По своим физическим свойствам и по химическому составу драгоценные камни, полученные синтетическим путем, практически не отличаются от натуральных. Далеко не все изделия, продающиеся в ювелирных магазинах, содержат натуральные камни. И это вполне нормально. Рассмотрим, как открыть свой бизнес на выращивании кристаллов рубина в домашних условиях.
Основная проблема заключается в том, что большая часть натуральных камней не обладает всеми необходимыми характеристиками, чтобы красоваться в ювелирном украшении. Камни, полученные в заводских или лабораторных условиях, имеют практически одинаковые характеристики. Кроме того, синтетическое производство драгоценности обходится дешевле, нежели добыча натурального в глубоких и опасных для жизни шахтах.
Выращивание с использованием ограниченных солей
Для данного метода подойдут алюмокалиевые квасцы. Дома лучше всего выращивать кристаллы из медного купороса. Они плохо растут из обычной соли. А вот медный купорос и купить легко, и з него растут очень красивые синие искусственные драгоценные камни.
1. Подготавливаем емкость. В ней будем делать насыщенный раствор соли. Насыпаем несколько столовых ложек соли, заливаем ее водой и размешиваем. Досыпаем соль, пока она не перестанет растворяться. Используйте горячую воду, чтобы не ошибиться с пропорциями. Есть кривые растворимости для разных солей. Они показывают, сколько граммов может раствориться в 100 мл воды при определенной температуре.
Кривые растворимости
2. Фильтруем раствор. Этот шаг очень важный, особенно если вы покупаете медный купорос в магазине для сада и огорода. Если раствор будет грязным, кристалл вырастет с дефектами. Оставляем раствор на сутки, чтобы из него выпали лишние кристаллы. Они оседают на дне стакана и служат нам затравкой (главным элементов, на котором будут наращиваться новые).
3. Привязываем кристалл к леске. Леску обматываем на карандаш и вешаем это приспособление на стакан с насыщенным раствором. С течением времени вода испаряется, насыщенность раствора увеличивается. Излишек вещества, которое не может раствориться, оседает на наше изделие.
4. Раз в две недели добавляем в стакан насыщенный раствор. Зачем это делать? Со временем вода испаряется и на каком-то моменте роста ее будет недостаточно и рост прекратится.
Важно! Добавляемый раствор должен быть такой же температуры, как и раствор, где растет кристалл. Если она будет высшей, можем все испортить.
5. Через три месяца вынимаем кристалл и высушиваем его салфеткой.
6. Покрываем изделие 1-2 слоями бесцветного лака для ногтей. Это необходимо, чтобы он не высыхал и не терял свой блеск. После высыхания изделие можно брать руками.
Вот какие замечательные рубины можно вырастить в домашних условиях!
Искусственные камни давно завоевали популярность в ювелирных изделиях. Ведь для ювелира ценность камня определяется не только его дефицитом в природе. Важную роль играет целый ряд других характеристик:
- цвет;
- светопреломление;
- прочность;
- вес в каратах;
- размер и форма граней и др.
Самый дорогой искусственный драгоценный камень Фианит (синонимы: даймонсквай, джевалит, кубик циркония, шелби). Его цена невелика – менее 10$ за 1 карат (это 0,2 грамма). Но стоит отметить, что с увеличением каратов цена растет экспоненциально. Например, алмаз в 10 карат стоит в 100 раз дороже алмаза 1 карат.
Искусственные кристаллы ювелирных камней можно вырастить в домашних условиях. Большинство подобных экспериментов не нуждаются в специальной подготовке, вам не понадобится обустраивать химическую лабораторию и даже приобретать специальные реактивы.
Для приобретения опыта выращивания кристаллов начинайте с малого. Мы поделимся техникой выращивания красивых кристаллов из всего, что вы можете найти фактически на собственной кухне. Вам вообще не понадобится дополнительный инвентарь, ведь все необходимое точно стоит на полках. Так же рассмотрим технологию выращивания искусственных рубинов в домашних условиях!
Как вырастить кристаллы рубинов синтетически?
Выращивание кристаллов рубина может даже стать вариантом домашнего бизнеса. Ведь красивые синтетические камни уже сегодня пользуются большим спросом среди покупателей, поэтому в случае успешной реализации проекта могут принести вам неплохую прибыль. Синтетически выращенные камни используются ювелирами, а также имеют широкое применение в технике.
Кристаллы рубина можно выращивать по стандартной методике, подобрав правильные соли. Но это будет не столь эффективно, как в случае с солью или сахаром, при этом намного дольше по длительности является процесс роста. Да и качество будет сомнительное. Ведь натуральный рубин по шкале твердости Моосу уступает только Алмазу занимая почетное 9-е место. Естественно, если речь идет о бизнесе, в большинстве случаев используют другой способ, разработанный более 100 лет назад во Франции.
