Como e onde crescem os maiores diamantes do mundo

Os diamantes artificiais maiores e de mais alta qualidade são cultivados hoje nas proximidades de Sestroretsk, nas proximidades de São Petersburgo. Falaremos sobre a empresa russa NDT e como as melhores amigas das meninas nascem na publicação de hoje.



Um certificado para um diamante sintético recorde de 10,02 quilates, cor E e pureza VS1 foi emitido pelo Instituto Gemológico Internacional de Hong Kong (IGI) da empresa russa New Diamond Technology (NDT). As pedras preciosas com essas características para o mundo das joias são um fenômeno bastante trivial, mas uma pedra artificial cortada de um diamante sintético de 32 quilates é um evento para o mercado de diamantes sintéticos e é um evento único.



A produção na qual foi possível cultivar um cristal recorde está concentrada em uma pequena oficina em um dos parques tecnológicos perto de Sestroretsk. As capacidades da empresa são limitadas por mais de três dúzias de prensas hidráulicas, nas quais crescem a altas temperaturas e pressões, mícrons por mícrons, diamantes da mais alta qualidade. Nos painéis de controle dos controladores para cada impressora, os parâmetros atuais são refletidos. “Os princípios gerais da síntese de diamantes são bem conhecidos e têm sido utilizados na indústria há mais de meio século. Mas os detalhes dos modos de síntese são um dos conhecimentos da nossa empresa ”, afirmou o diretor de produção Roman Kolyadin. "... Os aparelhos de ar condicionado de precisão mantêm um microclima na oficina com uma precisão de décimos de grau. Além disso, mesmo um pequeno calado pode levar a um desvio indesejável no regime de temperatura,o que pode prejudicar significativamente a qualidade do diamante ”, acrescenta o especialista.



Uma breve excursão pela história

As primeiras tentativas de sintetizar diamante artificial foram feitas no final do século XVIII, quando os cientistas chegaram à conclusão final de que o carbono é a base do diamante. Desde o final do século 19, os cientistas tentaram transformar formas baratas e acessíveis de carbono (carvão ou grafite) em um diamante duro e brilhante. Muitas declarações de sucesso foram feitas por muitos, incluindo cientistas conhecidos, incluindo o químico francês Henri Moissan e o físico britânico William Crookes. Um pouco mais tarde, verificou-se que nenhum deles poderia apresentar evidência real do resultado. O primeiro diamante artificial apresentado ao mundo foi obtido em 1954 no laboratório da General Electric.

Curiosamente, no processo de produção de diamante sintético na GE, eles foram guiados pela "tecnologia" que a própria natureza usa. Como os especialistas pensaram, os diamantes naturais são formados a uma temperatura de cerca de 1300 ° C e uma pressão de cerca de 50.000 atm. na espessura do manto do planeta a uma profundidade de centenas de quilômetros abaixo da superfície da Terra. Lamproitos, kimberlitos e outras rochas ígneas carregam cristais para a superfície. Para simular as condições descritas em laboratório, os especialistas da GE usaram uma prensa que espremia uma célula, dentro da qual foram colocados grafite e um ferro-níquel-cobalto, que atuava como catalisador e solvente.

Os especialistas da GE chamaram sua tecnologia HPHT (High Pressure High Temperature). Com o tempo, foi ela quem foi tomada como base para a obtenção de diamantes técnicos baratos e pó de diamante.

Como os diamantes são cultivados hoje A

produção industrial de diamantes sintéticos hoje se baseia principalmente em uma de duas tecnologias - a tecnologia HPHT e CVD mencionadas acima. Técnicas exóticas, como a síntese de nanocristais de diamante a partir de grafite em uma explosão ou o método experimental para produzir diamantes em mícrons a partir de uma suspensão de partículas de grafite em solventes orgânicos sob a influência de cavitação ultrassônica, são menos utilizadas.

HPHT

A tecnologia é reduzida ao processo de cultivo de cristais únicos de diamante em alta temperatura (cerca de 1500 ° C, com o gradiente desejado) e alta pressão (50-70 mil atm.). Uma prensa hidráulica comprime um recipiente especial, dentro do qual há um metal fundido (ferro, níquel, cobalto etc.) e grafite. No substrato, uma ou mais sementes são colocadas - pequenos cristais de diamante. Uma corrente elétrica flui através da câmara, aquecendo o derretimento até a temperatura desejada. Sob essas condições, o metal serve como solvente e catalisador para a cristalização de carbono na semente na forma de diamante. O processo de cultivo de um grande ou vários cristais menores dura, em média, 12 a 13 dias.



