Sự phát triển của kim cương tổng hợp

Sự tổng hợp kim cương độc lập đã đạt được vào ngày 16 Tháng Hai, năm 1953 tại Stockholm bởi ASEA(Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget), một trong những công ty sản xuất đồ điện lớn của Thụy Điển. Bắt đầu vào năm 1949, ASEA đã thuê một nhóm năm nhà khoa học và kỹ sư như một dự án tuyệt mật về chế tạo kim cương với tên là QUINTUS. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng những thiết bị hình cầu tách rời do Baltzar von Platen và Anders Kämpe thiết kế. Áp suất đươch duy trì trong thiết bị vào khoảng 8.4Gpa trong một giờ. Một viên kim cương nhỏ đã được tạo ra, nhưng nó không có phẩm chất và kích thước của một viên đá quý. Việc này đã không được loan báo cho đến những năm 1980.

Vào những năm 1980, một đối thủ mới xuất hiện ở Hàn Quốc, Công ty có tên là Iljin Diamond; Nó có hàng trăm công ty Trung Quốc theo sau. Iljin Dianond bị cáo buộc thực hiện tổng hợp kim cương vào năm 1988 bằng cách chiếm đoạt các bí mật thương mại từ GE thông qua một cựu nhân viên Hàn Quốc ở GE.

Kim cương tổng hợp có chất lượng đá quý lần đầu tiên được GE sản xuất vào năm 1970 và sau đó được công bố vào năm 1971. Thành công đầu tiên đã sử dụng một ống pyrophyllite cấy mầm kim cương ở mỗi đầu. Vật liệu graphit được đặt ở trung tâm và kim loại hòa tan (nickel) nằm giữa graphit và mầm kim cương. Hộp chứa được nung nóng và ép đến áp suất vào khoảng 5.5Gpa. Các tinh thể phát triển như một dòng chảy từ trung tâm đến các đầu của ống, và quá trình kéo dài sẽ tạo ra tinh thể lớn hơn. Quá trình tổng hợp kim cương kéo dài khoảng một tuần tạo ra kim cương chất lượng đá quý khoảng 5mm(1 carat hay 0.2 g), và các điều kiện công nghệ phải được giữ ổn định nhất có thể. Graphit dự trữ sẽ sớm được chuyển đổi thành hạt kim cương vì hệ thống cho phép điều khiển sự chính xác các thông số công nghệ cho đến cuối chu trình.

Những viên đá quý đầu tiên thường có màu vàng đến màu xám vì có chứa tạp chất ni-tơ. Các vết tạp chất là rất phổ biến, đặc biệt là "plate-like" từ nikel. Có thể loại bỏ toàn bộ ni-tơ trong quá trình bằng cách thêm nhôm hoặc titan để sản xuất kim cương trắng không màu; loại bỏ ni-tơ và thêm bo để sản xuất kim cương màu xanh.

Mặc dù kim cương của GE và kim cương tự nhiên giống hệt nhau về hóa học, nhưng tính chất vật lý không hoàn toàn giống nhau. Những viên đá không màu được sản xuất phát huỳnh quang mạnh và phát sáng lân tinh dưới ánh sáng tia cực tím bước sóng ngắn, nhưng trơ dưới sóng dài UV. Chỉ có một số rất hiếm kim cương xanh tự nhiên thể hiện các tính chất đó. Không giống như kim cương tự nhiên, tất cả các kim cương của GE phát quang màu vàng đậm dưới tia X. Phòng thí nghiệm "De Beers Diamond Research Laboratory" đã nuôi cấy được viên kim cương lên đến 25 carat phục vụ cho mục đích nghiên cứu. Sự ổn định của các điều kiện HPHT trong sáu tuần giúp họ nuôi cấy thành công viên kim cương chất lượng cao với kích cỡ nói trên. Vì những lý do kinh tế, việc nuôi cấy hầu hết các viên kim cương tổng hợp kết thúc khi chúng đạt được khối lượng 1 carat (200mg) đến 1.5 carats (300mg).

Trong những năm 1950, nghiên cứu bắt đầu ở Liên Xô và Mỹ về sự hình thành kim cương bởi nhiệt phân của các loại khí hydrocarbon ở nhiệt độ tương đối thấp là 800°C. Quá trình áp suất thấp này được biết đến như là phương pháp lắng đọng hơi hóa học (Chemical Vapor Deposition - CVD). William G. Eversole đã làm xong bản báo cáo về lắng đọng hơi của kim cương trên bề mặt viên kim cương vào năm 1953, nhưng nó đã không được báo cáo cho tới năm 1962. Sự lắng đọng màng kim cương đã được tạo dựng lại một cách độc lập bởi Angus và đồng nghiệp vào năm 1968 và bởi Deryagin và Fedoseev năm 1970. Trong khi Eversole và Angus sử dụng kim cương đơn tinh thể lớn, đắt tiền, là chất nền, Deryagin và Fedoseev đã thành công trong việc tạo ra màng kim cương trên các vật liệu phi kim cương (silicon và kim loại), dẫn đến nghiên cứu đồ sộ về lớp phủ kim cương vào những năm 1980.

Thiết bị sản xuất kim cương theo phương pháp CVD

Thiết bị sản xuất kim cương theo phương pháp CVD

Ngày nay, năng lực sản xuất cũng như nhu cầu kim cương tổng hợp tăng lên đều đặn qua các năm. Mỗi năm, sản lượng kim cương tự nhiên trên toàn thế giới đạt khoảng 26 tấn, trong khi đó sản lượng kim cương tổng hợp đạt trên 100 tấn.

Trung Quốc, Mỹ, Nga là những nước đứng hàng đầu thế giới về sản lượng kim cương tổng hợp.

Trung Quốc, Mỹ, Nga là những nước đứng hàng đầu thế giới về sản lượng kim cương tổng hợp.

Thiết bị sản xuất kim cương tổng hợp HPHT của Trung Quốc

Thiết bị sản xuất kim cương tổng hợp HPHT của Trung Quốc

Tìm kiếm

Mới Cập Nhật