Лого Сделано у нас
102

Как выращивают крупнейшие в мире алмазы в России

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».

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.

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.

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».

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.

«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».
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 4×4 и 5×5 мм, вырезали по заказу несколько 7×7 и 8 х 8 мм и даже 10×10 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».

  • 7
    Иван Симонов
    13.05.1618:31:44

    красавцы!) успехов вам)

    • 1
      Макс Южный
      15.05.1620:03:52

      Кстати, сапфировая защита для фотокамер в «Айфоне» и защита экрана часов «Эппл Уотч» делаются схожим способом, и тоже в РФ.

  • 5
    Нет аватара АнтонП
    13.05.1621:29:15

    Фантастика! Обалдеть.

  • 6
    Билл Гейтс Билл Гейтс
    13.05.1623:02:58

    Самый увлекательный материал который я тут за последние месяцы прочел.

    • 5
      megajob megajob
      14.05.1600:24:21

      Поддерживаю, Многие цитаты просятся за свои «никто не верил своим глазам», «это просто фантастика». Более того — если реально выйдут на большие потоки — «сожрут» всякие де-бирсы. Бо большинству народу реально пофигу на «природный» «выращенный»!! Оне же — НАСТОЯЩИЙ да еще и какой чистый.         

  • 0
    Нет аватара Евгений Медвежонков
    14.05.1606:33:47

    Никакой Де Бирс их не сожрет, скорее наша «Алросса». А мужики — большие молодцы. Это серьезный прорыв, и при массировании производства себестоимость продукции будет сильно падать. Удачи им в непростом деле.

    • 1
      Константин Рубцов
      14.05.1611:11:19

      Да нет, ничего страшного не будет))). Алросса добывает примерно 30 миллионов карат в год в России. Так что конкуренции они не представляют, да и нацелены на промышленный сектор. А ребята большие молодцы.

  • 1
    Нет аватара sigra
    14.05.1607:34:16

    С большой долей вероятности, фотонные процессоры, будут вырезаться на подложке из искусственного алмаза

  • 0
    VV Axntv VV Axntv
    14.05.1612:22:48

    Если это выгодно, китайцы быстро б поставили тысячи прессов и захватили рынок.

    Тут же по инструментарию видна нехватка финансов.

    • 4
      Toliamba Toliamba
      14.05.1614:45:53

      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.

       http://inreal-diamond.ru/ru/sintetika 

      Отредактировано: Toliamba~16:46 14.05.16
  • 1
    Валерий Шатохин Валерий Шатохин
    14.05.1616:34:16

    Вроде дней 10 надо на выращивание среднего кристалла. При 32 прессах это в год очень немного.

    • 1
      Toliamba Toliamba
      14.05.1617:16:53

      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
      В статье же все написано.

      а вот тут еще более точные данные inreal-diamond.ru/ru/sintetika

      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.

      Отредактировано: Toliamba~19:18 14.05.16
Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,