Je možné uměle vypěstovat diamant?

Vysoká cena přírodních diamantů nevychází z malého počtu přírodních kamenů, ale z nákladů na jejich těžbu. Geologické studie naznačují velké množství vzácných krystalů v oblasti kimberlitových trubek, ale vytěžit většinu diamantů z podloží, a to i pomocí moderních zařízení, je velmi problematické. Vědci přirozeně přemýšleli o možnostech umělé výroby diamantů – uspokojilo by to vysokou poptávku po šperkařských kamenech a snížilo náklady na drahé vložky.

Pěstování krystalů doma je docela možné a často se praktikuje jako pokusy s dětmi. Většina vědeckých výzkumů se však stále scvrkává na skutečnost, že vytvoření uhlíkové krystalové mřížky atomového typu se silnými kovalentními vazbami vyžaduje vystavení vysokému tlaku a teplotě 1800 °C. Takovým vybavením se ve své kuchyni může pochlubit málokdo.

Jsou zde popsány pokusy o pěstování krystalu uhlíku neustálým zahříváním. Ale je tu nuance:

• navrhují použít jako základ přírodní diamant;
• aby bylo dosaženo zvýšení o 0,01 karátu, musí být experiment prováděn nepřetržitě po celý rok.

Rychlost procesu je přímo úměrná velikosti původního krystalu. Tuto metodu také nelze nazvat levnou a pracovně efektivní.

Technologie výroby drahokamů

Syntetické diamanty patří do skupiny šperkařských materiálů, které jsou strukturními a chemickými obdobami přírodních krystalů. Patří sem i umělý korund. Existuje druhá skupina, která zahrnuje syntetické šperky, které nemají žádné přírodní analogy – stejné kubické zirkonie a granáty – yttrium-hliník a gallium-gadolinium.

Hlavními metodami syntézy umělých drahokamů jsou tzv. tavné a roztokové tavné metody.

Výroba diamantu z grafitu

První syntetický diamant byl získán z grafitu. Obrobek byl vystaven tlaku prostřednictvím změny fáze spojené s vysokou teplotou. Úspěšný experiment s přeskupením grafitové krystalové mřížky na čtyřstěnnou diamantovou mřížku byl proveden v roce 1955. Podmínky prostředí byly:

Moderní laboratoře používají jako suroviny sloučeniny bohaté na uhlík. Za rok můžete získat 200 – 300 umělých krystalů.

organické soli

Získávání krystalů ze solných roztoků je další způsob, jak si doma syntetizovat minerály. Ne všechny vzorky získané touto metodou se ukázaly být stabilní. Některé jsou zničeny odpařováním vlhkosti a musí být skladovány v parafínu.

• Na základě zvolené soli se připraví přesycený roztok.
• Zahříváním se získá zárodečný krystal.
• Krystaly rubínu a síranu měďnatého se pěstují na semenech ponořených do roztoku při pokojové teplotě.

Finální krystalizační proces probíhá v otevřené nádobě, proto byste neměli volit organické soli, které při odpařování mohou poškodit dýchací ústrojí.

Metoda Augusta Verneuila

Tato technologie se stala oblíbenou díky své počáteční jednoduchosti a vysokému výkonu. Během krátké doby lze vypěstovat několik stovek kilogramů umělých krystalů s relativně nízkými finančními náklady.

Metoda má druhý název – „flame fusion“, neboli krystalizace plyn-plamen. Vědec navrhl speciální pec pro syntézu rubínů již v roce 1896, což dalo impuls k rozvoji průmyslové výroby šperkových kamenů.

Atraktivnost metody spočívá také v tom, že k naočkování postačí malý úlomek přírodního krystalu a použité suroviny jsou nekvalitní a tedy i levné.

• Náplňový prášek je po částech zásobován kyslíkem a vodík je přiváděn do spalovací komory. Teplota dosahuje 2700°C.
• Roztavená vsázka se shromažďuje na keramické základně, kde se tvoří výsledný válcový monokrystal, nazývaný „boule“. Průměr krystalu je cca 2 cm a délka 5-10 cm.
• Vytvoření středně velké koule trvá asi 4 hodiny.

Krystaly získané tímto způsobem se zpočátku vyznačují vysokým vnitřním pnutím, proto se mohou polotovary boule rozdělit.

