Laboratoryjne diamenty reprezentują nową erę diamentowej biżuterii. Ich historia zaczęła się kilkadziesiąt lat temu i dopiero niedawno dołączyły do klejnotów używanych w jubilerstwie. Są to diamenty specjalnie wyhodowane przez człowieka. Jednak niezależnie od tego, już w pierwszych zdaniach należy podkreślić, że są to prawdziwe diamenty, tak samo piękne i niezniszczalne jak naturalne. W tym artykule dowiedzą się Państwo, co sprawia, że laboratoryjne diamenty są tak wyjątkowe, jak je rozpoznać i jak są tworzone.
Właściwości i charakterystyka diamentów laboratoryjnych
Biorąc pod uwagę większość parametrów, naturalne i laboratoryjne diamenty są dokładnie takie same. Na pierwszy rzut oka nie można ich rozpoznać, nawet z pomocą szkła powiększającego. Unikatowe cechy diamentów laboratoryjnych mogą zostać wykryte wyłącznie przez specjalistów w warunkach laboratoryjnych.
Naturalne i laboratoryjne diamenty nie różnią się składem (wszystkie składają się z węgla), twardością (oba rodzaje osiągają najwyższy poziom na skali Mohsa, równy 10) ani właściwościami fizycznymi czy optycznymi. Mają taką samą kruchość i płaszczyzny pękania. Są też identyczne, gdy pod uwagę weźmiemy ich połysk, blask i możliwość odbijania światła. Jedyne, co tak naprawdę je różni, to źródło ich pochodzenia, długość i sposób narastania kryształów.
Najważniejszym wskaźnikiem, który mówi, czy diamenty pochodzą z laboratorium czy nie, jest sposób uformowania kryształu. Wzrost kryształu zawsze pozostawia po sobie niewidoczne gołym okiem linie i ślady w strukturze - dlatego umożliwia rozpoznanie, czy jest on naturalny czy nie, również po kształcie całego kryształu.
Zalety diamentów laboratoryjnych
Laboratoryjne diamenty posiadają cały szereg zalet, które warte są rozważenia. Przede wszystkim synteza w laboratorium jest znacznie krótsza niż naturalny proces ich tworzenia, co jest znaczącym plusem.
Powiązana z powyższą jest druga zaleta, czyli cena. Diamenty laboratoryjne można zazwyczaj kupić o 20-30% taniej niż naturalne. W niektórych przypadkach różnica ta sięga nawet 50%. Laboratoryjne diamenty mogą być zatem ciekawą opcją dla osób, które chciałyby posiadać duży, wysokiej jakości, przezroczysty klejnot w atrakcyjnej cenie. Oprócz rozmiaru, za tę cenę można uzyskać idealną wewnętrzną strukturę i czystość. Warto o tym pamiętać, ponieważ cena jest często decydującym czynnikiem podczas wybierania konkretnego klejnotu, zwłaszcza tego umieszczonego w pierścionku zaręczynowym. Dzięki diamentom laboratoryjnym pierścionek z dużym, wyjątkowym klejnotem nie stanowi już wydatku przekraczającego możliwości większości osób.
Kolejną atrakcyjną zaletą jest możliwość “mieszania” wybranych kolorów klejnotów podczas ich syntezy. Diamenty laboratoryjne nie muszą być bezbarwne. Kolor można uzyskać poprzez dodanie odpowiedniego pierwiastka, napromieniowanie lub wyżarzanie po zakończeniu syntezy. Metody używane do produkcji diamentów laboratoryjnych cały czas ewoluują, dzięki czemu uzyskiwane są różnorodne diamenty o zachwycających parametrach, takich jak czystość, jasność, kolor czy wielkość.
Warto przy tym wspomnieć o wpływie środowiska na produkcję diamentów. Synteza laboratoryjna jest ukierunkowana i pozwala na uzyskiwanie diamentów o konkretnej jakości. Z kolei naturalny proces narastania jest bardzo zróżnicowany, co sprawia, że tylko niewielki odsetek naturalnie pozyskiwanych diamentów ma wartość jubilerską.
Autentyczność diamentów laboratoryjnych - jak wygląda ich certyfikacja?
Zawsze, gdy kupują Państwo biżuterię, powinni Państwo otrzymać Certyfikat Autentyczności, który powie między innymi jakie kamienie zostały w niej osadzone. Zawsze powinna się tam znaleźć także informacja na temat ich pochodzenia: naturalnego lub laboratoryjnego. W przypadku każdej biżuterii marki KLENOTA z diamentami laboratoryjnymi, otrzymają Państwo darmowy Certyfikat Autentyczności wydany przez międzynarodowe laboratorium gemmologiczne.
