Са­мые кру­п­ные и ка­че­ствен­ные ис­кус­ствен­ные ал­ма­зы вы­ра­щи­ва­ют се­го­д­ня в окре­ст­но­стях Се­ст­ро­ре­ц­ка, по со­сед­ству с Санкт-Пе­тер­бур­гом. О рос­сий­ской ко­м­па­нии NDT и о том, как ро­ж­да­ют­ся на свет луч­шие дру­зья де­ву­шек мы рас­ска­жем в на­шей се­го­д­ня­ш­ней пуб­ли­ка­ции.



Сер­ти­фи­кат на ре­кор­д­ный по раз­ме­ру син­те­ти­че­ский бри­л­ли­ант мас­сой в 10.02 ка­ра­та, цве­та Е и чи­сто­ты VS1 был вы­дан Ме­ж­ду­на­род­ным ге­м­мо­ло­ги­че­ским ин­сти­ту­том Гон­кон­га (IGI) рос­сий­ской ко­м­па­нии New Diamond Technology (NDT). Дра­го­цен­ные ка­м­ни с та­ки­ми ха­ра­к­те­ри­сти­ка­ми для юве­ли­р­но­го ми­ра — яв­ле­ние до­ста­точ­но три­ви­аль­ное, а вот ис­кус­ствен­ный ка­мень, огра­нен­ный из 32-ка­рат­но­го син­те­ти­че­ско­го ал­ма­за — это для ры­н­ка син­те­ти­че­ских ал­ма­зов со­бы­тие, и со­бы­тие уни­каль­ное.


Про­из­вод­ство, на ко­то­ром уда­лось вы­рас­тить ре­кор­д­ный кри­сталл со­сре­до­то­че­но в не­боль­шом це­ху в од­ном из тех­но­пар­ков не­по­да­ле­ку от Се­ст­ро­ре­ц­ка. Мо­щ­но­сти пред­при­я­тия огра­ни­че­ны тре­мя с ли­ш­ним де­сят­ка­ми гид­рав­ли­че­ских прес­сов, внут­ри ко­то­рых, в усло­ви­ях вы­со­ких те­м­пе­ра­тур и дав­ле­ний, ми­к­рон за ми­к­ро­ном рас­тут ал­ма­зы вы­со­чай­ше­го ка­че­ства. На пуль­тах управ­ле­ния кон­трол­ле­ров у ка­ж­до­го прес­са от­ра­жа­ют­ся те­ку­щие па­ра­мет­ры. «Об­щие при­н­ци­пы син­те­за ал­ма­зов хо­ро­шо из­ве­ст­ны и ис­поль­зу­ют­ся в про­мы­ш­лен­но­сти уже бо­лее по­лу­ве­ка. А вот де­та­ли ре­жи­мов син­те­за — од­но из ноу-­хау на­шей ко­м­па­нии» — по­де­ли­л­ся ди­рек­тор по про­из­вод­ству Ро­ман Ко­ля­дин. "… Пре­ци­зи­он­ные кон­ди­ци­о­не­ры под­дер­жи­ва­ют ми­к­ро­к­ли­мат в це­ху с точ­но­стью до де­ся­тых до­лей гра­ду­са. При этом да­же не­боль­шой сквоз­няк мо­жет по­влечь за со­бой не­же­ла­тель­ное от­к­ло­не­ние в те­м­пе­ра­тур­ном ре­жи­ме, что мо­жет су­ще­ствен­но ухуд­шить ка­че­ство ал­ма­за» — до­бав­ля­ет спе­ци­а­ли­ст.



