Что из себя представляет искусственный бриллиант? Искусственный бриллиант — производство и применение
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.
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.
Украшение с алмазами - это, конечно, мечта каждой амбициозной леди. Однако не дефицит подобных ювелирных изделий стал причиной, по которой многие ученые мира десятилетиями трудились в поисках способа, как произвести на свет искусственный алмаз. Он жизненно необходим во многих отраслях (оптика. медицина, микроэлектроника), причем целью создаваемой технологии являлось то, чтобы искусственные алмазы не только не утратили свойств натурального драгоценного камня, но и превзошли его по совершенству кристаллической решетки.
На сегодняшний день известно как минимум четыре способа, как создать искусственный алмаз. Какой из них самый прогрессивный, трудно сказать, потому как один слишком дорогостоящий, недостатком другого является грязный цвет кристаллов, третий имеет существенное отличие от натурального по форме кристаллов. Поэтому технология производства выбирается в зависимости от того, на какие цели пойдет камень. Кристаллическая решетка природного алмаза представляет собой тетраэдр, по прочности ему нет равных, а в способности преломлять свет он значительно превосходит стекло:алмаз - 2,42, стекло - 1,8.
Если рассматривать самый надежный способ получения синтетических алмазов, то это будет путь, наиболее приближенный к природным условиям. Однако он является и самым дорогостоящим. Дороговизна прежде всего в самой установке - пресс с высоким давлением. В него помещается цилиндр, а в него уже специальная камера, выполненная из карбида тантала с кристаллическим углеродом (графит). Именно так находится алмаз в толще земли. Цилиндр снабжен специальными отверстиями, через которые подается вода под высоким давлением и проникают хладагенты.
В процессе многоступенчатой технологии графиту предстоит стать алмазом. Сначала под высоким давлением подается мощным потоком вода, которая сжимает графит. После этого он подвергается заморозке до -12 градусов Цельсия. Процесс сжатия не только не прекращается на протяжении всего технологического процесса, а, напротив, увеличивается за счет заморозки с 2-3 тысяч атмосфер вначале до 20 тысяч в конце. Далее вступает на доли секунды электрический ток, и наконец ледяной затвор размораживается и на свет появляется искусственный алмаз.
Полученный алмаз в точности повторяет естественную кристаллическую решетку тетраэдра, но обладает несколько грязноватым оттенком. Однако по прочности аналог гораздо превосходит натуральный. Таким способом получают камень для технических целей. Другая технология тоже достаточно проста, когда алмазы выращиваются в метане без доступа воздуха. Без специальной аппаратуры здесь не обойтись. Синтетический алмаз в итоге имеет кубическую форму кристаллов, абсолютно идентичен по прочности, но черного цвета.
Чтобы его получить, в специальную емкость аппарата погружают натуральный алмаз в мизерных количествах, как затравку. Его раскаляют и постепенно начинают подачу углерода (0,2% каждый час). Технология взрыва дает чистейшие алмазы по цвету, прочности, и форме кристаллической решетки. Для их получения используют все тот же графит, который предварительно разогревается и в момент взрыва превращается в алмазную крошку. Именно в крошку, потому как при таком способе выход кристаллов очень велик, но они получаются мелкими.
Такие же мелкие искусственные алмазы получают при низких температурах. В этой технологии используют специальный металл-катализатор, который и позволяет существенно снизить давление и температуру. Как правило, в камеру помещают графит, растворитель, железо, кобальт, никель. Алмаз слой за слоем "растет" в прослойке между раскаленным графитом и пластиной-катализатором. Так получают алмазы для технических целей. В течение каждого отдельного цикла вырастает до 50 гр.
В зависимости от используемого катализатора, алмазы различаются по цвету. Так, примесь никеля дает зеленый оттенок, с помощью бериллия получают голубые алмазы. Можно получать и другие цвета: белый прозрачный и матовый, желтый. Низкотемпературный способ придает синтетическим алмазам квадратную форму. Прочность получается выше, чем у природного алмаза. Если поместить в камеру крошку корунда вместе с хромом, а в качестве катализатора использовать чистый корунд, то на выходе удастся получить идеальный рубин.
