Живые камни: как искусственные алмазы завоевывают рынок. Искусственные бриллианты – достойная замена натуральным

Синтетические алмазы, или бриллианты, это искусственно выращенные бриллианты, возникшие в результате человеческой деятельности, относящиеся к классу промышленных изделий. Такие камни обладают той же атомной структурой, химическим составом и физическими свойствами, что и настоящие добытые бриллианты, к тому же они производятся из тех же материалов, а именно: чистый углерод, кристаллизованный в изотропичную кубическую форму.

Уникальные свойства синтетических алмазов делают их превосходным продуктом для удивительно разнообразного применения в промышленности, науке и быту. Сочетание свойств делает искусственный алмаз одним из самых впечатляющих материалов в мире.

Отсутствие дефектов кристаллической решетки считается основным выдающимся свойством алмаза. Чистота и совершенство кристалла делают алмазы прозрачными, высокая теплопроводность актуальна для сферы промышленности, а твердость, оптическая дисперсия и химическая стойкость сделали алмаз популярнейшим драгоценным камнем. Оптическая дисперсия присуща всем алмазам, остальные характеристики могут варьироваться в зависимости от метода и условий создания.

Свойства бриллиантов включают:

Оптические свойства и цвет синтетических алмазов

Искусственный бриллиант имеет самый широкий спектральный диапазон из всех известных материалов: от ультрафиолетового до дальнего инфракрасного и микроволнового. В сочетании с механическими и термическими свойствами алмазы идеальны в производстве лазерной оптики, применении лазеров.

Бриллианты можно встретить в любом вообразимом цвете с бесчисленным количеством оттенков, тонов и уровней насыщенности. Цвет возникает из-за включений на уровне атомов, застрявших в кристаллической решетке камня.

Цвет состоит из 3 основных компонентов:

Созданные в лаборатории бриллианты выращиваются в трех потрясающих цветах – желтом, синем и бесцветном. Эти цвета являются перманентными, никогда не меняются, не выцветают со временем или из-за температурного воздействия.

Рассмотрим более подробно:

Заменители драгоценного камня

Заменитель бриллианта это материал, внешний вид которых сильно напоминает настоящие бриллианты. Если эксперт не осмотрит заменитель на близком расстоянии, имитация почти неотличима от настоящего алмаза. Поддельные камни, в отличие от оригиналов, не имеют кристаллической решетки углерода.

Подделки алмазов существовали еще в 1920 году – были обнаружены формы шпинели, такие как корундолит и радиент, а десятилетиями позже – формы титаната стронция, сапфира, рутила и других минералов, возглавивших мировой рынок фальшивых бриллиантов.

В последние годы появился новый класс алмазов-имитаторов со значительным повышением качества. Одним из наиболее распространенных имитаторов бриллиантов является диоксид циркония, или фианит.

Обнаруженный в 1976 году материал занимает второе место после муассанита в производстве фальшивых бриллиантов. Материал смешивают со стабилизирующим агентом, например оксидом кальция или иттрия оксидом. Фианиты доступны на рынке в различных цветах и чистоте/яркости.

Бесцветный фианит является одним из самых дорогих, поскольку произвести его тяжелее всего.

Коэффициент относительной плотности добытого алмаза ниже, чем у фианита, этот фактор используется как эффективная проверка на подлинность бриллианта, осуществляемая посредством специального устройства, напоминающего перо ручки. Фальшивка тяжелее и приобретает характерный зеленовато-желтый цвет при воздействии коротковолнового ультрафиолетового излучения.

Муассанит ярче, чем алмаз, и его сложнее отличить от настоящего бриллианта, чем фианит. Химически он известен, как карбид кремния или карборунд. Генри Мауссан получил Нобелевскую премию за открытие материала муассанита, найдя фрагменты метеорита в кратере. Свойства мауссанита позволяют выдавать его за настоящий бриллиант даже при самых минимальных человеческих усилиях и современных методах обработки.

Покупатель камня может быть легко обманут, купив вместо бриллианта реплику. Природные бриллианты имеют шероховатую поверхность и черные включения, у муассанита же нет косметических дефектов, эстетические качества материала оцениваются очень высоко.

Некоторые другие заменители бриллиантов доступные сегодня – циркон, белый топаз, синтетический рутил, белый сапфир и алюмоиттриевый гранат. Эти поликристаллические синтетические бриллианты производятся методом химического осаждения из газовой фазы при низкой температуре и низком давлении.

К заменителям относится также стеклянный бриллиант, симулянт, изначально сделанный из горного хрусталя, а сегодня - из стекла или акриловых полимеров.

Еще в XVIII веке ювелиру из Эльзаса Георгу Фридриху Страссу, от чьего имени и получил название материал, в голову пришла идея наносить на нижнюю сторону свинцового стекла (хрусталя) металлическую пудру. Сегодня некоторые компании используют метод осаждения металла, получая равномерное тончайшее покрытие.

Хрустальные стразы производятся австрийской компанией Swarovski и компанией Preciosa из Чехии.