Крат­кий экс­курс в ис­то­ри­ю

Пер­вые по­пы­т­ки син­те­зи­ро­вать ис­кус­ствен­ный ал­маз пред­при­ни­ма­лись еще в кон­це XVIII ве­ка, ко­г­да уче­ные при­шли к окон­ча­тель­но­му вы­во­ду, что ос­но­вой ал­ма­за яв­ля­ет­ся уг­ле­род. С кон­ца XIX ве­ка уче­ные по­пы­та­лись пре­вра­тить де­ше­вые и до­сту­п­ные фор­мы уг­ле­ро­да (у­голь или гра­фит) в твер­дый и бле­стя­щий ал­маз. За­яв­ле­ния о до­сти­г­ну­том успе­хе де­ла­ли мно­гие, вклю­чая из­ве­ст­ных уче­ных, в чис­ле ко­то­рых фран­цуз­ский хи­мик Ан­ри Муас­сан и бри­тан­ский фи­зик Уи­льям Крукс. Не­сколь­ко позд­нее бы­ло уста­но­в­ле­но, что предъ­явить ре­аль­ные сви­де­тель­ства по­лу­чен­но­го ре­зуль­та­та ни­кто из них так и не смог. Пер­вый ис­кус­ствен­ный ал­маз, предъ­яв­лен­ный ми­ру, был по­лу­чен в 1954 го­ду в ла­бо­ра­то­рии ко­м­па­нии General Electric.

Ин­те­рес­но, что в про­цес­се по­лу­че­ния син­те­ти­че­ско­го ал­ма­за в GE ру­ко­вод­ство­ва­лись «тех­но­ло­ги­ей», ко­то­рую ис­поль­зу­ет са­ма при­ро­да. Как рас­су­ж­да­ли спе­ци­а­ли­сты, на­ту­раль­ные ал­ма­зы об­ра­зу­ют­ся при те­м­пе­ра­ту­ре по­ряд­ка 1300°С и дав­ле­нии по­ряд­ка 50 000 атм. в тол­ще ман­тии пла­не­ты на глу­би­не со­тен ки­ло­мет­ров под по­верх­но­стью Зе­м­ли. На по­верх­ность кри­стал­лы вы­но­сят ла­м­про­и­ты, ки­м­бер­ли­ты и про­чие ма­г­ма­ти­че­ские по­ро­ды. Для ими­та­ции опи­сан­ных усло­вий в ла­бо­ра­тор­ных усло­ви­ях спе­ци­а­ли­сты GE ис­поль­зо­ва­ли пресс, об­жи­ма­ю­щий ячей­ку, внут­ри ко­то­рой был по­ме­щен гра­фит и же­ле­зо-­ни­ке­ле­во-ко­баль­то­вый рас­плав, вы­сту­па­ю­щий в ро­ли ка­та­ли­за­то­ра и рас­тво­ри­те­ля.

Свою тех­но­ло­гию спе­ци­а­ли­сты GE на­з­ва­ли HPHT (High Pressure High Temperature — вы­со­кое дав­ле­ние, вы­со­кая те­м­пе­ра­ту­ра). Со вре­ме­нем имен­но она бы­ла взя­та за ос­но­ву при по­лу­че­нии не­до­ро­гих тех­ни­че­ских ал­ма­зов и ал­маз­но­го по­ро­ш­ка.

Как вы­ра­щи­ва­ют ал­ма­зы се­год­ня

Про­мы­ш­лен­ное про­из­вод­ство син­те­ти­че­ских ал­ма­зов се­го­д­ня ве­дет­ся пре­и­му­ще­ствен­но по од­ной из двух тех­но­ло­гий — это вы­ше­у­по­мя­ну­тая тех­но­ло­гия HPHT и тех­но­ло­гия CVD. Ме­нее упо­тре­би­мы эк­зо­ти­че­ские ме­то­ди­ки, та­кие как син­тез на­но­кри­стал­лов ал­ма­за из гра­фи­та при взры­ве или экс­пе­ри­мен­таль­ный ме­тод по­лу­че­ния ми­к­рон­ных ал­ма­зов из сус­пе­н­зии ча­стиц гра­фи­та в ор­га­ни­че­ских рас­тво­ри­те­лях под воз­дей­стви­ем уль­тра­зву­ко­вой ка­ви­та­ции.

