Twee methoden voor het produceren van synthetische diamanten
| HPHT | CVD |
| HPHT is een afkorting voor "High Pressure High Temperature", wat "hoge druk en hoge temperatuur" betekent. Deze methode voor het produceren van synthetische diamanten weerspiegelt dus de omstandigheden waaronder kristalgroei plaatsvindt - in een omgeving met extreem hoge druk en temperatuur, die de omstandigheden nabootst voor de vorming van natuurlijke diamanten in de aardmantel. Met de HPHT-methode zijn de temperaturen doorgaans 1300-1600 °C en de druk rond de 5 GPa. Deze extreme waarden zijn nodig om koolstof om te zetten in een diamantstructuur. | CVD is een afkorting voor "Chemical Vapour Deposition", in vertaling "chemische afzetting uit de gasfase" of aanwas uit een gasmengsel. Bij deze methode wordt diamant gecreëerd door een chemische reactie van gasvormige koolwaterstoffen, meestal methaan, op het oppervlak van een klein diamantsubstraat bij een temperatuur van 800-1200°C. De gassen worden in de reactor gesplitst in radicalen en koolstofatomen, die geleidelijk op het substraat worden afgezet en een laag synthetisch diamant vormen. De naam CVD weerspiegelt dus het principe van deze chemische dampafzetting. |
Er zijn effectieve methoden voor de productie van synthetische diamanten, maar een ervaren expert kan onderscheid maken tussen de oorsprong van synthetische en natuurlijke diamanten.
Principes en methoden voor de productie van diamant worden heel goed beschreven in een video van Element6, onderdeel van de DeBeers-groep:
HPHT synthetische diamanten
Diamanten ontstaan door kristallisatie van koolstof onder hoge druk en temperatuur: Deze omstandigheden bootsen de omgeving in de aardmantel na, waar de transformatie van koolstof in diamant plaatsvindt.
Diamantgroei vindt plaats in de knop. Een zaadje is een klein diamantkristal waarrond geleidelijk extra lagen koolstof worden afgezet.
Er wordt gebruik gemaakt van extreme omstandigheden: Een druk van 5-6 GPa en een temperatuur van 1300-1600°C zijn optimaal voor kristalgroei.
Metalen dienen als koolstofoplosmiddelen: Fe, Ni, Co of hun legeringen worden het meest gebruikt. Metalen kunnen dus in de diamantstructuur worden verwerkt.
Kleur van HPHT-diamanten: Het kan kleurloos of geel, blauw of roze gekleurd zijn, afhankelijk van de additieven.
Kenmerken van HPHT synthetische diamanten
Specifieke groeisectoren: Ze ontstaan als gevolg van de snelle groei van het kristal in bepaalde richtingen.
Metalen insluitsels: Ze zijn afkomstig van de metaaloplosmiddelen die bij de groei worden gebruikt (Fe, Ni, Co).
Afwijkende luminescentie: Oranje tot rode fluorescentie in plaats van blauw bij natuurlijke diamanten. De reactie op SW UV is sterker dan op LW UV
Sterke fosforescentie na blootstelling aan SW UV-straling komt zeer vaak voor en dit is een van de kenmerken die helpt bij het identificeren van in het laboratorium gekweekte HPHT-diamanten
Tegenwoordig vindt de productie van HPHT-laboratoriumdiamanten voornamelijk plaats in China en Rusland:
Er zijn veel fabrieken in China die synthetische HPHT-diamanten produceren. Deze fabrieken gebruiken enorme persen die de extreme druk en temperatuur creëren die nodig zijn om synthetische diamanten uit koolstofkristallen te laten groeien. Elke reactor kan tot 50 ton wegen. China produceert ongeveer 60% van de wereldproductie van synthetische diamanten, voornamelijk volgens de HPHT-methode.
De energie die nodig is om deze fabrieken te laten draaien, wordt grotendeels verkregen uit de verbranding van steenkool. In 2020 kwam 63% van de Chinese elektriciteit uit kolencentrales. De hoge energievraag bij de productie van synthetische diamanten, gecombineerd met het gebruik van niet-hernieuwbare energiebronnen, leidt tot hoge uitstoot van broeikasgassen.
- HPHT synthetische diamanten hebben een duidelijk oranje tot rode fluorescentie onder SWUV
- HPHT's hebben ook een significante fosforescentie onder SWUV
HPHT-diamanten fosforesceren vaak na blootstelling aan SWUV, in tegenstelling tot natuurlijke diamanten
CVD-lab-gekweekte diamanten
CVD-technologie (Chemical Vapour Deposition): Een diamant groeit uit een gasmengsel door chemische afzetting op een zogenaamd diamant "zaad", d.w.z. een schijfje synthetische diamant.
Hoe CVD-laboratoriumdiamanten worden geproduceerd, wordt heel goed beschreven in een video van het bedrijf Element6, dat deel uitmaakt van de DeBeers-groep:
Koolstofbronnen:Gassen zoals methaan, acetyleen, enz. dienen als koolstofbron.
Groeiomstandigheden: Milder dan HPHT - druk lager dan 100 kPa, temperatuur 800-1200°C
Kleur en kenmerken: De kleur is meestal geelachtig, kleurloze stenen kunnen ook worden geproduceerd, het bevat geen metaalmengsels, maar er kunnen andere insluitsels aanwezig zijn. De kleur wordt vaak achteraf aangepast met behulp van de HPHT-methode, waarmee hoge DF-kleuren worden bereikt
- Synthetische diamanten gemaakt volgens de CVD-methode reageren oranje op rood op SUV
- Synthetische diamanten geproduceerd met HPHT- of CVD-methoden reageren doorgaans sterker op kortere UV-golflengten (SWUV), terwijl het tegenovergestelde geldt voor natuurlijke diamanten
