Comment et où sont cultivés les plus gros diamants du monde

Les diamants artificiels les plus gros et de la plus haute qualité sont cultivés aujourd'hui dans les environs de Sestroretsk, dans les environs de Saint-Pétersbourg. Nous parlerons de la société russe NDT et de la naissance des meilleurs amis des filles dans notre publication d'aujourd'hui.



Un certificat pour un diamant synthétique record pesant 10,02 carats, couleur E et pureté VS1 a été délivré par le Hong Kong International Gemological Institute (IGI) de la société russe New Diamond Technology (NDT). Les pierres précieuses avec de telles caractéristiques pour le monde de la bijouterie sont un phénomène assez banal, mais une pierre artificielle taillée dans un diamant synthétique de 32 carats est un événement pour le marché des diamants synthétiques, et c'est un événement unique.



La production sur laquelle il a été possible de faire pousser un cristal record est concentrée dans un petit atelier dans l'un des parcs technologiques près de Sestroretsk. Les capacités de l’entreprise sont limitées par plus de trois douzaines de presses hydrauliques, à l’intérieur desquelles, à hautes températures et pressions, microns par microns, des diamants de la plus haute qualité poussent. Sur les panneaux de contrôle des contrôleurs de chaque presse, les paramètres actuels sont reflétés. «Les principes généraux de la synthèse des diamants sont bien connus et sont utilisés dans l'industrie depuis plus d'un demi-siècle. Mais les détails des modes de synthèse font partie du savoir-faire de notre entreprise », a expliqué le directeur de production Roman Kolyadin. "... Les climatiseurs de précision maintiennent un microclimat dans l'atelier avec une précision de dixièmes de degré. De plus, même un petit tirage peut entraîner une déviation indésirable du régime de température,ce qui peut dégrader considérablement la qualité du diamant », ajoute le spécialiste.



Une brève excursion dans l'histoire

Les premières tentatives de synthèse du diamant artificiel ont eu lieu à la fin du XVIIIe siècle, lorsque les scientifiques ont conclu que le carbone est la base du diamant. Depuis la fin du XIXe siècle, les scientifiques ont essayé de transformer des formes de carbone bon marché et abordables (charbon ou graphite) en diamant dur et brillant. Des déclarations de succès ont été faites par de nombreux, y compris des scientifiques bien connus, dont le chimiste français Henri Moissan et le physicien britannique William Crookes. Un peu plus tard, il a été constaté qu'aucun d'entre eux ne pouvait présenter de véritable preuve du résultat. Le premier diamant artificiel présenté au monde a été obtenu en 1954 dans le laboratoire de General Electric.

Fait intéressant, dans le processus de production de diamants synthétiques chez GE, ils ont été guidés par la «technologie» que la nature elle-même utilise. Comme l'ont expliqué les experts, les diamants naturels se forment à une température d'environ 1300 ° C et une pression d'environ 50 000 atm. dans l'épaisseur du manteau de la planète à une profondeur de centaines de kilomètres sous la surface de la Terre. Les lamproites, kimberlites et autres roches ignées transportent des cristaux à la surface. Pour simuler les conditions décrites dans des conditions de laboratoire, les spécialistes de GE ont utilisé une presse qui comprenait une cellule, à l'intérieur de laquelle du graphite et une fonte fer-nickel-cobalt, qui agissait comme catalyseur et solvant, étaient placés.

Les experts de GE ont appelé leur technologie HPHT (High Pressure High Temperature). Au fil du temps, c'est elle qui a été prise comme base pour l'obtention de diamants techniques et de poudre de diamant bon marché.

Comment les diamants sont cultivés aujourd'hui La

production industrielle de diamants synthétiques repose aujourd'hui principalement sur l'une des deux technologies - la technologie HPHT susmentionnée et la technologie CVD. Les méthodes exotiques sont moins utilisées, telles que la synthèse de nanocristaux de diamant à partir de graphite lors d'une explosion ou la méthode expérimentale de production de microns de diamants à partir d'une suspension de particules de graphite dans des solvants organiques sous l'influence de la cavitation ultrasonique.

HPHT

La technologie est réduite au processus de croissance de monocristaux de diamant à haute température (environ 1500 ° C, avec le gradient souhaité) et à haute pression (50-70 000 atm.). Une presse hydraulique comprime un récipient spécial, à l'intérieur duquel se trouvent une fonte métallique (fer, nickel, cobalt, etc.) et du graphite. Sur le substrat, une ou plusieurs graines sont placées - de petits cristaux de diamant. Un courant électrique traverse la chambre, chauffant la masse fondue à la température souhaitée. Dans ces conditions, le métal sert de solvant et de catalyseur pour la cristallisation du carbone sur la graine sous forme de diamant. Le processus de croissance d'un gros ou de plusieurs petits cristaux dure en moyenne 12 à 13 jours.