Zařízení pro práci doma

Něco jako diamant z grafitu si můžete pořídit i doma. Výroba takového zařízení je považována za podmíněně bezpečnou. Nedodržení bezpečnostních opatření může vést k vážným následkům. Zdrojem napětí může být svářečka nebo jiné zařízení, které poskytuje podobný proud.

• Grafit se musí z obou stran omotat drátem a zmrazit.
• Chlazení se provádí ponořením do kapalného dusíku nebo zmrazováním ve vodě.
• Dále je na konce připojen zdroj napětí a přes grafit je přiváděn elektrický proud.

Vlivem vysokého napětí prudce stoupne teplota a krystalová mřížka se přemění v mřížku diamantovou, vzorek ztvrdne.

Diamant v kvalitě drahokamů je jedním z nejdokonalejších výtvorů přírody. Stačí se podívat na čistý diamant a okamžitě pochopíte: tady to je, Ideál! Člověk je hrdý a ambiciózní: snaží se nejen kopírovat mistrovská díla přírody, ale také je zlepšovat.

Syntetický diamant je absolutní kopií přírodního diamantu, ale bez nevýhod, které jsou přirozenému minerálu vlastní. K vytvoření technologií, které umožňují vypěstovat zářící krystaly v laboratorních podmínkách, muselo lidstvo urazit dlouhou cestu.

Ano, umělé diamanty jsou levnější než jejich přírodní protějšky a nemají žádnou investiční hodnotu. K jejich těžbě se však nepoužívá tvrdá práce (viděli jste trhák „Blood Diamond“?), nedochází k poškozování přírody a šperky se syntetickými diamanty jsou dostupné většímu počtu milovníků šperků.

Jak vznikly syntetické diamanty?

Diamanty v kvalitě přírodních drahokamů jsou poměrně vzácné a jejich těžba je velmi nákladný proces. To vede k velmi vysoké ceně těchto skutečně královských kamenů.

Diamanty se tvoří v obrovských hloubkách, pod obrovským tlakem, a pak jsou během sopečných procesů unášeny blíže k povrchu. Leží v obřích kimberlitových trubkách a k vytěžení jednoho šperkařsky atraktivního diamantu je potřeba zpracovat stovky tun horniny.

Proces tvorby diamantu se táhne po stovky milionů let. Jejich zásoby se postupně vyčerpávají, což způsobuje neustálý růst cen. Právě proto jsou přírodní diamanty z hlediska investic vážný zájem.

Pokusy o vytvoření umělého diamantu byly činěny dlouhou dobu – již od předminulého století, kdy byl objeven diamantový vzorec. Okouzlující kameny se ukázaly jako obyčejný uhlík, tedy blízcí příbuzní obyčejného grafitu a uhlí. A uhlík získal mimořádnou tvrdost, průhlednost, brilanci a další vlastnosti, které jsou diamantu vlastní, díky speciální kubické krystalové mřížce.

Stav vědy a techniky dlouhou dobu neumožňoval získat diamantový krystal v umělých podmínkách. Vědci pravidelně hlásili údajně úspěšné pokusy vypěstovat diamant, ale až do poloviny minulého století šlo o padělky.

Dlaň v tomto ohledu patří švédskému vědci Balzaru von Platenovi – v roce 1953 jako první získal diamant v umělých podmínkách. A pak technologii výroby zdokonalili američtí výzkumníci.

První umělé diamanty se na trhu objevily o pár let později, vědci v jiných zemích se naučili diamanty pěstovat v laboratořích, ale skutečný úspěch byl ještě daleko: syntetické minerály nebyly kvalitní a daly se používat výhradně pro technické účely.

Postupem času se technologie zdokonalovala a v roce 1970 se Herbertu Strongovi a Robertu Wentorfovi z americké korporace General Electric konečně podařilo získat diamanty v kvalitě drahokamů o hmotnosti až jednoho karátu. Technologie, kterou používali, se ale ukázala jako nerentabilní: náklady na výrobu syntetických kamenů se blíží ceně přírodních diamantů, nebo ji dokonce převyšují.

Největší dosud známý diamant kvality drahokamů byl vypěstován v roce 2015. Nejčistší diamant o váze 10,2 karátů byl vybroušen z polotovaru o váze 32,26 karátů. A jeho autorem byla firma z Petrohradu, New Diamond Technology.

Nedávno pronikla do tisku informace, že ukrajinští vědci překonali ty ruské: podařilo se jim získat umělý diamant o váze až 109 karátů. Podrobnosti o technologii zatím nebyly zveřejněny, takže je těžké posoudit pravdivost tohoto příběhu.

