Бақытталған жағдайда жасалған алмаз

Кіріспе

Бақыланатын процестер арқылы жасалған алмаз

Лабораторияда өсірілген алмаз (ЛБД; сонымен қатар зертханада өсірілген, зертханада жасалған, адам жасаған, қолөнерші жасаған, жасанды, синтетикалық немесе өсірілген алмаз деп аталады) – бақыланатын технологиялық процесте өндірілетін алмаз (табиғи алмазбен салыстырғанда, ол геологиялық процестер арқылы қалыптасып, кен өндіру арқылы алынады). Алмаз имитацияларынан (алмаз емес материалдардан жасалған, сыртқы түрімен алмазға ұқсас өнімдерден) айырмашылығы, синтетикалық алмаз табиғи алмаз сияқты бір материалдан – изотропты 3D формада кристалданған таза көміртек – тұрады және бірдей химиялық және физикалық қасиеттерге ие. 1879 және 1928 жылдар аралығында алмаз синтезі туралы көптеген хабарламалар жарияланды; осы әрекеттердің көпшілігі мұқият талданды, бірақ ешқайсысы расталмады. 1940 жылдары АҚШ, Швеция және КСРО-да алмаз жасау бойынша жүйелі зерттеулер басталды, ол 1953 жылы алғашқы қайталанатын синтезбен аяқталды. Одан әрі жүргізілген зерттеулер жоғары қысымды жоғары температуралық алмазды (HPHT) және CVD алмазын ашты, олар өндіріс әдісімен аталды (тиісінше, жоғары қысымды жоғары температуралық және химиялық будың тұнуы). Бұл екі процесс әлі күнге дейін синтетикалық алмаз өндірісінде басымдылықты сақтайды. Үшінші әдіс, детонациялық синтез деп аталатын, көміртектің жарылысы арқылы нанометрлік өлшемдегі алмаз кристалдарын жасау, 1990 жылдардың соңында нарыққа енді. Төртінші әдіс – графитті жоғары қуатты ультрадыбыспен өңдеу зертханада көрсетілді, бірақ 2008 жылға дейін коммерциялық қолданысқа ие болған жоқ. Синтетикалық алмаздың қасиеттері өндіріс процесіне байланысты. Кейбіреулерінің қаттылығы, жылу өткізгіштігі және электронды жылдамдығы табиғи алмаздардың көпшілігінен жоғары. Синтетикалық алмаз абразивтерде, кесу және жылтырату құралдарында, сондай-ақ жылуды тарату құрылғыларында кеңінен қолданылады. Синтетикалық алмаздың электрондық қолданыстары дамып келеді, оның ішінде электр станцияларындағы жоғары қуатты коммутаторлар, жоғары жиілікті өрістік эффектті транзисторлар және жарықдиодтар бар. Ультракүлгін (UV) сәулесін немесе жоғары энергиялы бөлшектерді анықтау үшін қолданылатын синтетикалық алмаз детекторлары жоғары энергиялық зерттеу орталықтарында қолданылады және коммерциялық түрде қол жетімді. Термиялық және химиялық тұрақтылығының, төмен жылулық кеңеюінің және кең спектрлік диапазондағы жоғары оптикалық мөлдірлігінің ерекше үйлесіміне байланысты синтетикалық алмаз жоғары қуатты CO2 лазерлері мен гиротрон үшін оптикалық терезелерге ең танымал материалға айналуда. Өндірістік сападағы алмаз сұранысының 98% синтетикалық алмаздармен қамтамасыз етіледі деп есептеледі. CVD және HPHT алмаздары асыл тастарға кесіледі және әртүрлі түстерде шығарылуы мүмкін: таза ақ, сары, қоңыр, көк, жасыл және қызғылт сары. Нарықта синтетикалық асыл тастардың пайда болуы алмаз саудасында үлкен алаңдаушылық тудырды, нәтижесінде синтетикалық және табиғи алмазды ажырату үшін арнайы спектроскопиялық құрылғылар мен әдістер әзірленді.

Lab grown diamond (LGD; also called laboratory grown, laboratory created, man made, artisan created, artificial, synthetic, or cultured diamond) is diamond that is produced in a controlled technological process (in contrast to naturally formed diamond, which is created through geological processes and obtained by mining). Unlike diamond simulants (imitations of diamond made of superficially similar non diamond materials), synthetic diamonds are composed of the same material as naturally formed diamonds—pure carbon crystallized in an isotropic 3D form—and share identical chemical and physical properties. Numerous claims of diamond synthesis were reported between 1879 and 1928; most of these attempts were carefully analyzed but none was confirmed. In the 1940s, systematic research of diamond creation began in the United States, Sweden and the Soviet Union, which culminated in the first reproducible synthesis in 1953. Further research activity yielded the discoveries of high pressure high temperature diamond (HPHT) and CVD diamond, named for their production method (high pressure high temperature and chemical vapor deposition, respectively). These two processes still dominate synthetic diamond production. A third method in which nanometer sized diamond grains are created in a detonation of carbon containing explosives, known as detonation synthesis, entered the market in the late 1990s. A fourth method, treating graphite with high power ultrasound, has been demonstrated in the laboratory, but as of 2008 had no commercial application. The properties of synthetic diamonds depend on the manufacturing process. Some have properties such as hardness, thermal conductivity and electron mobility that are superior to those of most naturally formed diamonds. Synthetic diamond is widely used in abrasives, in cutting and polishing tools and in heat sinks. Electronic applications of synthetic diamond are being developed, including high power switches at power stations, high frequency field effect transistors and light emitting diodes. Synthetic diamond detectors of ultraviolet (UV) light or high energy particles are used at high energy research facilities and are available commercially. Due to its unique combination of thermal and chemical stability, low thermal expansion and high optical transparency in a wide spectral range, synthetic diamond is becoming the most popular material for optical windows in high power CO2 lasers and gyrotrons. It is estimated that 98% of industrial grade diamond demand is supplied with synthetic diamonds. Both CVD and HPHT diamonds can be cut into gems and various colors can be produced: clear white, yellow, brown, blue, green and orange. The advent of synthetic gems on the market created major concerns in the diamond trading business, as a result of which special spectroscopic devices and techniques have been developed to distinguish synthetic and natural diamonds.