Технология выращивания искусственного камня

Метод получения искусственных алмазов осуществляется посредством ручного управления температурой и давлением в лабораторных условиях. На сегодняшний день существует 2 варианта получения техногенных камней, достаточно крупных для создания ювелирных изделий:

Как вырастить алмаз в домашних условиях?

Для того чтобы провести опыт и узнать, как сделать алмаз дома, вам понадобится:

Рассмотрим процесс поэтапно:

Примечание: из-за масла в микроволновой печи могут появиться искры, это не страшно, искры перестанут появляться спустя несколько минут. Внутри кружки температура невероятно высокая, поэтому конструкцию трогать не нужно до полного остывания.

Федеральная торговая комиссия США настаивает на том, чтобы синтетические бриллианты были маркированы лазерной гравировкой. Другим доступным способом, устанавливающим различие между добытым природным алмазом и камнем, выращенным в лаборатории, является использование научного аппарата и программы, изучающей и фиксирующей характерную кристаллическую решетку.

На сегодняшний день самым крупным синтетическим бриллиантом в России является камень в 10,07 карата темно-синего цвета с изумрудной огранкой, выращенный российской компанией по производству алмазов “Нью Даймонд Технолоджи”.

Камень был получен методом использования высоких температур и высокого давления. Международный Геммологический Институт сертитфицировал данный алмаз, как имеющий ясность Si1, когда включения заметны опытному грейдеру с 10-кратным увеличением, камень имеет легкое свечение, отличные пропорции, симметрию и глянец.

Сегодня человечество научилось создавать несколько разновидностей искусственных бриллиантов, наилучшим из них по праву считается муассанит. Ценность алмаза и получаемого после его огранки бриллианта с давних пор подталкивала людей на поиск и изготовление достойного ему аналога. Так как природа одарила алмаз множеством характеристик, на протяжении нескольких сотен лет эта задача была непосильна, а все попытки замены выглядели лишь жалкими подделками.

Как и из чего получают искусственные бриллианты

Главная проблема при создании алмазов - длительность и сложность процесса. В природных условиях камень образуется тысячи лет под колоссальным давлением от 45000 до 60000 атмосфер и при температуре свыше 900 градусов, поэтому повторить весь процесс в точности с природным практически невозможно.

Первое документальное описание попытки синтезировать бриллианты датируется 1823 годом, когда наш соотечественник Василий Каразин в результате опытов с нагреванием и перегонкой сухой древесины получил неизвестные кристаллы.

Однако официально считается, что впервые камень, с наиболее похожими на бриллианты свойствами, открыл французский исследователь и нобелевский лауреат Анри Муассан. В 1905 году полученный им кристалл карбида кремния, в честь создателя, начал именоваться муассанит. Карбид кремния встречается в природе и за свое космическое происхождение часто именуется звездной пылью, но его естественный размер очень мал и имеет специфическую окраску.

Не оставляя желание создать идеальные бриллианты в лабораторных условиях ученые научились синтезировать более крупные и чистые камни. Искусственно выращенный муассанит нередко называется карбокорунд.

Большой вклад в создание искусственных бриллиантов внесли российские и советские ученые. Основную массу синтетических камней производят по разработанным ими технологиям. Сегодня муассанит получают нескольким способами, однако наиболее чистые и качественные кристаллы карбокорунда рождаются путем многочасового нагревания при температуре 2 400 ºС кристаллического карбида кремния с участием металлического катализатора (железа).

В промышленных масштабах искусственные алмазы, имеющие крупнозернистую структуру, начали производить с середины прошлого века.

Кроме описанного выше термобарического метода, при их создании используется способ осаждения кристаллов из плазмы газообразного углерода под воздействием электрической дуги и редкая детонационная технология, использующая энергию взрывной волны.

Для выращивания бриллиантов в лабораторных условиях используют вещества с высокой концентрацией углерода: очищенную сажу или уголь, графит и т.д. В зависимости от того каким образом был получены такие бриллианты, существует деление на НРНТ-и CVD-алмазы.

Сфера применения и ценность

В большинстве случаев бриллианты, полученные синтетическим путем, автоматически воспринимаются, как подделки и вызывают негативную реакцию. Такое отношение абсолютно неоправданно, так как искусственное выращивание в лабораторных условиях кристаллов имеющих физические характеристики алмазов несет неоценимый вклад в промышленность, развитие высоких технологий и ювелирное дело.

50% используемых в мире бриллиантов имеют синтетическое происхождение и созданы человеком. При этом искусственные алмазы полностью удовлетворяют нужды промышленности, где их доля составляет более 90 % от общего объема используемых камней. Применение алмазов человеком обусловлено их уникальными свойствами:

• исключительная твердость кристаллов применяется для шлифовки, резки различных материалов и бурения породы;
• благодаря долговечности алмазы незаменимы при производстве высокотехнологичного оборудования, компьютерных чипов и микросхем;
• необработанные бриллианты активно используются в работе лазеров и медицинском оборудовании;
• муассанит наивысшего качества и чистоты активно применяется в ювелирном деле.

