Штучні діаманти: як називаються, з чого роблять штучний алмаз і як він використовується у промисловості

Алмаз ювелірної якості – одне з найдосконаліших витворів природи. Достатньо подивитись на діамант чистої води – і одразу розумієш: ось він, Ідеал! Людина горда і амбітна: вона прагне не тільки скопіювати шедеври природи, а й удосконалити їх.

Синтетичний діамант – це абсолютна копія природного алмазу, але позбавлена ​​недоліків, властивих натуральному мінералу. Щоб створити технології, що дозволяють вирощувати сяючі кристали в лабораторних умовах, Людству довелося пройти довгий шлях.

Так, штучні алмази коштують дешевше за природні аналоги і не мають інвестиційної цінності. Однак для їх видобутку не використовується каторжна праця (блокбастер «Кривавий алмаз» дивилися?), не завдається шкоди природі, та й прикраси із синтетичними діамантами доступні більшій кількості любителів коштовностей.

Як з'явилися синтетичні алмази?

Природні алмази ювелірної якості досить рідкісні, та й видобуток їх – дорогий процес. Це зумовлює дуже високу ціну на ці воістину королівські камінці.

Алмази утворюються на величезних глибинах, під жахливим тиском, а потім під час вулканічних процесів виносяться ближче до поверхні. Вони залягають у гігантських кімберлітових трубках, і щоб видобути один алмаз, привабливий із ювелірної точки зору, потрібно переробити сотні тонн породи.

Процес утворення алмазів розтягується на сотні мільйонів років. Їхні запаси поступово виснажуються, що викликає неухильне зростання цін.Саме тому діаманти природного походження становлять серйозний інтерес щодо інвестицій.

Спроби створити штучний діамант робилися давно – аж з позаминулого століття, коли було відкрито формулу алмазу. Чарівне каміння виявилося звичайним вуглецем, тобто, близькими родичами звичайного графіту та кам'яного вугілля. А незвичайну твердість, прозорість, блиск та інші риси, властиві алмазу, вуглець набув завдяки особливим кубічним кристалічним гратам.

Довгий час стан науки та техніки не дозволяв отримати кристал алмазу в штучних умовах. Вчені періодично повідомляли про нібито вдалі спроби виростити алмаз, проте до середини минулого століття вони були фальсифікацією.

Пальма першості в цьому відношенні належить шведському вченому Бальцару фон Платену - йому в 1953 вдалося вперше отримати алмаз в штучних умовах. А потім технологію виробництва було вдосконалено вже американськими дослідниками.

Перші штучні алмази з'явилися на ринку через кілька років, вчені інших країн навчилися вирощувати алмази в лабораторіях, але до справжнього успіху було ще далеко: синтетичні мінерали не відрізнялися високою якістю і могли використовуватися виключно в технічних цілях.

Згодом технології вдосконалювалися, і в 1970 Герберту Стронгу і Роберту Уенторфу з американської корпорації General Electric вдалося нарешті отримати алмази ювелірної якості вагою до одного карата. Але використана ними технологія виявилася нерентабельною: собівартість виробництва синтетичних каменів наближається до ціни натуральних алмазів, або навіть перевершує її.

Найбільший алмаз ювелірної якості з відомих на даний момент був вирощений у 2015 році. Найчистіший діамант 10,2 карата був огранований із заготівлі 32,26 карата. А його автором стала компанія із Санкт-Петербурга New Diamond Technology.

Нещодавно в пресу просочилися відомості про те, що українські вчені перевершили російських: їм вдалося отримати штучний алмаз вагою аж 109 карат. Подробиці технології поки що не розголошуються, тому судити про правдивість цієї історії складно.

На даний момент лідерами у виробництві штучних алмазів є компанії із США, Японії та Росії. А на підприємствах Піднебесної щороку клепають мільярди карат діамантів, але дуже низької якості для технічних потреб.

Назва штучних діамантів

Запам'ятайте: штучний діамант називається... Так він і називається: штучний або синтетичний діамант або алмаз. Можуть існувати деякі торгові назви, але алмаз залишається таким за визначенням.

Штучно вирощений діамант має такі самі характеристики, як і природний прототип: він складається з чистого вуглецю, настільки ж безкомпромісно твердий, прозорий, практично несприйнятливий до агресивних хімікатів і таке інше. Понад те, він позбавлений вад, властивих природному побратиму (тріщин, плям та інших дефектів).

Штучний діамант – не імітація та не підробка, а мінерал штучного походження. Відрізнити його від природного алмазу не зможе навіть ювелір, який не має обладнання для спектрографії, а що говорити про простого обивателя?

Штучні діаманти можуть проходити сертифікацію, але вони оцінюються окремо від природних побратимів.Зокрема, російський 10-каратний діамант було сертифіковано Міжнародним гемологічним інститутом (IGI) у Гонконгу.