Тарих

Алмаз синтезінің алғашқы кезеңдерінде заманауи химияның негізін қалаушы Антуан Лавуазье маңызды рөл атқарды. Оның алмастың кристалдық торлары көміртектің кристалдық құрылысына ұқсас екендігін ашқандығы алмастарды өндіруге бастама берді. 1797 жылы алмастың таза көміртек екені анықталғаннан кейін, көміртектің арзан түрлерін алмазға айналдыруға көптеген әрекеттер жасалды. Ең алғашқы табысқа Джеймс Баллантайн Ханней 1879 жылы, ал Фердинанд Фредерик Анри Мойсан 1893 жылы қол жеткізді. Олардың әдісі пеште көмірлі ыдыста темірмен бірге көмірді қыздырудан тұрды. Ханней отпен қыздырылатын түтікше пайдаланса, Мойсан өзінің жаңадан ойлап тапқан электр доғалық пешін қолданды, онда электр доғасы әк блоктарындағы көміртек таяқшалар арасында пайда болатын. Содан кейін балқытылған темір суға батырылып, жылдам суытылды. Суыту кезінде туындайтын қысым графитті алмазға айналдыру үшін қажетті жоғары қысымды қамтамасыз етеді деп есептелді. Мойсан өзінің еңбектерін 1890 жылдардағы бірқатар мақалаларда жариялады. Көптеген ғалымдар оның тәжірибелерін қайталауға тырысты. Сэр Уильям Крукс 1909 жылы сәттілікке жеткенін мәлімдеді. Отто Руфф 1917 жылы диаметрі 1,5 см-ге дейін алмаз өндіргенін хабарлады, бірақ кейіннен бұл мәлімдемесінен бас тартты. 1926 жылы Макферсон колледжінің докторы Дж. Уиллард Херши Мойсан мен Руффтың тәжірибелерін қайталап, синтетикалық алмаз жасады. Мойсан, Руфф және Хершидің мәлімдемелеріне қарамастан, басқа зерттеушілер олардың синтезін қайталай алмады. Ең нақты қайталау әрекеттерін сэр Чарльз Алгернон Парсонс жүргізді. Бу машинасының ойлап тапқан авторы ретінде танымал ғалым және инженер, ол 40 жыл (1882–1922) бойы және байлығының елеулі бөлігін Мойсан мен Ханнейдің тәжірибелерін қайталауға, сондай-ақ өз процестерін бейімдеуге жұмсады. Парсонс өте мұқият тәсілімен және жүйелі жазбаларын вестимен белгілі болды; оның барлық үлгілері тәуелсіз сарапшылар тарапынан одан әрі талдау үшін сақталды. Ол HPHT алмаздары туралы бірнеше мақала жазды, онда ол кішкентай алмаздар жасағанын мәлімдеді. Алайда 1928 жылы ол доктор К. Х. Дешке сол кезге дейін синтетикалық алмаз (Мойсан және басқалар жасағандарды қоса алғанда) өндірілмегенін айтатын мақала жариялауға рұқсат берді. Ол осы уақытқа дейін өндірілген алмастардың көпшілігі синтетикалық шпинель болған деген болжам жасады. Құрылғыдағы қысым шамамен сақталды және температура бір сағат бойы тұрақталды. Бірнеше кішкентай алмаз өндірілді, бірақ олар әшекейлік сапаға және өлшемге сай емес еді. Патент процесіне қатысты сұрақтар мен әлемде алмаз синтезі саласында басқа да маңызды зерттеулер жүргізілмегеніне сенімді болғандықтан, ASEA басқармасы жариялаудан және патентке өтініш беруден бас тартты. Осылайша, ASEA нәтижелері туралы хабарлама 1955 жылдың 15 ақпанындағы GE баспасөз конференциясынан кейін жарияланды.

In the early stages of diamond synthesis, the founding figure of modern chemistry, Antoine Lavoisier, played a significant role. His groundbreaking discovery that a diamond's crystal lattice is similar to carbon's crystal structure paved the way for initial attempts to produce diamonds. After it was discovered that diamond was pure carbon in 1797, many attempts were made to convert various cheap forms of carbon into diamond. The earliest successes were reported by James Ballantyne Hannay in 1879 and by Ferdinand Frédéric Henri Moissan in 1893. Their method involved heating charcoal at up to with iron inside a carbon crucible in a furnace. Whereas Hannay used a flame heated tube, Moissan applied his newly developed electric arc furnace, in which an electric arc was struck between carbon rods inside blocks of lime. The molten iron was then rapidly cooled by immersion in water. The contraction generated by the cooling supposedly produced the high pressure required to transform graphite into diamond. Moissan published his work in a series of articles in the 1890s. Many other scientists tried to replicate his experiments. Sir William Crookes claimed success in 1909. Otto Ruff claimed in 1917 to have produced diamonds up to in diameter, but later retracted his statement. In 1926, Dr. J. Willard Hershey of McPherson College replicated Moissan's and Ruff's experiments, producing a synthetic diamond. Despite the claims of Moissan, Ruff, and Hershey, other experimenters were unable to reproduce their synthesis. The most definitive replication attempts were performed by Sir Charles Algernon Parsons. A prominent scientist and engineer known for his invention of the steam turbine, he spent about 40 years (1882–1922) and a considerable part of his fortune trying to reproduce the experiments of Moissan and Hannay, but also adapted processes of his own. Parsons was known for his painstakingly accurate approach and methodical record keeping; all his resulting samples were preserved for further analysis by an independent party. He wrote a number of articles—some of the earliest on HPHT diamond—in which he claimed to have produced small diamonds. However, in 1928, he authorized Dr. C. H. Desch to publish an article in which he stated his belief that no synthetic diamonds (including those of Moissan and others) had been produced up to that date. He suggested that most diamonds that had been produced up to that point were likely synthetic spinel. Pressure was maintained within the device at an estimated and a temperature of for an hour. A few small diamonds were produced, but not of gem quality or size. Due to questions on the patent process and the reasonable belief that no other serious diamond synthesis research occurred globally, the board of ASEA opted against publicity and patent applications. Thus the announcement of the ASEA results occurred shortly after the GE press conference of February 15, 1955.

GE алмаздық жобасы

1941 жылы General Electric (GE), Norton және Carborundum компаниялары алмаз синтезін одан әрі дамыту жөнінде келісім жасасты. Олар көміртекті шамамен бірнеше секунд бойы қысыммен қыздыра алды. Бірақ, көп ұзамай Екінші дүниежүзілік соғыс басталғандықтан, жоба тоқтап қалды. 1951 жылы ол GE-нің Schenectady зертханаларында қайта жаңғыртылды, сонда Фрэнсис П. Банди мен Х. М. Стронг жоғары қысымдағы алмаз тобын құрды. Кейін Трейси Холл және басқалар да жобаға қосылды. Кейіннен, алмаздың тұқым ретінде табиғи алмаз қолданылғаны анықталды. Холл 1954 жылдың 16 желтоқсанында алмаздың алғашқы коммерциялық синтезін жасады, ал бұл туралы 1955 жылдың 15 ақпанында хабарланды. Оның табысы – "белдеулі" пресс қолдану болды, ол қысымды және температураны арттыруға қабілетті еді. Пресс пирофиллит контейнерін пайдаланды, онда графит балқыған никель, кобальт немесе темірде ерітілді. Бұл металдар "еріткіш катализатор" рөлінде әрекет етті, көміртекті ерітіп, алмазға айналу процесін үдетті. Ол өндірген ең ірі алмастың көлденеңі болды; ол зергерлік бұйымдар жасауға тым кішкентай және визуально кемшіліктері болғандықтан, бірақ өнеркәсіптік абразивтерде қолдануға жарамды еді. Холлдың әріптестері оның жұмысын қайталай алды, ал аталған жаңалық Nature журналында жарияланды. Ол синтетикалық алмасты қайталанатын, тексерілетін және толыққанды құжатталған әдіспен өсірген алғашқы адам болды. 1955 жылы GE компаниясынан кетіп, үш жылдан кейін GE патенттік өтінімдері бойынша АҚШ Сауда департаментінің құпиялылық ережесін бұзу мақсатында, төрт саңылаулы төртбұрышты пресс – алмаз синтезі үшін жаңа құрал жасады.