Если добавить к этому составу железо и титан, то можно получить сапфир. Температура понадобится 600 градусов по Цельсию, а давление всего 1,5 тысячи атмосфер. Современные технологии позволяют, таким образом, создавать драгоценные камни, которые по внешним признакам не сможет отличить от натуральных даже профессионал-ювелир. Конечно, если взять в руки высокоточные приборы, то примеси удастся обнаружить. Но невооруженным глазом это сделать не удастся.
Создать все вышеупомянутые технологии позволили знания о том, что по сути природный алмаз - это всего лишь углерод. Таким же чистым углеродом являются уголь древесного происхождения и графит. Поэтому последний чаще всего превращается в драгоценные алмазные кристаллы путем применения одного из способов. Известно, что углерод может быть в твердом, газообразном и жидком состоянии. Изучив временные характеристики этих состояний и использовав давление и изменения температуры, теперь стало возможным получать искусственные алмазы.
Подлинность бриллиантов обычно распознают настоящие эксперты, у которых есть особенные геммологические знания и специализированное оборудование. Поэтому самостоятельное определение подлинности алмазов может слишком дорого стоить, так как легко допустить ошибку.
К искусственным бриллиантам относят: искусственный топаз и шпинель, рутиник, циркон, лейкосапфир. Если соблюдать некоторые рекомендации и дополнительные меры предосторожности при покупке бриллиантов, то можно снизить риски приобретения подделки.
Огранка алмаза
На ювелирном рынке существуют правила, когда бриллиантами могут называть те алмазы, у которых имеется пятьдесят семь граней. Так как благодаря такой форме огранки может отражаться весь падающий свет на кристалл.
Если у камня другой вид обработки, например «маркиза», «груша», «принцесса», «изумруд», то в этом случае правильнее будет его называть алмазом, а не бриллиантом. Поэтому нередко можно заметить на ярлыках ювелирных изделий надпись, в которой значится, что украшение с алмазами и бриллиантами.
При оценке качества камней применяется буквенное обозначение (А, Б, В, Г). Так, буква «А» означает, что огранка очень хорошая. «Б» — значит «хорошая», «В» относится к средней степени и «Г» свидетельствует о плохой обработке кристалла.
Бриллианты, которые относят к группе «А» отличаются таким светопреломлением, где световой поток целиком отображается задними гранями кристалла, словно от зеркал. И стоит бриллиант поднести коронкой к свету, как будет видна единственная сияющая точка.
Расшифровка ярлыка
Например, в ярлыке значится следующая запись: бриллиант 2 Кр 57-010 4/2. Для неосведомленного покупателя это ничего не значит. Попробуем разобраться. Цифра «2» означает, что в изделии инкрустировано два бриллианта. «Кр» свидетельствует о том, что применена круглая форма огранки. «57» – соответствует количеству граней в огранке. «0,10» – указывает на общий вес бриллиантов в каратах (один карат равен 0,2 г, а в окружности равен 6,55 мм).
«4» значит цветовой код бриллианта. Оценочная шкала цвета кристаллов, вес которых превышает 0,30 каратов, делится на девять разделов. Совершенно бесцветные камни обозначают цифрой «1», а желтоватые помечают цифрой «9».
«2» считается показателем дефектности, кристаллов, вес которых превышает 0,30 каратов, разделяется на двенадцать частей. Цифры от «1» до «3» соответствуют камням без включений, от «4» до «6» обозначают камни с примесями, которые не видны невооруженным глазом. Кристаллы, в которых можно едва различить включения, относят в раздел от «7» до «12». Цифра «12» является показателем того, что камень полностью заполнен включениями.
Методы первичного обследования для определения подлинности бриллианта
От прочих бесцветных кристаллов, бриллианты можно отличить при помощи некоторых первичных методов обследования. Известно, что все стразы хорошего качества являются мягкими камнями, и потому могут стираться, а бриллианты считаются самыми прочными и не подвержены повреждениям.
Поэтому во время осмотра экземпляра через лупу можно заметить на подделке (особенно на ребрах) царапины и потертости. Хотя, стоит помнить и о том, что бриллианты, которые не хранили в специальной коробке с гнездами, могут иметь некоторые дефекты.