Цена на искусственно выращенные алмазы варьируется в зависимости от вида и качества камня.

Один из самых дешевых вариантов - фианит, средняя цена за карат у которого начинается с нескольких долларов.

Для сравнения, чек на искусственное творение такого же размера может быть в десятки раз больше. Так, бесцветный муассанит будет не намного дешевле природного бриллианта, а в ряде случаев может быть дороже чем прототип.

Одним из главных критериев для определения цены, так же как и у натуральных алмазов, служит цвет. Чем труднее получить тот или иной оттенок, тем дороже будет конечная стоимость. Из-за применения железосодержащих катализаторов муассанит приобретает желтоватый оттенок. Добиться идеальной прозрачности довольно сложно, поэтому камни чистой воды стоят дороже, чем бриллианты цвета шампанского.

Отличие от природного камня

Муассанит считается самым совершенным аналогом бриллианта, который по своим характеристикам не только повторяет, но и превосходит природный прототип и имеет лишь небольшие отклонения, позволяющие отличить его от натурального алмаза. Одно из главных отличий, по которому можно узнать муассанит, кроется в его внешних характеристиках.

Всем известно, что ценность бриллианта кроется не только в его редкости и твердости, но и в высоком коэффициенте преломления света равном 2,418. Показатель преломления которым обладает муассанит выше на 25 %. Поэтому лабораторный камень с правильной огранкой сверкает в лучах света гораздо ярче. Ограненный алмаз из земных недр также проигрывает выращенному человеком бриллианту в дисперсии, и искрит в десятки раз меньше.

Долгое время не удавалось получить муассанит идеально прозрачного цвета и хотя в сравнении с бриллиантом он не имеет посторонних вкраплений, цвет его всегда отличался желтизной. Несколько лет назад эта проблема была решена и теперь в соревновании чистоты естественные алмазы также проигрывают.

Строение карбокорунда очень близко к бриллиантам, поэтому далеко не каждый прибор может выявить различия между этими близнецами.

Даже опытные ювелиры и специалисты с большим стажем, для того чтобы уверенно говорить о бриллианте как о природном, проверяют камни сразу по нескольким показателям, среди которых: твердость, удельная масса, определение коэффициента отражения, анализ электропроводности и разнообразные оптические тесты.

Чаще всего разницу можно заметить визуальным сравнением двух камней с одинаковой каратностью. Обычно муассанит выгодно отличается и выглядит более искристым и блестящим. Но и этот факт не всегда позволяет определить со 100% точностью, где природные бриллианты, а где нет.

Использование высокотехнологичных бриллиантов в ювелирном деле

Несмотря на то, что муассанит появился совсем недавно, он уже имеет популярность не только как аналог бриллиантов, но и как вполне самостоятельный камень с отличными ювелирными характеристиками, которые встречаются только в алмазах наивысшей пробы. Развитие технологий ведет к тому, что вскоре человек научится контролировать появление цветных алмазов высокотехнологичным путем, что повлечет рождение новой эпохи в ювелирном искусстве. А возможность замены природного камня искусственными бриллиантами рано или поздно снизит рыночную стоимость украшений и сделает их более доступными.

Уже сейчас по своим эстетическим характеристикам лабораторный алмаз не имеет себе равных и не выглядит как имитация.

Ограненный муассанит заслуживает оправы из самых дорогих драгоценным металлов, так как искрится и переливается не хуже бриллиантов. Особенного оптического эффекта сияния и глубины удается добиться в оправе из белого золота, платины и серебра. Искусно ограненный муассанит выглядит благородно в кольцах, колье, браслетах, серьгах и во многих других украшениях. Его роскошный блеск, по сравнению с «более вечерними» бриллиантами, раскрывается в любое время суток.

Прекрасным ювелирным изделиям с такими искусственными бриллиантами, как муассанит покорились практически все города мира, в том числе и Москва. Разнообразие украшений настолько велико, что удовлетворяет вкусам самых взыскательных покупателей.

Алмазы издавна использовались в качестве самых изысканных украшений. Ювелиры разделяют алмазы почти на тысячи сортов в зависимости от прозрачности, тона, густоты и равномерности окраски, наличия трещин, минеральных включений и некоторых других признаков . В конце ХХ века алмазы начинают применяться на производстве. В настоящее время экономический потенциал наиболее развитых государств в значительной мере связывается с использованием ими алмазов .

Какие же свойства алмаза определяют его широкое использование в самых различных областях народного хозяйства? В первую очередь, конечно, исключительная твердость, которая, если судить по скорости стирания, в 150 раз выше, чем у корунда, и в десятки раз лучше, чем у лучших сплавов, применяемых для изготавления резцов. Благодаря этому свойству алмаз применяется при бурении горных пород.

