температуры, которым подвергался углерод. Так, благодаря этому методу появился на свет впервые искусственно выращенный бриллиант. На сегодняшний день уже существует несколько подобных методов. Первый способ основан на давлении и высокой температуре, а второй связан с применением газовой среды.

Как выращивают камень?

Выращивают искусственный бриллиант в специальной камере. Алмазный зачаток кладут под пресс, соблюдается специальный температурный режим. Спустя семь дней по такому методу можно увидеть настоящий алмаз. Если качество не устраивает изготовителя, то камень снова по такой же технологии обрабатывают. Благодаря прессу и высокой температуре можно получить аналог довольно высокого качества.

Второй способ основан на применении газовой среды. Алмазное семя помещают в камеру с низким давлением. Испаренный углерод и кислород накладывают на частичку бриллианта слоями. Выращивание этими способами позволяет получать аналоги высокого качества, которые мало чем отличаются от настоящего бриллианта. На создание таких камней уходит всего два дня. Когда-то бриллианты заменяли фианитами, муассанитами. Хрусталь и циркон использовали для колец. Так они выглядели изысканно и утонченно на изделиях.

Общие характеристики искусственного камня

Самый известный искусственный бриллиант - это нексус. Он состоит из химического сращивания с другими соединениями. Стоит отметить, что данный аналог обладает высокой прочностью. Производители дают на них практически пожизненную гарантию.

Фианит - самый популярный искусственный бриллиант, созданный в лаборатории. Изготовлен из оксида и циркония. Он имеет красивые внешние данные, но низкую прочность и, соответственно, ниже цену. Если приобрести фианит, то нужно знать, что он со временем может царапаться и будет выглядеть не так, как при покупке. Свойство данного камня - впитывать масла, и это повредит его характеристики. Поэтому за ним нужно тщательно ухаживать.

Искусственно выращенный бриллиант называется муассанит. Он по праву считается самым красивым камнем. Он переливается на солнце и обладает неимоверным блеском. Благодаря ему он и приобрел такую популярность. Соответственно, и по цене он существенно отличается от других бриллиантов, так как он еще и обладатель высокой прочности. Простому человеку не отличить его от настоящего камня. Многие искусственные минералы могут стоить как настоящие. Это касается особенно белых, прозрачных камней, которые с трудом можно отличить от аналога. Следует отметить, что искусственные камни безупречны. Они не имеют совершенно никаких вкраплений и дефектов. Они имеют 100% прозрачность, поскольку выращены искусственно. При этом натуральные камни в природе не бывают идеальными, очень редко когда камень прозрачный на 100%. Искусственные стоят дороже, чем заменители. Поэтому те, кто желает сэкономить на изделии, могут приобрести украшения с заменителем.

Название искусственного бриллианта - муассанит. Такой минерал можно отличить от настоящего камня своим блеском, это его и выдает. Настоящий лишен подобного качества. Конечно, лучше покупать прозрачный искусственный бриллиант. Но если хотите сэкономить, можно приобрести цветные изделия. На сегодняшний день существует огромный выбор различный видов камней, на любой вкус и карман.

Кому подходит камень? Магические свойства

Энергетика бриллианта очень сильная, как и его магические свойства. Носить его желательно людям с сильным характером и духом. Если это фамильная ценность, то он как оберег помогает в различных делах и трудностях. Если это подарок, то очень важно, чтобы женщине его преподнес именно мужчина. Стоит отметить, что одинокой даме не рекомендуется носить данного вида камень. Он может приносить удачу только счастливым людям, супружескую пару он способен оберегать от предательства и обмана, сохранит их любовь на долгие годы.

Астрологи уверены, что бриллиант занимает первое место в зодиакальном калейдоскопе. Он хорошо подходит знакам огненной силы. Также он способен поддерживать равновесие и хорошее настроение. Не стоит его носить таким знакам зодиака: Близнецам, Весам, и Водолеям. Для них он будет действовать противоположно и приносить в их жизнь тоску и уныние.

Лечебные свойства

Также есть версия, что бриллиант обладает лечебными свойствами: укрепляет иммунитет, понижает температуру, утоляет головную боль, борется с бессонницей. Хорошо влияет на нервную систему, может излечить психические заболевания, маразм, склероз. Благотворно влияет на здоровье женщины. Бытует мнение, что зеленый камень помогает женщине забеременеть, облегчат период вынашивания малыша и процесс родов.

Изделия из искусственных камней

Кольцо с искусственным бриллиантом - достаточно красивое украшение. Например, изделие делают с муассанитом. Идеально чистый прозрачный самоцвет позволяет создавать настоящие ювелирные шедевры, от которых трудно отвести глаза. Оптические параметры камня делают его неимоверно сверкающим, способным ослепить своей красотой. Камни в кольцах всегда достаточно большие и прозрачные, не имеющие зрительного отличия от натуральных.

