Laboratuvar Elması Nasıl Yapılır

Basit karbondan güzel ve değerli bir pırlanta yapma hayali, hem bilim adamlarının hem de vizyonerlerin hayal gücünü çoktan büyüledi. Altınları kurşun haline getirmek isteyen yaşlı simyacılar gibi, pek çoğu da bu etkileyici başarıya ulaşmaya çalıştı. Sadece son zamanlarda mücevher kalitesinde üretim yapabildik, mücevherlerde kullanılabilecek kadar büyük lab yetiştirilen elmaslar ürettik. Ama nasıl yapılır?

Erken Çabalar
Tarih boyunca birçok insan elmasları başarıyla sentezlediğini iddia etti. Ancak, nispeten yakın bir zamana kadar, belgelenmiş ve yeniden üretilebilir bir sürecin ortaya konması değildi. Henri Moissan, bu alandaki öncülerden biriydi. 1893 yılında kömürü bir karbon pota içindeki 3.500 santigrat dereceye ısıtıp başarılı bir şekilde elmas yaptığını iddia etti. Tekniklerini rapor edilen başarılarla çoğaltmak için birçok girişimde bulunuldu, ancak hiçbiri bilimsel olarak doğrulanamadı. Görev devam etti.

Elmaslar kristalin bir karbon şeklidir ve bu yüzden yapay karbon kristalinin yapılması laboratuvarda yetiştirilen elmasların sorunuydu. Onlarca yıldır sentetik değerli taşlar üreticileri yakutları, safirleri ve zümrütleri gibi büyüdüğü elmasları denediler. Başarısız oldu. Daha sonra doğada büyüdükçe laboratuarda elmas yetiştirme fikri vardı.

Yüksek Basınç Yüksek Sıcaklık Elmasları
Doğa elmas kristallerini nasıl oluşturur? Doğa çok derin yeraltı yapar. Doğal olarak büyüyen elmas, dünya yüzeyinin yaklaşık 100 mil aşağısında gerçekleşir. Niye ya? Çünkü bu, elmas oluşumu için gereken son derece yüksek basınç ve yüksek sıcaklık koşullarının doğal olarak bulunduğu yerdir. Nadir bir tür derin volkanın onları insanın bulabileceği ve benimleyebileceği yerlere getirdiği zaman, dünya yüzeyine daha yakın elmasları görüyoruz.

İlk başarılı sentetik elmaslar, doğayı Yüksek Basınç / Yüksek Sıcaklık (HPHT) üretimi ile taklit ederek yapılmıştır. HPHT elmaslarını yapmak için kullanılan üç temel üretim süreci vardır: kemer presi, kübik pres ve bölünmüş küre (BARS) presi. Her bir işlemin amacı, elmas büyümesinin olabileceği aşırı yüksek bir basınç ve sıcaklık ortamı oluşturmaktır. Her bir işlem, karbonun içine yerleştirilen ve elması büyütmek için çok yüksek basınç ve sıcaklık altında bırakılan küçük bir elmas tohumu ile başlar.

Kayışlı presin GE buluşu, inç kare başına 1.5 milyon pound’un üzerinde basınç ve 2.000 santigrat derecenin üzerindeki sıcaklıkta üretmek için bir üst ve alt örs kullanır. Bu ortamda, saf karbon erir ve başlangıç ​​tohumlarının etrafında bir elmas şeklinde oluşmaya başlar. 16 Aralık 1954’te, ilk çoğaltılabilir laboratuvar yetiştirilen elması oluşturmak için bir kemer presi kullanıldı. Pırlanta küçüktü ve hiçbir yerde kuyumculukta kullanılacak kadar net değildi, ama bir başlangıçtı. Burada bir not olarak, bugün bile üretilen insan yapımı elmasların çoğunun mücevher kalitesinde olmadığını belirtmeliyiz. Elmasların şaşırtıcı özelliklerinin (sertlik, ısı iletkenliği vb.) Daha iyi alet ve ekipman yapmak için kullanıldığı endüstriyel uygulamalar için üretilmiştir.

Kemer baskı makinesindeki ilk başarıdan beri, HPHT teknolojisi sürekli ilerliyor. Kemer presi tasarımları çarpıcı biçimde arttırılmış, daha verimli ve daha büyük, daha mükemmel taşlar üretilebilecek daha modern kübik ve bölünmüş küre presleri tanıtılmıştır. Bu yazıdan itibaren, en büyük mücevher kalitesi, yönlü, laboratuarda yetiştirilen elmas, NDT tarafından bir kübik presle HPHT yöntemi kullanılarak üretilmiştir. 10.02 karat ağırlığındaki bu inanılmaz elmas, E rengi ve VS1 berraklığı olarak derecelendirilmiştir.

