Автор: Эхуд Арие Ланиадо (Ehud Arye Laniado)
(ehudlaniado.com) – Синтетические, выращенные в лаборатории, созданные промышленным способом, созданные человеком или культивированные. Как бы вы не решили назвать их, выращенные в лаборатории бриллианты вызывают очень острую дискуссию в наши дни, и средства массовой информации, занимающиеся алмазами, постоянно сообщают о новых разработках в этой развивающейся отрасли. Нравится ли это вам или нет, выращенные в лаборатории бриллианты не уйдут, и технология, используемая для их выращивания, быстро совершенствуется. Как и в случае с любыми другими товарами или услугами, когда есть спрос на что-то, компании будут продолжать выходить на рынок с предложениями для удовлетворения этого спроса. Спрос на выращенные в лаборатории бриллианты растет в некоторых из крупных стран-потребителей алмазов и бриллиантов, а в других странах не растет. В своей следующей серии статей я буду глубоко рассматривать активно развивающееся явление выращенных в лаборатории бриллиантов. Я расскажу об их истории, производстве и применении. Я также буду обсуждать, как на них реагирует рынок природных алмазов и бриллиантов, как формируются основы спроса и предложения и как в настоящее время происходит формирование цен на них на рынке.
Хотя мы склонны думать о выращенных в лаборатории бриллиантах, в основном, в контексте отрасли драгоценных камней и ювелирных изделий, истина заключается в том, что ученые и инженеры-разработчики ищут новые пути производства алмазов, которые могут использоваться для применения в промышленности и медицине. Представьте себе краску для автомобилей на основе алмазов, чтобы она не царапалась, или нанокластеры из алмазов, способные доставлять препараты для химиотерапии непосредственно в клетки, не оказывая негативного влияния, которые имеют нынешние агенты для доставки препарата. Хотя мы обычно слышим о двух основных методах выращивания алмазов, а именно, о методе высокого давления и высокой температуры (High-Pressure, High Temperature, HPHT) и методе химического осаждения из газовой фазы (Chemical Vapor Deposition, CVD), ученые успешно нашли другие способы для производства алмазов в лаборатории.
Еще со времени открытия в 1797 году того факта, что алмаз является разновидностью углерода, ученые работали над этим вопросом и строили теории в отношении способов производства алмазов из более доступных видов углерода. В 1911 году научный фантаст Г. Дж. Уэллс (H. G. Wells) описал концепцию синтетических алмазов в коротком рассказе «Человек, который делал алмазы» (The Diamond Maker). Джеймс Баллантин (James Ballantyne) и Фердинанд Фредерик Анри Муассан (Ferdinand Frédéric Henri Moissan) сообщили о более ранних письменных отчетах о попытках производства алмазов в 1879 и 1893 годах, соответственно. Хэнни (Hanney) сообщал, что он нагревал древесный уголь в тигельной печи вместе с железом до температуры выше 3500°F. Быстрое охлаждение железа создавало высокую температуру, необходимую вдобавок к уже имеющейся температуре.
Муассан, с другой стороны, первым обратился к этой идее после открытия небольших алмазов в метеоритном кратере в штате Аризона. Он использовал свою недавно изобретенную электродуговую печь, в которой создавалась электрическая дуга между двумя углеродными стержнями внутри блока из глины. Хотя Муассан считал, что он открыл новый способ выращивания алмазов, на самом деле он создал новый материал, состоящий из карбида кремния, а не алмаз. Муассанит, который Муассан создал, не зная того, все еще носит его имя в настоящее время. Ему была присуждена Нобелевская премия по химии в 1906 году.
В 1917 году Отто Руфф (Otto Ruff) адаптировал и повторил эксперимент Муассана и сообщил, что он получил алмазы размером свыше 7 мм, но позднее отозвал свои заявления. В 1926 году доктор Дж. Уиллард Херши (J. Willard Hershey) из колледжа Макферсона (McPherson) в штате Канзас, снова повторил работы Муассана и Руффа и успешно создал синтетический алмаз, который до сих пор выставлен в музее Макферсона в штате Канзас. Выдающийся инженер Сэр Чарльз Алджернон Парсонс (Charles Algernon Parsons), который скопил огромное состояние и достиг высокого положения после изобретения паровой турбины в 1884 году, как сообщали, потратил 40 лет и значительную часть своего состояния, пытаясь произвести алмазы. Хотя считают, что он добился успехов, в 1928 году по неизвестным причинам он опубликовал статью, в которой высказал свое мнение о том, что до сих пор не было произведено никаких синтетических алмазов, и что в других «успешных» попытках был, вероятно, произведен синтетический шпинель, а не алмазы.
