- 1
- 2
Синтетические алмазы или искусственные алмазы (также известные как алмазы, созданные в лаборатории или лабораторно выращенные алмазы) — это алмазы, получаемые в результате искусственного процесса, в отличие от натуральных алмазов, создаваемых в результате геологических процессов.
Синтетические алмазы также широко известны под именами HPHT-алмазы или CVD-алмазы, названные так в честь двух популярных методов производства синтетических алмазов. HPHT расшифровывается как high-pressure high-temperature («высокие давление и температура»), а CVD — chemical vapor deposition («химическое осаждение из пара»).
В HPHT методе используются три вида компоновки прессов — ленточный пресс, кубический пресс и пресс с разрезной сферой. Затравки алмазов помещаются на дно капсулы, помещаемой в пресс. В прессе под давлением капсулу нагревают до температуры выше 1400?°C и металл-растворитель плавится. Расплавленный металл растворяет углерод, также заложенный в капсулу и позволяет перемещаться атомам углерода к затравкам, благодаря чему затравки растут, формируя большие алмазы.
В оригинальном изобретении GE, сделанном Трейси Холлом (Tracy Hall), использовался ленточный пресс, где верхняя и нижняя наковальни сдавливали цилиндрическую ячейку. Давление внутри ячейки в радиальном направлении поддерживалось за счёт пояса из предварительно напряжённых стальных лент, опоясывающих цилиндрическую капсулу. Наковальни также служили электродами, пропускающими ток через сжимаемую капсулу. Некоторые варианты этого пресса используют гидравлическое давление вместо стальных лент для поддержания давления в радиальном направлении. Ленточные прессы все ещё используются, но имеют значительно большие габариты, нежели оригинальная конструкция.
Второй тип прессов — кубические. Они используют шесть наковален для сжатия рабочего объёма, имеющего форму куба. Первым вариантом пресса с несколькими наковальнями был пресс — тетраэдр, сжимающий рабочий объём при помощи четырёх наковален. Кубические прессы появились очень быстро, как результат попыток увеличить рабочий объём по сравнению с ленточными прессами. Кубические прессы, как правило, имеют меньшие габариты по сравнению с ленточными, и быстрее выходят на рабочие режимы по давлению и температуре, необходимые для получения синтетических алмазов. Тем не менее кубические прессы не так просто увеличить для увеличения рабочего объёма. Увеличение рабочего объёма повлечёт увеличение размера наковален, которое повлечёт увеличение силы, прикладываемой к наковальне для получения прежнего давления. Возможным решением может быть уменьшение отношения наружной и внутренней площади наковальни за счёт использования рабочего объёма иной формы, например, додекаэдра. Но такие прессы будут сложнее и дороже в производстве.
Третий, наиболее совершенный тип прессов для выращивания алмазов — БАРС (БАРС = Беспрессовая Аппаратура высокого давления «Разрезная Сфера»). Разработан в 1989—1991 учеными из Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева сибирского отделения РАН. Прессы этой конструкции наиболее компактные, эффективные, экономичные из всех установок для выращивания алмазов. В центр устройства помещается керамическая цилиндрическая капсула объёмом около 2 см3, в которой производится выращивание. Капсула окружается передающей давление керамикой на базе пирофиллита, которая сжимается пуансонами первой ступени из твёрдого материала, например, карбида вольфрама или сплава ВК10. Восьмигранная сборка пуансонов первой ступени сжимается при помощи восьми стальных пуансонов второй ступени. После сборки конструкция заключается между двух полусфер диаметром около метра, фиксируемых вместе полумуфтами. Зазор между полусферами и стальными пуансонами заполняется гидравлическим маслом под давлением, передавая усилие через пуансоны к капсуле. Капсула нагревается при помощи встроенного коаксиального графитового нагревателя, а температура контролируется при помощи термопары.