Вам потребуется специальный аппарат, имеющий название по имени изобретателя данного способа, т. е. аппарат Вернейля. С его помощью можно выращивать кристаллы рубина, размером до 20-30 карат всего за несколько часов.
Хотя технология остается примерно такой же. Соль двуокиси алюминия с примесью оксида хрома помещают в накопитель кислородно-водородной горелки. Расплавляем смесь, наблюдая, как фактически "на глазах" вырастает рубин.
В зависимости от состава выбранной вами соли вы можете регулировать цвет кристаллов, получая искусственные изумруды, топазы и абсолютно прозрачные камни.
Работа с аппаратом потребует от вас внимания и некоторого опыта, но зато в дальнейшем вы получите возможность выращивать кристаллы, которые завораживают своей красотой, прозрачностью и игрой цвета. В дальнейшем такие шедевры хорошо подаются огранке и шлифовке, соответственно, могут применяться по назначению.
Стоит отметить, что искусственно выращенные кристаллы не являются драгоценными камнями, поэтому, даже если вы решите заняться предпринимательской деятельностью по их выращиванию, это не потребует от вас дополнительного лицензирования.
Конструкция аппарата несложна, ее легко можно сделать самостоятельно. Но на просторах Интернета уже достаточно умельцев, предлагающих чертежи оригинальной установки, а также ее усовершенствованные варианты.
Набор для выращивания кристаллов рубина в домашних условиях
Сам принцип технологии производства рубинов достаточно прост и схематически изображен ниже на рисунке:
Понимая принцип действия, любое устройство уже не кажется таким сложным. Один из образцов чертежей аппарата Вернейля:
По данной технологии можно так же выращивать и другие дорогие искусственные камни, такие как «Голубой Топаз» и т.п.
Выращивание кристаллов из соли в домашних условиях
Самый простой и доступный эксперимент, который вы можете провести – создать красивые солевые кристаллы. Для этого вам понадобится несколько предметов:
- Обычная каменная соль.
- Вода. Важно, чтобы сама вода содержала как можно меньше собственных солей, а лучше дистиллированная.
- Емкость, в которой будет проводиться опыт (сгодится любая банка, стакан, кастрюля).
Наливаем в емкость теплую воду (ее температура составляет около 50°С). Добавляем в воду кухонную соль и размешиваем. После растворения добавляем снова. Повторяем процедуру до тех пор, пока соль не перестанет растворяться, оседая на дно сосуда. Это говорит о том, что солевой раствор стал насыщенным, что нам и было нужно. Важно, чтобы во время приготовления раствора его температура оставалась постоянной, не остывала, так мы сможем создать более насыщенный раствор.
Насыщенный раствор переливаем в чистую банку, отделяя от осадка. Выбираем отдельный кристалл соли, а потом помещаем его в емкость (можно подвесить на нитке). Эксперимент выполнен. Через несколько дней вы сможете увидеть, как увеличился в размерах ваш кристалл.
Выращивание кристаллов из сахара в домашних условиях
Технология получения сахарных кристалликов аналогична предыдущему способу. Можно опустить ватный жгут в раствор, тогда сахарные кристаллы будут нарастать на нем. Если процесс роста кристаллов стал медленнее, значит уменьшилась концентрация сахара в растворе. Добавьте в него снова сахарного песка, тогда процесс возобновится.
На заметку: если добавить в раствор пищевого красителя, то и кристаллы станут разноцветными.
Можно выращивать сахарные кристаллики на палочках. Для этого вам потребуется:
- уже готовый сахарный сироп, приготовленный аналогично солевому насыщенному раствору;
- деревянные палочки;
- немного сахарного песка;
- пищевые красители (если хотите разноцветных леденцов).
Все происходит очень просто. Деревянную палочку обмакиваете в сиропе и обваливаете в сахарном песке. Чем больше крупинок прилипнет, тем красивее получится результат. Дайте палочкам, как следует высохнуть, а затем переходите попросту ко второй фазе.
Насыщенный горячий сахарный сироп выливаем в стакан, туда же помещаем заготовленную палочку. Если вы готовите разноцветные кристаллы, то в горячий готовый сироп добавьте пищевой краситель.
Следите, чтобы палочка не касалась стенок и дна, иначе результат будет некрасивым. Можно зафиксировать палочку с помощью листа бумаги, надев его сверху. Бумага послужит еще и крышкой для емкости, которая не позволит никаким посторонним частицам попасть в ваш раствор.
Примерно через неделю вы получите прекрасные сахарные леденцы на палочках. Ими можно украсить любое чаепитие, приведя в полный восторг не только детей, но и взрослых!