Искусственный бриллиант часто используют для изготовления обручальных колец. Такие изделия являются лидерами продаж. Данного вида камни идеально подходят для ежедневного ношения. Также они будут ярким напоминанием о самом важном и незабываемым дне в жизни. Ухаживать за таким кольцом очень просто. Его периодически нужно мыть с мылом в теплой воде и протирать нашатырным спиртом.

Серьги с искусственным бриллиантом, подвески, браслеты могут иметь один камень или множество маленьких. Все они обладают разными формами, все зависит от фантазии ювелира. Можно заказывать изделия по индивидуальному дизайну. Возможно, вы хотите одинаковые изделия с вашей второй половинкой или напоминание о каком-то важном дне, значимой для вас даты, события.

Браслеты же с муассанитом выглядят особенно роскошно. Ведь в одном изделии такое множество роскошных камней! Конечно, и цена его существенно отличается от других изделий. Но бывают браслеты просто из золота и с подвеской с одним камнем, что также оригинально смотрится. Цена искусственного бриллианта иногда немного дешевле настоящего, все зависит от того, какой он формы и цвета. Примерно 50 - 100 долларов за карат.

Свойства искусственного камня

У данного камня совершенно нет дефектов, он кристально чистый, достаточно твердый, имеет высокую оптическую дисперсию, а также обладает высокой теплопроводностью. Последнее довольно важно для технической примеси. Все остальные характеристики зависят от условий, в которых он был создан.

Кристаллическая структура камня

Алмаз может быть одним большим камнем. А может и иметь множество сросшихся кристалликов. Большие камни широко применяются на ювелирных украшениях и пользуются большим спросом. Поликристаллические алмазы, сделанные из множества мелких зерен, хорошо видны и рассеиваются при солнечном свете, их используют в промышленности как режущий предмет.

Твердость бриллианта

Синтетические бриллианты имеют самую высокую твердость. Слово "твердость" подразумевает под собой сопротивление вдавливанию. Она напрямую зависит от чистоты, наличия дефектов в кристаллической решетке и ее ориентации. Твердость нанокристаллических алмазов может быть 30-70%.

Примеси и включения

Каждый алмаз имеет какие-то примеси из атомов углерода. Они обнаруживаются в достаточном количестве, чтобы определить их аналитическим методом.

Примесей обычно пытаются избегать, но и бывает, что их намеренно вводят. Это делается, дабы изменить свойства алмаза. Когда камни выращиваются в жидкой среде из металла, то это приводит к формированию примесей природных металлов.

Как отличить?

Многие задаются вопросом о том, как отличить искусственный бриллиант от настоящего. Существует несколько вариантов. Искусственный камень может реагировать на магнит, он идеально прозрачный, под микроскопом можно увидеть зернистость, на солнце он не сильно блестит. Если положить его на лист белой бумаги, то вдоль рудниста будет видно белую полосу. Но всегда лучше обратиться к специалисту. Так, невооруженным взглядом, сложно отличить подлинность этих камней.

Небольшое заключение

Теперь вы знаете, что представляет собой искусственный бриллиант, как его выращивают. Кроме этого, мы рассмотрели свойства данного камня. Надеемся, что эта информация была вам не только интересна, но и полезна.

В этой статье:

Начали делать не так давно. Этот процесс не является таким уж лёгким, а требует серьезных затрат. Применение такого искусственного кристалла не ограничивается только ювелирным делом, алмазы очень нужны в технике. Например, из них изготавливают специальный режущий инструмент. Для того чтобы понять, что собой представляют искусственные алмазы, нужно для начала разобраться, что такое настоящий алмаз.

Алмаз - самый твердый минерал в мире

Прежде всего, то, что мы видим в ювелирном магазине - это бриллиант. Бриллиант - это алмаз, который прошел специальную предварительную обработку ювелирами. C точки зрения химии, он представляет собой углерод кубической формы и строения кристаллов. Что интересно, углерод в зависимости от того, как построена структура, может выступать в виде многих веществ, которые имеют разные свойства и применение.

Искусственные алмазы

Например, всем известно, что сейчас в мире переходят на нанотехнологии. Нанотехнологиями называют такие технологии, суть которых построена на объектах очень малой величины - тысячных долях микрона. Одними из таких объектов являются нанотрубки. Так вот, наименьшие нанотрубки, а именно, самого маленького диаметра, также являются формой углерода. Дело в том, что один атом вещества может объединяться с пятью другими, что и так представляет собой компактную структуру. Среди атомов, которые обладают такими возможностями, имеет самую маленькую массу, а соответственно и радиус атома.