HPHT

Тех­но­ло­гия сво­ди­т­ся к про­цес­су вы­ра­щи­ва­ния мо­но­кри­стал­лов ал­ма­за при вы­со­кой те­м­пе­ра­ту­ре (о­ко­ло 1500 °C, с ну­ж­ным гра­ди­ен­том) и вы­со­ком дав­ле­нии (50−70 тыс. атм.). Гид­рав­ли­че­ский пресс об­жи­ма­ет спе­ци­аль­ный кон­тей­нер, внут­ри ко­то­ро­го на­хо­ди­т­ся ме­тал­ли­че­ский рас­плав (же­ле­зо, ни­кель, ко­бальт и др.) и гра­фит. На под­ло­ж­ке раз­ме­ща­ет­ся од­на или не­сколь­ко за­тра­вок — не­боль­ших кри­стал­лов ал­ма­за. Сквозь ка­ме­ру про­те­ка­ет элек­три­че­ский ток, разо­гре­ва­ю­щий рас­плав до ну­ж­ной те­м­пе­ра­ту­ры. В этих усло­ви­ях ме­талл слу­жит рас­тво­ри­те­лем и ка­та­ли­за­то­ром про­цес­са кри­стал­ли­за­ции уг­ле­ро­да на за­трав­ке в фор­ме ал­ма­за. Про­цесс вы­ра­щи­ва­ния од­но­го кру­п­но­го или не­сколь­ких бо­лее мел­ких кри­стал­лов дли­т­ся, в сред­нем, 12−13 су­ток.

Объ­е­мы про­мы­ш­лен­но­го про­из­вод­ства ис­кус­ствен­ных ал­ма­зов и ал­маз­ной пы­ли се­го­д­ня до­сти­га­ет ми­л­ли­ар­ды ка­рат в год. В 1970-х ис­поль­зуя тех­но­ло­гию HPHT на­у­чи­лись из­го­тав­ли­вать и юве­ли­р­ные ка­м­ни сред­не­го ка­че­ства ве­сом до 1 ка­ра­та.

CVD

На­чи­ная с 1960-х го­дов ве­ду­щие ла­бо­ра­то­рии ми­ра со­вер­шен­ству­ют аль­тер­на­тив­ную ме­нее за­трат­ную тех­но­ло­гию син­те­за ал­ма­зов — CVD (Chemical Vapor Deposition, оса­ж­де­ние из га­зо­вой фа­зы). В про­цес­се син­те­за ал­ма­зы оса­ж­да­ют­ся на под­ло­ж­ку, по­до­гре­ва­е­мую до 600−700°С из уг­ле­во­до­род­но­го га­за, ко­то­рый иони­зи­ру­ет­ся с по­мо­щью СВЧ-из­лу­че­ния или разо­гре­ва­ет­ся до вы­со­ких те­м­пе­ра­тур. При оса­ж­де­нии на кре­м­ний или по­ли­кри­стал­ли­че­ский ал­маз по­лу­ча­ет­ся по­ли­кри­стал­ли­че­ская пла­сти­на, име­ю­щая огра­ни­чен­ное при­ме­не­ние в элек­тро­ни­ке и оп­ти­ке. Ско­рость ро­ста — от 0,1 до 100 мкм/ч. Тол­щи­на пла­стин обы­ч­но огра­ни­че­на 2−3 мм, по­это­му вы­ре­за­н­ные из нее ал­ма­зы мо­ж­но ис­поль­зо­вать в ка­че­стве юве­ли­р­ных, но их раз­мер, как пра­ви­ло, не пре­вы­ша­ет 1 ка­ра­та.



Воз­мо­ж­но­сти это­го ме­то­да син­те­за в на­ча­ле 2000-х при­влек­ли боль­шое вни­ма­ние как не­боль­ших стар­та­пов, так и кру­п­ных ко­м­па­ний, та­ких как Element Six, вхо­дя­щей в про­мы­ш­лен­ную груп­пу De Beers.

