Ю.Г. Да­ни­лов, к.э.н., ди­рек­тор ИАЦ «Экс­перт» НИ ИРЭС СВФУ

В по­след­ние го­ды про­из­вод­ство син­те­ти­че­ских ал­ма­зов юве­ли­р­но­го ка­че­ства в Рос­сии и за ру­бе­жом раз­ви­ва­ет­ся стре­ми­тель­ны­ми те­м­па­ми. По дан­ным ана­ли­ти­ков, объ­ем про­из­вод­ства син­те­ти­че­ских ал­ма­зов юве­ли­р­но­го ка­че­ства к 2035 го­ду бу­дет со­по­ста­вим с объ­е­ма­ми до­бы­ва­е­мых при­род­ных ал­ма­зов. Уже в на­сто­я­щее вре­мя воз­ни­к­ла не­об­хо­ди­мость в спе­ци­аль­ных при­бо­рах для вы­яв­ле­ния ис­кус­ствен­ных ка­м­ней из-­за их сме­ши­ва­ния с при­род­ны­ми бри­л­ли­ан­та­ми. Ко­м­па­ни­я­ми De Beers и АК «АЛРОСА» раз­ра­бо­та­ны ме­то­ды опре­де­ле­ния и со­з­да­ны при­бо­ры для вы­яв­ле­ния син­те­ти­че­ских ал­ма­зов и бри­л­ли­ан­тов.

В Рос­сии цен­тра­ми из­го­то­в­ле­ния син­те­ти­че­ских ал­ма­зов яв­ля­ют­ся Тро­ицк, Се­ст­ро­рецк и Но­во­си­би­р­ск. В Тро­и­ц­ке ФГУ «Тех­но­ло­ги­че­ский ин­сти­тут сверх­твeр­дых и но­вых уг­ле­род­ных ма­те­ри­а­лов» (ТИСНУМ) раз­ра­бо­тал и внед­рил ме­тод те­м­пе­ра­тур­но­го гра­ди­ен­та (HPHT).

Источ­ник: «По­пу­ляр­ная ме­ха­ни­ка»

Рис. 1. Прин­ци­пи­аль­ная схе­ма про­из­вод­ства син­те­ти­че­ских ал­ма­зов ме­то­дом HPHT

В на­сто­я­щее вре­мя ФГУ ТИСНУМ про­из­во­дит син­те­ти­че­ские ал­ма­зы, кру­п­но­стью до 8 мм, ко­то­рые ис­поль­зу­ют­ся в ос­но­в­ном в на­но­тех­но­ло­ги­ях.

В Се­ст­ро­ре­ц­ке ко­м­па­ни­ей New Diamond Technology (NDT), кро­ме тех­но­ло­гии HPHT, при­ме­ня­ет­ся та­к­же ме­тод син­те­за ал­ма­зов оса­ж­де­ни­ем из га­зо­вой фа­зы (Chemical Vapor Deposition, CVD). В ми­ре раз­ра­бо­т­ка это­го ме­то­да син­те­за ал­ма­зов на­ча­лась еще в 60-х го­дах про­ш­ло­го сто­ле­тия, од­на­ко се­рьез­ные ре­зуль­та­ты по­лу­че­ны в на­ча­ле тре­тье­го ты­ся­че­ле­тия. В этой тех­но­ло­гии ал­ма­зы оса­ж­да­ют­ся на по­до­гре­ва­е­мую под­ло­ж­ку из уг­ле­во­до­род­но­го га­за, ко­то­рый иони­зи­ру­ет­ся с по­мо­щью СВЧ-из­лу­че­ния или разо­гре­ва­ет­ся до вы­со­кой те­м­пе­ра­ту­ры. Имен­но на этот ме­тод син­те­за в на­ча­ле 2000-х ста­ли воз­ла­гать боль­шие на­де­ж­ды и не­боль­шие стар­та­пы, и кру­п­ные ко­м­па­нии ти­па Element Six, вхо­дя­щей в груп­пу De Beers.

Источ­ник: «По­пу­ляр­ная ме­ха­ни­ка»

Рис. 2. Прин­ци­пи­аль­ная схе­ма про­из­вод­ства син­те­ти­че­ских ал­ма­зов ме­то­дом CVD.