Впервые геологи стали использовать натуральные алмазы в бурении для колонковых долот приблизительно в 1910 г., при помощи таких долот делались кольцевые отверстия в породе, через которые извлекали керн - образцы породы для анализа. Впервые алмазные долота ввели для бурения нефтяных скважин в начале 1920 г., с тех пор они широко используются. Для долот используются природные алмазы не технического, а ювелирного качества, которые вытачивают до особого размера и придают правильную, округлую форму.

Исключительная твёрдость алмазов позволяет использовать их при механической обработке самых разнообразных материалов, для протягивания (волочения) тонкой проволоки, в качестве абразива и т.п. .

Более половины добычи технических алмазов идёт на изготовление специального инструмента для обрабатывающей промышленности. Применение алмазных резцов и свёрл на обработку цветных и черных металлов, твердых и сверхтвердых сплавов, стекла, каучука, пластмасс и других синтетических веществ даёт огромный экономический эффект по сравнению с использованием твердосплавного инструмента. Чрезвычайно важно, что при этом не только в десятки раз повышается производительность труда (при токарной обработке пластмасс даже в сотни раз!), но одновременно значительно улучшается качество продукции. Обработанные алмазным резцом поверхности не требуют шлифовки, на них практически отсутствуют микротрещины, в результате чего многократно увеличивается срок службы получаемых деталей.

Практически все современные отрасли промышленности, в первую очередь электротехническая, радиоэлектронная и приборостроительная, в огромных количествах используют тонкую проволоку, изготавливаемую из различных материалов. При этом предъявляются строгие требования к круговой форме и неизменности диаметра поперечного сечения проволоки при высокой чистоте поверхности. Такая проволока из твердых металлов и сплавов (вольфрама, хромоникелевой стали и др.) может быть изготовлена лишь с помощью алмазных фильер. Фильеры представляют собой пластинчатые алмазы с просверленными в них тончайшими отверстиями .

Широкое применение в промышленности находят и алмазные порошки. Их получают путем дробления низкосортных природных алмазов, а также изготавливают на специальных предприятиях по производству синтетических алмазов .

Алмазные порошки находят применение на гранильных фабриках, где все самоцветы, и в том числе алмазы, подвергаются огранке и шлифовке, благодаря чему невзрачные до этого камни становятся таинственно светящимися или ослепительно сверкающими драгоценностями, к неповторимой красоте которых никто не останется равнодушным.

Алмазные порошки используются в дисковых алмазных пилах, мелкоалмазных буровых коронках, специальных напильниках и в качестве абразива. Только с применением алмазных порошков удалось создать уникальные свёрла, которые обеспечивают получение глубоких тонких отверстий в твёрдых и хрупких материалах.

В алмазе под действием заряженной частицы происходит световая вспышка и возникает импульс тока. Эти свойства позволяют использовать алмазы в качестве детекторов ядерного излучения. Свечение алмазов и возникновение импульсов электрического тока при облучении позволяет применять их в счётчиках быстрых частиц. Алмаз в качестве такого счётчика обладает неоспоримыми преимуществами по сравнению с газовыми и другими кристаллическими приборами.

В России после открытия якутских месторождений была создана алмазодобывающая промышленность . В значительных масштабах у нас производятся и синтетические алмазы. В настоящее время они находят всё большее применение в разных отраслях хозяйства .

Синтезированные алмазы не являются аналогами природных . Это означает, что в лабораторных условиях ещё не разработан способ синтеза алмазов аналогичный тому, который реализуется в природе.

Синтез искусственных алмазов был впервые осуществлен в 1953 г. в Швеции и США, и в 1959 г. в СССР. Однако получаемые в те времена кристаллы алмаза могли быть использованы лишь в качестве абразивного материала, поскольку размеры отдельных кристаллов не превышали 0,8 мм и имели невысокую механическую прочность. Синтез крупных монокристаллов алмаза, который был реализован много позднее, сопряжен с большими сложностями технического и экономического характера. В этом отношении наиболее перспективной для технического применения является шаровидная (диаметром 6-7 мм) лучисто-радиальная форма алмаза или баллас, которая обладает прочностью даже более высокой, чем монокристаллы алмаза и наиболее проста в получении . Вследствие этого основные усилия научного коллектива были направлены на синтез этой модификации, которая и была в 1963 г. впервые в мире получена на кафедре физики и химии высоких давлений.

Испытание синтетических балласов в буровой технике показало их высокую эффективность при проходке скважин в разнообразных грунтах, но особенно широко синтетический баллас применяется сейчас для изготовления волок в производстве проволоки.

Наряду с отработкой методов синтеза алмазов проводятся исследования физико-химических свойств получаемых веществ и изучение механизма их синтеза. Последняя проблема представляет наибольший научный интерес.