Podczas zakupu diamentów lub diamentowej biżuterii, należy zawsze zwrócić uwagę na to, czy diament posiada swój unikatowy numer. Znajdą go Państwo w Certyfikacie, ale również na rondyście klejnotu, gdzie jest wygrawerowany laserowo. Dzięki niemu można odnaleźć diament w międzynarodowej bazie. Ten kod, zwany inskrypcją, nadawany jest w laboratorium, które bada oraz certyfikuje kamień.
Aby porównać wartość dwóch diamentów przed zakupem, powinni Państwo wybrać te, które były oceniane w jednym laboratorium. Wszystko dlatego, że niektóre laboratoria mają odrobinę inny system oceny lub też ich oceny są nieznacznie uzależnione od interesu dealerów, z którymi są powiązani. Najbardziej zaufanymi laboratoriami są GIA oraz IGI.
Krótka historia produkcji diamentów w laboratoriach
Od niepamiętnych czasów ludzie próbowali znaleźć sposób na to, aby uzyskać cenne materiały, w szczególności transformując je z tańszych (zajmowali się tym między innymi alchemicy i szarlatani skupieni wokół cesarza Rudolfa II). Teraz wiemy już jednak, że żelazo czy ołów nie mogą zmienić się w złoto. Wiemy też, jak wykreować diamenty w laboratorium.
Początki drogi, prowadzącej do laboratoryjnej syntezy diamentów, wyznaczył ojciec dzisiejszej chemii, Antoine Lavoisier. Odkrył on, że siatka krystaliczna diamentu odpowiada strukturalnie kryształom utworzonym z węgla. To odkrycie było jednym z najważniejszych na drodze prowadzącej do stworzenia diamentu. Sukces nadszedł jeszcze pod koniec XIX wieku. W 1892 roku francuski chemik Henry Moissan przeprowadził eksperyment, w którym jednocześnie przyłożył wysoką temperaturę i ciśnienie do węgla, co miało symulować warunki, w jakich powstają naturalne diamenty. W ten sposób udało mu się uzyskać pierwszy syntetyczny diament.
Co ciekawe, pierwsze wykreowane w ten sposób diamenty nie zainteresowały świata jubilerów, a jedynie przemysł. Maleńkie diamenty, które zaczęto produkować, były wykorzystywane między innymi w laserach, technologiach telekomunikacyjnych czy mikroelektronice. Nie były jednak odpowiednie do szlifowania czy tworzenia z nich biżuterii. Jednak wraz z rozwojem technologii, laboratoryjne diamenty zaczęły stawać się coraz bardziej wartościowe, a dziś produkowane są w różnych rozmiarach i kolorach, a także coraz częściej ozdabiają zachwycającą biżuterię.
Jak tworzone są diamenty laboratoryjne?
Diamenty laboratoryjne są dziś tworzone za pomocą dwóch metod: CVD (Chemical Vapor Deposition, Osadzanie Chemiczne z Fazy Gazowej) oraz HPHT (High-Pressure-High-Temperature, Wysokie Ciśnienie-Wysoka Temperatura). Obie metody mają jedną cechę wspólną - wymagają posiadania maleńkiego diamentu, który będzie służył jako zarodek krystalizacji. Otrzymany kryształ będzie idealnie pasował do kategorii IIa, czyli kategorii najrzadziej występującej w naturze. Tylko 1% diamentów kopalnianych posiada taką jakość. W międzynarodowej klasyfikacji kategoria ta oznacza, że uzyskany kamień jest chemicznie zupełnie lub prawie zupełnie czysty (nie posiada żadnych zanieczyszczeń wbudowanych w kryształ). Takie diamenty są zupełnie bezbarwne.
CVD: Metoda Chemicznego Osadzania z Fazy Gazowej
W tym procesie atomy w fazie gazowej są nakładane warstwowo na zarodek krystalizacji - mały, cienki kawałek wypolerowanego naturalnego lub laboratoryjnego diamentu. Jest on umieszczany w reaktorze, który zostaje wypełniony specjalną mieszaniną gazów bogatych w węgiel (np. metanu) i zapieczętowany. Promieniowanie mikrofalowe jest przykładane do reaktora. Sprawia ono, że faza gazowa ogrzewa się do stanu plazmy, mającej około 800-1200 °C. W takich warunkach atomy węgla całkowicie się od siebie oddzielają i przepływają w kierunku nieco chłodniejszego kawałka diamentu. Osiadają na nim i diament zaczyna powoli krystalizować.
Powstający diament musi zostać pozbawiony czarnych warstw grafitu, które również mogą na nim osiąść podczas narastania. Po tym, jak zostanie wypolerowany, kryształ powraca do komory reakcyjnej i przechodzi dalszy wzrost. Jest to powtarzane kilkakrotnie w procesie krystalizacji. W efekcie powstaje płaski, kubiczny lub tabelaryczny kryształ.
