Cum să crească cele mai mari diamante din lume realizate în România, revista Popular Mechanics
Roman Kolyadin, director de producție, îmi arată un mic magazin intr-unul din parcurile tehnologice in apropiere de Sestroretsk. Magazinul este pustiu, doar o duzină de prese hidraulice stau de-a lungul pereților. Aceasta este „depozit“ - în interiorul preselor la temperaturi și presiuni ridicate, pentru microni microni cresc diamante absolut fără cusur. Pe panourile de control al controlorilor de la fiecare raportare reflectă setările curente, dar cererile romane de a lua o imagine, astfel încât aceste date nu au fost incluse în cadrul: „Principiile generale de sinteză diamant sunt bine cunoscute și utilizate în industrie pentru mai mult de o jumătate de secol. Dar detaliile legate de condițiile de sinteză. - unul dintre know-how-ul companiei noastre " Am să acorde o atenție la aparatele de aer condiționat de precizie, susțin microclimatul în magazin până la o zecime de grad. Cu siguranță, în acest există o nevoie mai exact? „Amintiți-vă, am închis imediat ușa pentru a evita proiectul? - explică Roman. - variații ușoare în condiții de temperatură pot afecta serios calitatea de diamant, și nu pentru mai bine. Și întotdeauna ne străduim pentru a obține performanța perfectă. "
Procesul de creștere diamant monocristalelor la o temperatură ridicată (aproximativ 1500 ° C, la gradientul dorit) și presiune ridicată (5-70. Atm.). Presă hidraulică comprimă container special în interiorul căruia este un metal topit (fier, nichel, cobalt, etc.) și grafit. Pe substratul este localizat, unul sau mai mulți primeri - cristale de diamant mici. Prin camera de un curent electric curge, încălzirea topiturii la temperatura dorită. În aceste condiții, catalizatorul metalic și solvent este procesul de cristalizare însămânțat carbon în formă de diamant. Procesul de creștere un singur cristale mari sau mai mici, mai multe dureaza 12-13 zile.
Asamblate de la natură
Istoria de diamante sintetice de la sfârșitul secolului al XVIII-lea, când oamenii de știință în cele din urmă a dat seama că această piatră în compoziția sa este carbon. La sfârșitul secolului XIX au existat încercări de a transforma ieftine variante de carbon (cărbune și grafit) într-un solid și un diamant strălucitor. Declarațiile cu privire la sinteza de succes a făcut mulți oameni de știință de renume, cum ar fi chimistul francez Anri Muassan si fizician britanic Uilyam Kruks. Mai târziu, cu toate acestea, sa constatat că nici unul dintre ei într-adevăr nu au atins un succes, iar primele diamante sintetice au fost produse doar în 1954, în laboratoarele de General Electric.
Mai ieftin proces de depunere de diamant a ionizat hidrocarbură mediu de gaz pe un substrat încălzit la 600-700 ° C Pentru creștere monocristale prin intermediul CVD necesare diamant singur substrat de cristal cultivate folosind HPHT. Când depus pe placa de diamant policristalin obținut siliciu sau policristalin având o aplicare limitată în electronică și optică. Rata de creștere - la 0,1 la 100 m / h. Grosimea plăcii de 2-3 mm este de obicei limitat, totuși diamantele tăiate din acestea pot fi folosite ca bijuterii, dar mărimea lor în general nu depășește 1 carate.
Procesul care a fost utilizat pentru a sintetiza un GE, a fost „podsmotren“ în natură. Se crede că diamantele pământ sunt formate în manta, la o adâncime de sute de kilometri sub suprafața pământului, la temperatură ridicată (aproximativ 1300 ° C) și presiune ridicată (aproximativ 50? 000 atm.) Și apoi transportate la rocile magmatice de suprafață, cum ar fi kimberlite și lamproites. GE Developers sertizate printr-o cutie de presă, în interiorul căruia este grafit, și se topesc fier-nichel-cobalt, care acționează ca solvent și catalizator. Acest proces a fost numit HPHT (de înaltă presiune înaltă temperatură - presiune ridicată, temperatură ridicată). Este această metodă mai târziu a devenit o reclamă pentru diamante industriale ieftine și pulberi de diamant (produce în prezent de miliarde de carate pe an), iar în anii 1970 cu ajutorul învățat să facă bijuterii și pietre de până la 1 carate, deși o calitate foarte medie.
Cele două tehnologii principale pentru producția industrială de diamante sintetice - este HPHT si BCV. Există o serie de tehnici exotice, cum ar fi sinteza de nanocristale de diamant sau grafit cu explozia unei metode experimentale de obținere a particulelor de grafit micron diamant de suspensie în solvenți organici sub acțiunea cavitatie cu ultrasunete.
workaround
Până de curând, metoda HPHT a rămas puternic subevaluata. „Când am fost în urmă cu câțiva ani pentru a cumpăra echipamentul, avem totul într-o singură voce spunând că prese industriale sunt adecvate, cu excepția pentru sinteza de pulberi de diamant“, - spune Nikolay Hihinashvili. Toate resursele alocate pentru dezvoltarea BCV, HPHT și a fost considerată o tehnologie de nișă, nici unul dintre experții nu au crezut că acesta poate fi folosit pentru a creste cristale suficient de mare. Cu toate acestea, în conformitate cu Nicholas, experții companiei au reușit să dezvolte propria tehnologie de sinteză care a făcut literalmente industria de o bombă. Acum câțiva ani, și a fost scris în declarația unuia dintre laboratoarele gemologice: „Greutatea de diamante este de 2,30 carate! O astfel de valoare de diamant până de curând a fost garantul originii sale naturale. "
un lung și nu foarte impresionant pentru cei neinițiați. Și cultivate și diamantele naturale sunt tratate exact în același mod.