Дамыту

Синтетикалық асыл тастар сапасындағы алмаз кристалдары алғаш рет 1970 жылы GE компаниясы өндірді, содан кейін 1971 жылы хабарланды. Алғашқы табыстарда әр шетінен жұқа алмаз тілімдері салынған пирофиллит түтікшелер қолданылды. Графиттен алынатын материал ортаға, ал металл еріткіш (никель) графит пен алмаз тұқымдарының арасына орналастырылды. Контейнер қыздырылып, қысым шамамен көтерілді. Кристалдар түтіктің ортасынан ұштарына қарай ағып, өседі, ал процестің ұзақтығын арттыру үлкен кристаллдарды өндіруге мүмкіндік береді. Бастапқыда бір апталық өсу процесінде шамамен 1 карат немесе 0,2 г асыл тастар өндірілді, ал процестің жағдайлары мүмкіндігінше тұрақты болуы керек еді. Графиттен алынатын материал көп ұзамай алмаз ұнтағымен ауыстырылды, себебі ол соңғы кристаллдың пішінін жақсырақ бақылауға мүмкіндік берді. Алғашқы асыл тастар әрқашан сарыдан қоңырға дейін түсті, себебі азотпен ластанған. Инклюзиялар, әсіресе никельден жасалған "тақта тәрізді" инклюзиялар жиі кездесетін. Алюминий немесе титан қосып, барлық азотты алып тастау түссіз "ақ" тастарды, ал азотты алып тастап, бор қосып көк тастарды өндіруге мүмкіндік берді. Азотты алып тастау өсу процесін баяулатып, кристаллдық сапаны төмендеткендіктен, процесс әдетте азоттың болуымен жүргізілді. GE өндірген тастар мен табиғи алмаздар химиялық тұрғыдан бірдей болғанымен, олардың физикалық қасиеттері әртүрлі болды. Түссіз тастар қысқа толқынды ультракөк сәулелер астында күшті флуоресценция мен фосфоресценцияны көрсетті, бірақ ұзақ толқынды ультракөк сәулелер астында инертті болды. Табиғи алмаздардың ішінде бұл қасиеттерге тек сирек кездесетін көк түсті тастар ғана ие. Табиғи алмаздардан айырмашылығы, GE өндірген тастардың барлығы рентген сәулелері астында күшті сары флуоресценцияны көрсетті. De Beers бриллианттарды зерттеу зертханасы зерттеу мақсатында 500 каратқа дейінгі тастарды өсірді. Осы мөлшердегі жоғары сапалы алмаздарды өсіру үшін алты апта бойы тұрақты HPHT жағдайлары сақталды. Экономикалық себептерге байланысты, көптеген синтетикалық алмаздардың өсуі олар массаға жеткенде тоқтатылады. Алмаз пленкасын жасау әдісі 1968 жылы Ангус және әріптестері, ал 1970 жылы Дерягин мен Федосеев тәуелсіз түрде қайталады. Эверсоль мен Ангус субстрат ретінде үлкен, қымбат, бір кристалл алмаздарды қолданған, ал Дерягин мен Федосеев алмасты емес материалдардан (силиций мен металдар) алмаз пленкаларын жасауға қол жеткізді, бұл 1980-ші жылдары арзан алмаз жабындары бойынша кең ауқымды зерттеулерге әкелді. 2013 жылдан бастап, зергерлік бұйымдарда және саудада сатылатын алмаз жиынтықтарында жасырын синтетикалық ұсақ алмаздардың (әдетте орталық алмазды шеңберлеуге немесе білезіктерді безендіруге қолданылатын кішкентай дөңгелек алмаздар) көбейіп бара жатыр деген хабарлар пайда болды. Алмаз ұсақтарының салыстырмалы түрде төмен құны, сондай-ақ оларды тиімді анықтау үшін жеткілікті білімнің болмауы салдарынан, барлық дилерлер алмаз ұсақтарының табиғи немесе синтетикалық екенін дұрыс анықтау үшін оларды тексеруге тырыспады. Алайда, халықаралық зертханалар бұл мәселені шешуге кірісіп, синтетикалық ұсақ алмаздарды анықтау әдістерін жақсартуда.

Synthetic gem quality diamond crystals were first produced in 1970 by GE, then reported in 1971. The first successes used a pyrophyllite tube seeded at each end with thin pieces of diamond. The graphite feed material was placed in the center and the metal solvent (nickel) between the graphite and the seeds. The container was heated and the pressure was raised to about The crystals grow as they flow from the center to the ends of the tube, and extending the length of the process produces larger crystals. Initially, a week long growth process produced gem quality stones of around (1 carat or 0.2 g), and the process conditions had to be as stable as possible. The graphite feed was soon replaced by diamond grit because that allowed much better control of the shape of the final crystal. The first gem quality stones were always yellow to brown in color because of contamination with nitrogen. Inclusions were common, especially "plate like" ones from the nickel. Removing all nitrogen from the process by adding aluminum or titanium produced colorless "white" stones, and removing the nitrogen and adding boron produced blue ones. Removing nitrogen also slowed the growth process and reduced the crystalline quality, so the process was normally run with nitrogen present. Although the GE stones and natural diamonds were chemically identical, their physical properties were not the same. The colorless stones produced strong fluorescence and phosphorescence under short wavelength ultraviolet light, but were inert under long wave UV. Among natural diamonds, only the rarer blue gems exhibit these properties. Unlike natural diamonds, all the GE stones showed strong yellow fluorescence under X rays. The De Beers Diamond Research Laboratory has grown stones of up to for research purposes. Stable HPHT conditions were kept for six weeks to grow high quality diamonds of this size. For economic reasons, the growth of most synthetic diamonds is terminated when they reach a mass of to Diamond film deposition was independently reproduced by Angus and coworkers in 1968 and by Deryagin and Fedoseev in 1970. Whereas Eversole and Angus used large, expensive, single crystal diamonds as substrates, Deryagin and Fedoseev succeeded in making diamond films on non diamond materials (silicon and metals), which led to massive research on inexpensive diamond coatings in the 1980s. From 2013, reports emerged of a rise in undisclosed synthetic melee diamonds (small round diamonds typically used to frame a central diamond or embellish a band) being found in set jewelry and within diamond parcels sold in the trade. Due to the relatively low cost of diamond melee, as well as relative lack of universal knowledge for identifying large quantities of melee efficiently, not all dealers have made an effort to test diamond melee to correctly identify whether it is of natural or synthetic origin. However, international laboratories are now beginning to tackle the issue head on, with significant improvements in synthetic melee identification being made.

