Если несколько лет усердно заниматься научными исследованиями в области изучения технологий выращивания синтетических кристаллов, определённо можно сделать прорыв, чего с успехом добился российский алмазный холдинг, включающий три компании: «Инреал», «Невский Бриллиант» и «Новые алмазные технологии». Холдинг разработал уникальную промышленную технологию выращивания бесцветных, голубых (полупроводниковых) и желтых монокристаллов алмаза. Данная технология позволяет выращивать в одном контейнере до 200 кристаллов одновременно. Генеральный директор компании «Инреал» (Inreal), кандидат технических наук Колядин Александр Владимирович (Alexander Kolyadin) рассказал очень интересные факты о синтетических алмазах, которые Rough&Polished публикует для своих читателей.
В прошлом году многие диамантеры в мире были обеспокоены появлением на рынке синтетических бриллиантов. Насколько серьезно стоит бояться этой новой индустрии и чем вы можете всех успокоить?
Говорить сегодня о том, что синтетика стала заменять природные камни в ювелирной отрасли нет никакого смысла, потому что количество компаний, которые занимаются выращиванием бесцветных монокристаллов можно сосчитать на двух руках. Кроме того, скорости роста монокристаллов достаточно малы – для бесцветных кристаллов они равны 1-2 мг/час. Чтобы вырастить кристалл весом в 1 карат (200 мг) потребуется время более 5 суток. Общее количество дорогостоящего оборудования для выращивания кристаллов у этих компаний в совокупности не превышает 1000 единиц. Угрозы на сегодняшний день не существует, но появляются новые технологии по той простой причине, что этот материал имеет большое будущее, благодаря его уникальным физическим и химическим свойствам. Синтетический кристалл самый теплопроводный, самый износостойкий, способен работать в агрессивных и радиационных средах. И все пытаются понять, что можно из этого сделать и как это можно использовать.
Искусственно выращенный кристалл - это завтрашний день и основное его назначение – использование в технических целях в области высоких технологий. Изготовление бриллиантов – это всего лишь частный случай использования алмаза ювелирного качества. У нас есть слоган – если уже ничего больше нельзя изготовить из алмаза, сделай бриллиант. Естественно, в настоящее время за столь большой срок существования технологий огранки выработался достаточно эффективный способ оценки коммерческой стоимости бриллиантов в зависимости от его формы, размера, цвета и качества. Поэтому все компании, занимающиеся выращиванием, в первую очередь оценку стоимости своей продукции осуществляют по ювелирному направлению. Оценить стоимость изделий для hi-tech значительно сложней, поскольку для некоторых направлений еще не сформированы технические требования к монокристаллам. Для этого надо провести много научно-технических и опытно-конструкторских работ, чтобы это вылилось в конкретные требования по физико-механическим свойствам кристаллов. С другой стороны, исследовательские центры только сейчас начинают получать такие материалы. Если раньше все надеялись, что безазотный природный алмаз даст какой-то шанс электронике сделать шаг вперед, то оказалось, что найти в природе одинаковые кристаллы по дефектно-примесному составу очень сложно, поскольку их в природе менее 2% и каждый кристалл не похож на другой. Поэтому природные безазотные алмазы в основном используются в электронике только как единичные датчики, к примеру, как датчики ионизирующих излучений.
Какие основные методы используются для выращивания монокристаллов алмаза?
Существуют две основные технологии выращивания монокристаллов - CVD (chemical vapor deposition – осаждение углерода из газовой фазы) и HPHT (high-pressure high-temperature – с использованием высокого давления и высокой температуры). Эти технологии связаны между собой и дополняют друг друга. Для выращивания качественных CVD-монокристаллов необходима HPHT-подложка, т.е. пластина из монокристалла, выращенного на прессовом оборудовании. А так как пластины из HPHT-кристаллов имеют небольшие размеры – от 3 до 10 мм, то, соответственно, и CVD-кристаллы имеют такие же размеры. Кроме того, CVD-кристаллы по толщине редко превышают 1-3 мм. Если осаждать углерод не на монокристаллическую подложку, а на кремний или поликристаллический алмаз, в итоге получим поликристаллический диск толщиной до 1 мм, который не обладает уникальными свойствами монокристалла и, соответственно, имеет ограниченное применение в электронике и оптике. В настоящее время диаметр таких поликристаллических дисков может достигать до 100 мм. Они могут применяться для алмазных окон, часовых стекол, микротехники и т.д. Поэтому только монокристаллы алмаза – будущая новая элементная база для электроники, оптики, медицины, ювелирной и инструментальной промышленности.
Как известно, Китай - основной производитель синтетических алмазов. Возможно, серьёзная угроза природному алмазу придет именно оттуда?