V současnosti jsou lídry ve výrobě umělých diamantů společnosti z USA, Japonska a Ruska. A v podnicích Nebeské říše se ročně nýtují miliardy karátů diamantů, ale velmi nízké kvality, pro technické potřeby.

Název umělých diamantů

Pamatujte: umělý diamant se nazývá. Ano, tak se to nazývá: umělý nebo syntetický diamant nebo diamant. Mohou existovat nějaké obchodní názvy, ale diamantem zůstává podle definice.

Uměle vypěstovaný diamant má stejné vlastnosti jako jeho přírodní protějšek: skládá se z čistého uhlíku, je nekompromisně tvrdý, průhledný, prakticky nepropouští agresivní chemikálie a tak dále. Navíc je bez vad, které jsou vlastní jeho přirozenému protějšku (praskliny, skvrny a jiné vady).

Umělý diamant není napodobenina nebo padělek, ale minerál umělého původu. Od přírodního diamantu jej nerozezná ani klenotník, který nemá spektrografické vybavení, ale co průměrný člověk?

Umělé diamanty mohou být také certifikovány, ale jsou posuzovány odděleně od jejich přírodních protějšků. Konkrétně ruský 10karátový diamant byl certifikován Mezinárodním gemologickým institutem (IGI) v Hong Kongu.

Obyčejní lidé a často i prodejci některých klenotnictví často nazývají všemožné napodobeniny umělými diamanty. Ale mezi pojmy „syntetický diamant“ a „imitace“ je propast!

Fianit

Chemicky je kubický zirkonium kubický zirkonium. Kubická zirkonie je vývoj sovětských vědců, kteří se pokusili získat kámen podobný diamantu v optických vlastnostech, ale mnohem levnější.

Uspěli a nyní se kubické zirkonie používají jak při výrobě optických zařízení, tak pro výrobu levných šperků. Navenek jsou podobné diamantům, ale nemají stejnou hru barev, jsou mnohem měkčí a mohou se časem zakalit. Ale jsou velmi levné!

Moissanit

Zde je nejkvalitnější a nejdražší náhrada diamantu na moderním trhu. Zde však dochází ke zmatení pojmů. Moissanit je minerál přírodního (s největší pravděpodobností kosmického) původu. Jeho krystaly jsou extrémně malé a ve šperkařském průmyslu se nepoužívají.

Ale umělý analog moissanitu, karborundum, je mnohem rozšířenější. Používá se jako vložky do šperků. Karborundum se tvrdostí blíží diamantu (9,5 na Mohsově stupnici) a výrazně předčí ve své schopnosti odolávat teplu. Leskne se ještě jasněji než diamant!

Leukosapír

Leukosafír je bezbarvý korund, často nazývaný bílý safír. Bílé safíry jsou mnohem levnější než jejich modré protějšky a často působí jako „diamanty“ ve špercích ve středním cenovém segmentu. Prakticky se nezakalí, vykazují vynikající tvrdost a průhlednost – zkrátka velmi kvalitní a levná napodobenina.

Syntetizace korundu je mnohem jednodušší a levnější než jeho získávání z umělých zdrojů, a proto klenotníci často pracují s leukosafíry umělého původu.

Korundy jsou slavnou rodinou, která zahrnuje nejen safíry, ale také rubíny. Tyto kameny jsou téměř totožné ve vlastnostech a chemickém složení, s výjimkou přísad, které určují barvu.

Rutil

Rutil je jedním z nejlevnějších a nejméně kvalitních diamantových analogů. Chemicky se jedná o oxid titaničitý, fyzikálně jde o přírodní zakalený hnědý krystal. Pro šperkařské účely je málo využitelný.

V polovině minulého století se však naučili vyrábět rutil uměle, čímž získal vzhled diamantu. V té době to byl průlom v klenotnictví a šperky s „titanem“ nebo „duhovým kamenem“ plnily regály obchodů. Ale umělý rutil je docela měkký a náchylný k zakalení.

Kamínky

Do této skupiny patří nejrůznější imitace diamantů vytvořené na bázi skla. Obyčejný kus skla s ušlechtilým kamenem si jen těžko splete, ale šperkaři Georgu Strassovi se podařilo ideálu přiblížit alespoň vizuálně. Vyvinul technologii nanášení kovového prášku na povrch skla, která umožnila získat velkolepý „diamantový“ lesk.