Про­мы­ш­лен­ное на­прав­ле­ние по­ка со­став­ля­ет 20% про­из­вод­ства NDT, а осталь­ное - юве­ли­р­ное. В 2015 го­ду Ме­ж­ду­на­род­ный ге­м­мо­ло­ги­че­ский ин­сти­тут (IGI) в Гон­кон­ге вы­дал сер­ти­фи­кат на бри­л­ли­ант мас­сой 10,02 ка­ра­та, ко­то­рый был огра­нен из 32-ка­рат­но­го кри­стал­ла син­те­ти­че­ско­го ал­ма­за, вы­ра­щен­но­го этой ко­м­па­ни­ей по тех­но­ло­гии CVD. Юве­ли­р­ные ал­ма­зы – это при­быль­ная часть биз­не­са NDT, но на­и­бо­лее пе­р­с­пе­к­тив­ный ры­нок для кру­п­ных вы­со­ко­ка­че­ствен­ных син­те­ти­че­ских ал­ма­зов – это про­мы­ш­лен­но­сть, по­сколь­ку ни один при­род­ный ал­маз не го­ди­т­ся для ис­поль­зо­ва­ния в спе­ци­аль­ной оп­ти­ке или элек­тро­ни­ке.

В Но­во­си­би­р­с­ке про­из­вод­ство син­те­ти­че­ских ал­ма­зов осу­ще­ств­ля­ет­ся по ста­рой со­вет­ской тех­но­ло­гии на прес­сах ти­па БАРС (бес­прес­со­вая ап­па­ра­ту­ра вы­со­ко­го дав­ле­ния «Раз­рез­ная сфе­ра»), ко­то­рая поз­во­ля­ет по­лу­чать толь­ко мел­кие син­те­ти­че­ские ал­ма­зы.

За ру­бе­жом в США син­те­ти­че­ские ал­ма­зы в ос­но­в­ном про­из­во­дят две ко­м­па­нии – Gemesis во Фло­ри­де, со­з­дан­ная в 1996 го­ду и ра­бо­та­ю­щая по ме­то­ду HPHT, и Apollo Diamond в Бо­сто­не, по­лу­чив­шая па­тент на ме­тод CVD. В 2003 го­ду на ры­нок по­па­ла пе­р­вая вол­на ис­кус­ствен­ных ал­ма­зов юве­ли­р­но­го ка­че­ства.

Син­те­ти­че­ские ал­ма­зы в зна­чи­тель­ных объ­е­мах (до 3 млн ка­ра­тов) про­из­во­дят се­го­д­ня в Ки­тае (Henan Huanghe Whirlwind International Co Ltd) и Ин­дии (IIa Technologies Pte Ltd, за­ре­ги­стри­ро­ван­ная в Син­га­пу­ре). Но ес­ли ин­дий­цы в ос­но­в­ном на­це­ле­ны на при­ме­не­ние по­лу­чен­ных ал­ма­зов для юве­ли­р­ных це­лей, то в Ки­тае уско­рен­ны­ми те­м­па­ми ве­дут­ся ис­сле­до­ва­ния с ис­поль­зо­ва­ни­ем син­те­ти­че­ских ал­ма­зов в со­вре­мен­ных пе­ре­до­вых тех­но­ло­ги­ях.

В Япо­нии груп­па Diamond Wafer Team про­из­во­дит тон­кие, но до­воль­но ши­ро­кие ал­маз­ные пла­сти­ны, вы­ра­щен­ные ме­то­дом CVD, ко­то­рые, по мне­нию уче­ных из санкт-­пе­тер­бур­г­ско­го Ин­сти­ту­та пе­ре­до­вых про­из­вод­ствен­ных тех­но­ло­гий (Institute of Advanced Manufacturing Technologies), спо­соб­ны стать ос­но­вой элек­тро­ни­ки бу­ду­ще­го.

На­ко­нец, в ко­м­па­нии De Beers со­з­да­но под­раз­де­ле­ние Element Six Technologies Ltd, ко­то­рое в на­сто­я­щее вре­мя за­ни­ма­ет­ся про­из­вод­ством син­те­ти­че­ских ал­ма­зов юве­ли­р­но­го ка­че­ства. Ве­ро­ят­но, ве­ду­щая ми­ро­вая ал­маз­ная ко­м­па­ния изу­ча­ет с их по­мо­щью воз­мо­ж­ность от­ли­чать ис­кус­ствен­ные ал­ма­зы от при­род­ных, для со­з­да­ния при­бо­ров с це­лью вы­яв­ле­ния син­те­ти­че­ских бри­л­ли­ан­тов, вы­да­ва­е­мых за на­сто­я­щие, а та­к­же изу­ча­ет пе­р­с­пе­к­тив­ные на­прав­ле­ния их ис­поль­зо­ва­ния в со­вре­мен­ных тех­но­ло­ги­ях.