Өндірістік технологиялар

Синтетикалық алмастарды өндіру үшін бірнеше әдістер қолданылады. Алғашқы әдіс жоғары қысым және жоғары температура (ЖЖТТ) қолданады және салыстырмалы түрде төмен құны болғандықтан әлі де кеңінен қолданылады. Процесс жүздерше тонна салмақтайтын үлкен престерді қамтиды, олар қысымды жасау үшін қолданылады. Екінші әдіс – химиялық будың конденсациясы (ХБҚ) арқылы көміртек плазмасын субстрат үстінде жасау, онда көміртек атомдары алмаз құру үшін жиналады. Басқа әдістерге жарылғыш түзілу (детонациялық наноалмастарды жасау) және графит ерітінділерін ультрадыбыспен өңдеу жатады. Белдік престер әлі күнге дейін қолданылады, бірақ олар бастапқы конструкцияға қарағанда әлдеқайда үлкен масштабта жасалған. Престің екінші түрі – кубтық пресс. Кубтық престе алты саңлау бар, олар бір мезгілде куб тәрізді көлемнің барлық жақтарына қысым жасайды. Кубтық пресс қысым қолданылатын көлемді арттыру үшін көп ұзамай жасалды. Кубтық пресс әдетте белдік пресінен кішірек болады және синтетикалық алмаз жасау үшін қажетті қысым мен температураға жылдам жетуі мүмкін. Дегенмен, кубтық престерді үлкен көлемге оңай кеңейтуге болмайды: қысымдағы көлемді үлкен саңлауларды пайдалану арқылы арттыруға болады, бірақ бұл сондай-ақ бірдей қысымға жету үшін саңлауларға қажетті күшті де арттырады. Басымдағы көлемнің көлеміне қатысты беттік ауданын азайтуға болады, мысалы, додекаэдр сияқты жоғары ретті платоникалық денеге жинау үшін көбірек саңлауларды пайдалану арқылы. Алайда, мұндай пресс жасау өте күрделі және қиын. BARS аппараты алмаз өндіруге арналған ең ықшам, тиімді және экономикалық прес деп есептеледі. BARS құрылғысының ортасында шамамен 6 мм көлемді керамикалық цилиндрлі "синтез капсуласы" орналасқан. Бұл жасуша қысымды өткізетін материалдан жасалған, мысалы, пирофиллит керамикасынан жасалған, цементтелген карбидтен (мысалы, вольфрам карбиді немесе VK10 қатты қорытпасынан) жасалған ішкі саңлаулармен қысылған кубқа орналастырылады. Сыртқы октаэдрлік қуыс 8 болаттан жасалған сыртқы саңлаулармен қысылады. Орнатылғаннан кейін, бүкіл жиынтық дискілі барабанға бекітіледі. Барабан маймен толтырылады, ол қыздырылғанда қысымды тудырады, ал май қысымы орталық жасушаға беріледі. Синтез капсуласы коаксиалды графит жылытқышымен қыздырылады және температура термопарамен өлшенеді.

There are several methods used to produce synthetic diamonds. The original method uses high pressure and high temperature (HPHT) and is still widely used because of its relatively low cost. The process involves large presses that can weigh hundreds of tons to produce a pressure of at The second method, using chemical vapor deposition (CVD), creates a carbon plasma over a substrate onto which the carbon atoms deposit to form diamond. Other methods include explosive formation (forming detonation nanodiamonds) and sonication of graphite solutions. Belt presses are still used today, but they are built on a much larger scale than those of the original design. The second type of press design is the cubic press. A cubic press has six anvils which provide pressure simultaneously onto all faces of a cube shaped volume. The cubic press was created shortly thereafter to increase the volume to which pressure could be applied. A cubic press is typically smaller than a belt press and can more rapidly achieve the pressure and temperature necessary to create synthetic diamond. However, cubic presses cannot be easily scaled up to larger volumes: the pressurized volume can be increased by using larger anvils, but this also increases the amount of force needed on the anvils to achieve the same pressure. An alternative is to decrease the surface area to volume ratio of the pressurized volume, by using more anvils to converge upon a higher order platonic solid, such as a dodecahedron. However, such a press would be complex and difficult to manufacture. The BARS apparatus is claimed to be the most compact, efficient, and economical of all the diamond producing presses. In the center of a BARS device, there is a ceramic cylindrical "synthesis capsule" of about in size. The cell is placed into a cube of pressure transmitting material, such as pyrophyllite ceramics, which is pressed by inner anvils made from cemented carbide (e. g., tungsten carbide or VK10 hard alloy). The outer octahedral cavity is pressed by 8 steel outer anvils. After mounting, the whole assembly is locked in a disc type barrel with a diameter about The barrel is filled with oil, which pressurizes upon heating, and the oil pressure is transferred to the central cell. The synthesis capsule is heated up by a coaxial graphite heater, and the temperature is measured with a thermocouple.

Химиялық будың жиналуы

Химиялық бумен жинақтау — көмірсутекті газ қоспасынан алмаз өсіру әдісі. 1980 жылдардың басынан бері бұл әдіс дүние жүзінде қарқынды зерттеулердің нысаны болды. Жоғары сапалы алмаз кристалдарын жаппай өндіру үшін HPHT процесі өнеркәсіптік қолдануға қолайлырақ болса, CVD құрылғыларының икемділігі мен қарапайымдылығы зертханалық зерттеулерде CVD өсіруінің танымалдығын түсіндіреді. CVD алмаз өсірудің артықшылықтарына алмазды үлкен аумақтарда және әртүрлі негіздерде (субстраттарда) өсіру мүмкіндігі, сондай-ақ химиялық қоспаларды және осы арқылы алынған алмаздың қасиеттерін дәл бақылау жатады. HPHT-ден айырмашылығы, CVD процесіне жоғары қысым қажет емес, өйткені өсу әдетте төмен қысымда жүреді. CVD өсіруіне негізді (субстратты) дайындау, камераға әртүрлі мөлшерде газдарды беру және оларды белсендіру кіреді. Негізді (субстратты) дайындау кезінде тиісті материалды және оның кристаллографиялық бағытын таңдау, оны тазарту (көбінесе алмаз емес негізді (субстратты) абразиялау үшін алмаз ұнтағымен), сондай-ақ өсу кезінде негіздің (субстраттың) температурасын (шамамен) бірнеше сынақтар арқылы оңтайландыру қажет. Газ қоспасының құрамын және ағынын оңтайландыру біркелкі және жоғары сапалы алмаз өсіруін қамтамасыз ету үшін маңызды. Газдарға көміртек көзі (әдетте метан) және сутегі, әдетте 1:99 арақатынасында кіреді. Сутегінің болуы маңызды, өйткені ол алмаз емес көміртекті таңдап кетіреді. Газдар микротолқынды қуат, қыздырылған жіп, доғалық разряд, дәнекерлеу шамдары, лазер, электронды сәуле немесе басқа да тәсілдер арқылы өсу камерасында химиялық белсенді радикалдарға иондалады. Өсу кезінде камера материалдары плазмамен кесіліп, өсіп келе жатқан алмазға енуі мүмкін. Атап айтқанда, CVD алмазы көбінесе өсу камерасының кремний терезелерінен немесе кремний негізінен (субстратынан) келген кремниймен ластанады. Сондықтан кремний терезелерінен аулақ болу керек немесе оларды негізден (субстраттан) алыстату керек. Камерадағы борлы қосылыстар, тіпті өте аз мөлшерде болса да, таза алмаз өсіруге кедерілді.

