Как выращивают бриллианты в лаборатории: технологии синтетических алмазов
Лабораторные бриллианты выращивают из чистого углерода теми же способами, которыми природа создавала алмазы миллиарды лет, только быстрее: основные методы — синтез при высоком давлении и высокой температуре (HPHT) и химическое осаждение из газовой фазы (CVD). На выходе получается кристалл со структурой, составом и оптическими свойствами, неотличимыми от природного камня.
Метод HPHT: искусственное повторение природы
Аббревиатура HPHT расшифровывается как High Pressure High Temperature. Метод воспроизводит условия, в которых алмазы образуются в мантии Земли: давление 5–6 ГПа (в 50 000 раз выше атмосферного) и температура 1300–1600 градусов Цельсия.
В центр стальной камеры-пресса помещают затравочный кристалл алмаза размером 0,5–1 мм и графитовый источник углерода, разделённые слоем металлического растворителя-катализатора (обычно сплав железа, никеля или кобальта). Под давлением катализатор расплавляется, растворяет углерод из графита и переносит его к затравочному кристаллу. Атомы углерода укладываются в кристаллическую решётку алмаза слой за слоем. Скорость роста составляет 0,3–0,5 мм в сутки; чтобы вырастить камень весом 1 карат (0,2 г), уходит 3–5 дней.
Прессы для HPHT занимают целые цеха: одна установка типа «наковальня» весит несколько тонн и создаёт усилие сотни тонн-сил. Российские предприятия применяли HPHT с 1950-х годов прежде всего для технических алмазов, используемых в бурении и шлифовании.
Метод CVD: рост из газа
Chemical Vapor Deposition принципиально иначе строит кристалл. Затравочный диск алмаза помещают в вакуумную камеру, куда подают смесь водорода (95–99%) и метана (1–5%) при давлении 1–30 кПа. Смесь ионизируют микроволновым излучением мощностью 1–10 кВт: молекулы распадаются на атомарный водород и углеродные радикалы.
Водород стравливает нежелательные графитовые формы углерода, а активные углеродные частицы оседают на подложку и кристаллизуются в алмазную фазу. Температура подложки поддерживается в диапазоне 700–900 градусов. Скорость роста в CVD-установке ниже, чем в HPHT, всего 0,1–0,3 мм в сутки, зато метод позволяет выращивать большие плоские пластины и точнее контролировать чистоту кристалла. После роста CVD-алмаз нередко проходит дополнительную HPHT-обработку для улучшения цвета.
Огранка и отличия от природного камня
Выращенный кристалл поступает в огранку — точно так же, как природный алмаз. Лазером намечают контур будущего камня, затем алмазными распиловочными дисками разрезают заготовку, после чего шлифуют грани на чугунных планшайбах с алмазным порошком. Популярная круглая бриллиантовая огранка включает 57 граней; работа огранщика занимает несколько часов на один камень.
Готовый лабораторный бриллиант идентичен природному по химическому составу (чистый углерод с кубической кристаллической решёткой), твёрдости (10 по шкале Мооса), показателю преломления (2,42) и дисперсии. Отличить его без специального оборудования невозможно. Геммологические лаборатории используют спектроскопию инфракрасного и ультрафиолетового диапазона: природные алмазы имеют специфические включения и картину роста, формировавшуюся миллиарды лет, тогда как синтетические показывают иную картину роста секторов кристалла и иные типы включений.
Промышленное применение и ювелирный рынок
Основная масса синтетических алмазов уходит не в ювелирные украшения, а в промышленность: алмазные свёрла, буровые коронки для геологоразведки, режущий инструмент для станков, абразивные диски и порошки. Твёрдость алмаза делает его незаменимым при обработке твёрдых сплавов, керамики и стекла.
В ювелирном сегменте лабораторные бриллианты занимают всё более заметную долю: по данным отраслевых аналитиков, их доля на мировом рынке в ювелирных украшениях превысила 15% в 2023 году. Цена лабораторного камня в 2–4 раза ниже природного при тех же визуальных характеристиках. Российские ювелирные заводы начали предлагать украшения с сертифицированными лабораторными бриллиантами, что открывает возможности для нового потребительского сегмента.