По­тен­ци­ал ме­то­да HPHT до по­след­не­го вре­ме­ни оста­вал­ся силь­но не­до­о­це­нен­ным. «Ко­г­да мы не­сколь­ко лет на­зад по­ку­па­ли обо­ру­до­ва­ние, нам все в од­ни го­лос го­во­ри­ли, что про­мы­ш­лен­ные прес­сы при­год­ны раз­ве что для син­те­за ал­маз­ных по­ро­ш­ков», — го­во­рит Ни­ко­лай Хи­хи­на­шви­ли. Все вни­ма­ние и ре­сур­сы бы­ли со­сре­до­то­че­ны глав­ным об­ра­зом на со­вер­шен­ство­ва­нии ме­то­да CVD. В то же вре­мя тех­но­ло­гия HPHT счи­та­лась ни­ше­вой, по­сколь­ку по­дав­ля­ю­щее боль­шин­ство спе­ци­а­ли­стов про­сто не ве­ри­ли, что с ее по­мо­щью мо­ж­но вы­ра­щи­вать до­ста­точ­но кру­п­ные и ка­че­ствен­ные кри­стал­лы. И, тем не ме­нее, по сло­вам Ни­ко­лая, спе­ци­а­ли­стам ко­м­па­нии NDT уда­лось пред­ло­жить соб­ствен­ную тех­но­ло­гию син­те­за, поз­во­ля­ю­щую по­лу­чать ал­ма­зы та­ко­го ка­че­ства и раз­ме­ров, ко­то­рые до это­го мо­мен­та уда­ва­лось до­стичь толь­ко ра­бо­тая с на­ту­раль­ны­ми кри­стал­ла­ми. Что ка­са­ет­ся тех­но­ло­гий огран­ки, то вы­ра­щен­ные в ла­бо­ра­то­рии, и при­род­ные ал­ма­зы об­ра­ба­ты­ва­ют­ся со­вер­шен­но оди­на­ко­во.

Луч­шие дру­зья де­ву­ше­к

«Мы, ко­неч­но, не един­ствен­ные, кто вы­ра­щи­ва­ет ал­ма­зы кру­п­нее 5−6 ка­рат, — де­ли­т­ся Ни­ко­лай. — Но аб­со­лют­но все ко­м­па­нии се­го­д­ня под­чи­ня­ют­ся при­н­ци­пу «д­ва из трех»: кру­п­ные, ка­че­ствен­ные, ко­м­мер­че­ски вы­год­ные. На­ша ко­м­па­ния пе­р­вой осво­и­ла тех­но­ло­гию, поз­во­ля­ю­щую по­лу­чать кру­п­ные кри­стал­лы ал­ма­за вы­со­ко­го ка­че­ства по при­е­м­ле­мой сто­и­мо­сти. 32 прес­са поз­во­ля­ют нам вы­рас­тить око­ло 3000 ка­рат в ме­сяц, и при этом все ка­м­ни очень вы­со­ко­го ка­че­ства — ал­ма­зы цве­то­вых ка­те­го­рий D, E, F и чи­сто­ты от чи­стей­ших IF до SI, в ос­но­в­ном ти­па II. 80% на­шей про­дук­ции со­став­ля­ют юве­ли­р­ные ал­ма­зы мас­сой от 0,5 до 1,5 ка­ра­та, хо­тя тех­но­ло­ги­че­ские воз­мо­ж­но­сти поз­во­ля­ют вы­рас­тить под за­каз ал­маз лю­бых раз­ме­ров». В до­ка­за­тель­ство ска­за­н­но­го Ни­ко­лай про­де­мон­стри­ро­вал жур­на­ли­стам кри­сталл раз­ме­ром с 10-руб­ле­вую мо­не­ту: «Вот этот, к при­ме­ру, 28 ка­рат. По­с­ле огран­ки по­лу­чи­т­ся бри­л­ли­ант ка­рат в 15».



С на­ча­ла 2000-х ми­ро­вой ал­маз­ный мо­но­по­ли­ст, кон­церн De Beers, вы­ска­зы­вал опа­се­ния в свя­зи с пе­р­с­пе­к­ти­вой вы­хо­да на юве­ли­р­ный ры­нок син­те­ти­че­ских ал­ма­зов, ко­то­рые, по убе­ж­де­нию ру­ко­вод­ства, мо­г­ли бы по­до­р­вать его биз­нес. Но, как по­ка­за­ло вре­мя, син­те­ти­че­ские ал­ма­зы не кон­ку­рен­ты на­ту­раль­ным ка­м­ням, по­сколь­ку за­ни­ма­ют в срав­не­нии ни­что­ж­но ма­лую до­лю юве­ли­р­но­го ры­н­ка. Кро­ме то­го, за вре­мя со­вер­шен­ство­ва­ния тех­но­ло­гий их про­из­вод­ства бы­ли раз­ра­бо­та­ны ме­то­ды ис­сле­до­ва­ний, поз­во­ля­ю­щие до­ста­точ­но уве­рен­но и точ­но иден­ти­фи­ци­ро­вать син­те­ти­че­ские ал­ма­зы. В чис­ле ха­ра­к­тер­ных при­з­на­ков син­те­за сле­ду­ет на­з­вать вклю­че­ния ме­тал­ла, а в цвет­ных ал­ма­зах — ле­г­ко опре­де­ля­е­мые сек­то­ры ро­ста. Кро­ме то­го, ис­кус­ствен­ные ка­м­ни, по­лу­чен­ные при по­мо­щи тех­но­ло­гий HPHT, CVD в срав­не­нии с на­ту­раль­ны­ми при­род­ны­ми ал­ма­за­ми в УФ-лу­чах име­ют раз­ный ха­ра­к­тер лю­ми­нес­цен­ции.