Если атомы углерода объединяются во что-то похожее на мяч для футбола - это называться фуллеренами. Фуллерены и нанотрубки, а также монослой углерода - графен, за получение которого недавно вручили Нобелевскую премию, в будущем, скорее всего, будут очень широко использоваться в технике. Они интересны своими сверхпрочными свойствами, а также проводимостью, низким сопротивлением и размерами. Наибольшая ценность нанотрубок - выступать как проводниками, так и полупроводниками, в зависимости от того, как ориентированы атомы между собой. За этим будущее электроники.

До сих пор ученые не пришли к однозначному выводу о том, . Основная версия говорит о том, что кристаллы формируются глубоко в Земле (более чем в 200 километрах) под большим давлением и огромной температурой. А потом уже магма их выбрасывает на поверхность. Существует также версия, что алмаз представляет собой внеземную структуру и прилетает на Землю вместе с метеоритами. Еще одна версия тоже говорит о космическом происхождении: якобы бриллианты формируются при падении метеорита, когда создается высокое давление.

Камни очень редкие и красивые. Ценятся они не только за красоту, но и за то, что обладают уникальными свойствами:

алмаз имеет самую высокую твердость среди минералов;
температура его плавления доходит до 4000 градусов;
теплопроводность самая высокая среди всех известных твердых тел;
он относится к диэлектрикам;
имеет уникальное преломление света, под действием различных лучей может начать светиться;
не растворяется в кислоте.

История получения минералов

В 1797 году было открыто, что алмаз состоит из чистого углерода. С тех пор начались попытки повторить процесс в условиях лаборатории. Наиболее успешными стали работы Ханней и Муассана, в 1893 году они нагревали их до температуры 3000 градусов Цельсия с высокой скоростью нагрева и добавлением железа. В отличие от Ханнея, который использовал трубку для нагрева, Муассан использовал электродуговую печь со стержнями углерода, располагавшимися внутри блоков извести.

Расплавленное железо после нагрева быстро охлаждали водой. Все это делали для того, чтобы обеспечить высокое давление. Подобные эксперименты повторялись и в дальнейшем. Например, в 1909 году успеха достиг Крукс и через несколько лет об этом заявил. Однако позже такое заявление было опровергнуто.

Первый официальный искусственный алмаз был создан в 1926 году. Для его создания были объединены все методы, которые перечислены выше. Сейчас этот образец до сих пор хранится в музее в Соединенных Штатах Америки.

Но это еще был не тот образец, который можно было бы поставить на серийное производство. Наибольший вклад в создание и разработку методов получения бриллиантов вложил Сэр Чарльз Алджернон Парсонс - именно он на протяжении 40 лет пытался повторить самые первые опыты Ханнея и Муассана. Он был очень кропотливым и сохранил полученные образцы для дальнейших исследований. Позже заявил, что всё, что было создано до этого, не является искусственным бриллиантом.

В 1941 году к разработке методики получения алмазов присоединяется компания General electrics. У них получилось нагреть углерод до 3000 градусов и получить давление 5 ГПа. Однако им помешала Вторая мировая война, и только через 10 лет они возобновили работы по проекту. Во время этих разработок использовались наковальни из карбида вольфрама в гидравлическом прессе. Однако все условия синтеза были настолько неопределёнными, что эксперименты повторять не удавалось.

В 1954 году был создан первый искусственный алмаз, который годился для коммерческого синтеза. Однако он был очень маленького диаметра, всего доли миллиметра, поэтому не мог быть использован в украшениях, зато хорошо подходил для промышленности. Описание работы по его созданию было опубликовано в самом престижном научном журнале Nature.

С 1953 года компания ASEA - производитель электроники из Швеции - тоже начала заниматься независимым синтезом алмазов. Работа шла, используя громоздкий аппарат, который поддерживал давление на уровне 8,4 ГПа на протяжении часа. Но им тоже удалось получить экземпляры только маленького размера.

В Корее в восьмидесятых годах появился конкурент по созданию алмазов - компания «Ильин Алмаз». Она заполучила коммерческую тайну от General Electric и смогла синтезировать синтетические алмазы в 1988 году. После этого вышел и Китай на рынок с огромным количеством предприятий.

Как сегодня выращивают алмазы?

В промышленном производстве сейчас более широко используется технология выращивания кристаллов при высоких давлениях и температурах, называемая HPHT, а также технологии CVD. Менее употребляемыми методиками считаются синтез монокристаллов алмаза при взрыве и метод получения микронных алмазов из суспензии частиц графита в органических растворителях под действием ультразвука.