В настоящее время существует три основных варианта рассмотрения механизма образования алмаза - наиболее простой, описывающий кристаллизацию алмаза из расплава графита в РТ области стабильности алмаза (> 100 кбар ~ 2000єС) и два дискуссионных варианта - кристаллизация алмаза из раствора графита в металле - «катализаторе» и фазовый переход графита в алмаз в твёрдой фазе в присутствии металлов - «катализаторов». Оба последних процесса протекают в более мягких условиях (40-60 кбар, 1400-1600єС) по сравнению с «прямым» фазовым переходом. Исследования механизма алмазообразования по дискуссионным вариантам, проведенные на кафедре, показали их равновероятность. Реализация на практике того или иного механизма будет определяться природой углеродсодержащего сырья (например, его склонностью к графитизации), или природой металла катализатора, например, способностью к карбидообразованию и устойчивостью карбидных форм в РТ области синтеза алмаза или какими-либо другими причинами.

Первые оценки условий превращения графита в алмаз, сделанные О.И. Лейпунским (1948), показали, что такой переход возможен при давлении Р= 6 ГПа и температуре Т=2300єК. В настоящее время алмазы синтезируются с применением различных технологий, определяемых фазовой диаграммой углерода в координатах давление - температура (Р-Т) в области термодинамической устойчивости алмаза при Р>4ГПа, T>1270єК; в метастабильных для алмаза условиях при Р от 1 до 100 ГПа и Т от 870 до 1070єК. В первом случае синтез происходит в конденсированной фазе (давления либо статические, либо динамические). Во втором случае образование алмазов происходит в результате конденсации углерода из газовой фазы .

Таким образом, благодаря уникальным свойствам, и, прежде всего, необычайной твёрдости и устойчивости к изнашиванию, природные и искусственные алмазы находят широкое применение в современных технологиях и механизмах. Но наиболее известным и популярным остаётся использование природных алмазов для изготовления бриллиантов и ювелирных украшений. Алмазы по-прежнему остаются наиболее покупаемыми ювелирными камнями. В последние годы Россия удерживает рекордные позиции по добыче алмазов (Приложение 5). Только в 2006 г. Россия экспортировала алмазов на сумму 1,7 млрд. долларов, из них 78% - в страны Евросоюза .

Сейчас уже хорошо известно, что алмаз представляет собой модификацию углерода высокого давления. Технические алмазы сейчас получают при огромных давлениях (40-60 тысяч атмосфер) и температурах, т.е. при условиях, близких к природному процессу формирования алмазов с точки зрения мантийной теории происхождения алмазов.

Однако, в ходе исследования нам удалось выяснить, что мантийная теория не является основной в научных взглядах на проблему происхождения алмазов. Более того, описаны факты и процессы, которые противоречат основным положениям этой теории. На сегодняшний день не существует ни одной гипотезы, которая бы в полной мере и научно достоверно описала процесс природного образования алмазов.

В то же время, все физико-химические свойства алмазов подробно изучены и описаны в научной литературе. Уникальные свойства алмазов позволяют использовать эти минералы в различных отраслях хозяйства. Самые чистые и крупные алмазы имеют большую ювелирную ценность.

26 мая 2015 года Международный геммологический институт (IGI) в Гонконге выдал сертификат на необычный рекордный бриллиант массой 10,02 карата, цвета E и чистоты VS1. Подобные драгоценные камни не такая уже и редкость в ювелирном мире, но уникальность данного случая состояла в том, что камень не был добыт из земных недр, а был огранен из 32-каратного кристалла синтетического алмаза, выращенного российской компанией New Diamond Technology (NDT). «Это далеко не первый наш рекорд, — говорит генеральный директор компании Николай Хихинашвили. — Предыдущий, 5-каратный, продержался всего два месяца».

Роман Колядин, директор по производству, показывает мне небольшой цех в одном из технопарков неподалеку от Сестрорецка. Цех безлюден, лишь полтора десятка гидравлических прессов стоят вдоль стен. Это и есть «месторождение» — внутри прессов, в условиях высоких температур и давлений, микрон за микроном растут абсолютно безупречные алмазы. На пультах управления контроллеров у каждого пресса отражаются текущие параметры, но Роман просит снимать картинку так, чтобы эти данные не попали в кадр: «Общие принципы синтеза алмазов хорошо известны и используются в промышленности уже более полувека. А вот детали режимов синтеза — одно из ноу-хау нашей компании». Я обращаю внимание на прецизионные кондиционеры, поддерживающие микроклимат в цеху с точностью до десятых долей градуса. Неужели в такой точности есть необходимость? «Помните, мы сразу же закрыли за собой дверь, чтобы избежать сквозняка? — объясняет Роман. — Небольшие отклонения в температурном режиме могут серьезно повлиять на качество алмаза, и не в лучшую сторону. А мы всегда стремимся получить идеальное качество».

Процесс выращивания монокристаллов алмаза при высокой температуре (около 1500 °C, с нужным градиентом) и высоком давлении (50−70 тыс. атм.). Гидравлический пресс обжимает специальный контейнер, внутри которого находится металлический расплав (железо, никель, кобальт и др.) и графит. На подложке размещается одна или несколько затравок — небольших кристаллов алмаза. Сквозь камеру протекает электрический ток, разогревающий расплав до нужной температуры. В этих условиях металл служит растворителем и катализатором процесса кристаллизации углерода на затравке в форме алмаза. Процесс выращивания одного крупного или нескольких более мелких кристаллов длится 12−13 суток.

