Грузите алмазы бочками!
Коллектив ученых под руководством Рассела Хемли из института Карнеги в Вашингтоне создал метод получения синтетических алмазов, которые по своим свойствам могут сравниться с бриллиантами природного происхождения. При этом размер кристаллов не имеет теоретических ограничений и может достигать фантастических для драгоценных камней величин.
Искусственные алмазы успешно выращивали из графита еще с 1953 года по методике, предложенной советским ученым И.Лейпунским. Графит легко растворялся в железоникелевом расплаве и насыщал его углеродом. Не растворимый в расплаве алмаз при давлении 10000 бар и температуре 1400°С выпадал в осадок в виде кристаллов. Затем графитметаллические таблетки в камерах высокого давления за полминуты прорастали десятками кристалликов алмаза. Но это были технические алмазы, сырье для абразивной промышленности. Таким способом их давно изготавливают в Киеве, в Институте сверхтвердых материалов. Да и в мире их производят десятками тонн — темные, мелкие, с посторонними включениями, непригодные для огранки. Со временем отработали методики получения кристаллов для ювелирного дела. Однако они также были довольно мелкими.
Группа Рассела Хемли пошла иным путем. В ее лаборатории кристаллы искусственных алмазов получают методом химического осаждения пара (chemical vapor deposition, CVD). Метан, водород, азот и строго определенное количество некоторых газообразных примесей подаются в реактор, в котором размещена небольшая алмазная пластинка, выполняющая функцию зародыша, то есть центра кристаллизации. С помощью микроволнового излучения содержимое реактора разогревается до температур, при которых начинается интенсивная термическая ионизация газа и образуется плазма. Из газовой фазы углерод оседает на зародыше, и в результате растет правильный крупный алмаз.
В настоящее время CVD-метод позволяет получать достаточно чистые поликристаллические алмазные пленки и пластины диаметром более 100 мм и толщиной от единиц микрометров до миллиметра и более. Применяется он и в Украине. Так, в Харьковском физико-техническом институте одна из модификаций метода CVD используется для создания защитной алмазной пленки на деталях.
Американские ученые поставили задачу создать алмазы ювелирного качества. Они совершенствовали технологию CVD и в последнем номере журнала Proceedings of the National Academy of Sciences объявили о своей победе. Уже сейчас из газа получают высококачественные алмазы весом до 32 карат. Кроме того, новый способ значительно дешевле традиционной обработки при высоком давлении.
Первая серия экспериментов с использованием таких алмазов завершилась успешно. Однако в полной мере выяснить, на что же способны эти кристаллы, ученым не удалось: при попытке измерить их твердость не выдержал и раскололся высокоточный прибор стоимостью $10 тыс.
Искусственные алмазы, получаемые в Вашингтонском институте Карнеги, вызвали интерес и у ювелиров, и у производственников. Предполагается, что на их основе с включением небольшой примеси полупроводникового материала удастся создать алмазный процессор, сохраняющий работоспособность в самых экстремальных условиях, сверхтвердый, износостойкий режущий инструмент и новые лазеры. Не говоря уже о том, что вскоре, возможно, ювелирные магазины будут ломиться от дешевых сверкающих бриллиантов, а алмазные шахты на кимберлитовых трубках придется закрыть за ненадобностью.
Кстати
«Куллинан», крупнейший в мире алмаз из Южной Африки, найденный в 1905 году, весил 605 г и был размером с кулак.