La production industrielle de diamants artificiels et de poussières de diamant atteint aujourd'hui des milliards de carats par an. Dans les années 1970, en utilisant la technologie HPHT, ils ont également appris à fabriquer des pierres de joaillerie de qualité moyenne pesant jusqu'à 1 carat.

CVD

Depuis les années 1960, les principaux laboratoires du monde développent une technologie alternative et moins coûteuse de synthèse des diamants - CVD (Chemical Vapour Deposition, gas vapor deposition). Dans le processus de synthèse, les diamants sont déposés sur un substrat chauffé à 600–700 ° C à partir de gaz d'hydrocarbure, qui est ionisé par rayonnement micro-ondes ou chauffé à des températures élevées. Lorsqu'il est déposé sur du silicium ou du diamant polycristallin, une plaquette polycristalline est obtenue, qui a une utilisation limitée en électronique et en optique. Le taux de croissance est de 0,1 à 100 μm / h. L'épaisseur des plaques est généralement limitée à 2-3 mm, de sorte que les diamants taillés peuvent être utilisés comme bijoux, mais leur taille, en règle générale, ne dépasse pas 1 carat.



Les capacités de cette méthode de synthèse au début des années 2000 ont attiré une grande attention aussi bien des petites startups que des grandes entreprises comme Element Six, membre du groupe industriel De Beers.



Le potentiel de la méthode HPHT est jusqu'à récemment resté largement sous-estimé. «Lorsque nous avons acheté du matériel il y a plusieurs années, nous avons tous déclaré à l'unanimité que les presses industrielles ne conviennent qu'à la synthèse de poudres de diamant», explique Nikolai Khikhinashvili. Toute l'attention et les ressources étaient principalement concentrées sur l'amélioration de la méthode CVD. Dans le même temps, la technologie HPHT était considérée comme une niche, car la grande majorité des spécialistes ne pensaient tout simplement pas qu'elle pouvait être utilisée pour produire des cristaux suffisamment grands et de haute qualité. Et pourtant, selon Nikolai, les spécialistes des END ont pu proposer leur propre technologie de synthèse, qui leur permet d'obtenir des diamants d'une qualité et d'une taille qui, jusqu'à présent, ne pouvaient être obtenues qu'en travaillant avec des cristaux naturels. Concernant les technologies de coupe,puis cultivé en laboratoire, et les diamants naturels sont traités exactement de la même manière.





"Bien sûr, nous ne sommes pas les seuls à cultiver des diamants de plus de 5 à 6 carats", partage Nikolai. - Mais absolument toutes les entreprises obéissent aujourd'hui au principe du «deux sur trois»: grandes, de haute qualité, commercialement viables. Notre entreprise a été la première à maîtriser la technologie pour produire de gros cristaux de diamant de haute qualité à un coût abordable. 32 presses nous permettent de cultiver environ 3000 carats par mois, et en même temps, toutes les pierres de très haute qualité sont des diamants de catégories de couleur D, E, F et de pureté du plus pur IF au SI, principalement de type II. 80% de nos produits sont des diamants de joaillerie pesant de 0,5 à 1,5 carat, bien que les capacités technologiques nous permettent de cultiver des diamants sur mesure de toute taille. » Pour prouver ce qui a été dit, Nikolai a montré aux journalistes un cristal de la taille d'une pièce de 10 roubles: «Celui-ci, par exemple, fait 28 carats.Après la coupe, nous obtenons un diamant de 15 carats. »



Depuis le début des années 2000, le monopole mondial du diamant, la préoccupation De Beers, a exprimé sa préoccupation quant à la perspective d'entrer sur le marché des bijoux en diamant, ce qui, selon la direction, pourrait saper son activité. Mais, comme le temps l'a montré, les diamants synthétiques ne sont pas des concurrents des pierres naturelles, car ils occupent une fraction négligeable du marché de la bijouterie en comparaison. De plus, lors de l'amélioration de leurs technologies de production, des méthodes de recherche ont été développées qui ont permis d'identifier en toute confiance et précision les diamants synthétiques. Parmi les traits caractéristiques de la synthèse, il convient d'appeler les inclusions métalliques, et dans les diamants non ferreux - des secteurs de croissance facilement définis. De plus, les pierres artificielles obtenues en utilisant HPHT, la technologie CVD, en comparaison avec les diamants naturels dans les rayons UV, ont des motifs de luminescence différents.