Сегодня Китай производит более 10 млрд карат синтетического алмазного порошка, причем 80% используется внутри самого Китая. Десять лет назад китайские специалисты приобрели у киевского Института сверхтвердых материалов очень удачную конструкцию кубического пресса, которая позволила впоследствии разработать технологию массового спонтанного синтеза высококачественных алмазных порошков. Сегодня каждые полчаса с кубического пресса сходит 250-400 карат алмазного порошка размером до 800 мкм или 2-3 поликристаллических алмазных диска диаметром до 50 мм для производства инструмента. А таких прессов в Китае сегодня более 30 тысяч. Цена порошков упала в десять раз, с 2 долларов до 20 центов. Это привело к закрытию или перепрофилированию многих зарубежных алмазных заводов, производящих порошки. Потребности инструментальной промышленности в монокристаллах более крупных размеров, чем порошки, заставили китайские исследовательские центры разработать технологии спонтанного синтеза желтых монокристаллов от 1 мм до 4 мм. Однако самые крупные производители выпускают такие кристаллы объемом не более 10 тысяч карат в месяц, причем чистых кристаллов пока немного. Проводятся обширные исследовательские работы по разработке технологий одновременного выращивания большого количества кристаллов на кубических прессах методом температурного градиента с использованием в качестве затравок кристалликов из ранее синтезированных желтых порошков. Эти технологии пока не очень стабильны и используются на прессах небольшой мощности. Синтез бесцветных монокристаллов еще не развит.
Еще одним серьезным направлением в синтетических алмазах является бурно развивающиеся в Китае технологии выращивания монокристаллов методом CVD. Выращенные плоские монокристаллические безазотные кристаллы имеют коричневый оттенок. Они режутся на кубики размерами 1-3 мм. Далее подвергаются «облагораживанию» НРНТ-обработкой (становятся бесцветными), а затем из них производятся те скандально известные «синтетические» мелкие бриллианты, которые в последнее время взбудоражили весь алмазный мир. Темпы развития китайской алмазной промышленности впечатляют и, думаю, не пройдет и двух-трех лет, как китайские алмазные заводы начнут переориентировать свои мощности с порошков на выращивание монокристаллов, причем, если будут созданы технологии спонтанного синтеза бесцветных кристаллов размером от 1000-800 мкм до 2-3 мм в больших объемах, а это основные размеры кристаллов для огранки бриллиантов в Индии, вот тогда возможно серьезное влияние «синтетики» на мировую алмазную индустрию природных алмазов.
Насколько трудно отличить синтетический камень от природного?
В сырье очень просто, синтетические (НРНТ) камни имеют ярко выраженную кубо-октаэдрическую форму и имеют на затравочной плоскости след от затравки. Синтетические (CVD) камни имеют форму пластин, а затем после предварительной обработки форму кубов или цилиндров. Сложнее дело с готовой продукцией – бриллиантами. Для простого покупателя внешне отличить синтетический бесцветный бриллиант высокого качества (IF-VVS) от аналогичного природного достаточно сложно. Для эксперта это возможно при наличии ряда приборов. В основе диагностики лежит измерение спектра поглощения алмаза. Если эксперт определил по спектру поглощения, что камень является безазотным, это первое подозрение на то, что он может быть синтетическим, поскольку натуральных безазотных кристаллов в природе менее 2%. Далее бриллиант проверяется на наличие и характер секторов роста в ультрафиолетовом излучении с использованием прибора “Diamond View”. Синтетические бриллианты имеют секториальное строение, для цветных бриллиантов это можно обнаружить в обычную лупу 10х. К сожалению, в настоящее время нет такого достаточно простого прибора, который бы одним прикосновением отличил синтетический бриллиант от природного, но такие приборы уже в разработке. Для промышленного использования основная проблема – это создание такого прибора, который бы достаточно быстро диагностировал большое число камней. В камнях качества VS и SI есть включения графита, металлов-растворителей, по которым можно определить природу этого камня. Более того, существует ряд других более сложных способов определения синтетических камней.
Многие покупатели обеспокоены тем, что в ювелирных изделиях вместо натуральных появятся синтетические кристаллы. Этой проблемой озадачены и ювелирные компании. Насколько реальна эта проблема?
Объемы производства синтетических бесцветных бриллиантов на сегодняшний день составляют сотые доли процента от натуральных. Кроме того, целый ряд организаций, включая все геммологические центры, включились в работу по предотвращению подмешивания синтетических бриллиантов под видом природных, выявлению компаний, занимающихся таким смешиванием, по сертификации синтетических алмазов. В общем же, на сегодняшний день, рынки синтетических и природных бриллиантов имеют разных потребителей. По оценкам одного из лидеров в продажах синтетических бриллиантов на американском, канадском и европейском рынках Алексея Зарахани (Alexei Zarakhani) (компания D.NEA), «синтетические бриллианты имеют достаточно большой спрос среди нового поколения молодых людей, называемого поколением HiTec, которым интересен этот продукт в силу их увлеченности всем современным, сделанным руками человека (man made)», утверждающего также, что в будущем не будет существенной разницы между мелкими синтетическими и природными бриллиантами, поскольку львиную долю в стоимости как природного, так и синтетического бриллианта составляет заработная плата огранщика. Ну что ж, поживем - увидим. На сегодняшний день, стоимость синтетических бриллиантов достаточно высока и либо равна половине стоимости натурального бриллианта, либо близка к его стоимости, поскольку стоимость синтетических алмазов будет падать только при появлении предприятий, выращивающих алмазное сырье в промышленных масштабах.
Вероника Новоселова, Rough&Polished, Санкт-Петербург