«Как от­но­сят­ся по­тре­би­те­ли к вы­ра­щен­ным ал­ма­зам? Впол­не бла­го­склон­но, — го­во­рит Ни­ко­лай, — осо­бен­но со­вре­мен­ная мо­ло­де­жь, для ко­то­рой ока­зы­ва­ет­ся ва­ж­но, что эти ал­ма­зы бес­кон­фли­к­т­ны и со­з­да­ны лю­дь­ми с по­мо­щью вы­со­ких тех­но­ло­гий без вме­ша­тель­ства в при­ро­ду. Ну и, что не­ма­ло­ва­ж­но, сто­и­мость та­ких ка­м­ней при­мер­но вдвое ни­же. Ра­зу­ме­ет­ся, в сер­ти­фи­ка­те дол­ж­но быть от­ра­же­но, что ка­м­ни вы­ра­ще­ны, но яс­но, что об­ла­да­тель­ни­це коль­ца с та­ким бри­л­ли­ан­том не по­тре­бу­ет­ся но­сить с со­бой сер­ти­фи­кат! В то же вре­мя и по фи­зи­че­ским, и хи­ми­че­ским свой­ствам ал­ма­зы, вы­ра­щен­ные в ла­бо­ра­то­рии NDT, иден­ти­ч­ны при­род­ным» — ре­зю­ми­ро­вал спе­ци­а­ли­ст.

Что об­ще­го ме­ж­ду ал­ма­зом и азо­то­м

В за­ви­си­мо­сти от со­дер­жа­ния азо­та ал­ма­зы мо­гут быть от­не­се­ны к од­но­му из двух ос­но­в­ных ти­пов. Ал­ма­зы ти­па I вклю­ча­ют в свой со­став до 0,2% азо­та, ато­мы ко­то­ро­го рас­по­ло­же­ны в уз­лах кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки груп­па­ми (Ia) или по оди­ноч­ке (Ib). Ал­ма­зы имен­но это­го ти­па пре­об­ла­да­ют сре­ди при­род­ных ал­ма­зов (98%). Ча­ще все­го та­кие ка­м­ни не бы­ва­ют бес­цвет­ны­ми. Ал­ма­зы ти­па IIa пра­к­ти­че­ски не со­дер­жат азо­та (ме­нее 0,001%). Та­кие кри­стал­лы в ца­р­стве при­род­ных ми­не­ра­лов — ред­ко­сть, все­го 1,8%. Пра­к­ти­че­ски не встре­ча­ют­ся (в 0,2% слу­ча­ев) без­а­зо­т­ные ал­ма­зы с при­ме­сью бо­ра (IIb). Ато­мы бо­ра в уз­лах кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки обу­слав­ли­ва­ют их элек­тро­про­вод­ность и при­да­ют ал­ма­зам го­лу­бо­ва­тый от­те­нок.

