¿Cómo y dónde se cultivan los diamantes más grandes del mundo?

Los diamantes artificiales más grandes y de mayor calidad se cultivan hoy en las cercanías de Sestroretsk, en las cercanías de San Petersburgo. Hablaremos sobre la compañía rusa NDT y cómo nacen las mejores amigas de las niñas en nuestra publicación de hoy.



El Instituto Internacional de Gemología de Hong Kong (IGI) de la compañía rusa New Diamond Technology (NDT) emitió un certificado para un diamante sintético récord que pesaba 10.02 quilates, color E y pureza VS1. Las piedras preciosas con tales características para el mundo de la joyería son un fenómeno bastante trivial, pero un corte de piedra artificial de un diamante sintético de 32 quilates es un evento para el mercado de diamantes sintéticos, y es un evento único.



La producción en la que fue posible cultivar un cristal récord se concentra en un pequeño taller en uno de los parques tecnológicos cerca de Sestroretsk. Las capacidades de la empresa están limitadas por más de tres docenas de prensas hidráulicas, dentro de las cuales, a altas temperaturas y presiones, micras por micras, crecen diamantes de la más alta calidad. En los paneles de control de los controladores para cada prensa, se reflejan los parámetros actuales. “Los principios generales de la síntesis de diamantes son bien conocidos y se han utilizado en la industria durante más de medio siglo. Pero los detalles de los modos de síntesis son uno de los conocimientos de nuestra empresa ", dijo el director de producción Roman Kolyadin. "... Los aires acondicionados de precisión mantienen un microclima en el taller con una precisión de décimas de grado. Además, incluso un pequeño tiro puede conducir a una desviación indeseable en el régimen de temperatura,que puede degradar significativamente la calidad del diamante ”, agrega el especialista.



Una breve excursión a la historia

Los primeros intentos de sintetizar diamantes artificiales se hicieron a fines del siglo XVIII, cuando los científicos llegaron a la conclusión final de que el carbono es la base del diamante. Desde finales del siglo XIX, los científicos han tratado de convertir formas de carbono (carbón o grafito) baratas y asequibles en un diamante duro y brillante. Muchos han hecho declaraciones de éxito, incluidos científicos conocidos, como el químico francés Henri Moissan y el físico británico William Crookes. Algo más tarde, se descubrió que ninguno de ellos podía presentar evidencia real del resultado. El primer diamante artificial presentado al mundo se obtuvo en 1954 en el laboratorio de General Electric.

Curiosamente, en el proceso de producción de diamantes sintéticos en GE, fueron guiados por la "tecnología" que la naturaleza misma utiliza. Como razonaron los expertos, los diamantes naturales se forman a una temperatura de aproximadamente 1300 ° C y una presión de aproximadamente 50,000 atm. en el grosor del manto del planeta a una profundidad de cientos de kilómetros debajo de la superficie de la Tierra. Las lamproitas, las kimberlitas y otras rocas ígneas llevan cristales a la superficie. Para simular las condiciones descritas en condiciones de laboratorio, los especialistas de GE usaron una prensa que exprimía una celda, dentro de la cual se colocaron grafito y una fusión de hierro-níquel-cobalto, que actuaba como catalizador y disolvente.

Los expertos de GE llamaron a su tecnología HPHT (alta presión, alta temperatura). Con el tiempo, fue a ella a quien se tomó como base para obtener diamantes y polvo de diamantes técnicos de bajo costo.

Cómo se cultivan los diamantes hoy La

producción industrial de diamantes sintéticos se basa principalmente en una de dos tecnologías: la tecnología HPHT y la tecnología CVD antes mencionadas. Menos comunes son las técnicas exóticas, como la síntesis de nanocristales de diamante a partir de grafito en una explosión o el método experimental para producir diamantes de micras a partir de una suspensión de partículas de grafito en solventes orgánicos bajo la influencia de la cavitación ultrasónica.

HPHT

La tecnología se reduce al proceso de crecimiento de cristales individuales de diamante a alta temperatura (aproximadamente 1500 ° C, con el gradiente deseado) y alta presión (50-70 mil atm.). Una prensa hidráulica comprime un recipiente especial, dentro del cual hay una masa fundida de metal (hierro, níquel, cobalto, etc.) y grafito. En el sustrato, se colocan una o más semillas: pequeños cristales de diamante. Una corriente eléctrica fluye a través de la cámara, calentando la masa fundida a la temperatura deseada. En estas condiciones, el metal sirve como disolvente y catalizador para la cristalización de carbono en la semilla en forma de diamante. El proceso de crecimiento de uno o varios cristales más pequeños dura, en promedio, 12-13 días.