Подсмотрели у природы

История синтетических алмазов начинается с конца XVIII века, когда ученые окончательно поняли, что этот камень по своему составу является углеродом. В конце XIX века были попытки превратить дешевые варианты углерода (уголь или графит) в твердый и блестящий алмаз. Заявления об удачном синтезе делали многие известные ученые, такие как французский химик Анри Муассан или британский физик Уильям Крукс. Позднее, правда, было установлено, что никто из них на самом деле успеха не добился, и первые синтетические алмазы были получены только в 1954 году в лабораториях компании General Electric.

Более дешевый процесс осаждения алмаза из ионизированной углеводородной газовой среды на подложке, разогретой до 600−700°С. Для выращивания монокристаллов с помощью CVD требуется алмазная монокристаллическая подложка, выращенная с помощью HPHT. При осаждении на кремний или поликристаллический алмаз получается поликристаллическая пластина, имеющая ограниченное применение в электронике и оптике. Скорость роста — от 0,1 до 100 мкм/ч. Толщина пластин обычно ограничена 2−3 мм, поэтому вырезанные из нее алмазы можно использовать в качестве ювелирных, но их размер, как правило, не превышает 1 карата.

Процесс, который использовали для синтеза в GE, был «подсмотрен» у природы. Считается, что земные алмазы образуются в мантии, на глубине в сотни километров под поверхностью Земли, при высокой температуре (около 1300°С) и высоком давлении (около 50 000 атм.), а затем выносятся на поверхность магматическими породами, такими как кимберлиты и лампроиты. Разработчики GE обжимали с помощью пресса ячейку, внутри которой находился графит и железо-никелево-кобальтовый расплав, выступавший в качестве растворителя и катализатора. Этот процесс был назван HPHT (High Pressure High Temperature — высокое давление, высокая температура). Именно этот способ позднее стал коммерческим для получения недорогих технических алмазов и алмазных порошков (сейчас их производят миллиардами карат в год), а в 1970-х с его помощью научились изготавливать и ювелирные камни массой до 1 карата, хотя и весьма среднего качества.

Две основные технологии промышленного получения синтетических алмазов — это HPHT и CVD. Существует еще ряд экзотических методик, таких как синтез нанокристаллов алмаза из графита при взрыве или экспериментальный метод получения микронных алмазов из суспензии частиц графита в органических растворителях под воздействием ультразвуковой кавитации.

Обходной путь

С 1960-х годов в мире идет разработка еще одного метода синтеза алмазов — CVD (Chemical Vapor Deposition, осаждение из газовой фазы). В нем алмазы осаждаются на подогреваемую подложку из углеводородного газа, который ионизируется с помощью СВЧ-излучения или разогревается до высокой температуры. Именно на этот метод синтеза в начале 2000-х стали возлагать большие надежды и небольшие стартапы, и крупные компании типа Element Six, входящей в группу De Beers.

До последнего времени метод HPHT оставался сильно недооцененным. «Когда мы несколько лет назад покупали оборудование, нам все в одни голос говорили, что промышленные прессы пригодны разве что для синтеза алмазных порошков», — говорит Николай Хихинашвили. Все ресурсы выделялись на разработку CVD, а технология HPHT считалась нишевой, никто из специалистов не верил, что с ее помощью можно выращивать достаточно крупные кристаллы. Однако, по словам Николая, специалистам компании удалось разработать собственную технологию синтеза, которая буквально произвела в отрасли эффект разорвавшейся бомбы. Несколько лет назад в отчете одной из геммологических лабораторий так и было написано: «Вес данного бриллианта составляет 2,30 карата! Подобная величина бриллианта еще до недавнего времени была гарантом его природного происхождения».

Огранка алмазов для получения сверкающих бриллиантов — процесс долгий и не слишком впечатляющий для непосвященного человека. И выращенные, и натуральные алмазы обрабатываются совершенно одинаковым образом.

Лучшие друзья девушек

«Мы, конечно, не единственные, кто выращивает алмазы крупнее 5−6 карат, — объясняет Николай. — Но все остальные подчиняются принципу «два из трех»: крупные, качественные, коммерчески выгодные. Мы первые, кто научился получать крупные кристаллы алмаза высокого качества по приемлемой стоимости. На 32 прессах мы можем выращивать около 3000 карат в месяц, и это камни очень высокого качества — алмазы цвета D, E, F и чистоты от чистейших IF до SI, в основном типа II. 80% нашей продукции — это ювелирные алмазы массой от 0,5 до 1,5 карата, хотя мы можем вырастить под заказ алмаз любого размера». В качестве доказательства Николай протягивает мне кристалл размером с 10-рублевую монету: «Вот это, например, 28 карат. Если огранить его, получится бриллиант карат в 15».