Wiele diamentów może zostać zsyntetyzowanych jednocześnie z pomocą tej metody, ale zależy to od wielkości komory i ilości zarodków, które są w niej umieszczone. Narastanie kryształu trwa jednak nieco dłużej - 3 do 4 tygodni - ze względu na konieczność oczyszczania. Wielkość komory reakcyjnej i czas ekspozycji wpływają przy tym na ostateczny rozmiar diamentu. Otrzymane na koniec diamenty mogą mieć lekko brązowy kolor, który usuwany jest za pomocą wyżarzania. Metoda CVD wymaga jednak mniejszych temperatur i ciśnień niż HPHT.
HPHT: Wysokie Ciśnienie - Wysoka Temperatura
Ta metoda produkcji diamentu jest starsza i bliższa odtwarzaniu naturalnych warunków, w jakich powstają diamenty. Wykorzystywane są w niej trzy schematy przykładania ciśnienia, związane z konkretnymi prasami: taśmową, sześcienną i sferyczną dzieloną (BARS). Są one częściami prasy hydraulicznej wysokociśnieniowej.
Ponownie punktem wyjścia jest maleńki fragment diamentu, umieszczony wewnątrz specjalnej komory wraz z metalowym katalizatorem oraz węglem w formie grafitu. Jako katalizatory są zazwyczaj używane metale z grup przejściowych o wysokiej temperaturze topnienia, takie jak mangan, kobalt, nikiel lub żelazo. Komora jest następnie ogrzewana do temperatury 1500 °C i przykładane jest do niej ciśnienie rzędu 50-60 kbar (wartości te zależą nieznacznie od rodzaju wykorzystywanego urządzenia). Metale topią się i katalizują rozpuszczanie węgla, którego atomy następnie migrują do chłodniejszego kryształu diamentu, co powoduje jego narastanie.
W metodzie wykorzystującej prasę BARS nacisk jest wywierany na dwa zestawy części lub kowadeł, które razem tworzą podzieloną sferę. Pierwszy, zewnętrzny komplet wykonany jest ze stali i składa się z 8 części. Po zamknięciu sfery powstaje w środku wgłębienie w kształcie ośmiościanu. Wewnątrz znajduje się drugi, wewnętrzny zestaw 6 kowadeł wykonanych z grafitu. Tworzą one centralną, sześcienną wnękę, w której rosną kryształy diamentu. Warto jednak pamiętać, że wnęka ta jest mniejsza niż w przypadku prasy taśmowej, a co za tym idzie, tą metodą zwykle wytwarza się mniejsze kryształy.
Uformowanie 1-karatowego diamentu za pomocą prasy taśmowej zajmuje minimum pięć dni. Jednak krystalizacja za pomocą metody HPHT może również zająć kilka tygodni. Wszystko zależy od pożądanego rozmiaru diamentu i wielkości komory. Dawniej również wytworzenie zupełnie bezbarwnego diamentu było problematyczne, ponieważ nawet niewielka obecność azotu w reaktorze dawała żółtawy kolor. Obecnie problem ten został rozwiązany i dzięki HPHT wytwarzane są piękne, bezbarwne kryształy.
Odkrywanie pochodzenia diamentu: znaki, które o tym mówią
Ze względu na to, w jak różny sposób narastają diamenty naturalne, tworzone metodą CVD lub HPHT, możliwe jest wykrycie, w jaki sposób konkretny kryształ został uformowany. Aby się tego dowiedzieć, należy obejrzeć linie wzrostu oraz różnorodne, często bardzo charakterystyczne widma fluorescencyjne. Diamenty laboratoryjne mogą wykazywać się także fosforescencją (świecenie nawet wówczas, kiedy lampa naświetlająca zostanie wyłączona), czego nie obserwujemy u diamentów naturalnych.
Ewentualne inkluzje, które są efektem przepływu rozpuszczonego grafitu i metali, także poddawane są badaniu. Metale, które nie zadziałały jak katalizatory, mogą również znaleźć się wewnątrz kryształu. Pojawiają się wówczas jako czarne punkty, a pod różnymi kątami mogą mieć metaliczny połysk. W przypadku metody CVD inkluzje to praktycznie zawsze sam grafit, który pojawia się jako czarne punkty bez metalicznego połysku.
Dystrybucja kolorów w krysztale także może być istotnym czynnikiem pozwalającym na ocenę jego pochodzenia. W kryształach uzyskanych metodą HPHT, o ile nie są zupełnie czyste, możliwe jest dostrzeżenie geometrycznych stref kolorów, które wiążą się z nagromadzeniem pierwiastków w danym obszarze podczas wzrostu kryształu. W diamentach uzyskanych metodą CVD dystrybucja kolorystyczna jest ujednolicona. Naturalne diamenty także mogą posiadać strefy kolorystyczne. Jednak, w przeciwieństwie do tych uzyskanych metodą HPHT, nie będą one geometrycznie rozłożone, tylko przypadkowe.