Ал­ма­зы в про­мы­ш­лен­ном про­из­вод­стве

Юве­ли­р­ные ал­ма­зы — весь­ма при­быль­ный биз­нес для NDT и по­доб­ных ко­м­па­ний, но уже се­го­д­ня от­чет­ли­во про­сле­жи­ва­ет­ся дру­гой, бо­лее при­о­ри­тет­ный и, по всей ве­ро­ят­но­сти, дол­го­сроч­ный тренд. Тех­ни­че­ский ди­рек­тор NDT Алек­сандр Ко­ля­дин лю­бит по­в­то­рять: «Ес­ли из ал­ма­за из­го­то­вить уже ни­че­го боль­ше нель­зя, сде­лай бри­л­ли­ант». В дей­стви­тель­но­сти на­и­бо­лее пе­р­с­пе­к­тив­ным на­прав­ле­ни­ем ры­н­ка кру­п­ных вы­со­ко­ка­че­ствен­ных син­те­ти­че­ских ал­ма­зов мо­ж­но с уве­рен­но­стью на­з­вать про­мы­ш­лен­но­сть. «Ни один при­род­ный ал­маз не мо­жет быть ис­поль­зо­ван в спе­ци­аль­ной оп­ти­ке или элек­тро­ни­ке, — го­во­рит Алек­сандр Ко­ля­дин, — по­сколь­ку в них из­на­чаль­но сли­ш­ком мно­го де­фек­тов. А вот пла­сти­ны, вы­ре­за­н­ные из ал­ма­зов на­ше­го про­из­вод­ства, рас­по­ла­га­ют по­чти иде­аль­ной кри­стал­ли­че­ской ре­шет­кой. По­это­му не­ко­то­рые ис­сле­до­ва­тель­ские ор­га­ни­за­ции, ко­то­рым мы пре­до­став­ля­ем на­ши об­раз­цы для изу­че­ния, с тру­дом ве­рят в по­лу­чен­ные ре­зуль­та­ты из­ме­ре­ний — на­столь­ко близ­ки они к иде­аль­ным. При этом уда­ет­ся до­стичь еще од­но­го су­ще­ствен­но­го ре­зуль­та­та — обес­пе­чить по­в­то­ря­е­мость ха­ра­к­те­ри­стик, что для ря­да про­мы­ш­лен­ных на­прав­ле­ний ока­зы­ва­ет­ся при­н­ци­пи­аль­но ва­ж­но. Ал­ма­зы — это сво­е­го ро­да те­п­ло­о­т­во­ды, ок­на для спе­ци­аль­ной оп­ти­ки и син­хро­тро­нов, это си­ло­вая ми­к­ро­элек­тро­ни­ка, над со­з­да­ни­ем и со­вер­шен­ство­ва­ни­ем ко­то­рой сей­час ра­бо­та­ют во всем ми­ре».

Ль­ви­ную до­лю до­ход­ной ча­сти бюд­же­та ко­м­па­нии по­ка обес­пе­чи­ва­ют юве­ли­р­ные ал­ма­зы. Вме­сте с тем, скла­ды­ва­ю­щи­е­ся тен­ден­ции поз­во­ля­ют пред­по­ло­жить, что уже в бли­жай­шие го­ды спрос на син­те­ти­че­ские ал­ма­зы и ал­маз­ные пла­сти­ны для спе­ци­аль­ной оп­ти­ки, ми­к­ро­элек­тро­ни­ки и дру­гих вы­со­ко­тех­но­ло­ги­ч­ных про­мы­ш­лен­ных сфер воз­рас­тет в про­грес­сии.

«Про­мы­ш­лен­ное на­прав­ле­ние по­ка со­став­ля­ет 20% на­ше­го про­из­вод­ства, но го­да че­рез три мы пла­ни­ру­ем до­ве­сти его до 50%, тем бо­лее что спрос быст­ро рас­тет. Сей­час мы в ос­но­в­ном де­ла­ем пла­сти­ны 4 х 4 и 5 х 5 мм, вы­ре­за­ли по за­ка­зу не­сколь­ко 7 х 7 и 8 х 8 мм и да­же 10 х 10 мм, но го­во­рить о мас­со­вом про­из­вод­стве по­ка пре­ж­де­вре­мен­но. На­ша оче­ред­ная цель, — го­во­рит Ни­ко­лай Хи­хи­на­шви­ли, — пе­ре­ход к из­го­то­в­ле­нию дюй­мо­вых ал­маз­ных пла­стин. Это тот «зо­ло­той раз­мер» и не­об­хо­ди­мый ми­ни­мум, ко­то­рый очень вос­тре­бо­ван в мас­со­вой элек­трон­ной и оп­ти­че­ской про­мы­ш­лен­но­сти. И для по­лу­че­ния та­ких пла­стин по­тре­бу­ет­ся вы­рас­тить кри­сталл ал­ма­за мас­сой в сто ка­рат». Пре­до­ста­вить пе­р­вые «про­то­ти­пы» та­ких пла­стин в NDT пла­ни­ру­ют уже к кон­цу те­ку­ще­го го­да.