Выращивание кристаллов из медного купороса в домашних условиях
Кристаллы из медного купороса получаются интересной формы, при этом имеют насыщенный синий цвет. Стоит помнить, что медный купорос является химически активным соединением, поэтому кристаллы из него не следует пробовать на вкус, а при работе с материалом нужно проявлять осторожность. По этой же причине в данном случае подойдет только дистиллированная вода. Важно, чтобы она была химически нейтральной. Будьте внимательны и осторожны при обращении с медным купоросом.
При этом выращивание кристаллов из купороса происходит фактически по той же схеме, что и предыдущие случаи.
Помещая основной кристалл для выращивания в раствор, нужно проследить, чтобы он не соприкасался со стенками посуды. И не забывайте следить за насыщенностью раствора.
Если вы поместили свой кристалл на дне посудины, то стоит смотреть, чтобы он не касался других кристалликов. В этом случае произойдет их срастание, а вместо одного красивого крупного образца у вас получится масса невнятной формы.
Полезный совет! Вы можете самостоятельно регулировать размер граней своего кристалла. Если вы хотите, чтобы некоторые из них росли медленнее, их можно смазать вазелином или жиром. А для сохранности небесно-синего красавца можно обработать грани прозрачным лаком.
Существует 3 весовые категории бриллиантов:
- Мелкий. Масса 0,29 карата
- Средний. Масса от 0,3 до 0,99 карата
- Крупный. Бриллианты весом более 1 карата.
К популярным аукционам допускают камни массой от 6 карат. Камням с массой более 25 карат присваивают собственные имена. Например: «Винстон» бриллиант (62,05 карат) или «Де Бирс» (234,5 карат) и др.
Вам понадобится
- - дистиллированная или кипяченая вода;
- - химическая посуда для приготовления раствора;
- - лабораторный фильтр, который можно заменить промокашкой или ватой;
- - чистый лист бумаги.
Инструкция
Для выращивания красивого кристалла правильной формы, необходим чистый раствор. Чтобы его приготовить потребуются: дистиллированная или кипяченая вода, химическая посуда для приготовления раствора, лабораторный фильтр, который можно заменить промокашкой или ватой, чистый лист бумаги.
Чтобы кристалл вырос большим и красивым, требуется много времени. Это сложный и длительный процесс, который требует осторожности и терпения. Сначала надо приготовить маленький кристаллик – затравку. Как только появятся первые кристаллики необходимо выбрать из них те, которые имеют наиболее правильную форму или которые больше всего нравятся.
Химический стакан наполните наполовину теплой водой и добавьте малыми порциями соль. Раствор перемешайте после каждой порции вещества. Как только оно перестает растворяться, все еще раз тщательно размешайте. Приготовленный раствор отфильтруйте в другой стакан, где будет расти кристалл, и накройте его бумагой. Уже через неделю кристалл заметно подрастет.
Следует присматривать за тем, чтобы при испарении раствора верхняя часть кристалла не оказалась на воздухе. Это его испортит. Чтобы такого не произошло, добавляйте раствор в емкость по мере необходимости.
Обратите внимание
В процессе роста главного кристалла в растворе могут появляться и расти другие кристаллики, которые необходимо удалять не реже раза в две недели.
Полезный совет
Фильтровать раствор лучше всего через лабораторный фильтр, но если его нет, то можно использовать промокашку или вату. Чем он плотнее, тем чище будет жидкость.
Источники:
- как получить алмаз
Изумруд – драгоценный камень высокого класса. Некоторые образцы изумрудов могут стоить дороже алмаза. Вы можете встретить изумруд в самых изысканных ювелирных украшениях. А вы знали, что изумруд можно вырастить в домашних условиях?
Инструкция
Природе для того, чтобы вырастить изумруд понадобится тысячи, а может и лет, а вот в искусственных условиях весь процесс занимает всего пару месяцев. Искусственный изумруд по своим оптическим и физическим свойствам обычно даже лучше природного. Некоторые искусственные камни могут по всем характеристикам не природным камням. Однако, в отличие от своего природного брата, изумруд, выращенный в искусственных условиях, не будет иметь посторонних вкраплений и примесей. Такой камень будет отлично смотреться в обрамлении из или серебра.
Для выращивания изумрудов используйте гидротермальный метод. Для этого вам понадобится сосуд, который будет способен выдерживать высокий температурный режим, а также давление. Для данных целей попробуйте воспользоваться автоклавом, он-то и станет вашим аппаратом высокого давления. Для того чтобы данный аппарат соответствовал всем необходимым характеристикам, попробуйте обратиться к инженеру, который специализируется на сосудах высокого давления, который настроит его в соответствии необходимыми требованиями. Ваши издержки на , потребляемое аппаратом в сутки при условии непрерывной работы, составят порядка 30 рублей.