В ко­м­па­нии АЛРОСА та­к­же ста­ви­т­ся во­прос об ор­га­ни­за­ции про­из­вод­ства син­те­ти­че­ских ал­ма­зов для изу­че­ния фи­зи­че­ских ха­ра­к­те­ри­стик и бо­лее эф­фек­тив­но­го вы­яв­ле­ния син­те­ти­че­ских ал­ма­зов.

HPHT – про­цесс 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 12−13 су­ток.

В­ме­сте с тем, на наш взгляд, син­те­ти­че­ские ал­ма­зы мо­гут най­ти бо­лее ши­ро­кое при­ме­не­ние не как юве­ли­р­ные из­де­лия, а в дру­гих вы­со­ко­тех­но­ло­ги­ч­ных от­рас­лях: ми­к­ро­элек­тро­ни­ке, ла­зер­ной тех­ни­ке, по­лу­про­вод­ни­ко­вых ма­те­ри­а­лов и кос­ми­че­ской тех­ни­ке. Син­те­ти­че­ские ал­ма­зы в на­сто­я­щее вре­мя при­ме­ня­ют­ся для шли­фо­в­ки со­вре­мен­ных сверх­проч­ных ма­те­ри­а­лов, в ра­дио­о­п­ти­ке и элек­тро­ни­ке. Из них из­го­тав­ли­ва­ют ал­маз­ные на­ко­валь­ни, поз­во­ля­ю­щие ве­сти ис­сле­до­ва­ния свойств ве­ществ и фа­зо­вых пе­ре­хо­дов в них при сверх­вы­со­ких дав­ле­ни­ях до 2,5 млн ат­мо­сфер, оп­ти­че­ские ок­на для мо­щ­ных ла­зе­ров, вы­со­ко­чув­стви­тель­ные дат­чи­ки те­м­пе­ра­ту­ры, уль­тра­фи­о­ле­то­во­го, рен­т­ге­но­в­ско­го и ра­ди­а­ци­он­но­го из­лу­че­ний, ма­ло­и­нер­ци­он­ные на­гре­ва­тель­ные эле­мен­ты, иг­лы для ска­ни­ру­ю­щих зон­до­вых ми­к­ро­ско­пов. Сей­час син­те­ти­че­ские ал­ма­зы ис­поль­зу­ют­ся пра­к­ти­че­ски во всех об­ла­стях вы­со­ких тех­но­ло­гий, и, по всем про­г­но­зам, их роль бу­дет толь­ко воз­рас­тать.

Ре­зю­ми­руя вы­ше­ска­за­н­ное, мо­ж­но ска­зать, что в на­сто­я­щее вре­мя про­из­во­дить из син­те­ти­че­ских ал­ма­зов бри­л­ли­ан­ты, это ба­наль­но пре­вра­щать их в до­ро­гие без­де­лу­ш­ки. Не­об­хо­ди­мо бо­лее глу­бо­кое изу­че­ние фи­зи­ко-­хи­ми­че­ских свойств син­те­ти­че­ских ал­ма­зов для при­ме­не­ния их в но­вых об­ла­стях тех­ни­ки и тех­но­ло­гий. Про­из­вод­ство ко­м­па­ни­ей АЛРОСА син­те­ти­че­ских ал­ма­зов поз­во­ли­ло бы па­рал­лель­но ре­шать ряд про­из­вод­ствен­ных за­дач, ис­поль­зуя син­те­ти­ку, на­при­мер, в ис­сле­до­ва­ни­ях по со­хран­но­сти и из­в­ле­че­нию ал­ма­зов на дей­ству­ю­щих обо­га­ти­тель­ных фаб­ри­ках вме­сто при­род­ных ка­м­ней, а та­к­же для те­сти­ро­ва­ния при­бо­ров при вы­яв­ле­нии син­те­ти­че­ских ал­ма­зов ши­ро­ко­го спе­к­тра.

Воз­мо­ж­но та­к­же со­з­да­ние но­вой тех­но­ло­гии про­из­вод­ства син­те­ти­че­ских ал­ма­зов, что обес­пе­чит эко­но­ми­че­скую без­о­пас­ность АЛРОСА и Яку­тии, ес­ли син­те­ти­че­ские ал­ма­зы в обо­зри­мом бу­ду­щем вы­тес­нят при­род­ные и ис­чез­нет не­об­хо­ди­мость их до­бы­чи. Ши­ро­кое при­ме­не­ние син­те­ти­че­ских ал­ма­зов в со­вре­мен­ной тех­ни­ке та­к­же поз­во­лит про­д­лить сро­ки до­бы­чи при­род­ных ал­ма­зов из раз­ра­ба­ты­ва­е­мых ме­сто­ро­ж­де­ний, ко­то­рые по­ка еще не ис­чер­па­ны.