Еще одним простым методом определения подлинности драгоценного камня можно считать внешний осмотр оправы ювелирного изделия. Начиная с 1800 года оправы для бриллиантов изготавливают открытыми, а стразы помещают в закрытые оправы. Поэтому можно перевернуть образец и посмотреть, заметна ли нижняя часть кристалла.
У бриллиантов имеется кристаллическая решетка с одним индексом рефракции. Если при осмотре задних граней камня сквозь карманную лупу (если направить её сверху), будет заметно дублирование граней, то это будет говорить о подделке камня.
Некоторые имитации алмаза например, циркон (кубически стабилизированный), при осмотре через лупу, будет иметь ребра граней не такие острые, как у оригинала, словно они отлиты в форме. Но, без определенного опыта, такое различие заметить сложно.
Можно определить подделку следующим методом: необходимо опустить камень в соляную кислоту, в результате чего, искусственный образец помутнеет, а оригинал не пострадает от этого.
Также, можно определить подлинность по степени твердости алмаза. Так он может оставлять царапины на стеклянных и полированных поверхностях. Можно камень потереть наждачной бумагой, тогда сразу станет ясно имитация перед Вами или нет, так как на искусственных образцах останутся следы от неё.
Рекомендуют еще один способ определения настоящих бриллиантов. Для этого необходимо камень поместить в воду с глицерином. Синтетические образцы не будут заметны в таком растворе, в то время как бриллиант будет ярко сиять.
Для определения подлинности бриллианта, также можно применять специальную жидкость с плотностью 3,52. В таком растворе имитации обычно тонут или всплывают. В то время как бриллиант будет находиться в «подвешенном» состоянии.
Природные кристаллы, используемые для имитаций бриллианта
Искусственные бриллианты обычно изготавливают из камней природного происхождения. К ним относится: белый циркон, кварц (горный хрусталь), белый берилл, белый топаз, белый сапфир.
Искусственные камни, которые используют для имитаций бриллианта
Кроме природных кристаллов, бриллианты изготавливают из искусственных камней, к которым относятся: муассанит, шпинель, ниобат лития, кубически стабилизированный циркон (КЦС), а также титанит стронция ГГГ (гранат, галлий, гадолиний).
Среди выше перечисленных искусственных материалов муассанит, считается относительно новым камнем, который прекрасно имитирует не крупные бриллианты. У него имеется двойной коэффициент преломления, а также в муассаните попадаются характерные трубчатые примеси.
Если проверять этот материал на рефлектометре или термотестере, то сложно будет определить подделку.
Wrote in January 30th, 2018
Словосочетание «белорусские бриллианты» для нашего уха звучит так же, как и «белорусские креветки». Но не торопитесь с шутками. Мало кто знает, что в девяностые в Беларуси построили один из первых в мире заводов по синтезу алмазов, что за белорусскими учеными из этой сферы готовы гоняться мировые промгиганты, а качество кристаллов оценили на международном уровне.
Первый в мире синтезированный алмаз получила компания General Electric еще в 1950-х годах при помощи специального пресса. Небольшой грязный камешек по свойствам ничем не отличался от природных алмазов. Была только одна загвоздка: денег на его синтез нужно было гораздо больше, чем при добыче в природе. На это дело махнули рукой и до 1980-х годов про выращивание алмазов благополучно забыли.
Одни из первых попыток получить алмазы с помощью электродуговой печи.
В конце 1980-х ученые из Новосибирского отделения Российской академии наук создали беспрессовый аппарат «разрезная сфера» (БАРС), при помощи которого впервые в мире получили синтезированный алмаз, готовый конкурировать с природным не только по качеству, но и по себестоимости. У первых синтезированных новосибирских алмазов она была значительно ниже.
Отставной генерал, семеро ученых и $5 млн
После удачной апробации в 1990-х семеро известных советских ученых (двое из них — белорусы) загорелись идеей создать первый в мире завод по синтезу алмазов. Площадкой благодаря хорошему географическому положению выбрали Беларусь.
Ученые стали учредителями компании «Адамас». Они взяли в «Промстройбанке» СССР кредит на 51 млн советских рублей и начали строительство в деревне Атолино, что под Минском.