В начале 2000-х мировой алмазный монополист, компания De Beers, была сильно обеспокоена грядущим выходом на ювелирный рынок синтетических алмазов, опасаясь, что это может подорвать бизнес. Но время показало, что бояться нечего — синтетические алмазы занимают очень малую долю ювелирного рынка. К тому же за это время были разработаны методы исследований, которые позволяют достаточно уверенно идентифицировать выращенные алмазы. Признаками синтеза являются включения металла, в цветных алмазах можно рассмотреть секторы роста, к тому же HPHT, CVD и натуральные природные алмазы в УФ-лучах имеют разный характер люминесценции.

В зависимости от содержания азота алмазы относят к одному из двух основных типов. Алмазы типа I содержат до 0,2% азота, атомы которого расположены в узлах кристаллической решетки группами (Ia) или по одиночке (Ib). Тип I преобладает среди природных алмазов (98%). Как правило, такие камни редко бывают бесцветными. Алмазы типа IIa практически не содержат азота (менее 0,001%), среди природных камней их всего 1,8%. Еще реже (0,2%) встречаются безазотные алмазы с примесью бора (IIb). Атомы бора в узлах кристаллической решетки обуславливают их электропроводность и придают алмазам голубоватый оттенок.

«Как относятся потребители к выращенным алмазам? Хорошо, — говорит Николай, — особенно современная молодежь. Для них важно, что эти алмазы бесконфликтны и созданы людьми с помощью высоких технологий без вмешательства в природу. Ну и цена примерно вдвое ниже. Конечно, в сертификате написано, что камни выращенные, но ведь носят-то кольцо с бриллиантом, а не сертификат! А по физическим и химическим свойствам наши алмазы идентичны природным».

Пока что большую часть прибыли дает изготовление алмазов для ювелирного рынка. Однако, скорее всего, в ближайшие годы возникнет огромный спрос на выращенные алмазы и алмазные пластины для специальной оптики, микроэлектроники и других высокотехнологичных промышленных применений.

От украшений к промышленности

Ювелирные алмазы — это прибыльная часть бизнеса NDT, но завтрашний день принадлежит другому направлению. Технический директор компании NDT Александр Колядин любит говорить: «Если из алмаза уже ничего больше нельзя изготовить, сделай бриллиант». На самом деле наиболее перспективный рынок для крупных высококачественных синтетических алмазов — это промышленность. «Ни один природный алмаз не годится для использования в специальной оптике или электронике, — говорит Александр Колядин. — В них слишком много дефектов. А пластины, вырезанные из наших алмазов, имеют почти идеальную кристаллическую решетку. Некоторые исследовательские организации, которым мы предоставляем наши образцы для изучения, с трудом могут поверить в измеренные параметры — настолько они идеальны. И не просто отдельные образцы — мы можем уверенно обеспечить повторяемость характеристик, что для промышленности жизненно важно. Алмазы — это теплоотводы, это окна для специальной оптики и для синхротронов, и, конечно, силовая микроэлектроника, над созданием которой сейчас работают во всем мире».

«Промышленное направление пока составляет 20% нашего производства, но года через три мы планируем довести его до 50%, тем более что спрос быстро растет. Сейчас мы в основном делаем пластины 4 х 4 и 5 х 5 мм, вырезали по заказу несколько 7 х 7 и 8 х 8 мм и даже 10 х 10 мм, но это пока не массовое производство. Наша следующая цель, — говорит Николай Хихинашвили, — это перейти к изготовлению дюймовых алмазных пластин. Это тот минимум, который очень востребован в массовой электронной и оптической промышленности. Для получения таких пластин нужно вырастить кристалл алмаза массой в сто карат. Это наш план на ближайшее будущее». «На десятилетие?» — уточняю я. Николай с огромным удивлением смотрит на меня: «Десятилетие? Мы собираемся сделать это до конца года».

Попытки создать лабораторный алмаз велись с 1950-х годов, но настоящая революция происходит прямо на наших глазах. За последнее время заметно усовершенствовались две основные технологии: создание алмазов в условиях высочайшей температуры и давления (HPHT) и химическое осаждение из газовой фазы (CVD), когда плазма из атомов углерода, из которой атомы слой за слоем конденсируются на подложку, образуя алмаз. Технология HPHT уже позволяет получать алмазы размером в 5 карат. С 2003 года технология CVD прошла путь от создания совсем малых алмазов в 0,3 карата до полностью прозрачных камней размером в 3 карата с очень хорошими оптическими свойствами. Алмазы, созданные по CVD-технологии, практически не имеют посторонних примесей, таких как азот или бор, что дает им преимущества даже перед природными алмазами как для промышленного, так и ювелирного применения.

Вместе с улучшением качества и размеров лабораторных алмазов в последние годы в гонку вступили стартапы из Долины с многомиллионными инвестициями в маркетинг и селебрити в числе акционеров. Они оказались способны вложить огромные средства для того, чтобы пошатнуть положение продавцов природных алмазов. Аналитики прогнозируют ежегодный рост рынка выращенных в лаборатории алмазов примерно в 7,4%, с $16,2 млрд в 2015 году до $27,6 млрд к 2023 году.