Дальше приступайте к научным исследованиям, если будете усердно работать, то примерно через ваших работ, сможете вырастить первый кристалл. Дальше найдите камнерезчика, который сможет разрезать кристалл на несколько частей и сделал из каждый ограненные камни.
Что делать с готовыми камнями, вам. Можете их ювелиру, который сделает из них , а можете начать свой и зарабатывать !
Обратите внимание
Люди верят, что изумруд, как и всякий драгоценный камень, обладает особыми свойствами, считается, что он возвращает память и укрепляет сознание. Можно ли этот отнести и на счет синтетических камней сказать сложно, но украсить ваше изделие смогут и они.
Источники:
- изумруд выращенный
Натуральные драгоценные камни порой добываются в глубоких, опасных для людей местах, на их поиск, добычу и огранку уходит масса времени и усилий, что заставляет и так немаленькие цены на них становиться еще выше. В то же время синтетические драгоценные камни точно такие же по своим физическим и химическим характеристикам, как и оригиналы, но на их производство затрачивается гораздо меньше усилий.
Инструкция
Метод выращивания камней Вернейля заключается в следующим: к горелке с опущенным вниз соплом через внешнюю трубу поступает водород, а через внутреннюю – кислород. Для производства рубинов вам также понадобится порошок окиси алюминия. Ваш аппарат должен начинаться воронкой, куда вы будете сыпать окись, которая через несколько часов станет драгоценностью. Прямо под воронкой располагается горелка с подведенными к ней трубками, по которым поступают кислород и водород. Ниже должна находиться емкость, где и будет расти ваш . Аппарат, разумеется, должен быть устойчив, а часть, где находится горелка – изолирована.
Высаживайте семена ранней весной в марте или апреле. Разложите семена по поверхности почвы. Опрыскайте их водой из пульверизатора и накройте горшок стеклом. Когда появятся сеянцы, поливайте их при помощи пипетки под корень, стараясь, чтобы вода не попала на листья. Маленькие растения достигают размера взрослого приблизительно через 1-1,5 года, затем начинают расти очень медленно.
В переводе с греческого название уникального суккулентного растения переводится как «похожий на камень». Действительно, растение выглядит очень экзотично и внешне напоминает округлую гальку, недаром в народе литопсы прозвали живыми камнями. В домашних условиях распространено несколько видов: литопс красивый, разделенный, ложноусеченный и другие. Уход и содержание растений схожи.
Влажность, освещенность и другие условия содержания литопса
Литопсы очень светолюбивые растения, поэтому дома горшок с живыми камнями лучше всего расположить на южном окне. Место должно быть постоянным, так как многие виды литопсов очень плохо реагируют на перемену расположения, не рекомендуется даже поворачивать горшочек.
Температура содержания литопса зависит от сезона. В период активного роста, который длится с марта до ноября живым камням требуется обычная комнатная температура, а в зимние месяцы растениям необходимо прохладное содержание при температуре 10-12 градусов.
Освещение рекомендуется яркое. В течение дня им необходимо 5 часов прямого солнечного света, а во второй половине суток растениям нужна полутень (в этот период у них открываются цветки). Осенью и зимой, когда света недостаточно цветоводы рекомендуют установить люминесцентные лампы над литопсами (расстояние от растений до светильника должно быть не менее 10 см).
После зимних месяцев необходимо приучать живые камни к яркому весеннему солнцу постепенно. Несколько дней требуется прикрывать литопсы занавеской. В противном случае растения могут получить ожоги.
Необычный цветок прекрасно переносит сухой воздух в квартире. Дополнительное увлажнение живым камням не требуется, но в период перехода от зимней спячки к активному росту весной опытные цветоводы советуют в течение нескольких дней опрыскивать воздух вокруг растений. Этот прием позволит стимулировать рост литопсов.
Выбор горшка, субстрата и особенности посадки литопсов
Для посадки живых камней потребуется емкость среднего размера, поскольку корневая система у них довольно большая. Форма может быть любая, но оптимальным вариантом будет широкая плошка или специальный горшок для кактусов. В одну емкость необходимо будет посадить несколько экземпляров, так как литопс лучше всего растет в компании. Замечено, что одно растение в горшке растет и развивается медленно.
Для субстрата возьмите:
- легкую дерновую землю (1 часть);
- крупнозернистый песок или мелкий гравий (1 часть).
Смешайте землю с песком (камнями) и насыпьте в горшок на слой дренажа. Затем разместите литопс таким образом, чтобы стержневой корень был полностью расправлен. Засыпьте корни субстратом так, чтобы листья были над поверхностью субстрата. Затем грунт засыпьте мелкими камушками (размером 5-7 мм) так, чтобы они на четверть прикрывали листья.