Аппараты БАРС.
Завод должен был быть довольно крупным: трехэтажное здание, 220 работников. Но денег не хватало, поэтому позже в состав учредителей вошли тогдашний «Белпромстройбанк», который выделил предприятию кредитную линию в $5 млн, а также двое известных в советские времена бизнесменов, внесших еще $2,5 млн.
Инвесторы успели только завершить здание, поставить 120 аппаратов БАРС и немного отработать технологию, как тут у бизнесменов-учредителей начались проблемы — они оставили завод без денег.
Неожиданно четверых ученых переманивает в США генерал в отставке Картер Кларк. Оказывается, в 1995 году он за $60 тыс. купил технологию производства синтезированных алмазов и основал компанию Gemesis Diamond. К слову, все было оформлено официально, так как России на то время остро нужны были деньги и она распродавала свои научные разработки. Ученые оставили «Адамас» и уехали к Кларку.
Один из крупнейших производителей синтезированных алмазов в мире.
Оказавшись в тяжелом положении, учредители пытались вернуть кредитные деньги банку, но тщетно. В 1999 году в отношении руководства «Адамаса» возбудили уголовное дело. Разбирательство шло пять лет, сумму ущерба оценили в $7 млн. Бизнесмены и юрист уехали за границу. Однако четверых все же посадили.
После выхода на свободу никто из прежних руководителей «Адамаса» в Атолино не вернулся. Уехали в Санкт-Петербург и Москву и оставшиеся трое ученых, а с ними — и технология синтеза алмазов.
Первые синтетические бриллианты.
Так в мире появилось три крупнейших центра синтезированных алмазов: Москва, Питер и американский штат Флорида. Есть еще несколько мелких компаний, но говорят, что все ниточки ведут все к тем же семерым.
Что все это время происходило с самим заводом? Его передали на баланс Белгосуниверситета. В одной из частей здания функционировало предприятие РУП «Адамас БГУ»: ученые проводили исследования, изучали производство технических алмазов, совершенствовали его. Правда, эксплуатация установок обходилась очень дорого и финансовый вопрос становился все острее.
Белорусские бриллианты
«Когда китайцы, арабы и израильтяне стали уговаривать продать производство, стало понятно: спрос есть»
На краю Атолино стоит то самое трехэтажное здание завода, о котором так грезили советские ученые — обычное производство с крашеными стенами и свежим ремонтом внутри. На проходной здесь — милиционер и строгий пропускной режим.
Несколько лет назад предприятие «Адамас БГУ» перешло в структуру Управления делами президента. А чуть больше года назад проректора Академии управления при президенте Максима Борда попросили оценить ситуацию в Атолино: есть смысл наладить там производство или же проще сдать аппараты в утиль?
— Признаюсь сразу: по образованию я юрист и тема производства алмазов для меня была нова, — Максим Наумович ведет нас в цех. — Я стал штудировать литературу, смотреть зарубежный опыт. Честно, сам не верил в то, что наши кристаллы на самом деле хорошие и их можно продавать. Но поездил по выставкам, показывал алмазы, ограненные бриллианты, которые вырастили у нас в цеху, — специалисты восторгались качеством. А когда стали звонить армяне, китайцы, израильтяне с уговорами продать оборудование, уже окончательно понял: перспективы есть.
Так в ноябре 2016 года появилось ООО «АдамасИнвест» (предыдущее предприятие сейчас на стадии ликвидации). Оно также подчиняется Управлению делами президента и работает по специальному проекту «Восстановление производства синтезированных алмазов и развитие ювелирного производства изделий со вставками из получаемых бриллиантов». Работает здесь 45 человек.
— Под этот проект мы получили заем. Деньги возвратные, есть четкие сроки, — подчеркивает Максим Наумович. — Мы разработали подробный бизнес-план, за полгода привели в порядок здание, восстановили цех и запустили ювелирное производство. Фактически на него мы сейчас и делаем упор.
На рынок технических алмазов, по словам Максима Наумовича, смысла идти нет: всех игроков уложил на лопатки Китай. Девять лет назад Киевский инструментальный завод продал КНР образец специального пресса. Китай наштамповал их 40 тыс. штук, в 2014 году вышел на рынок технических алмазов и обвалил его в 20 раз. Поэтому даже несмотря на то, что белорусские технические алмазы по качеству превосходят китайские, стоят они впятеро дороже.