La producción industrial de diamantes artificiales y polvo de diamantes alcanza hoy miles de millones de quilates por año. En la década de 1970, utilizando la tecnología HPHT, también aprendieron a fabricar piedras de joyería de calidad media con un peso de hasta 1 quilate.

CVD

Desde la década de 1960, los principales laboratorios del mundo han estado desarrollando una tecnología alternativa de síntesis de diamantes menos costosa: CVD (deposición química de vapor, deposición de vapor de gas). En el proceso de síntesis, los diamantes se depositan en un sustrato calentado a 600–700 ° C a partir del gas hidrocarbonado, que se ioniza usando radiación de microondas o se calienta a altas temperaturas. Cuando se deposita sobre silicio o diamante policristalino, se obtiene una oblea policristalina, que tiene un uso limitado en electrónica y óptica. La tasa de crecimiento es de 0.1 a 100 μm / h. El grosor de las placas generalmente se limita a 2-3 mm, por lo que los diamantes cortados se pueden usar como joyas, pero su tamaño, por regla general, no excede 1 quilate.



Las capacidades de este método de síntesis a principios de la década de 2000 atrajeron gran atención tanto de las nuevas empresas pequeñas como de las grandes empresas como Element Six, miembro del grupo industrial De Beers.



El potencial del método HPHT se ha subestimado hasta hace poco. "Cuando compramos equipos hace varios años, todos dijimos por unanimidad que las prensas industriales son adecuadas solo para la síntesis de polvos de diamante", dice Nikolai Khikhinashvili. Toda la atención y los recursos se centraron principalmente en mejorar el método CVD. Al mismo tiempo, la tecnología HPHT se consideraba un nicho, ya que la gran mayoría de los especialistas simplemente no creían que pudiera usarse para hacer crecer cristales suficientemente grandes y de alta calidad. Y, sin embargo, según Nikolay, los especialistas en END pudieron proponer su propia tecnología de síntesis, que les permite obtener diamantes de tal calidad y tamaño, que hasta este punto solo se podían lograr trabajando con cristales naturales. En cuanto a las tecnologías de corte,luego se cultiva en el laboratorio, y los diamantes naturales se procesan exactamente igual.





"Por supuesto, no somos los únicos que cultivamos diamantes de más de 5-6 quilates", comparte Nikolai. - Pero absolutamente todas las empresas de hoy obedecen el principio de "dos de tres": grandes, de alta calidad, comercialmente viables. Nuestra empresa fue la primera en dominar la tecnología para producir grandes cristales de diamantes de alta calidad a un costo asequible. 32 prensas nos permiten cultivar alrededor de 3.000 quilates por mes, y al mismo tiempo, todas las piedras de muy alta calidad son diamantes de las categorías de color D, E, F y pureza desde el IF más puro al SI, principalmente del tipo II. El 80% de nuestros productos son diamantes de joyería con un peso de 0,5 a 1,5 quilates, aunque las capacidades tecnológicas nos permiten cultivar diamantes a medida de cualquier tamaño ". Como prueba de lo que se dijo, Nikolai mostró a los periodistas un cristal del tamaño de una moneda de 10 rublos: “Esta, por ejemplo, tiene 28 quilates.Después del corte, obtenemos un diamante de 15 quilates ”.



Desde principios de la década de 2000, el monopolio mundial del diamante, la preocupación de De Beers, ha expresado su preocupación por la posibilidad de ingresar al mercado de joyas de diamantes, que, según la gerencia, podría socavar su negocio. Pero, como lo ha demostrado el tiempo, los diamantes sintéticos no son competidores de las piedras naturales, ya que ocupan una fracción insignificante del mercado de la joyería en comparación. Además, durante la mejora de sus tecnologías de producción, se desarrollaron métodos de investigación que permitieron identificar con confianza y precisión los diamantes sintéticos. Entre los rasgos característicos de la síntesis se deben llamar inclusiones metálicas, y en diamantes no ferrosos, sectores de crecimiento fácilmente definidos. Además, las piedras artificiales obtenidas utilizando HPHT, tecnología CVD, en comparación con los diamantes naturales en rayos UV, tienen diferentes patrones de luminiscencia.