Обивателі, а найчастіше – і продавці деяких ювелірних магазинів, найчастіше називають штучними діамантами всілякі імітації. Але між поняттями «синтетичний алмаз» та «імітація» лежить прірва!

Фіаніт

У хімічному плані фіаніт – це кубічний цирконій. Фіаніт є розробкою радянських учених, які намагалися отримати камінь, подібний до алмазу за оптичними властивостями, але куди менш дорогий.

Це у них вийшло, і тепер фіаніти використовуються як у виробництві оптичного обладнання, так і для виготовлення бюджетних ювелірних виробів. Зовні вони схожі на алмази, але не мають таку гру кольору, набагато м'якше і з часом можуть помутніти. Проте коштують дуже недорого!

Муасаніт

Перед вами найякісніший і найдорожчий замінник алмазу на сучасному ринку. Але тут спостерігається змішання понять. Муасаніт – мінерал природного (швидше за все, космічного) походження. Кристали його вкрай невеликі та в ювелірній промисловості не використовуються.

Зате штучний аналог муасаніту карборунд поширений набагато ширше. Саме він використовується як вставки в прикраси. Карборунд наближається за твердістю до алмазу (9,5 за шкалою Моосу) і значно випереджає його наскільки можна витримувати нагрівання. Він блищить навіть яскравіше, ніж діамант!

Лейкосапфір

Лейкосапфір – безбарвний корунд, що часто називають білим сапфіром. Білі сапфіри коштують значно дешевше за своїх синіх побратимів і часто виступають у ролі «діамантів» в прикрасах середнього цінового сегменту.Вони практично не каламутніють, виявляють видатну твердість і прозорість – словом, дуже якісна та недешева імітація.

Синтез корунду набагато простіше та дешевше, ніж отримання штучного походження, тому ювеліри часто працюють саме з лейкосапфірами штучного походження.

Корунди – славне сімейство, що включає як сапфіри, а й рубіни. Ці камені практично ідентичні за властивостями та хімічним складом, за винятком добавок, що визначають колір.

Рутіл

Рутил - один із найдешевших і низькоякісних аналогів діаманта. У хімічному плані – це оксид титану, у фізичному – природний каламутний кристал бурого кольору. Для ювелірних цілей він малопридатний.

Однак у середині минулого століття рутил навчилися робити штучно, причому надаючи йому зовнішнього вигляду діаманта. На той момент це було проривом у ювелірній промисловості, і прикраси з «титанією» чи «райдужним каменем» заполонили прилавки магазинів. Але штучний рутил досить м'який і схильний до помутніння.

Стрази

До цієї групи входять різноманітні імітації діамантів, створені з урахуванням скла. Звичайну склянку складно переплутати з благородним каменем, але ювеліру Георгу Страсу вдалося наблизитися до ідеалу хоч би візуально. Він розробив технологію нанесення металевої пудри на поверхню скла, що дозволило отримати ефектний «діамантовий» блиск.

Ціна страз коливається в найширших межах: від копійчаної для дрібничок китайського виробництва до дуже кусачів для знаменитих кристалів Сваровскі.Однак найякісніший страз навіть близько не стоїть до діаманта, а дряпається він як звичайне скло.

Стрази Swarovski мають унікальний склад, тому так високо цінуються у світі.

З чого роблять штучні діаманти

На даний момент відомо кілька технологій виробництва штучних діамантів. Однак одні дуже складні та дорогі, інші не дозволяють отримати алмази високої якості.

Найчастіше діаманти роблять із алмазів, отриманих за такими технологіями:

• HPHT Технологія HPHT (високий тиск, висока температура) є класичною і найширше використовується в виробництві - графітові заготовки поміщають в прес і впливають на них каталізаторами і найвищою температурою.
• CVD. У ході хімічного процесу відбувається осадження вуглецю з газової суміші, причому високий тиск не використовується, що здешевлює процес. Таким чином вдається отримувати алмазні плівки досить великої площі.
• Мікровибух. В ході спрямованих мікровибухів вуглецевої вибухівки отримують алмазний пил, який згодом охолоджують і очищають від графіту в азотній кислоті.
• Вплив ультразвуку. Досить перспективна і недорога технологія, що не потребує особливих умов.Теоретичні викладки ідеальні, виробництво обіцяє бути досить недорогим, але біда: поки що алмази, отримані таким чином, не відрізняються високою якістю, а вартість процесу наближається до золотого стандарту, технології HPHT.

Технологія HPHT вважалася вичерпаною себе, доки не сталося диво. Той найбільший пітерський алмаз зроблено саме за HPHT. Отже, є всі шанси на те, що випробувана часом технологія вийде на новий рівень.