Нюансы полива и подкормок
Как и все суккуленты, живые камни боятся лишней влаги, от которой они могут погибнуть. Литопсам требуется очень умеренный полив, чтобы не допустить загнивания корней. Поливают растения 1 раз в неделю весной и летом. Зимой увлажнение полностью прекращают. Во время полива требуется следить, чтобы вода не попала в щель между листьями. Подкормки растению не требуются вообще, если литопсы пересаживают каждую весну в свежий субстрат.
Интересно, что во время активного роста живые камни меняют листья. Старая оболочка трескается, а внутри нее появляется новая пара мясистых листочков. Учтите, что данный процесс нельзя пытаться ускорить, так как это может серьезно повредить цветку.
Аналог настоящих драгоценных алмазов — искусственные алмазы. Издавна известно, что переливы бриллиантовых граней обладают магическими и чарующими свойствами. Но, так как природные алмазы — самые дорогие камни, приобрести бриллиантовые украшения многие попросту не могут. Благодаря аналогам как женщины, так и мужчины могут насладиться красотой и шиком украшений из искусственных камней. Помимо этого, алмазы применяются не только для изготовления ювелирных украшений, но и во многих отраслях жизни человека: наука, техника, медицина. Использовать качественные и драгоценные алмазы в промышленности не выгодно. Для этого применяются дефектные камни, которые не представляют особой ювелирной ценности, или искусственно выращенные алмазы. Название «алмаз» в переводе с древнего индийского языка обозначает «неразбиваемый». Другая версия гласит: название произошло от греческого слова «адамас», что значит «непреодолимый».
Особенности искусственных алмазов
В 1993 году впервые на мировом алмазном рынке начали появляться искусственные камни как экспериментальные образцы. Часть их направили на исследование в авторитетную лабораторию Геммологическиго института США, где ученые сделали вывод: отличие искусственных алмазов от природных камней довольно существенное, но не каждый ювелир или обычный потребитель сможет идентифицировать и отличить настоящий камень от поддельного. Главное отличительное свойство синтезированных искусственных алмазов — это чистота и твердость. Искусственный алмаз — самый твердый в мире камень. Природные алмазы могут иметь погрешности и дефекты (трещины, замутнения или вкрапления), чего нельзя сказать об искусственных камнях.
Как известно, настоящий алмаз обладает магическими свойствами, помогает защитить человека от «нехороших» взглядов и мыслей, уравновешивает нервную систему. Специалисты астрологии уверяют, что искусственный алмаз также излучает положительную энергию, которая помогает в трудные для человека минуты принять верное решение или сделать правильный выбор. Независимо от знака зодиака как природные, так и выращенные искусственно алмазы можно носить на теле или просто иметь дома в шкатулке. Разнообразие украшений из искусственных камней сегодня достаточно велико, да и отличить камни от настоящих драгоценностей на первый взгляд совершенно невозможно.
Способы выращивания синтетических алмазов
Синтетические экземпляры выращиваются в лабораториях в специальных условиях с применением высокоточного и высокотехнологического оборудования. Но для этого процесса не нужны тысячи лет, как для образования природных камней. Оттенки и размеры специалисты могут выбирать самостоятельно. Один из методов, применяемый для выращивания искусственных алмазов, это температурный градиент с применением особых тубусов. В них помещают следующие ингредиенты:
- графитовое порошкообразное вещество;
- металлические специальные сплавы (они выступают как катализирующие вещества);
- затравки будущих искусственных камней.
Капсула находится под прессом (около 3000 т) в течение 10 суток. Расти начинает в том месте, где оказывается самое высокое давление. Благодаря высокой внутренней температуре (почти 1500° С) металл плавится, растворяя в себе графитный порошок. Разница между температурами создает определенное давление, которое способствует движению полученной массы к «зародышу», где и происходит ее осаждение.
Еще одна методика выращивания лабораторных камней называется CVD-методом (газовое осаждение). Методика заключается в засевании специальной пластины (подложки) алмазными «зародышами». Эту пластину помещают в специализированную установку, которая предварительно откачивается до высокого вакуума. Затем камеру наполняют микроволновыми лучами и газами. Плазма в момент выращивания алмазов достигает определенной температуры (около 3100° С).
Под действием температуры происходит разложение газов в плазму, а молекулы углерода, которые адсорбируются из метана, осаждаются в виде искусственных алмазов на пластине.
Кристаллы имеют эквивалентные связи, этим и объясняются их прочность и твердость. Для искусственного выращивания используют графит, сажу, сахарный уголь и различные вещества, богатые углеродом.