Cena kamínků se velmi liší: od haléře za cetky čínské výroby až po velmi drahé za slavné krystaly Swarovski. Nejkvalitnější kamínek se však diamantu ani zdaleka neblíží a škrábe skoro jako obyčejné sklo.

Kamínky Swarovski mají unikátní složení, proto jsou ve světě tak vysoce ceněné. Před více než stoletím vyvinul maestro technologii výroby umělého křišťálu, která dodnes zůstává utajena a nepřekonána.

Z čeho jsou umělé diamanty vyrobeny?

V současné době je známo několik technologií pro výrobu umělých diamantů. Některé jsou však velmi složité a drahé, zatímco jiné neprodukují vysoce kvalitní diamanty.

Diamanty se nejčastěji vyrábějí z diamantů získaných pomocí následujících technologií:

• HPHT. Technologie HPHT (high pressure, high temperature) je klasická a ve výrobě nejpoužívanější – grafitové polotovary jsou umístěny v lisu a vystaveny působení katalyzátorů a vysokých teplot. Téměř všechny technické diamanty a lví podíl šperkařských diamantů jsou vyrobeny touto technologií.
• CVD. Během chemického procesu se uhlík ukládá ze směsi plynů na semeno a nepoužívá se vysoký tlak, což snižuje náklady na proces. Tímto způsobem je možné získat diamantové filmy o dostatečně velké ploše. Vypěstovat čisté diamanty pomocí této technologie je však téměř nemožné.
• Mikroexploze. Při usměrněných mikrovýbuších uhlíkových trhavin se získává diamantový prach, který je následně ochlazen a očištěn od grafitu v kyselině dusičné. Výsledný produkt slouží především k výrobě brusných materiálů.
• Vliv ultrazvuku. Poměrně slibná a levná technologie, která nevyžaduje zvláštní podmínky. Grafitová suspenze je podrobena ultrazvukové kavitaci, jejímž výsledkem jsou diamantové krystaly. Teoretické výpočty jsou ideální, výroba slibuje, že bude velmi levná, ale tady je problém: diamanty získané tímto způsobem zatím nemají vysokou kvalitu a cena procesu se blíží zlatému standardu, technologii HPHT.

Technologie HPHT byla považována za vyčerpanou, dokud se nestal zázrak. Tentýž největší petrohradský diamant byl vyroben pomocí HPHT. Je tedy velká šance, že časem prověřená technologie dosáhne nové úrovně.

Uměle se syntetizují nejen tradiční bezbarvé diamanty, ale i jejich barevné protějšky. Přídavek dusíku dodává diamantu citronově žlutou barvu, bor mu dodává pronikavě modrou barvu a ozáření jej může zbarvit do zelena nebo červena.

Kde se používají syntetické diamanty?

Jak již bylo zmíněno výše, umělý diamant se od skutečného liší pouze původem: ze všech ostatních hledisek jsou tyto minerály totožné. To znamená, že rozsah použití umělých diamantů je přesně stejný jako u přírodního kamene.

Naprostá většina umělých diamantů je vyráběna speciálně pro technické potřeby. Používají se při výrobě řezných nástrojů a brusiva, elektronických a optických nástrojů, lékařského vybavení a vrtných souprav.

Nejlepší exempláře, které se vyznačují čistotou a dostatečně velkou velikostí, jsou přeměněny na diamanty a ozdobeny prsteny, náramky, přívěsky, náušnicemi, brožemi a dalšími šperky.

Cena umělých diamantů

Na rozdíl od všeobecného přesvědčení není cena syntetického diamantu tak nízká (pokud mluvíme o minerálech v kvalitě drahokamů). Dnes je tržní cena syntetického diamantu sotva poloviční než cena přírodního analogu s odpovídajícími vlastnostmi.

Například v USA jsou tradiční zásnubní prsteny s jednokarátovými umělými diamanty jen o třetinu levnější než ty s přírodními kameny. A vyprodávají se!

Věda nestojí na místě, osvícená veřejnost se stále více přiklání k syntetickým diamantům – ať žije trend šetrnosti k životnímu prostředí! Očekává se tedy, že se technologie v blízké budoucnosti zlepší a budou vyrábět umělé diamanty vynikající kvality za nižší ceny.

Je však nepravděpodobné, že by to zlevnilo královské přírodní kameny, takže těžaři diamantů se nemusí bát: poptávka po přírodních diamantech nikdy neklesne na nulu!