Chemical vapor deposition is a method by which diamond can be grown from a hydrocarbon gas mixture. Since the early 1980s, this method has been the subject of intensive worldwide research. Whereas the mass production of high quality diamond crystals make the HPHT process the more suitable choice for industrial applications, the flexibility and simplicity of CVD setups explain the popularity of CVD growth in laboratory research. The advantages of CVD diamond growth include the ability to grow diamond over large areas and on various substrates, and the fine control over the chemical impurities and thus properties of the diamond produced. Unlike HPHT, CVD process does not require high pressures, as the growth typically occurs at pressures under
The CVD growth involves substrate preparation, feeding varying amounts of gases into a chamber and energizing them. The substrate preparation includes choosing an appropriate material and its crystallographic orientation; cleaning it, often with a diamond powder to abrade a non diamond substrate; and optimizing the substrate temperature (about ) during the growth through a series of test runs. Moreover, optimizing the gas mixture composition and flow rates is paramount to ensure uniform and high quality diamond growth. The gases always include a carbon source, typically methane, and hydrogen with a typical ratio of 1:99. Hydrogen is essential because it selectively etches off non diamond carbon. The gases are ionized into chemically active radicals in the growth chamber using microwave power, a hot filament, an arc discharge, a welding torch, a laser, an electron beam, or other means. During the growth, the chamber materials are etched off by the plasma and can incorporate into the growing diamond. In particular, CVD diamond is often contaminated by silicon originating from the silica windows of the growth chamber or from the silicon substrate. Therefore, silica windows are either avoided or moved away from the substrate. Boron containing species in the chamber, even at very low trace levels, also make it unsuitable for the growth of pure diamond.

Жарылғыш заттарды жарылту

Алмаз нанокристаллдары (диаметрі бойынша) металл камерада көміртек қамтитын жарылғыш заттарды детонациялау арқылы түзіледі. Бұлар "детонациялық наноалмаздар" деп аталады. Детонация кезінде камерадағы қысым мен температура жарылғыш заттардың көміртегін алмазға айналдыруға жеткілікті деңгейге жетеді. Камера суға батырылып, детонациядан кейін тез суытылады, бұл жаңа түзілген алмастың тұрақтанған графитке айналуын болдырмайды. Осы техниканың бір түрінде графит ұнтағымен толтырылған металл түтік детонациялық камераға орналастырылады. Детонация графитті алмазға айналдыру үшін жеткілікті қыздырып, қысады. Өнім әрқашан графитке және алмаз емес, басқа көміртек формаларына толы болады, оларды еріту үшін ыстық азот қышқылында ұзақ қайнату қажет (шамамен 1 күн). Қайта алынған наноалмаз ұнтағы негізінен жылтыратуға қолданылады. Ол негізінен Қытайда, Ресейде және Беларусьте өндіріледі және 2000 жылдардың басында ірі көлемде нарыққа түсе бастады.

Ультрадыбыстық кавитация

Микрондық өлшемді алмаз кристалдары атмосфералық қысымда және бөлме температурасында ультрадыбыстық кавитация қолдану арқылы органикалық сұйықтықтағы графит суспензиясынан синтезделе алады. Алмаздың шығымдылығы бастапқы графит салмағының шамамен 10% құрайды. Осы әдіспен өндірілген алмаздың шамамен бағасы HPHT әдісімен салыстыруға болады, бірақ ультрадыбыстық синтез үшін өнімнің кристалдық толықтығы айтарлықтай нашар. Бұл техника салыстырмалы түрде қарапайым жабдықтар мен процедураларды қажет етеді және екі зерттеу тобы бұл туралы хабарлаған, бірақ 2008 жылға дейін өнеркәсіптік қолданысқа енген жоқ. Бастапқы графит ұнтағын дайындау, ультрадыбыстық қуатты таңдау, синтез уақыты және еріткіш сияқты көптеген процестік параметрлер оңтайландырылмаған, бұл ультрадыбыстық синтездің тиімділігін арттыру және құнын төмендету мүмкіндігін қалдырады.

Сұйық металдың ішінде кристалдану

2024 жылы ғалымдар галлий, темір, никель және кремнийдің (77.25/11.00/11.00/0.25 арақатынасы) сұйық металл қорытпасына метан мен сутегі газдарын шамамен 1025 °C температурада жіберу арқылы 1 атмосфера қысымда алмасты кристалдастыру әдісін жариялады. Кристалдану – "тұқымсыз" процесс, бұл оны дәстүрлі жоғары қысым және жоғары температура немесе химиялық бумен жабыну әдістерінен ерекшелендіреді. Метан мен сутегіні жіберу нәтижесінде шамамен 15 минуттан кейін алмастың ядросы, ал шамамен 150 минуттан кейін алмастың үздіксіз қабықшасы пайда болады.

Қасиеттері

Дәстүр бойынша, кристалдық ақаулардың болмауы алмаздың ең маңызды қасиеті саналады. Тазалығы мен жоғары кристалдық толықтығы алмазды түзі және айқын етеді, ал оның қаттылығы, оптикалық дисперсиясы (көрінуі) және химиялық тұрақтылығы (маркетингпен бірге) оны танымал әшекей тасқа айналдырады. Жоғары жылу өткізгіштігі техникалық қолданыстар үшін де маңызды. Жоғары оптикалық дисперсия барлық алмаздардың ішкі қасиеті болса, олардың басқа қасиеттері алмаздың қалай жасалғанына байланысты өзгеріп отырады.

Кристаллиндік

Алмаз бір тұтас, үздіксіз кристалл немесе көптеген кіші кристалдардан (поликристалл) тұруы мүмкін. Ірі, таза және мөлдір бір кристалды алмаздар көбінесе әшекей тастар ретінде қолданылады. Поликристаллдық алмаз (PCD) көптеген ұсақ түйіршіктерден құралады, олар күшті жарық сіңіру және шашырату арқасында қалың көзбен оңай көрінеді; ол әшекей тастарға жарамсыз және кен өндіру, кесу құралдары сияқты өнеркәсіптік қолданулар үшін пайдаланылады. Поликристаллдық алмаз көбінесе оны құрайтын кристалдардың орташа өлшемімен (немесе дән өлшемімен) сипатталады. Дән өлшемдері нанометрден жүздеген микрометрге дейін өзгереді және олар әдетте сәйкесінше "нанокристаллдық" және "микрокристалдық" алмаз деп аталады.

Қаттылығы

Алмастың қаттылығы Моос минералдық қаттылық шкаласы бойынша 10-ға тең, бұл шкаладағы ең қатты материал. Алмаз – ойылуға төзімділігі бойынша белгілі ең қатты табиғи материал. Химиялық осау жолмен (CVD) алмаз өсіру арқылы алынған нанокристалл алмастың қаттылығы бір кристалл алмастың 30%-дан 75%-ына дейін болуы мүмкін, және оның қаттылығы нақты қолданыстар үшін реттелуі мүмкін. Кейбір синтетикалық бір кристалл алмастар және ЖҚБ (HPHT) нанокристалл алмастары (гипералмаз қараңыз) кез келген белгілі табиғи алмаздан қаттырақ.

