Вантажте алмази бочками!

Колектив учених під керівництвом Рассела Хемлі з інституту Карнегі у Вашингтоні створив метод одержання синтетичних алмазів, які за властивостями можна порівняти з діамантами природного походження. При цьому розмір кристалів не має теоретичних обмежень і може досягати рекордних, фантастичних для коштовного каміння­ величин.

Штучні алмази успішно вирощували із графіту ще з 1953 року за методикою, запропонованою радянським ученим І.Лейпунським. Графіт легко розчинявся в залізо-нікелевому розплаві й насичував його вуглецем. Не розчинний у розплаві алмаз за тиску 10000 барів і температури 1400°С випадав в осад у вигляді кристалів. Потім графітметалеві таблетки в камерах високого тиску за півхвилини проростали десятками кристаликів алмазу. Але це були технічні алмази, сировина для абразивної промисловості. У такий спосіб їх давно виготовляють у Києві, в інституті надтвердих матеріалів. Та й у світі їх виробляють десятками тонн — темні, дрібні, зі сторонніми включеннями, непридатні для огранювання. Згодом було відпрацьовано методики одержання кристалів для ювелірної обробки. Однак вони також були досить дрібними.

Група Рассела Хемлі пішла іншим шляхом. У її лабораторії кристали штучних алмазів одержують методом хімічного осадження пари (chemical vapor deposition, CVD). Метан, водень, азот і певна кількість деяких газоподібних домішок подаються в реактор, у якому розміщена невелика алмазна пластинка, яка виконує функцію зародка, тобто центру кристалізації. За допомогою мікрохвильового випромінювання вміст реактора розігрівається до температур, за яких починається інтенсивна термічна іонізація газу й утворюється плазма. Із газової фази вуглець осідає на зародку, і в результаті росте правильний великий алмаз.

Наразі CVD-метод дозволяє одержувати досить чисті полікристалічні алмазні плівки й пластини діаметром понад 100 мм і товщиною від одиниць мікрометрів до міліметра й більше. Застосовується він і в Україні. Так, у Харківському фізико-технічному інституті одна з модифікацій методу CVD використовується для створення захисної алмазної плівки на деталях.

Американські вчені поставили собі завдання створити алмази ювелірної якості. Вони вдосконалювали технологію CVD, і в останньому номері журналу Proceedings of the National Academy of Sciences оголосили про свою перемогу. Уже зараз із газу одержують високоякісні алмази вагою до 32 каратів. Крім того, новий спосіб знач­но дешевше від традиційної обробки за високого тиску.

Перша серія експериментів із використанням таких алмазів завершилася успішно. Однак повною мірою з’ясувати, на що ж здатні ці кристали, ученим не вдалося: під час спроби вимірити їхню твердість не витримав і розколовся високоточний прилад вартістю $10 тис.

Штучні алмази, одер­жувані у Вашингтон­ському інституті Карнегі, викликали цілком зрозумілий інтерес і в ювелірів, і у виробничників. Передбачається, що на їхній основі із невеликою домішкою напівпровідникового матеріалу вдасться створити алмазний процесор, який зберігає працездатність у найекстремальніших умовах; надтвердий, зносостійкий різальний інструмент і нові лазери. Не кажучи вже про те, що незабаром, можливо, в ювелірних крамницях буде повно дешевих блискучих діамантів, а алмазні шахти на кімберлітових трубках доведеться закрити через непотрібність.

До речі

«Куллінан», найбільший у світі алмаз із Південної Африки, знайдений 1905 року, важив 605 г і був розміром з кулак.