Все реже СМИ называют синтетические алмазы фальшивками , а отрасли природных алмазов приходится выпускать все более совершенные устройства для выявления искусственно выращенных камней: DiamondCheck, DiamondSure и DiamondView. Однако даже самые современные сканеры GIA не всегда могут отличить искусственно созданные камни от природных.

Пока искусственно выращенные алмазы занимают 1-2% рынка, но в будущем их доля может существенно увеличиться по прогнозам экспертов , вплоть до доминирующей. При этом уже сегодня более 95% используемых в промышленности алмазов выращены в лаборатории (остальные продаются для использования в ювелирных изделиях).

Чем различаются природные и синтетические алмазы?

Одно из существенных отличий природных алмазов - дефекты кристаллической решетки, которые придают камням окраску. Например, желтый - последствие вкраплений атомов азота, коричневый и розовый оттенок камня - последствия искривления кристаллической решетки. При этом, управляя процессом создания, в искусственных алмазах можно добиться кристаллической решетки, близкой к идеальной, а чистота содержания углерода в них может доходить до 99,999%.

Но если параметры чистоты особенно важны для B2B-применения алмазов, то для ювелирных камней едва ли чистоту камня можно назвать решающим фактором. Скорее тут ключевая роль остается за ценой и маркетингом.

Когда искусственный алмаз поставят на полки ювелирных магазинов?

Для увеличения доли синтетических алмазов на ювелирном рынке есть несколько препятствий. Многие мировые ювелирные дома не понимают, что искусственно выращенный алмаз можно продавать как самостоятельный продукт. Вместо этого они продают их под видом природных. Часто в этом виноваты даже не продавцы.

Недобросовестные дилеры покупают искусственные алмазы с целью «подмешивать» выращенные в лаборатории камни к настоящим. В случае размера алмаза до 0,3 карата отличить выращенный в лаборатории камень от природного очень трудно, и этим они и пользуются.

Чтобы избежать подлога, крупные сети (Tiffany, Cartier и другие) строго отслеживают всю цепочку поставки, от добычи камня до инкрустации.

Полагаю, одна из причин, почему продавцы не готовы поставить на полку искусственные камни рядом с природными, - нежелание создавать рынок с нуля. Эту задачу на себя взяли такие стартапы, как Diamond Foundry или Ada Diamonds. Они вкладывают миллионы долларов в маркетинг и привлекают звезд первой величины, чтобы показать рынку, что искусственный алмаз можно ставить на полки рядом с природным. Идея производителей лабораторных алмазов в том, чтобы вместо прямой конкуренции с алмазодобывающей индустрией создать новый рынок. Если ювелирные сети станут четко различать синтетические камни и природные, то у покупателя появляется выбор: купить натуральный камень дороже или синтетический - дешевле. Разница в цене будет платой за эмоциональную составляющую.

Два разных рынка и продукта

Важно понимать, что появление на рынке двух типов камней - искусственного и природного - нацелено на два принципиально разных рынка. С разной аудиторией и разным позиционированием и маркетингом.

В традиционную отрасль добычи и обработки алмаза вложена вековая история и совсем иные маркетинговые месседжи. Кажется невероятным, но позиционирование бриллианта как безусловного атрибута роскоши стало планомерной работой все тех же алмазодобывающих компаний. Еще в 50-е годы прошлого века De Beers стала проводить маркетинговую политику по созданию единого позиционирования для бриллианта: бриллиант - это незаменимый атрибут понятия «любовь», бриллиант - это «навсегда». Достаточно вспомнить седьмой фильм о Джеймсе Бонде, который так и назывался «Бриллианты навсегда» (слоган De Beers). У искусственных камней иная философия и ценности, которые приходится создавать с чистого листа.

Чтобы противостоять маркетинговой машине алмазодобытчиков, Diamond Foundry бьет в одну из главных «болевых точек» алмазодобытчиков: с подачи одного из акционеров компании, актера Леонардо Ди Каприо, они рассказывают о проблемах незаконной добычи алмазов в неблагополучных регионах мира (Сьерра-Леоне, Ангола, Конго). И указывают на неэтичность самого процесса добычи алмазов.

Главное препятствие к массовому появлению таких компаний, как Diamond Foundry, - высокий порог входа на рынок. По нашим оценкам, в одну из первых российских компаний, вышедших на мировой рынок, NDT (New Diamond Technologies, создают алмазы на базе HPHT-метода) вложили не менее $60 млн. Суммарные инвестиции в Diamond Foundry (комбинируют CVD- и HPHT-технологии при создании алмазов) - около $100 млн . Даже запуск исследовательского центра для компании, работающей на CVD-технологиях, мы оцениваем более чем в $15 млн.

Из-за высокого объема инвестиций в R&D технологией производства синтетических алмазов по факту владеет всего около десятка компаний во всем мире. Все они расположены в США, Сингапуре, Китае и России. Вход на рынок искусственных алмазов дорогой и сложный, зато это один из тех многомиллиардных рынков, где у российских лабораторий и производств есть шанс заполучить весомую долю.