Ластанулар мен қоспалар

Әрбір алмаста көміртектен басқа да атомдар бар, оларды талдау техникаларымен анықтауға болады. Бұл атомдар макроскопиялық фазаларға бірігіп, кірікпелер деп аталады. Қоспалардың болуы көбінесе болдырмауға тырысылады, бірақ алмастың белгілі бір қасиеттерін басқару үшін оларды қасақана енгізуге болады. Еріткіш катализаторлар қолданылатын синтетикалық алмастың өсу процестері әдетте материалдың электрондық қасиеттеріне әсер ететін, өтпелі металл атомдарын (мысалы, никель, кобальт немесе темір) қамтитын, қоспалармен байланысты бірнеше күрделі орталықтардың пайда болуына алып келеді. Мысалы, таза алмас электр оқшаулағыш болып табылады, ал бор қосылған алмас электр өткізгіш (және кейбір жағдайларда, суперөткізгіш) болып табылады, бұл оны электрондық қолдануда пайдалануға мүмкіндік береді. Азот қоспалары кристалдық құрылымдағы ақаулар – тордың ығысуына кедергі келтіреді және торды сығу күшіне ұшыратады, соның салдарынан қаттылығы мен беріктігі артады.

Жылу өткізгіштігі

CVD алмазының жылу өткізгіштігі ақаулар мен дән шекаралық құрылымдарға байланысты ондаған Вт/м²К-ден 2000 Вт/м²К-ге дейін өзгереді. CVD арқылы алмаз өсетін кезде, дәншелер пленканың қалыңдығымен бірге өседі, нәтижесінде пленка қалыңдығы бағытында жылу өткізгіштігінің градиенті пайда болады. Алмаздың жылу өткізгіштігін зергерлер мен гемологтар пайдаланады, олар алмазды оның жалғандарынан ажырату үшін электрондық жылу зондарын қолданады. Бұл зондтар батареямен қуатталатын жұқа мыс ұшына орнатылған бірнеше термисторлардан тұрады. Бір термистор жылыту құрылғысы ретінде, ал екіншісі мыс ұшының температурасын өлшеу үшін қолданылады: егер сыналып жатқан тас алмаз болса, ол ұштың жылу энергиясын соншалықты жылдам өткізеді, нәтижесінде температураның байқалатын төмендеуі тіркеледі. Бұл тест шамамен 2-3 секундқа созылады.

Металл өңдеу және кесу құралдары

Синтетикалық алмастың көптеген өнеркәсіптік қолданыстары ұзақ жылдар бойы оның қатаңдығымен байланысты болды; осы қасиет алмасты машина құралдары мен кесу құралдары үшін өте қолайлы материал етеді. Табиғатта кездесетін ең қатаң материал ретінде алмас кез келген материалды, тіпті басқа алмастарды да жылтыратуға, кесуге немесе тозуға пайдалануға болады. Бұл мүмкіндіктің өнеркәсіпте кең таралған қолданыстары – алмас ұштармен жабдықталған бұрғылау биттері мен аралар, сондай-ақ алмас ұнтағын абразив ретінде пайдалану. Бұл синтетикалық алмастың ең ірі өнеркәсіптік қолданысы болып табылады. Табиғи алмас та осы мақсаттар үшін қолданылады, бірақ синтетикалық HPHT алмасы көбірек танымал, себебі оның механикалық қасиеттерін жақсы қайта жасауға болады. Алмас темір қорытпаларын жоғары жылдамдықпен өңдеуге қолайлы емес, себебі көміртек жоғары жылдамдықты өңдеу кезінде туындайтын жоғары температурада темірде еріп, алмас құралдардың тозуын күрт арттырады. Кесу құралдарында алмас әдетте металл матрицасында (көбінесе кобальт) шашыраңқы жайылған микроскопиялық өлшемдегі түйірлер түрінде қолданылады. Өнеркәсіпте бұл поликристаллдық алмаз (PCD) деп аталады. PCD ұштармен жабдықталған құралдарды тау-кен өнеркәсібінде және кесу жұмыстарында жиі кездестіруге болады. Соңғы он бес жыл ішінде металл құралдарды CVD алмазымен қаптау бойынша жұмыстар жүргізілуде, және нәтижелер үміт берерлік болғанымен, бұл дәстүрлі PCD құралдарын маңызды деңгейде ығыстырмады.

Жылу өткізгіш

Жоғары жылу өткізгіштігі бар көптеген материалдар, мысалы металдар, сонымен бірге электр өткізгіштігіне де ие. Керісінше, таза синтетикалық алмастың жылу өткізгіштігі жоғары, ал электр өткізгіштігі өте төмен. Бұл қасиет электроника саласында бағалы, себебі алмаз жоғары қуатты лазерлік диодтар, лазерлік тізбектер және жоғары қуатты транзисторлар үшін жылуды таратуға арналған құрал ретінде қолданылады. Жылуды тиімді тарату осы электрондық құрылғылардың қызмет ету мерзімін ұзартады, ал құрылғыларды ауыстырудың жоғары құны тиімді болғанымен салыстырмалы түрде қымбат алмасты жылу шығарушыларды қолдануға негіз береді. Жартылай өткізгіш технологиясында синтетикалық алмаздық жылу таратушылар кремний және басқа да жартылай өткізгіш құрылғыларды қызып кетуден қорғайды.

Оптикалық материал

Алмаз қатты, химиялық тұрақты, жоғары жылу өткізгіштігіне және төмен жылулық кеңею коэффициентіне ие. Бұл қасиеттері алмазды инфрақызыл және микротолқын сәулелерін өткізуге арналған кез келген басқа терезе материалынан артық етеді. Сондықтан синтетикалық алмаз жоғары қуатты CO2 лазерлері мен гиротрондардың шығыс терезесі ретінде мырыш селенидін ығыстыруда. Бұл синтетикалық поликристалл алмаз терезелер үлкен диаметрлі (гиротрондар үшін шамамен 10 см) және кішкентай қалыңдыққа (сіңіруді азайту үшін) ие дисктер түрінде жасалады және оларды тек CVD әдісімен ғана өндіруге болады. Ұзындығы шамамен 10 мм-ге дейінгі бір кристалл тақталар оптиканың бірнеше саласында, соның ішінде лазер қуыстарының ішіндегі жылу таратушылар, дифракциялық оптика және Раман лазерлеріндегі оптикалық күшейту ортасы ретінде маңыздырақ болып келеді. HPHT және CVD синтез әдістеріндегі соңғы жетістіктер бір кристалл алмастың тазалығын және кристалдық құрылымын жетілдіріп, оны жоғары қуатты сәулелену көздерінде, мысалы синхротрондарда дифракциялық тор және терезе материалы ретінде силиконды алмастыруға мүмкіндік берді. CVD және HPHT процестері сонымен қатар материалдардың электрлік және магниттік қасиеттерін ультра жоғары қысымда өлшеу үшін қолданылатын алмаз ұяшасын пайдалана отырып, арнайы оптикалық мөлдір алмаз ұяларын жасауға қолданылады.

