Les diamants verts de laboratoire sont cultivés selon deux méthodes principales : HPHT et CVD. Les deux méthodes simulent les conditions dans lesquelles les diamants naturels se forment en laboratoire, produisant des diamants ayant les mêmes propriétés chimiques, physiques et optiques que les diamants naturels.
HPHT : cette méthode utilise une pression et une température extrêmement élevées pour simuler les conditions à l'intérieur de la Terre, ce qui provoque la cristallisation de matériaux carbonés (comme le graphite) en diamants. Ce processus implique généralement une petite graine de diamant contenant du carbone et un flux métallique, qui est placée dans une presse.
CVD : cette méthode utilise des conditions de pression et de température plus basses pour décomposer un mélange gazeux dans un environnement sous vide, ce qui provoque le dépôt d'atomes de carbone sur le noyau de diamant et la formation progressive de cristaux de diamant. Cette méthode nécessite moins de pression et de température, elle est donc plus efficace et peut produire des diamants purs de haute qualité.
De plus, certains procédés de fabrication de diamants de laboratoire incluent également des traitements spécifiques pour donner aux diamants des couleurs différentes, comme le vert. Ces traitements peuvent être ajoutés à la fin du processus de croissance pour obtenir l'effet de pierres précieuses colorées.
Les diamants de laboratoire verts sont créés en utilisant une technologie de pointe dans un environnement de laboratoire pour simuler les conditions dans lesquelles se forment les diamants naturels, produisant ainsi des diamants avec les mêmes propriétés.
Comment fonctionne le HPHT pour les diamants de laboratoire verts, y compris l'équipement et les conditions utilisés ?
HPHT est une méthode de croissance de diamants en laboratoire, et son processus de fonctionnement et ses conditions sont les suivants :
Equipement : Le procédé HPHT utilise généralement de grandes presses mécaniques, telles qu'une presse à six faces, qui sont capables d'appliquer des pressions et des températures extrêmement élevées. D'autres types de chambres haute pression ou d'appareils Aventis peuvent également être utilisés pour fournir une pression
Source de carbone et graines : Dans le procédé HPHT, le graphite de haute pureté est utilisé comme source de carbone, tandis que les graines de diamant naturelles ou cultivées servent de modèles pour le réarrangement des atomes de carbone
Ces graines sont placées dans la zone à basse température de la chambre de croissance, tandis que la source de carbone est placée dans la zone à haute température.
Conditions de température et de pression : le procédé HPHT nécessite des températures extrêmement élevées (généralement 1 300 à 1 600 °C) et des pressions (jusqu’à 6 à 8 GPa). Ces conditions simulent l’environnement dans lequel les diamants se forment naturellement à l’intérieur de la Terre, permettant aux atomes de carbone de se réorganiser et de se cristalliser en diamants.
Procédé : Sous haute température et pression, les atomes de carbone sont libérés du graphite dans la zone haute température et réorganisés sur le cristal de graine de diamant dans la zone basse température pour former une nouvelle structure de grille de carbone, et finalement former des diamants.
Quelles sont les étapes spécifiques et les exigences techniques du dépôt chimique en phase vapeur (CVD) dans les diamants verts cultivés en laboratoire ?
Les étapes spécifiques et les exigences techniques du dépôt chimique en phase vapeur (CVD) dans les diamants verts cultivés en laboratoire sont les suivantes :
Préparation des cristaux de germination : tout d'abord, il faut préparer un minuscule cristal de germination de carbone. Ces cristaux de germination imitent la méthode de formation naturelle des diamants et constituent la base de la croissance des diamants.
Préparation de l'équipement : Nettoyez et inspectez l'équipement CVD pour vous assurer que tous les composants fonctionnent normalement. Ensuite, placez le substrat à déposer dans la chambre de réaction et passez l'aspirateur pour garantir la pureté de l'environnement de réaction.
Alimentation en gaz : injectez du gaz contenant du carbone dans la chambre de croissance, comprenant généralement un mélange de méthane, d'hydrogène et d'azote. Parmi eux, le méthane est la source d'atomes de carbone pour les diamants synthétiques. Ces gaz sont ionisés à haute température pour rompre les liaisons moléculaires et permettre au carbone pur de se fixer à la graine de diamant.
Chauffage et dépôt : la chambre de croissance est chauffée à environ 800-1200°C pour favoriser le dépôt d'atomes de carbone. Au cours de ce processus, les atomes de carbone forment progressivement de nouvelles liaisons atomiques avec la graine de diamant pour former de nouveaux cristaux de diamant.
Le taux de dépôt et la qualité du diamant peuvent être encore améliorés grâce à la technologie de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-ondes (PECVD).