В 1941 году компания General Electric создала группу по совершенствованию методов синтеза алмазов. Их работа была прервана Второй мировой войной, но позднее была возобновлена. В декабре 1954 года Трейси Холл (Tracy Hall) из GE объявил о подтвержденном и воспроизводимом процессе синтеза алмазов. Для его прорыва использовался «ленточный» пресс, который мог создавать давление свыше 10 ГПа и температуру выше 3630°F. В этом прессе использовался контейнер, в котором графит растворялся в катализаторах из металлов, например, никеля, кобальта или железа, которые также растворяли углерод и ускоряли превращение в алмаз. Самый крупный алмаз, который он произвел, был диаметром 0,15 мм, слишком маленький для использования его в ювелирных изделиях, но он прекрасно подходил для технических применений. Его метод впервые позволял массовое производство алмазов, и GE была доминирующим игроком в разработке технических алмазов в течение многих лет. Холл за свою работу получил награду Американского химического общества за креативные инновации (American Chemical Society Award for Creative Innovation).
Шведская электротехническая компания ASEA (Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget), как сообщали, синтезировала алмазы до GE в 1953 году, но держала свое открытие в секрете до 1980-х годов. В 1980-е годы новый конкурент появился в Корее – компания Iljin Diamond. Потом появились сотни китайских предприятий. Iljin Diamond, как предполагают, провела синтез алмазов в 1988 году, незаконно завладев коммерческими секретами GE через бывшего корейского работника компании GE.
К 1979 году GE смогла впервые вырастить алмазы ювелирного качества, используя затравки из природных алмазов, с помощью процесса, сейчас известного как НРНТ, который все еще является основным методом их производства в настоящее время. При работе устройств в течение недели можно произвести камни размером до 5 мм (1 карат). Первые камни ювелирного качества всегда были от желтого до коричневого цвета из-за загрязнения азотом, и включения были распространенными, особенно введение никеля в кристаллическую структуру. Удаление всего азота из процесса за счет добавления алюминия или титана привело к созданию бесцветных «белых» камней, а удаление азота и добавление бора приводили к образованию голубых камней. Удаление азотов также замедляло процесс роста и снижало качество кристаллов, поэтому процесс обычно проводился в присутствии азота. После десятилетий доминирования GE продала свое подразделение супер-абразивов в 2003 году частной инвестиционной компании. В 2007 году она была снова продана шведской компании Sandvik.
Также в 1970-х годах советские ученые воспользовались преимуществами изобретения микроволновки. Они снова открыли новый алмазоподобный минерал, созданный немецкими минералогами в 1937 году, работа которых была прервана из-за начала Второй мировой войны. Немцы установили, что этот минерал так редко встречался в природе, что они даже не дали ему название. В попытке вырастить кристаллы алмаза, советские ученые взяли минерал, который сейчас называют окись циркония, и подвергли камни перегреву с добавлением стабилизирующих оксидов к созданным кубическим минералам, которые они в то время считали алмазом. То, что они создали на самом деле, это был кубический цирконий (CZ), который не получил известности до конца 1970-х годов, когда Swarovski & Company начала проводить массовый маркетинг кристалла в своих ювелирных изделиях. К 1980-ому году мировой объем производства кубического циркония уже достиг 50 млн каратов в год.
Не следует забывать, что De Beers была крупным участником в разработке синтетических алмазов еще с 1946 года, когда Сэр Эрнест Оппенгеймер (Ernest Oppenheimer) создал компанию Industrial Distributers Ltd. для того, чтобы сосредоточить свое внимание на поиске новых промышленных применений природных алмазов. В то время он искал новые области применения для большого количества низкокачественных алмазов, поступающих с рудников De Beers, которые были, по существу, бесполезными и практически не имели стоимости. К 1960 году IDL разработала свои собственные методы синтеза алмазов с помощью НРНТ на своих предприятиях в ЮАР. К 1989 году они добились успехов в выращивании алмазов с помощью метода CVD. В 2002 году компания провела ребрендинг, получив название Element 6, что связано с порядковым номером углерода, шестым элементом в периодической таблице. Element 6 сейчас является одной из крупнейших компаний по производству синтетических алмазов в мире, как с точки зрения объемов производства, так и как исследовательское подразделение, изучающее новые процессы для разработки и промышленных применений.
Выращенные в лаборатории алмазы имеют долгую и интересную историю. На следующей неделе я подробнее остановлюсь на способах синтеза алмазов в лаборатории, включая некоторые новые разработки, которые могут изменить правила игры в будущем.