Электроника

Синтетикалық алмасты жартылай өткізгіш ретінде қолдануға болады, себебі оны борон және фосфор сияқты қоспалармен легирлеуге болады. Бұл элементтердің көміртектен бір валентті электрон артық немесе кем болуына байланысты, синтетикалық алмасты p- немесе n-типіндегі жартылай өткізгішке айналдыруға болады. Синтетикалық алмасты борон және фосформен кезекті легирлеу арқылы жасалған p–n торабы 235 нм толқынды ұзындығындағы ультракөк сәуле шығаратын жарықдиодтарды (LED) құруға мүмкіндік береді. Электроникада синтетикалық алмастың тағы бір пайдалы қасиеті – жоғары тасымалдаушы ұтқырлығы, ол бір кристаллды CVD алмасында электрондар үшін 4500 см²/ (В·с) шамасына жетеді. Жоғары ұтқырлық жоғары жиілікті жұмыс істеуге қолайлы, ал алмастан жасалған өрістік эффектті транзисторлар 50 ГГц-ден жоғары жиілікте перспективалы өнімділік көрсеткен. Алмастың кең жолақты аралығы (5,5 ЭВ) оған тамаша диэлектрлік қасиеттер сыйлайды. Алмастың жоғары механикалық тұрақтылығымен үйлесіп, бұл қасиеттер электр станциялары үшін жоғары қуатты коммутаторлардың прототиптерін жасауға қолданылады. Зертханада синтетикалық алмасты транзисторлар жасалды. Олар кремнийлік құрылғыларға қарағанда әлдеқайда жоғары температурада жұмыс істейді және химиялық және сәулелену зақымдарына төзімді. Алмаз транзисторлары әлі коммерциялық электроникаға сәтті енгізілмегенімен, олар өте жоғары қуат жағдайларында және агрессивті, тотықсыздандырылмаған ортада қолдану үшін үміт береді. Синтетикалық алмаз сәулеленуді анықтау құрылғысы ретінде де қолданылады. Ол сәулеленуге төзімді және бөлме температурасында 5,5 ЭВ кең жолақты аралығына ие. Алмаз көптеген басқа жартылай өткізгіштерден тұрақты, табиғи оксидінің болмауымен ерекшеленеді. Бұл беттік MOS құрылғыларын жасауды қиындатады, бірақ ультракөк сәулелердің беттік қабатқа сіңбестен белсенді жартылай өткізгішке енуіне мүмкіндік береді. Осы қасиеттерінің арқасында ол Стэнфорд сызықтық үдеткішіндегі BaBar детекторлары және BOLD (VUV сәулесіне сезімтал емес оптикалық жарық детекторлары) сияқты қолданыстарда қолданылады. Жақында Еуропаның LYRA бағдарламасында VUV алмаз детекторлары қолданылды. Сымды CVD алмазы көптеген жағдайларда пайдалы электрод болып табылады. КВД арқылы өндірілген поликристалдық алмаз пленкаларының бетіне ДНК-ны ковалентті байланыстыру үшін фотохимиялық әдістер әзірленді. Мұндай ДНК-мен модификацияланған пленкалар әртүрлі биомолекулаларды анықтау үшін қолданылуы мүмкін, олар ДНК-мен өзара әрекеттесіп, алмаз пленкасының электр өткізгіштігін өзгертеді. Сонымен қатар, алмаз әдетте зерттеуге болмайтын тотығу-тотықсыздану реакцияларын анықтау үшін және кейбір жағдайларда сумен жабдықтаудағы тотығу-тотықсыздану реакциясына қатысатын органикалық ластаушы заттарды жою үшін қолданылуы мүмкін. Алмаздың механикалық және химиялық тұрақтылығы оны дәстүрлі материалдарды жоятын жағдайларда электрод ретінде қолдануға мүмкіндік береді. Электрод ретінде синтетикалық алмаз органикалық ағынды суларды тазарту және күшті тотықтырғыштар өндіру үшін қолданылады.

Synthetic diamond has potential uses as a semiconductor, because it can be doped with impurities like boron and phosphorus. Since these elements contain one more or one fewer valence electron than carbon, they turn synthetic diamond into p type or n type semiconductor. Making a p–n junction by sequential doping of synthetic diamond with boron and phosphorus produces light emitting diodes (LEDs) producing UV light of 235 nm. Another useful property of synthetic diamond for electronics is high carrier mobility, which reaches 4500 cm2/(V·s) for electrons in single crystal CVD diamond. High mobility is favorable for high frequency operation and field effect transistors made from diamond have already demonstrated promising high frequency performance above 50 GHz. The wide band gap of diamond (5.5 eV) gives it excellent dielectric properties. Combined with the high mechanical stability of diamond, those properties are being used in prototype high power switches for power stations. Synthetic diamond transistors have been produced in the laboratory. They remain functional at much higher temperatures than silicon devices, and are resistant to chemical and radiation damage. While no diamond transistors have yet been successfully integrated into commercial electronics, they are promising for use in exceptionally high power situations and hostile non oxidizing environments. Synthetic diamond is already used as radiation detection device. It is radiation hard and has a wide bandgap of 5.5 eV (at room temperature). Diamond is also distinguished from most other semiconductors by the lack of a stable native oxide. This makes it difficult to fabricate surface MOS devices, but it does create the potential for UV radiation to gain access to the active semiconductor without absorption in a surface layer. Because of these properties, it is employed in applications such as the BaBar detector at the Stanford Linear Accelerator and BOLD (Blind to the Optical Light Detectors for VUV solar observations). A diamond VUV detector recently was used in the European LYRA program. Conductive CVD diamond is a useful electrode under many circumstances. Photochemical methods have been developed for covalently linking DNA to the surface of polycrystalline diamond films produced through CVD. Such DNA modified films can be used for detecting various biomolecules, which would interact with DNA thereby changing electrical conductivity of the diamond film. In addition, diamonds can be used to detect redox reactions that cannot ordinarily be studied and in some cases degrade redox reactive organic contaminants in water supplies. Because diamond is mechanically and chemically stable, it can be used as an electrode under conditions that would destroy traditional materials. As an electrode, synthetic diamond can be used in waste water treatment of organic effluents and the production of strong oxidants.