Штучно синтезують не лише традиційні безбарвні алмази, а й їхніх пофарбованих побратимів. Додавання азоту дарує алмазу лимонну жовтизну, бір – пронизливий блакитний колір, опромінення здатне забарвити його у зелений чи червоний колір.

Де застосовують синтетичні алмази?

Як говорилося вище, штучний діамант відрізняється від цього лише походженням: з усіх інших точок зору ці мінерали ідентичні. А це означає, що сфера застосування штучних алмазів така сама, як у природного каменю.

Переважна більшість штучних алмазів виготовляється цілеспрямовано для технічних потреб. Вони використовуються при виробництві різального інструменту та абразивів, електроніки та оптичних приладів, медичного обладнання та бурових установок.

Кращі екземпляри, що відрізняються чистотою і досить великими розмірами, перетворюються на діаманти та прикрашають кільця, браслети, кулони, сережки, брошки та іншу ювелірку.

Ціна штучних алмазів

Всупереч поширеній помилці, ціна синтетичного алмазу не така вже й мала (якщо говорити про мінерали ювелірної якості). На сьогоднішній день ринкова ціна синтетичного діаманта навряд чи менша, ніж вартість природного аналога з відповідними характеристиками.

Наприклад, у США традиційні заручні кільця з однокаратними штучними діамантами дешевше за аналогічні з природним камінням всього на третину. І їх розкуповують!

Наука не стоїть на місці, освічена публіка все більше схиляється у бік синтетичних діамантів – хай живе тренд на екологічність! Тож незабаром очікується вдосконалення технологій та отримання штучних діамантів чудової якості за нижчими цінами.

Однак навряд чи від цього подешевшає царське природне каміння, так що алмазодобувачі можуть не хвилюватися: попит на натуральні діаманти не обнулиться ніколи!

Види штучних дорогоцінних каменів та їх властивості

Раніше ситуація з дорогоцінним камінням була простою і зрозумілою: заможні люди носили коштовності, а простий люд задовольнявся звичайними прикрасами з доступнішими самоцвітами. Тепер ситуація докорінно змінилася, адже сучасна людина навчилася створювати велику кількість дорогоцінного каміння штучним шляхом. Що являють собою такі вироби, в чому полягає їх особливість і які властивості вони мають?

Особливості створення

Синтетичні дорогоцінні камені є повним аналогом натуральних самоцвітів. Відмінність полягає лише в нюансах створення — штучні коштовності створюються в умовах лабораторій або спеціальних фабрик, де велика кількість фахівців допомагає народитися каменю, дотримуючись усіх тонкощів технологічного процесу. За хімічними та фізичними характеристиками штучний камінь повністю відповідає своєму природному аналогу, тому він не може вважатися скляною імітацією та підробкою. Це якісний повноцінний аналог.

Дорогоцінні самоцвіти, що створюються в штучних умовах, мають іншу назву — вирощений ювелірний камінь. Воно повністю відбиває їх суть. Технології створення штучних коштовностей цілком ідентичні тим умовам, що створює їм природа.

Але технології суттєво скорочують час створення каміння. Якщо натуральний самоцвіт може створюватися протягом сотень років, то для штучного аналога потрібно кілька годин, в окремих випадках — кілька місяців. Спочатку обладнання та технології для створення штучного каміння були дуже дорогими. Тому й каміння не могли коштувати надто дешево. Але цей процес постійно вдосконалюється, за рахунок чого вартість таких ювелірних прикрас знижується.

Вчені витрачали чимало часу, сил та засобів, займаючись розробками для створення синтетичних каменів. І їх відкриття мають величезне значення, яке полягає в наступних факторах:

• зниження вартості ювелірних прикрас, які зі штучними самоцвітами стали доступнішими;
• створення ідеального каменю без зайвих вкраплень та інших недоліків, адже природі не завжди вдається створити ідеальний самоцвіт;
• заміна дорогоцінного каміння, запаси яких не безмежні в надрах землі;
• розширення можливостей для використання дорогоцінного каміння в промислових сферах.

Шляхетні спонукання рухали вченими. На жаль, їхні твори відкрили можливості для шахрайства, адже багато хто намагається видати штучний камінь за натуральний і при цьому добре заробити.

Різновиди

З моменту виробництва першого штучного дорогоцінного каменю вченим вдалося значно розширити список самоцвітів, які можуть народжуватись у лабораторних умовах. Синтетичні самоцвіти представлені у великому асортименті, серед якого найбільш значущими та цікавими є наступні варіанти.

Алмаз

Алмази активно виробляються штучним чином, більше, цей камінь був одним із перших, який вдалося синтезувати. Зараз вченим не важко створити алмаз в 15 карат. Багато ювелірів використовують ці камені у своїх прикрасах, видаючи їх за справжні. Відрізнити справжній самородок від штучного стає дедалі складніше, адже вчені постійно вдосконалюють свої вміння. Справжній камінь має включення мінерального типу, а штучні алмази у складі мають включення металів.