Cel mai bun prieten Girl
„Noi, desigur, nu singurii care cresc diamante mai mari de 5-6 carate, - explică Nicolae. - Dar toate celelalte sunt supuse principiului „două din trei“: mare, de înaltă calitate, avantajoase comercial. Noi suntem primii care au învățat pentru a obține cristale mari de diamant de înaltă calitate, la un cost rezonabil. La 32 de prese putem crește de aproximativ 3.000 de carate pe lună, și că pietrele de calitate foarte înaltă - diamante de culoare D, E, F și puritatea nealterate IF la SI, în principal, de tip II. 80% din produsele noastre - această bijuterie diamante cu o greutate de la 0,5 la 1,5 carate, cu toate că putem crește pentru a comanda un diamant de orice dimensiune ". Ca dovadă Nicholas mi-a dat un cristal de mărimea unei monede de 10 ruble, „Acesta este, de exemplu, 28 carate. Dacă restricția se va carate diamant de 15“.
„Cum sunt consumatori pentru diamantele cultivate? Ei bine, - spune Nikolay - mai ales în rândul tinerilor de astăzi. Pentru ei, este important ca aceste diamante sunt liber-conflict și create de oameni care folosesc tehnologii înalte fără a interfera cu natura. Ei bine, prețul este de aproximativ jumătate de acest nivel. Desigur, certificatul este scris, că pietrele sunt cultivate, dar există un inel cu diamant, mai degrabă decât un certificat! A proprietățile fizice și chimice ale diamante noastre sunt identice cu naturale. "
În funcție de conținutul de azot al diamantele sunt atribuite la una din cele două tipuri principale. Tip I caro conțin azot până la 0,2%, ale căror atomi sunt aranjate în grupuri de cristal cu zăbrele (la) sau de unul (Ib). Tipul I predomină printre diamante naturale (98%). De obicei, aceste pietre sunt rareori incolore. diamantele tip IIa sunt substanțial fără azot (mai puțin de 0,001%), printre pietrele naturale de numai 1,8%. Mai rar (0,2%) se produc diamant fără azot dopat cu bor (llb). atomi de bor în nodurile rețelei cristaline îi determină pe aceștia să imprime conductivitatea electrică și diamant tentă albăstruie.
Din decorațiilor industriei
diamante bijuterii - este o parte profitabilă a afacerii NDT, dar mâine face parte din altă direcție. CTO NDT Alexander Kolyadin îi place să spună: „În cazul în care un diamant nu are nimic mai mult nu se poate face, face un diamant“ De fapt, piața cea mai promițătoare pentru diamante sintetice mari de înaltă calitate - această industrie. „Nici unul din diamante naturale nu este potrivit pentru utilizarea în optica speciale sau electronica, - spune Alexander Kolyadin. - Ei sunt prea multe defecte. O placă decupată din diamante noastre au zăbrele de cristal aproape ideale. Unele organizații de cercetare, oferim mostre noastre pentru a studia, greu de crezut în parametrii măsurați - astfel încât acestea sunt ideale. Și nu doar probele individuale - putem asigura cu încredere performanțe repetabile, care este vital pentru industrie. Diamonds - o chiuveta de căldură, acesta este fereastra pentru sisteme optice speciale pentru sincrotroni, și, desigur, microelectronicii de putere, pe care creația lumii sunt acum de lucru ".
Cu toate acestea, cel mai probabil în următorii câțiva ani, există o cerere foarte mare pe diamant cultivate și placa de diamant la optica speciale, microelectronicii și alte aplicații industriale de înaltă tehnologie.
„Zona industrială face încă 20% din producția noastră, dar în trei ani ne propunem să-l crească până la 50%, mai ales ca cererea este în creștere rapidă. Noi facem în principal, placa 4 acum? x? 4 și 5? x? 5 mm, tăiate la comanda unele 7? x? 7 și 8? x? 8? mm sau chiar 10? x? 10? mm, dar acest lucru nu este producția de masă. Următorul nostru obiectiv, - spune Nikolay Hihinashvili - este de a merge la producția de plăci inch diamant. Acesta este minimul, care este în mare a cererii în masă electronice și industria optică. Pentru aceste plăci trebuie să crească un cristal de diamant greutate de o sută de carate. Acesta este planul nostru pentru viitorul apropiat ". „În zece ani?“ - Eu spun că sunt. Nicholas cu o surpriză uriașă se uită la mine: „Deceniul? Vom face acest lucru până la sfârșitul anului. "