"¿Qué piensan los consumidores de los diamantes cultivados?" Muy favorablemente, dice Nikolai, "especialmente la juventud moderna, para quien resulta importante que estos diamantes estén libres de conflictos y creados por personas que usan alta tecnología sin interferencia en la naturaleza". Bueno, y, lo que es más importante, el costo de tales piedras es aproximadamente la mitad de bajo. Por supuesto, el certificado debe reflejar que las piedras han crecido, ¡pero está claro que el dueño del anillo con tal diamante no necesita llevar un certificado! Al mismo tiempo, en términos de propiedades físicas y químicas, los diamantes cultivados en el laboratorio de END son idénticos a los naturales ", concluyó el especialista.

¿Qué es común entre el diamante y el nitrógeno?

Dependiendo del contenido de nitrógeno, los diamantes se pueden asignar a uno de los dos tipos principales. Los diamantes tipo I incluyen hasta 0.2% de nitrógeno, cuyos átomos están ubicados en los sitios de la red cristalina en grupos (Ia) o individualmente (Ib). Los diamantes de este tipo particular prevalecen entre los diamantes naturales (98%). Muy a menudo, tales piedras no son incoloras. Los diamantes tipo IIa prácticamente no contienen nitrógeno (menos del 0.001%). Tales cristales en el ámbito de los minerales naturales son raros, solo 1.8%. Prácticamente no se encuentran (en 0.2% de los casos) diamantes libres de nitrógeno con una mezcla de boro (IIb). Los átomos de boro en los nodos de la red cristalina determinan su conductividad eléctrica y le dan a los diamantes un tinte azulado.

Diamantes en la producción industrial.

Los diamantes de joyería son un negocio muy rentable para NDT y compañías similares, pero hoy es claramente visible otra tendencia distinta, más prioritaria y, con toda probabilidad, a largo plazo. Al director técnico de NDT, Alexander Kolyadin, le gusta repetir: "Si no puedes hacer nada más con un diamante, haz un diamante". De hecho, la industria es la dirección de mercado más prometedora para diamantes sintéticos grandes y de alta calidad. "No se puede usar un solo diamante natural en óptica especial o electrónica", dice Alexander Kolyadin, "ya que inicialmente hay demasiados defectos en ellos. Pero las placas cortadas de los diamantes de nuestra producción tienen una red cristalina casi perfecta. Por lo tanto, algunas organizaciones de investigación a las que proporcionamos nuestras muestras para estudio,apenas creen en los resultados de medición obtenidos, están tan cerca del ideal. Al mismo tiempo, es posible lograr otro resultado significativo: garantizar la repetibilidad de las características, que es de fundamental importancia para una serie de áreas industriales. Los diamantes son una especie de disipadores de calor, ventanas para ópticas especiales y sincrotrones, son microelectrónica de potencia, cuya creación y mejora ahora funciona en todo el mundo ".sobre la creación y mejora de las cuales ahora están trabajando en todo el mundo ".sobre la creación y mejora de las cuales ahora están trabajando en todo el mundo ".

La mayor parte del lado de los ingresos del presupuesto de la compañía todavía la proporcionan los diamantes de joyería. Al mismo tiempo, las tendencias emergentes sugieren que en los próximos años la demanda de diamantes sintéticos y placas de diamantes para óptica especial, microelectrónica y otros campos industriales de alta tecnología aumentará progresivamente.

“El área industrial hasta ahora representa el 20% de nuestra producción, pero en tres años planeamos aumentarla al 50%, especialmente porque la demanda está creciendo rápidamente. Ahora fabricamos principalmente placas de 4 x 4 y 5 x 5 mm, cortamos varias de 7 x 7 y 8 x 8 mm e incluso 10 x 10 mm por pedido, pero es demasiado pronto para hablar de producción en masa. Nuestro próximo objetivo, dice Nikolai Khikhinashvili, es la transición a la fabricación de insertos de diamantes en pulgadas. Este es el "tamaño dorado" y el mínimo necesario, que es muy solicitado en la industria electrónica y óptica de masas. Y para obtener estos platos, necesitas cultivar un cristal de diamante que pese cien quilates ". Planean proporcionar los primeros "prototipos" de tales placas a END a finales de este año.

_Fuente

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