Hoje, a produção industrial de diamantes artificiais e pó de diamante atinge bilhões de quilates por ano. Na década de 1970, usando a tecnologia HPHT, eles também aprenderam a fabricar pedras de joalheria de qualidade média, pesando até 1 quilate.

CVD

Desde a década de 1960, os principais laboratórios do mundo desenvolvem uma tecnologia alternativa e mais barata de síntese de diamante - CVD (Deposição de Vapor Químico, Deposição de Vapor de Gás). No processo de síntese, os diamantes são depositados em um substrato aquecido a 600-700 ° C a partir de gás hidrocarboneto, que é ionizado usando radiação de microondas ou aquecido a altas temperaturas. Quando depositada em silicone ou diamante policristalino, é obtida uma pastilha policristalina, que tem uso limitado em eletrônica e óptica. A taxa de crescimento é de 0,1 a 100 μm / h. A espessura das placas é geralmente limitada a 2-3 mm, portanto os diamantes cortados podem ser usados ​​como jóias, mas seu tamanho, em regra, não excede 1 quilate.



As capacidades deste método de síntese no início dos anos 2000 atraíram grande atenção tanto de pequenas empresas iniciantes quanto de grandes empresas como a Element Six, um membro do grupo industrial De Beers.



O potencial do método HPHT até recentemente permaneceu bastante subestimado. “Quando compramos equipamentos há vários anos, todos dissemos por unanimidade que as prensas industriais são adequadas apenas para a síntese de pós de diamante”, diz Nikolai Khikhinashvili. Toda atenção e recursos foram focados principalmente na melhoria do método de DCV. Ao mesmo tempo, a tecnologia HPHT era considerada um nicho, pois a grande maioria dos especialistas simplesmente não acreditava que pudesse ser usada para produzir cristais suficientemente grandes e de alta qualidade. E, no entanto, de acordo com Nikolai, os especialistas em NDT puderam propor sua própria tecnologia de síntese, que lhes permite obter diamantes de qualidade e tamanho tão altos, que até o momento só podiam ser alcançados trabalhando com cristais naturais. Em relação às tecnologias de corte,depois são cultivadas em laboratório e os diamantes naturais são processados ​​exatamente da mesma maneira.





"É claro que não somos os únicos que cultivam diamantes com mais de 5 a 6 quilates", compartilha Nikolai. - Mas hoje absolutamente todas as empresas obedecem ao princípio de “duas em três”: grandes, de alta qualidade e comercialmente viáveis. Nossa empresa foi a primeira a dominar a tecnologia para produzir grandes cristais de diamante de alta qualidade a um custo acessível. 32 prensas nos permitem cultivar cerca de 3.000 quilates por mês e, ao mesmo tempo, todas as pedras de alta qualidade são diamantes das categorias de cores D, E, F e pureza do mais puro IF ao SI, principalmente do tipo II. 80% de nossos produtos são diamantes para joias com peso de 0,5 a 1,5 quilates, embora as capacidades tecnológicas nos permitam produzir diamantes personalizados de qualquer tamanho. ” Como prova do que foi dito, Nikolai mostrou aos repórteres um cristal do tamanho de uma moeda de 10 rublos: “Este, por exemplo, 28 quilates.Após o corte, obtemos um diamante de 15 quilates. ”



Desde o início dos anos 2000, o monopólio global de diamantes, a preocupação da De Beers, manifestou preocupação com a perspectiva de entrar no mercado de joias com diamantes, o que, segundo a administração, poderia prejudicar seus negócios. Mas, como o tempo demonstrou, os diamantes sintéticos não competem com as pedras naturais, uma vez que ocupam uma fração desprezível do mercado de joias em comparação. Além disso, durante o aprimoramento de suas tecnologias de produção, foram desenvolvidos métodos de pesquisa que permitiram identificar com confiança e precisão os diamantes sintéticos. Entre os aspectos característicos da síntese, deve-se chamar inclusões metálicas e, em diamantes não ferrosos - setores de crescimento facilmente definidos. Além disso, as pedras artificiais obtidas com a tecnologia HPHT, CVD, em comparação com diamantes naturais nos raios UV, apresentam diferentes padrões de luminescência.