"Que pensent les consommateurs des diamants cultivés?" Très favorablement, dit Nikolaï, "en particulier les jeunes modernes, pour qui il s'avère important que ces diamants soient sans conflit et créés par des personnes utilisant la haute technologie sans interférence dans la nature." Eh bien, et surtout, le coût de ces pierres est environ deux fois moins élevé. Bien sûr, le certificat doit refléter que les pierres sont cultivées, mais il est clair que le propriétaire de la bague avec un tel diamant n'a pas besoin de porter un certificat! Dans le même temps, en termes de propriétés physiques et chimiques, les diamants cultivés en laboratoire END sont identiques aux diamants naturels », a conclu le spécialiste.

Qu'est-ce qui est commun entre le diamant et l'azote

Selon la teneur en azote, les diamants peuvent être affectés à l'un des deux principaux types. Les diamants de type I contiennent jusqu'à 0,2% d'azote, dont les atomes sont situés dans les sites cristallins du réseau (Ia) ou individuellement (Ib). Les diamants de ce type particulier prédominent parmi les diamants naturels (98%). Le plus souvent, ces pierres ne sont pas incolores. Les diamants de type IIa ne contiennent pratiquement pas d'azote (moins de 0,001%). De tels cristaux dans le domaine des minéraux naturels sont rares, seulement 1,8%. On ne trouve pratiquement pas (dans 0,2% des cas) de diamants sans azote avec un mélange de bore (IIb). Les atomes de bore dans les nœuds du réseau cristallin déterminent leur conductivité électrique et donnent aux diamants une teinte bleuâtre.

Diamants dans la production industrielle

Les diamants de joaillerie sont une activité très rentable pour les END et les entreprises similaires, mais aujourd'hui, une autre tendance distincte, plus prioritaire et, selon toute vraisemblance, à long terme est clairement visible. Le directeur technique de NDT, Alexander Kolyadin, aime répéter: "Si vous ne pouvez rien faire d'autre avec du diamant, faites un diamant." En fait, l'industrie est l'orientation commerciale la plus prometteuse pour les gros diamants synthétiques de haute qualité. «Aucun diamant naturel ne peut être utilisé dans l'optique ou l'électronique spéciale», explique Alexander Kolyadin, «car il y a initialement trop de défauts. Mais les plaques taillées dans les diamants de notre production ont un réseau cristallin presque parfait. Par conséquent, certains organismes de recherche auxquels nous fournissons nos échantillons pour étude,ils croient à peine aux résultats de mesure obtenus - ils sont si proches de l'idéal. Dans le même temps, il est possible d'obtenir un autre résultat significatif - assurer la répétabilité des caractéristiques, qui est d'une importance fondamentale pour un certain nombre de zones industrielles. Les diamants sont une sorte de dissipateurs thermiques, des fenêtres pour des optiques spéciales et des synchrotrons, c'est de la microélectronique de puissance, dont la création et l'amélioration fonctionnent maintenant partout dans le monde.sur la création et l'amélioration desquelles ils travaillent maintenant partout dans le monde. »sur la création et l'amélioration desquelles ils travaillent maintenant partout dans le monde. »

La part du lion du côté des revenus du budget de l'entreprise est toujours fournie par les diamants de joaillerie. Dans le même temps, les tendances émergentes suggèrent qu'au cours des prochaines années, la demande de diamants synthétiques et de plaques de diamant pour l'optique spéciale, la microélectronique et d'autres domaines industriels de haute technologie augmentera progressivement.

«La zone industrielle représente jusqu'à présent 20% de notre production, mais dans trois ans, nous prévoyons de l'augmenter à 50%, d'autant plus que la demande augmente rapidement. Maintenant, nous fabriquons principalement des plaques 4 x 4 et 5 x 5 mm, coupons plusieurs 7 x 7 et 8 x 8 mm et même 10 x 10 mm sur commande, mais il est trop tôt pour parler de production en série. Notre prochain objectif, explique Nikolai Khikhinashvili, est la transition vers la fabrication d'inserts diamantés en pouces. Il s'agit de la «taille d'or» et du minimum nécessaire, qui est très demandé dans l'industrie électronique et optique de masse. Et pour obtenir de telles plaques, vous devez faire pousser un cristal de diamant pesant cent carats. " Ils prévoient de fournir les premiers «prototypes» de ces plaques à NDT d'ici la fin de cette année.

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Source: https://habr.com/ru/post/fr393875/