Kolejnym wskaźnikiem, mówiącym o pochodzeniu diamentów, może być także obecność (a w szczególności kombinacja) różnorodnych pierwiastków w krysztale, które zazwyczaj nadają mu konkretny kolor. Jest to łatwe do rozpoznania, ponieważ niektóre pierwiastki nie występują razem z przyrodzie.
Jednym z istotnych czynników mówiących o pochodzeniu diamentu jest deformacja siatki krystalicznej. Jest badana za pomocą filtrów polaryzacyjnych. W przypadku naturalnych diamentów siatka krystaliczna jest często zdeformowana w formę mozaikową, co jest wynikiem długiej, trudnej drogi na powierzchnię Ziemi, ją przebywa diament po powstaniu. Na drodze tej różnorodne ciśnienia powodują odkształcenia siatki krystalicznej z różnych stron. W przypadku klejnotów uzyskanych metodą HPHT zazwyczaj nie widzimy deformacji, ponieważ ciśnienie jest przykładane tak samo z każdej strony. W klejnotach hodowanych metodą CVD deformacje mają zazwyczaj kształt pasmowy.
Nie wszystkie diamenty muszą wykazywać jednak różnice we wszystkich przedstawionych kategoriach. Dlatego też ważne jest przeanalizowanie tak wielu cech charakterystycznych diamentu, jak to możliwe, aby dokładnie określić jego pochodzenie. Kształt oryginalnego kryształu jest także fundamentem tego badania. Naturalne diamenty mają kształt ośmiościanu, ponieważ kryształ mógł narastać jednocześnie w ośmiu różnych kierunkach. Metoda CVD wykorzystuje cienki kwadratowy diament jako zarodek krystalizacji, dlatego klejnot zazwyczaj narasta tylko w jednym kierunku, tworząc tabelaryczny kryształ. W metodzie HPHT częściej uzyskiwane są diamenty kubiczne.
Niezależne amerykańskie laboratorium GIA posiada ogromną bazę danych różnorodnych kryształów diamentów, wraz z ich gemmologiczną charakterystyką, co pomaga w ustaleniu pochodzenia i sposobu uformowania konkretnego klejnotu. Laboratorium posiada także swoje własne urządzenie CVD, co pozwala na uzyskanie dodatkowych informacji na temat procesu hodowli. Służy też do ulepszania metod identyfikacyjnych. GIA jest zaopatrzone w zaawansowane technologicznie sprzęty, które pozwalają na testowanie nawet najmniejszych diamentów.
Kilka interesujących faktów na koniec
Laboratorium IGI certyfikowało diament laboratoryjny o wadze 14,6 karata, który jest jednym z największych diamentów wykreowanych metodą CVD. Został sklasyfikowany jako typ IIa, co jest typowe dla tego rodzaju diamentów. Jego kolor został oceniony jako F, czystość jako VS2. Klejnot został oszlifowany za pomocą szlifu szmaragdowego i posiada wymiary: 13,5 x 13,2 x 8,93 mm. Został stworzony przez Ethereal Green Diamond, firmę pochodzącą z Bombaju. Diament otrzymał nazwę The Freedom of India (Wolność Indii).
Wspomnieliśmy wcześniej, że metale dodane jako katalizatory do reaktora HPHT mogą czasem wniknąć do wnętrza kryształu i w nim pozostać. Tworzą klasyczne inkluzje, pojawiające się jako czarne punkty. Co ciekawe, jeśli jest ich bardzo wiele, diament może reagować na magnes i być do niego przyciągany.
Diamenty mogą być też kameleonami. Naturalne diamenty czasami zmieniają kolor w zależności od zewnętrznego ogrzewania czy też światła w otoczeniu. Zazwyczaj zmieniają barwę z zielonej na żółtą, rzadziej w inny sposób. Jednak laboratorium GIA miało też okazję badać diament stworzony za pomocą metody HPHT, który został sklasyfikowany jako Fancy Vivid Pink (Fantazyjny Mocno Różowy). Diament ten zmienił się z różowego na pomarańczowy, kiedy został poddany krótkiej ekspozycji światła UV. Jego oryginalny kolor powrócił po kilku minutach.
Mówiąc krótko, laboratoryjne diamenty mogą skrywać wiele zagadek. Nikt z nas nie wie, jakie jeszcze znajdziemy w sklepach i jakie możliwości przyniosą nam w przyszłości.