CVD Diamonds

Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD), bir hidrokarbon gazı karışımından elmasların yetiştirilebildiği daha yeni geliştirilen bir tekniktir. CVD işleminde, kapalı bir odaya ince bir dilim elmas tohumu (genellikle HPHT tarafından üretilen bir elmas) yerleştirilir ve yaklaşık 800 santigrat dereceye kadar ısıtılır. Oda daha sonra diğer gazlarla birlikte karbonca zengin bir gazla (genellikle metan) doldurulur. Daha sonra gazlar, mikrodalgalar, lazerler veya diğer teknikler kullanılarak plazmaya iyonize edilir. İyonlaşma gazlardaki moleküler bağları kırar ve saf karbon elmas tohumuna yapışır ve yavaş yavaş kristal, atom atom, tabaka tabaka oluşturur.

CVD işleminin HPHT işlemine göre birkaç avantajı vardır. Yüksek basınçlara gerek yoktur ve sıcaklıklar yüksek olsa da, HPHT ile olduğu kadar yüksek bir yerde olması gerekmez. Ayrıca, CVD elmasları daha büyük bir elmas tohum plakası ile başlayarak daha geniş alanlarda büyütülebilir. Son olarak, CVD işlemi, büyüme odasındaki çevre ve böylece bitmiş elmasın özellikleri üzerinde daha hassas bir kontrol sağlar. Bununla birlikte, bu avantajların tümü ile bile, bu yazının yazıldığı tarih itibariyle bilinen en büyük, cilalı laboratuvarda yetiştirilen CVD elması sadece 3.23 karat; Ben renkli ve VS2 netliği olarak derecelendirildi.

Tüm dünyada Kimyasal Buhar Biriktirme alanında yoğun araştırmalar devam etmekte ve her gün teknoloji gelişmektedir. CVD elmaslarının HPHT kuzenleri ile aynı boyuta ulaşıp ulaşamayacağını yalnızca zaman söyler.

CVD ve HPHT Elmasların Özellikleri
Büyük elmas üretim proseslerinin her ikisi de bitmiş ürünlerinde benzersiz özellikler bırakır. CVD elmasları ile bazen silikon kapanımları gözlenir. Bunlar, büyüme odasındaki silis pencerelerinin iyonlaştırılmış gazlar tarafından kazınması ve oluşması halinde elmasun içine sokulmasının sonucudur. HPHT elmaslarla, gerçekten renksiz taşlar yaratmak çok zordur. Bunun nedeni, işlem sırasında en küçük nitrojen veya bor mevcudiyetinin bile sırasıyla sarı veya mavi bir renkle sonuçlanabilmesidir. Hem HPHT hem de CVD elmasları, doğal elmaslarla karşılaştırıldığında güçlü ve sıradışı floresans özellikleri gösterme eğilimindedir. Bu gerçek, genellikle elmasların görünümüne zarar vermese de, onları laboratuarda büyüdükçe tanımlarken oldukça yararlıdır.

Peki, Hangi Tür Yetiştirilen Elmas Seçmeliyim?
Laboratuarda yetiştirilmiş bir elmas düşünüyorsanız, bir HPHT elmas veya CVD elmas ile gitmek gerektiğini merak ediyor olabilirsiniz. Her iki teknoloji de büyüleyici ve her ikisinin de artıları ve eksileri var. Neyse ki, laboratuvarda yetiştirilen gümüş yüzük pırlatanızın nasıl yapıldığına dair endişelenmenize gerek yok. Doğal elmaslarda olduğu gibi, laboratuvarda yetiştirilen bir pırlantanın güzelliği, fiziksel yönteminden gelir ve oluşturulduğu kesin yöntem değildir.

Tıpkı doğal elmaslar gibi, 4 C de laboratuvarda yetiştirilen elmasları sınıflamak ve fiyatlandırmak için kullanılır. Kapama şekli ve renk tonları, laboratuarda yetiştirilen elmasların her birinde biraz farklı olabilir, ancak en önemli şey sonuçtur. Bir G rengi, SI1 berraklığı CVD pırlantası, bir G rengi olan SI1 HPHT pırlanta kadar ışıl ışıl parlayacaktır (elbette aynı oranlarda kesildikleri varsayılarak).