— На ювелирный рынок Китай пока не идет. Думаю, его не пускают два крупнейших игрока: подконтрольная США De Beers и российская «Алросса». Поэтому в синтезе ювелирных алмазов у нас неплохие шансы, — заключает Максим Борд.
Температура может вырасти до 2 тыс. градусов, давление — до 20 тыс. атмосфер
Огромный зал с десятками цилиндров и минимум рабочих — так выглядит цех с теми самыми БАРСами, которых здесь 120 штук. Обслужить все аппараты за смену могут слесарь и инженер. Всего же в цеху работает 10 человек.
— Они проектировались в 1970-х, но в производстве алмазов для ювелирных целей и лучше БАРСов пока не найти, — показывает раскрытую полусферу Максим Наумович. — Вообще, в настоящее время в мире существует две технологии получения алмазов: HTHP (high temperature, high pressure — высокая температура, высокое давление) и CVD (chemical vapor deposition — химическое осаждение из паровой фазы). Последняя хороша для производства технических алмазов, но не очень пригодна для ювелирных. Дело в том, что в газовой среде камень растет ровными слоями, а в природе — неравномерно, как и при технологии HTHP, которую мы используем.
Максим Наумович показывает пульт управления цилиндрами. Это специальная аппаратура, которая контролируется вручную. При малейших отклонениях от заданных значений работники регулируют показатели.
— Казалось бы, пусть бы компьютер следил за тем, как растут алмазы. И у меня, честно говоря, были мысли автоматизировать этот процесс, — рассуждает директор. — Но когда я увидел нашу технологию, то понял: смысла нет. Во-первых, дорого, вложения не окупятся. Во-вторых, рост алмазов зависит от десятка нюансов: например, от перепадов температуры во внешней среде на различных этапах. Сможет ли компьютер учесть все эти нюансы и среагировать, как человек? Мы думаем, что пока нет.
Сами БАРСы устроены довольно просто: 3,5 тонны металла, шланг для подачи масла, которое создает давление, и контакты, дающие ток и температуру. Внутри аппарата — две сферы: большая и поменьше. Каждая сфера состоит из шести частей — пуансонов, изготовленных из специального легированного сплава. Большие весят по 16 килограммов, маленькие — чуть меньше килограмма. Маленькие пуансоны — это фактически расходный материал. Они стоят по $200 и выходят из строя в среднем после пяти синтезов.
— Температура на входе в аппарат — 1500 градусов, давление — 1800 атмосфер, — объясняет директор. — Внутри температура может вырасти до 2 тыс. градусов, а давление — до 10—20 тыс. Температура и давление меняются на протяжении всего роста алмаза. Это трое суток, а не столетия, как в природе.
В самом центре сферы находится специальный фарфоровый кубик. В нем, как говорит Максим Наумович, и есть «вся наука». Перед тем как кубик отправят в БАРС, его «фаршируют»: закладывают специальную спрессованную таблетку, состоящую из отдельных компонентов, как правило, металлов, здесь же и маленький кусочек алмазика, который потом вырастает в большой камень и графитовый стержень (графит — это среда, которая дает алмазу возможность расти). Потом кубик сушится в печи, пропитывается определенными материалами, и только после всех этих процедур его можно закладывать.
Вырастет алмаз или нет, зависит даже от теплоты рук работников
— Технология производства очень «капризна», — добавляет Максим Наумович. — Алмаз может вырасти большим, может — маленьким, хорошим или плохим, а то и совсем не растет. Все зависит от десятка факторов: от рук инженера, который собирает кубик, от того, как он просушит его, правильно ли пропитает, — вплоть до температуры в цеху и качества графита. Как-то в странах Балтии тоже пытались наладить производство. Закупили оборудование, а алмазы не росли. Оказалось, вырастить алмаз — это не просто включить рубильник.