Қымбат бағалы тастар

Синтетикалық алмастар, әшекей тастар ретінде қолдану үшін, HPHT немесе CVD әдістерімен өсіріледі. Дегенмен, технологияның жетілуі арқасында жоғары сапалы синтетикалық өндіріс экономикалық тұрғыдан тиімді масштабта ұлғаю мүмкіндігі туындағандықтан, синтетикалық зергерлік сапалы алмастардың нарықтық үлесінің артуы күтілуде. Олар сары, қызғылт, жасыл, күлгін, көк және аздап түссіз (немесе ақ) түстерде кездеседі. Сары түс өндіріс процесіндегі азоттың қоспасынан, ал көк түс – бороннан пайда болады. Бірнеше компаниялар күлге айналған қалдықтардан өсірілген естелік алмастарды да ұсынады. Лабораторияда өсірілген алмастар химиялық, физикалық және оптикалық қасиеттері жағынан табиғи алмастардан ешқандай айырмасы болмайды. Алмаз өндіруші индустрия өз нарығын синтетикалық алмастардың пайда болуынан қорғау үшін заңдық, маркетингтік және тарату шараларын қабылдады. Синтетикалық алмастарды инфрақызыл, ультракөк сәуле немесе рентген сәулелерінде спектроскопия арқылы анықтауға болады. De Beers компаниясының DiamondView құрылғысы УФ-флуоресценцияны пайдаланып, HPHT немесе CVD алмаздарындағы азот, никель немесе басқа металдардың іздерін анықтайды. Лабораторияда өсірілген алмастарды өндіретін кем дегенде бір компания өз алмаздарының табиғатын ашып көрсетуге және барлық әшекей тастарына лазерлік сериялық нөмірлер салуға уәде бергенін жариялады. Компанияның веб-сайтында "Gemesis created" деген сөздері мен "LG" (лабораторияда өсірілген) префиксі бар лазерлік жазудың мысалы келтірілген. 2015 жылдың мамыр айында HPHT әдісімен өсірілген түссіз алмаздың салмағы 10,02 каратқа жетіп, рекорд орнатылды. Бұл әшекейлік тас 32,2 каратты тастан 300 сағат ішінде өсірілген. 2022 жылға қарай 16-20 каратты асыл тастар өндіріле бастады. Дәстүрлі алмаз өндіру Африка және басқа алмаз өндіретін елдерде адам құқықтарының бұзылуына себеп болды. 2006 жылғы "Қанды алмаз" атты Голливуд фильмі бұл мәселенің жариялылығына үлкен үлес қосты. Тұтынушылардың синтетикалық алмастарға деген сұранысы, бастапқыда аз болғанымен, этикалық тұрғыдан дұрыс және арзан тастарға басымдық беруіне байланысты артып келеді. Gem & Jewellery Export Promotion Council (Жем және зергерлік бұйымдарды экспорттауды қолдау жөніндегі кеңес) мәліметтері бойынша, 2014 жылы асыл тастар ретінде қолданылатын синтетикалық алмастар жалпы өндірістің 0,28% құрады. 2022 жылдың сәуір айында CNN Business синтетикалық немесе лабораторияда өсірілген алмаз салынған баулы сақиналардың сатылымы өткен жылға қарағанда 63% артқанын, ал табиғи алмазбен сатылған баулы сақиналардың сатылымы сол кезеңде 25% төмендегенін хабарлады. 2016 жыл шамасында синтетикалық алмастардың (мысалы, 1 каратты тастар) бағасы бір жыл ішінде шамамен 30% құлдырап, кеннен алынған алмастардан айқын түрде төмен болды. 2017 жылға қарай зергерлік бұйым ретінде сатылатын синтетикалық алмастардың бағасы табиғи алмастардан 15-20% арзан болды, өндіріс экономикасы жақсарған сайын бұл көрсеткіштің одан да төмендеуі күтілді. 2018 жылдың мамыр айында De Beers компаниясы синтетикалық алмастардан тұратын "Lightbox" атты жаңа зергерлік брендін ұсынатынын мәлімдеді. 2018 жылдың шілдесінде АҚШ Федералды сауда комиссиясы зергерлік тауарларға қатысты ережелерге маңызды өзгерістер енгізіп, алмаздар мен алмазға ұқсас тастарды сипаттау тәртібін жаңартты. Жаңартылған ережелер 2016 жылы De Beers ұсынған талаптарға қарама-қарсы болды. Жаңа нұсқаулықта "табиғи" деген сөз "алмаз" анықтамасынан алынып тасталды, осылайша лабораторияда өсірілген алмастар да "алмаз" анықтамасына енгізілді. Жаңартылған нұсқаулықта сондай-ақ: "Егер сатушы "синтетикалық" деген сөзді бәсекелес компанияның лабораторияда өсірілген алмазы нағыз алмаз емес екенін көрсету үшін қолданса, бұл алдау болып есептеледі" делінген. 2019 жылдың шілдесінде үшінші тарап алмазды сертификаттау зертханасы GIA (Американың гемологиялық институты) FTC-нің жаңа ережелеріне сәйкес, лабораторияда өсірілген алмаздарға қатысты сертификаттау процесінен және есептерден "синтетикалық" деген сөзді алып тастады.

Synthetic diamonds for use as gemstones are grown by HPHT or CVD However, there are indications that the market share of synthetic jewelry quality diamonds may grow as advances in technology allow for larger higher quality synthetic production on a more economic scale. They are available in yellow, pink, green, orange, blue and, to a lesser extent, colorless (or white). The yellow color comes from nitrogen impurities in the manufacturing process, while the blue color comes from boron. Several companies also offer memorial diamonds grown using cremated remains. Gem quality diamonds grown in a lab can be chemically, physically and optically identical to naturally occurring ones. The mined diamond industry has undertaken legal, marketing and distribution countermeasures to try to protect its market from the emerging presence of synthetic diamonds. Synthetic diamonds can be distinguished by spectroscopy in the infrared, ultraviolet, or X ray wavelengths. The DiamondView tester from De Beers uses UV fluorescence to detect trace impurities of nitrogen, nickel or other metals in HPHT or CVD diamonds. At least one maker of laboratory grown diamonds has made public statements about being "committed to disclosure" of the nature of its diamonds, and laser inscribed serial numbers on all of its gemstones. The company web site shows an example of the lettering of one of its laser inscriptions, which includes both the words "Gemesis created" and the serial number prefix "LG" (laboratory grown). In May 2015, a record was set for an HPHT colorless diamond at 10.02 carats. The faceted jewel was cut from a 32.2 carat stone that was grown in about 300 hours. By 2022, gem quality diamonds of 16–20 carats were being produced. Traditional diamond mining has led to human rights abuses in Africa and other diamond mining countries. The 2006 Hollywood movie Blood Diamond helped to publicize the problem. Consumer demand for synthetic diamonds has been increasing, albeit from a small base, as customers look for stones that are ethically sound and cheaper. According to a report from the Gem & Jewellery Export Promotional Council, synthetic diamonds accounted for 0.28% of diamond produced for use as gemstones in 2014. In April 2022, CNN Business reported that engagement rings featuring a synthetic or a lab grown diamond jumped 63% compared to previous year, while the number of engagement rings sold with a natural diamond declined 25% in the same period. Around 2016, the price of synthetic diamond gemstones (e. g., 1 carat stones) began dropping "precipitously" by roughly 30% in one year, becoming clearly lower than that of mined diamonds. As of 2017, synthetic diamonds sold as jewelry were typically selling for 15–20% less than natural equivalents; the relative price was expected to decline further as production economics improve. In May 2018, De Beers announced that it would introduce a new jewelry brand called "Lightbox" that features synthetic diamonds. In July 2018, the U. S. Federal Trade Commission approved a substantial revision to its Jewelry Guides, with changes that impose new rules on how the trade can describe diamonds and diamond simulants. The revised guides were substantially contrary to what had been advocated in 2016 by De Beers. The new guidelines remove the word "natural" from the definition of "diamond", thus including lab grown diamonds within the scope of the definition of "diamond". The revised guide further states that "If a marketer uses 'synthetic' to imply that a competitor's lab grown diamond is not an actual diamond, this would be deceptive." In July 2019, the third party diamond certification lab GIA (Gemological Institute of America) dropped the word 'synthetic' from its certification process and report for lab grown diamonds, according to the FTC revision.