Технология HPHT включает в себя получение алмазов при температуре 1500 градусов и давлении 50 атмосфер. Установка, которая представляет собой гидравлический пресс, сжимает специальный контейнер, внутри которого находится металлический расплав и графит. В качестве расплава используется железо, никель кобальт или другие металлы. На подложке размещаются затравки - небольшие кристаллы алмаза. Сквозь камеру проходит ток, который нагревает расплав до нужной температуры. В таком случае металл служит растворителем или катализатором кристаллизации.

Кристаллы выращиваются на заправке в форме алмаза. Процесс выращивания более-менее крупного или нескольких мелких кристаллов длиться в среднем около 12 суток. Сейчас производство искусственных алмазов доходит до выпуска миллиардов каратов в год. В 1970, используя эту технологию, впервые научились добывать камни маленького веса и качества.

С 1960-х годов начали разработку более дешевой технологии получения алмазов CVD, что означает Chemical Vapor deposition, которая представляет себя осаждение из фазы газа.

Синтез проходит при осаждении углерода на подложку в среде из водородного газа, который ионизируется с помощью излучения и высоких температур. При осаждении поликристаллический алмаз (кремний) получает пластины, имеющие ограниченное применение в электронике и оптике.

Скорости роста абсолютно разные, которые могут достигать и 100 микрометров в час. Толщина пластин обычно ограничена 2-3 миллиметрами, поэтому полученные алмазы можно использовать в качестве ювелирных, но не превышающих 1 карата. Возможности этого момента начали популяризоваться в 2000-х и привлекли внимание как стартапов, так и больших корпораций, что дало сильный толчок к развитию метода.

Потенциал HPHT в последнее время был сильно недооценен, и все внимание и ресурсы были сосредоточены на совершенствовании метода химического осаждения. Эта технология, как казалось, была неприменима для выращивания кристаллов большого размера и высокого качества. Но в последнее время технологии совершенствуются и получаются искусственные алмазы такого качества и размера, какими раньше могли быть только натуральные.

Которые чаще всего имеют прозрачные цвета, заключается еще в том, что синтетические обладают легким оттенком. Азот, который рассеивается в структуре решетки во время роста алмаза, поглощает голубой цвет, в результате чего синтетический алмаз приобретает желтоватый оттенок.

Другие заменители бриллиантов

Помимо искусственных бриллиантов, широко используются их заменители, которые вошли в ювелирную промышленность в семидесятых годах прошлого века. Сначала Физический институт Академии Наук получил фианиты, которые представляли собой . Это, так сказать, стекляшка среди алмазов. Позже появились такие , как хрусталь, циркон, белый сапфир. Особенной популярностью пользовались такие камни в изготовлении перстней в викторианском стиле.

Также появился такой заменитель бриллиантов, как нексус, который представляет собой соединения углерода с другими веществами и отличается прочностью и твердостью.

Для изготовления фианитов используется диоксид циркония. Он считается наименее прочными из всех заменителей бриллиантов, а соответственно, и самым дешевым. Муассанит, который синтезируется из карбида кремния и является самым прочным из всех камней, похожих на бриллианты, и обладает такими внешними характеристиками, что его даже сложно отличить от настоящего камня. Отличие всех искусственных камней от натуральных, которое можно заметить невооруженным глазом - это стоимость, для остальных отличий необходимо оборудование и опыт.

Однако иногда синтетические бриллианты по цене не уступают натуральным, потому что огромные затраты расходуются на их производство. Основное отличие искусственного бриллианта от натурального в том, что в натуральных бриллиантах присутствуют неоднородности и включения, которые отсутствуют у искусственно полученных минералов.

Приобрести украшения из синтетического бриллианта можно, и это будет значительная экономия по сравнению с натуральным. Если вы хотите купить украшение максимально недорого, то отдавайте предпочтение фианитам. Их сияние не уступает натуральному бриллианту, но у него немного хуже характеристики прочности и твердости, что влияет на эксплуатационные свойства. Муассанит обладает наиболее ярким блеском, что в некотором роде создает эффект дискотеки. Фианит не обладает таким сиянием, как алмаз искусственный или муассанит, но лучше отбрасывает блики.

Муассаниты практически не поддаются внешнему воздействию, а вот фианиты со временем царапаются и впитывают масло. Кроме того, если за ними не ухаживать, на поверхности камня скапливаются царапины, он становится мутным.

Таким образом, технология получения бриллиантов до сих пор находится в стадии разработки. В отличие от рубинов и сапфиров, получить бриллиант любого размера или качества невозможно, и часто он может быть дороже оригинального, так как затрачивается огромное количество времени и ресурсов.