Через три дня кубик вынимают из БАРСа, разбивают и достают небольшую болваночку, на которой может виднеться край кристалла. Болванку бросают в колбу и заливают «царской водкой» (три порции соляной кислоты и одна азотной). Колбы ставят в специальный шкаф и нагревают, чтобы реакция пошла быстрее.
— При нормальных условиях через два часа металлы растворяются и остается только алмаз, — говорят в лаборатории. — Потом мы извлекаем алмаз, промываем его и опускаем в хромовую смесь.
Так убирают графит и получают уже чистый алмаз. Его взвешивают, упаковывают и передают на аутсорсинг — на огранку в российскую компанию (свободных специалистов по огранке в Беларуси нет, а учить новых пока дорого).
— От первоначального веса алмаз может потерять 30—60%. Все зависит от наличия включений и чистоты камня, — добавляют на производстве. — Кроме того, в половине всех синтезов гарантированно получаются высококачественные камни для огранки и установки в изделие — это 220 камней в месяц. Еще в 20% случаев получаются камни чуть более низкого качества.
— Для работы пока достаточно, но для развития этого маловато. Вот бьемся над этой задачей, — Максим Наумович показывает образцы алмазов. — Мы сертифицировали наши камни в Международном геммологическом институте в Антверпене. Экспертное мнение таково: наши камни ничем не отличаются от натуральных по всем своим химическим и физическим характеристикам. Здесь точно же такие показатели по прочности, отсутствию реакции на радиацию и так далее.
В основном предприятие выращивает бесцветные алмазы весом до 1 карата, получая бриллианты в 0,2—0,3 карата. Такие камни идут в основном на серьги и кольца. Кристаллы можно и облагораживать: придавать лимонный, черный, красный и другие цвета. Но на предприятии говорят, что белорусы предпочитают классику.
«Индусы стали просить делать ритуальные алмазы из праха умерших»
Узнав про невысокие по мировым меркам цены на белорусские камни, на предприятие позвонили индусы с необычной просьбой: делать ритуальные камни.
— Они хотят сохранять память о своих кремированных родственниках в таком виде. По сравнению с британской компанией, которая вплотную занимается подобным производством, наши алмазы выходили в пять раз дешевле, — объясняет директор.
— Работать с прахом умерших мы не решились, а вот технологию получения алмаза из волос отработали. Да, алмазы можно получить из волос. Мы получаем из них углерод, а дальше работаем по той же схеме. Технологию мы опробовали, выпустили уже 12 таких камней. Правда, пока массовое внедрение этой темы — следующий этап работы для нас. И в этой теме большой потенциал для науки.
Но все же основной упор компания делает на собственное ювелирное производство. Ювелирный цех хоть и небольшой (9 человек), но потенциально там могут производить до 5 тыс. единиц в месяц. На прошлой неделе большая партия белорусских бриллиантов поступила в магазины.
— Наши изделия обходятся на 20—30% дешевле изделий с натуральными камнями, а сами синтезированные бриллианты стоят и вовсе вдвое дешевле натуральных. К примеру, отпускная цена на готовое изделие с бриллиантом в 0,15 карата составляет 300 рублей, с камнем в 0,25 карата будет стоить 600 рублей, — директор показывает образцы изделий.
В основном это помолвочные кольца. Максим Наумович говорит, что в планах есть и серьги, и запонки, и серебро с бриллиантами, и даже арт-серия в экостиле.
— В Европе синтезированные алмазы набирают популярность. Считается, что они более экологичны, чем добытые из недр земли. И это правда. Тем более что по свойствам они не уступают природным, — рассуждает он и делится планами: укрепиться на ювелирном рынке, открыть фирменный магазин с ценами на 40% ниже рыночных и многое другое.
— Есть цель сделать наши бриллианты доступным белорусским брендом. А глобальная задача — за счет полученной прибыли дальше развивать научные технологии в этой сфере, — добавляет Максим Борд.
Жми на кнопку, чтобы подписаться на "Как это сделано"!
Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите Аслану ([email protected] ) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта Как это сделано
Подписывайтесь также на наши группы в фейсбуке, вконтакте, одноклассниках, в ютюбе и инстаграме , где будут выкладываться самое интересное из сообщества, плюс видео о том, как это сделано, устроено и работает.
Жми на иконку и подписывайся!