Выращенные алмазы имеют несколько названий, но в основном их принято назвать искусственными или синтетическими, хотя в научной литературе можно также встретить такие названия, как:
- НРНТ-алмазы;
- CVD-алмазы.
Ученые предпочитают называть их «лабораторными камнями» или «выращенными алмазами в лабораторных условиях».
Чем алмаз синтетический отличается от природных камней?
Внешний вид искусственных алмазов не уступает природным драгоценным камням, но если учитывать их стоимость, то она намного ниже. Синтетические камни лучше поддаются процессу огранки, поэтому даже самые маленькие кристаллы могут похвастаться безупречной огранкой. Помимо этого, небольшие синтетические камни намного прочнее природных, поэтому настоящих алмазов небольших размеров на полках ювелирных магазинов практически не встретить: процесс извлечения их из руды очень трудоемкий. С помощью синтетических небольших камней ювелиры создают немассивные, очень красивые украшения с алмазной вышивкой, что намного увеличивает потребительские пожелания.
Область применения искусственных алмазов
Благодаря своей твердости искусственные, выращенные камни широко применяются для резки и шлифовки различных поверхностей. Сегодня практически все пилы, сверла, абразивы, шлифовальные и режущие инструменты имеют детали с искусственной алмазной насечкой. Также широко применяются искусственно выращенные камни как полупроводники при производстве микросхем. Торговые алмазные рынки отличительны от ювелирных рынков, потому что лабораторный камень, помимо твердости, имеет отличную теплопроводность, которая в несколько раз превышает теплопроводность такого материала, например, как медь.
Основные потребители искусственных камней — это ювелиры, производители чипов для компьютерного оборудования, организации, оказывающие бурильные услуги.
Сегодня очень распространены алмазные порошки для полировки поверхностей драгоценных камней, золотых и серебряных оправ, кремниевых пластин.
Самая большая ценность лабораторных камней, полученных методом CVD, заключается в использовании их в высокотехнологических сферах деятельности человека. Искусственные (синтетические) камни применяются при изготовлении мощнейших лазерных лучей (которые на сегодняшний день используются в медицине для лечения смертельных заболеваний), создании мобильных портативных устройств.
Наибольшие потенциалы для синтетических камней находятся в области компьютерных технологий. Детали, которые они содержат, считаются более долговечными, они могут беспрерывно работать при очень высоких температурах, чего не скажешь, например, о кремниевых компьютерных чипах. Искусственный алмаз может выдержать высокие температуры, что обеспечивает его продуктивность, потому что от этого зависят срок службы, частота работы техники, скорость. Количество искусственных алмазов, которое производится ежегодно, это почти 5 миллиардов карат.
Ученые проводят постоянные исследования, которые уже на сегодня позволили сделать выводы о том, что искусственные алмазы будут применяться для получения изображений под водой, изображений в области медицины, для детекторов в большом адронном коллайдере, в ядерных исследованиях.
Помимо всего вышеперечисленного, искусственные алмазы широко применяются в ювелирных украшениях, что позволяет многим женщинам насладиться ненастоящими камнями, но практически не отличающимися от природных.
26 мая 2015 года Международный геммологический институт (IGI) в Гонконге выдал сертификат на необычный рекордный бриллиант массой 10,02 карата, цвета E и чистоты VS1. Подобные драгоценные камни не такая уже и редкость в ювелирном мире, но уникальность данного случая состояла в том, что камень не был добыт из земных недр, а был огранен из 32-каратного кристалла синтетического алмаза, выращенного российской компанией New Diamond Technology (NDT). «Это далеко не первый наш рекорд, — говорит генеральный директор компании Николай Хихинашвили. — Предыдущий, 5-каратный, продержался всего два месяца».
Роман Колядин, директор по производству, показывает мне небольшой цех в одном из технопарков неподалеку от Сестрорецка. Цех безлюден, лишь полтора десятка гидравлических прессов стоят вдоль стен. Это и есть «месторождение» — внутри прессов, в условиях высоких температур и давлений, микрон за микроном растут абсолютно безупречные алмазы. На пультах управления контроллеров у каждого пресса отражаются текущие параметры, но Роман просит снимать картинку так, чтобы эти данные не попали в кадр: «Общие принципы синтеза алмазов хорошо известны и используются в промышленности уже более полувека. А вот детали режимов синтеза — одно из ноу-хау нашей компании». Я обращаю внимание на прецизионные кондиционеры, поддерживающие микроклимат в цеху с точностью до десятых долей градуса. Неужели в такой точности есть необходимость? «Помните, мы сразу же закрыли за собой дверь, чтобы избежать сквозняка? — объясняет Роман. — Небольшие отклонения в температурном режиме могут серьезно повлиять на качество алмаза, и не в лучшую сторону. А мы всегда стремимся получить идеальное качество».