"O que os consumidores pensam dos diamantes cultivados?" De maneira bastante favorável, diz Nikolai, "especialmente a juventude moderna, para quem é importante que esses diamantes sejam livres de conflitos e criados por pessoas que usam alta tecnologia sem interferência na natureza". Bem, e, o mais importante, o custo dessas pedras é cerca da metade do preço. Obviamente, o certificado deve refletir que as pedras são cultivadas, mas é claro que o proprietário do anel com um diamante assim não precisa ter um certificado! Ao mesmo tempo, em termos de propriedades físicas e químicas, os diamantes cultivados no laboratório de END são idênticos aos naturais ”, concluiu o especialista.

O que é comum entre diamante e nitrogênio

Dependendo do teor de nitrogênio, os diamantes podem ser atribuídos a um dos dois tipos principais. Os diamantes do tipo I incluem até 0,2% de nitrogênio, cujos átomos estão localizados nos locais da treliça de cristal em grupos (Ia) ou individualmente (Ib). Os diamantes desse tipo específico prevalecem entre os diamantes naturais (98%). Na maioria das vezes, essas pedras não são incolores. Os diamantes do tipo IIa praticamente não contêm nitrogênio (menos de 0,001%). Tais cristais no reino dos minerais naturais são raros, apenas 1,8%. Praticamente nenhum (em 0,2% dos casos) diamantes livres de nitrogênio com uma mistura de boro (IIb) não é encontrado. Átomos de boro nos nós da rede cristalina determinam sua condutividade elétrica e dão aos diamantes um tom azulado.

Diamantes na produção industrial

Os diamantes para joias são um negócio muito lucrativo para NDT e empresas similares, mas hoje outra tendência distinta, mais prioritária e, com toda probabilidade, a longo prazo é claramente visível. O diretor técnico da NDT, Alexander Kolyadin, gosta de repetir: "Se você não pode fazer mais nada com diamante, faça um diamante". De fato, a indústria é a direção mais promissora do mercado para diamantes sintéticos grandes e de alta qualidade. “Nem um único diamante natural pode ser usado em óptica ou eletrônica especiais”, diz Alexander Kolyadin, “já que há inicialmente muitos defeitos neles. Mas as chapas cortadas dos diamantes de nossa produção têm uma estrutura cristalina quase perfeita. Portanto, algumas organizações de pesquisa às quais fornecemos nossas amostras para estudo,eles dificilmente acreditam nos resultados de medição obtidos - estão tão próximos do ideal. Ao mesmo tempo, é possível obter outro resultado significativo - para garantir a repetibilidade das características, que são de fundamental importância para diversas áreas industriais. Os diamantes são uma espécie de dissipadores de calor, janelas para óticas especiais e síncrotrons, são microeletrônicos de potência, cuja criação e aprimoramento agora estão funcionando em todo o mundo. ”na criação e aprimoramento dos quais eles estão trabalhando agora em todo o mundo. ”cuja criação e aprimoramento está funcionando agora em todo o mundo ".

A maior parte da receita do orçamento da empresa ainda é fornecida por diamantes de jóias. Ao mesmo tempo, as tendências emergentes sugerem que nos próximos anos a demanda por diamantes sintéticos e placas diamantadas para óptica especial, microeletrônica e outros campos industriais de alta tecnologia aumentará progressivamente.

“Até agora, a área industrial responde por 20% da nossa produção, mas em três anos planejamos aumentá-la para 50%, principalmente porque a demanda está crescendo rapidamente. Agora, fabricamos principalmente chapas de 4 x 4 e 5 x 5 mm, cortamos várias por encomenda 7 x 7 e 8 x 8 mm e até 10 x 10 mm, mas ainda é muito cedo para falar sobre produção em massa. Nosso próximo objetivo, diz Nikolai Khikhinashvili, é a transição para a fabricação de pastilhas de diamante em polegadas. Esse é o "tamanho dourado" e o mínimo necessário, que é muito procurado na indústria eletrônica e óptica de massa. E para obter essas placas, você precisa cultivar um cristal de diamante pesando cem quilates. " Eles planejam fornecer os primeiros "protótipos" dessas placas para o NDT até o final deste ano.

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