Optimisation des conditions de croissance : la qualité et la texture des films de diamant peuvent être contrôlées en optimisant les conditions de croissance telles que la température, la pression, la composition du gaz et les gaz additifs dans le gaz précurseur. Par exemple, la présence d'azote réduit la taille des grains, tandis que l'oxygène et de petites quantités de gaz halogènes favorisent la croissance des films de diamant à basse température.
Taux de croissance et densité de puissance : L'augmentation de la température du substrat et de la pression du gaz augmente le taux de dépôt en raison d'une diffusion améliorée et d'une concentration accrue des espèces de croissance. Des études récentes ont montré qu'une augmentation de la densité de puissance par unité de surface conduit à une multiplication par quatre du taux de dépôt linéaire des principaux types de processus de dépôt.
Quelles sont les différences dans les propriétés chimiques, physiques et optiques des diamants verts cultivés en laboratoire par rapport aux diamants verts naturels ?
Il existe certaines différences dans les propriétés chimiques, physiques et optiques des diamants verts cultivés en laboratoire par rapport aux diamants verts naturels, bien qu'ils soient similaires à bien des égards.
En termes de composition chimique, les diamants naturels contiennent souvent des traces d’azote, alors que les diamants fabriqués en laboratoire n’en contiennent pas.
Cette légère différence chimique est une différence significative entre les deux.
En termes de propriétés physiques, les diamants naturels et fabriqués en laboratoire sont composés d'atomes de carbone étroitement liés et ont les mêmes propriétés telles que la dureté, l'indice de réfraction et la dispersion. Cependant, les diamants fabriqués en laboratoire peuvent différer des diamants naturels en termes de stries de croissance, de saturation des couleurs, de clarté et de bichromaticité, qui peuvent être observées visuellement à l'œil nu.
En termes de propriétés optiques, les deux ont une structure cristalline cubique et ont donc les mêmes propriétés optiques, comme la façon dont ils réfractent la lumière. Cependant, les diamants naturels peuvent développer des centres de couleur spécifiques, tels que les centres de couleur N3 et les centres de couleur GR1, en raison d'une exposition à long terme aux rayonnements naturels. Ces centres de couleur peuvent ne pas apparaître ou se comporter différemment dans les diamants fabriqués en laboratoire.
Dans le processus de culture de diamants verts en laboratoire, quelles techniques de traitement spécifiques sont utilisées pour donner aux diamants leur couleur verte ?
Dans le processus de culture de diamants verts en laboratoire , on utilise principalement le traitement à haute pression et haute température (HPHT) et l'irradiation électronique. Ces techniques confèrent une couleur verte aux diamants en modifiant les défauts et les impuretés à l'intérieur du diamant.
Traitement HPHT : Le traitement HPHT (High Pressure High Temperature) est une technique qui modifie la couleur des diamants en appliquant une pression et une température extrêmes. Ce traitement peut transformer les diamants bruns naturels en pierres précieuses commercialisables et peut changer la couleur des diamants synthétiques jaunes du vert au vert ou à d'autres couleurs
De plus, le traitement HPHT peut réduire les tons bruns et rehausser les couleurs rares telles que le vert, le jaune, le rose et le violet
.
Irradiation électronique : L'irradiation électronique est une autre technique couramment utilisée pour donner une couleur verte aux diamants. Le traitement par irradiation peut produire des diamants de différentes séries de couleurs, y compris le vert. Par exemple, grâce à l'irradiation électronique et au traitement thermique, certains types de diamants peuvent être transformés en vert foncé
. De plus, le traitement par irradiation peut également changer la couleur des diamants naturels du rouge ou du rose au vert
.
Comment le coût des diamants verts de laboratoire se compare-t-il à celui des diamants verts naturels ?
Le coût des diamants verts de laboratoire est généralement bien inférieur à celui des diamants verts naturels. Selon de nombreuses études, les diamants de culture sont moins chers que les diamants naturels, principalement parce que les diamants de culture ne nécessitent pas de processus d'extraction à grande échelle et ne sont pas limités par les ressources naturelles. De plus, les progrès technologiques ont considérablement réduit les coûts de fabrication des diamants de laboratoire, les rendant 30 à 40 % moins chers que les diamants extraits.
Les coûts de production des diamants synthétiques sont principalement constitués d'équipements de haute technologie et d'intrants techniques, qui sont bien inférieurs aux coûts d'extraction des diamants naturels. Par conséquent, bien que les diamants synthétiques aient les mêmes propriétés chimiques et physiques que les diamants naturels, leurs prix ne représentent qu'une fraction de ceux des diamants naturels. Cet avantage de prix fait des diamants synthétiques une option attrayante pour les consommateurs soucieux de leur budget.