Процесс выращивания монокристаллов алмаза при высокой температуре (около 1500 °C, с нужным градиентом) и высоком давлении (50−70 тыс. атм.). Гидравлический пресс обжимает специальный контейнер, внутри которого находится металлический расплав (железо, никель, кобальт и др.) и графит. На подложке размещается одна или несколько затравок — небольших кристаллов алмаза. Сквозь камеру протекает электрический ток, разогревающий расплав до нужной температуры. В этих условиях металл служит растворителем и катализатором процесса кристаллизации углерода на затравке в форме алмаза. Процесс выращивания одного крупного или нескольких более мелких кристаллов длится 12−13 суток.
Подсмотрели у природы
История синтетических алмазов начинается с конца XVIII века, когда ученые окончательно поняли, что этот камень по своему составу является углеродом. В конце XIX века были попытки превратить дешевые варианты углерода (уголь или графит) в твердый и блестящий алмаз. Заявления об удачном синтезе делали многие известные ученые, такие как французский химик Анри Муассан или британский физик Уильям Крукс. Позднее, правда, было установлено, что никто из них на самом деле успеха не добился, и первые синтетические алмазы были получены только в 1954 году в лабораториях компании General Electric.
Более дешевый процесс осаждения алмаза из ионизированной углеводородной газовой среды на подложке, разогретой до 600−700°С. Для выращивания монокристаллов с помощью CVD требуется алмазная монокристаллическая подложка, выращенная с помощью HPHT. При осаждении на кремний или поликристаллический алмаз получается поликристаллическая пластина, имеющая ограниченное применение в электронике и оптике. Скорость роста — от 0,1 до 100 мкм/ч. Толщина пластин обычно ограничена 2−3 мм, поэтому вырезанные из нее алмазы можно использовать в качестве ювелирных, но их размер, как правило, не превышает 1 карата.
Процесс, который использовали для синтеза в GE, был «подсмотрен» у природы. Считается, что земные алмазы образуются в мантии, на глубине в сотни километров под поверхностью Земли, при высокой температуре (около 1300°С) и высоком давлении (около 50 000 атм.), а затем выносятся на поверхность магматическими породами, такими как кимберлиты и лампроиты. Разработчики GE обжимали с помощью пресса ячейку, внутри которой находился графит и железо-никелево-кобальтовый расплав, выступавший в качестве растворителя и катализатора. Этот процесс был назван HPHT (High Pressure High Temperature — высокое давление, высокая температура). Именно этот способ позднее стал коммерческим для получения недорогих технических алмазов и алмазных порошков (сейчас их производят миллиардами карат в год), а в 1970-х с его помощью научились изготавливать и ювелирные камни массой до 1 карата, хотя и весьма среднего качества.
Две основные технологии промышленного получения синтетических алмазов — это HPHT и CVD. Существует еще ряд экзотических методик, таких как синтез нанокристаллов алмаза из графита при взрыве или экспериментальный метод получения микронных алмазов из суспензии частиц графита в органических растворителях под воздействием ультразвуковой кавитации.
Обходной путь
С 1960-х годов в мире идет разработка еще одного метода синтеза алмазов — CVD (Chemical Vapor Deposition, осаждение из газовой фазы). В нем алмазы осаждаются на подогреваемую подложку из углеводородного газа, который ионизируется с помощью СВЧ-излучения или разогревается до высокой температуры. Именно на этот метод синтеза в начале 2000-х стали возлагать большие надежды и небольшие стартапы, и крупные компании типа Element Six, входящей в группу De Beers.
До последнего времени метод HPHT оставался сильно недооцененным. «Когда мы несколько лет назад покупали оборудование, нам все в одни голос говорили, что промышленные прессы пригодны разве что для синтеза алмазных порошков», — говорит Николай Хихинашвили. Все ресурсы выделялись на разработку CVD, а технология HPHT считалась нишевой, никто из специалистов не верил, что с ее помощью можно выращивать достаточно крупные кристаллы. Однако, по словам Николая, специалистам компании удалось разработать собственную технологию синтеза, которая буквально произвела в отрасли эффект разорвавшейся бомбы. Несколько лет назад в отчете одной из геммологических лабораторий так и было написано: «Вес данного бриллианта составляет 2,30 карата! Подобная величина бриллианта еще до недавнего времени была гарантом его природного происхождения».
Огранка алмазов для получения сверкающих бриллиантов — процесс долгий и не слишком впечатляющий для непосвященного человека. И выращенные, и натуральные алмазы обрабатываются совершенно одинаковым образом.