Штучні самородки не відрізняються низькою вартістю, оскільки їх створення є затратним.

Рубін та сапфір

Також активно створюються у штучних умовах. Для отримання в вихідний матеріал додає окис титану. Після проходження процесу огранювання синтезований камінь набуває зірчастого ефекту, який властивий натуральному рубіну та сапфіру. Для таких каменів характерний ряд властивостей та особливостей:

• пористість лише на рівні нульової позначки;
• міцність, яка змінюється навіть за впливу агресивних чинників;
• високі показники прозорості;
• несприйнятливість до речовин, що належать до звичайних кислот та більшої частини лужних речовин;
• щільність у межах 3,98 – 3,99;
• показник твердості становить 9;
• камінь швидко стає теплим, якщо його потримати у руці, на відміну натурального аналога.

Смарагд

Для виробництва синтетичних смарагдів використовуються два методи: флюсовий та гідротермальний. Для нарощування кристалів використовується затравка на берил. Протягом доби такий смарагд зростає на 0,8 мм. Процес виготовлення таких самоцвітів вимагає великих витрат, тому вартість штучного та натурального каменю не особливо відрізняється. Підроблений смарагд здебільшого має виражену зональність фарбування, що виділяє його походження. Також у таких самоцвітах можуть зустрічатися трубчасті включення та коричневі вкраплення оксидів заліза.

Кварц

Отриманий штучним чином дуже поширеним. Важливим різновидом цього самоцвіту є гідротермальний аметист. Цей камінь часто можна зустріти в ювелірних виробах, адже він дуже схожий на свій аналог. Відрізнити штучний камінь від натурального буває дуже складно, може допомогти тільки складна діагностика. Ще одним різновидом кварцу є аметринВін також виробляється гідротермальним методом. Аметрин виділяється зональністю забарвлення та структурою двійникування.

Фіаніт

Є одним із небагатьох штучних каменів, у яких не буває природного аналога. У народі фіаніт називається штучним діамантом за схожість із цим дорогоцінним каменем. Насправді фіаніт із діамантом нічого спільного не має.

Сітал

Є штучним аналогом топазу. Усі його властивості максимально наближені саме до топазу. Ситалл відрізняється кристальною прозорістю та широким спектром відтінків. Ювелірні майстри люблять цей камінь, адже навіть у великих екземплярах сітал бездоганний у всіх відношеннях.

Гранатит

Створюється з ітрієво-алюмінієвого окису, для якого характерна структура гранату. Цей камінь у чистому вигляді немає кольору, йому характерна щільність 4,54 і твердість лише на рівні 8 (шкала Мооса). Для отримання гранатиту використовуються спеціальні апарати та створюються особливі умови (висока температура та вакуум). З розплаву витягуються кристали.

Використання тієї чи іншої добавки дозволяє фарбувати камінь у різні відтінки.

Перли

Також навчилися вирощувати у штучному середовищі. Для цього використовуються молюски, що містяться в особливих умовах. Перлини, отримані в штучних умовах, можуть відрізнятися від натуральних перлів своєю ідеальною формою, але в цілому виглядають так само, їм притаманний такий же блиск і перелив, якими мають натуральні перлини. Тривалість створення перлини може тривати 7 років. При вирощуванні перлів можна надавати йому потрібної форми і домагатися необхідних розмірів.

Сапфірове скло

Це монокристалічний алюміній. Цей матеріал ідеально підходить для виготовлення годинника. Структура сапфірового скла дуже схожа на синтетичні сапфіри. Відмінності полягають у високому ступені прозорості та зносостійкості, тому скло у виробах тривалий час зберігає свої властивості та збільшує термін служби всього механізму.

Плюси та мінуси

Ці коштовності унікальні і мають ряд особливостей, які виділяють їх і роблять привабливими в очах майстрів та поціновувачів прекрасного. До плюсів можна віднести такі характеристики:

• ідеальне огранювання, яке не завжди є доступним для натуральних самоцвітів;
• більш яскравий колір і чиста структура, що не завжди зустрічається у природному камені;
• відсутність реакції на жирне середовище (у той час як натуральні можуть тьмяніти навіть від довгого контакту зі шкірою людини);
• максимальний коефіцієнт заломлення;
• більш доступна ціна;
• довговічність та простий догляд.

Мінусами можна вважати лише кілька моментів – це усвідомлення того, що натуральний камінь надає його власнику якусь вагу у власних очах, відчуття впевненості у собі. Але це лише психологічний настрій людини.

Штучний камінь не стане помічником у лікувальних та магічних сеансах, оскільки спочатку не має певних властивостей, які цілителі та астрологи приписують натуральним каменям.

Про те, як відрізнити штучне каміння від природного, дивіться в наступному відео.