Лучшие друзья девушек
«Мы, конечно, не единственные, кто выращивает алмазы крупнее 5−6 карат, — объясняет Николай. — Но все остальные подчиняются принципу «два из трех»: крупные, качественные, коммерчески выгодные. Мы первые, кто научился получать крупные кристаллы алмаза высокого качества по приемлемой стоимости. На 32 прессах мы можем выращивать около 3000 карат в месяц, и это камни очень высокого качества — алмазы цвета D, E, F и чистоты от чистейших IF до SI, в основном типа II. 80% нашей продукции — это ювелирные алмазы массой от 0,5 до 1,5 карата, хотя мы можем вырастить под заказ алмаз любого размера». В качестве доказательства Николай протягивает мне кристалл размером с 10-рублевую монету: «Вот это, например, 28 карат. Если огранить его, получится бриллиант карат в 15».
В начале 2000-х мировой алмазный монополист, компания De Beers, была сильно обеспокоена грядущим выходом на ювелирный рынок синтетических алмазов, опасаясь, что это может подорвать бизнес. Но время показало, что бояться нечего — синтетические алмазы занимают очень малую долю ювелирного рынка. К тому же за это время были разработаны методы исследований, которые позволяют достаточно уверенно идентифицировать выращенные алмазы. Признаками синтеза являются включения металла, в цветных алмазах можно рассмотреть секторы роста, к тому же HPHT, CVD и натуральные природные алмазы в УФ-лучах имеют разный характер люминесценции.
В зависимости от содержания азота алмазы относят к одному из двух основных типов. Алмазы типа I содержат до 0,2% азота, атомы которого расположены в узлах кристаллической решетки группами (Ia) или по одиночке (Ib). Тип I преобладает среди природных алмазов (98%). Как правило, такие камни редко бывают бесцветными. Алмазы типа IIa практически не содержат азота (менее 0,001%), среди природных камней их всего 1,8%. Еще реже (0,2%) встречаются безазотные алмазы с примесью бора (IIb). Атомы бора в узлах кристаллической решетки обуславливают их электропроводность и придают алмазам голубоватый оттенок.
«Как относятся потребители к выращенным алмазам? Хорошо, — говорит Николай, — особенно современная молодежь. Для них важно, что эти алмазы бесконфликтны и созданы людьми с помощью высоких технологий без вмешательства в природу. Ну и цена примерно вдвое ниже. Конечно, в сертификате написано, что камни выращенные, но ведь носят-то кольцо с бриллиантом, а не сертификат! А по физическим и химическим свойствам наши алмазы идентичны природным».
Пока что большую часть прибыли дает изготовление алмазов для ювелирного рынка. Однако, скорее всего, в ближайшие годы возникнет огромный спрос на выращенные алмазы и алмазные пластины для специальной оптики, микроэлектроники и других высокотехнологичных промышленных применений.
От украшений к промышленности
Ювелирные алмазы — это прибыльная часть бизнеса NDT, но завтрашний день принадлежит другому направлению. Технический директор компании NDT Александр Колядин любит говорить: «Если из алмаза уже ничего больше нельзя изготовить, сделай бриллиант». На самом деле наиболее перспективный рынок для крупных высококачественных синтетических алмазов — это промышленность. «Ни один природный алмаз не годится для использования в специальной оптике или электронике, — говорит Александр Колядин. — В них слишком много дефектов. А пластины, вырезанные из наших алмазов, имеют почти идеальную кристаллическую решетку. Некоторые исследовательские организации, которым мы предоставляем наши образцы для изучения, с трудом могут поверить в измеренные параметры — настолько они идеальны. И не просто отдельные образцы — мы можем уверенно обеспечить повторяемость характеристик, что для промышленности жизненно важно. Алмазы — это теплоотводы, это окна для специальной оптики и для синхротронов, и, конечно, силовая микроэлектроника, над созданием которой сейчас работают во всем мире».
«Промышленное направление пока составляет 20% нашего производства, но года через три мы планируем довести его до 50%, тем более что спрос быстро растет. Сейчас мы в основном делаем пластины 4 х 4 и 5 х 5 мм, вырезали по заказу несколько 7 х 7 и 8 х 8 мм и даже 10 х 10 мм, но это пока не массовое производство. Наша следующая цель, — говорит Николай Хихинашвили, — это перейти к изготовлению дюймовых алмазных пластин. Это тот минимум, который очень востребован в массовой электронной и оптической промышленности. Для получения таких пластин нужно вырастить кристалл алмаза массой в сто карат. Это наш план на ближайшее будущее». «На десятилетие?» — уточняю я. Николай с огромным удивлением смотрит на меня: «Десятилетие? Мы собираемся сделать это до конца года».
