الماس‌های مصنوعی (رشد یافته در آزمایشگاه) HPHT-CVD
امروزه الماس مصنوعی که در آزمایشگاه‌ها پرورش می‌یابد، دنیای جدیدی را بر روی دوستداران و فروشندگان این گوهر نمایان کرده است. الماس با ویژگی‌هایی نظیر درخشش بالا و سختی زیاد شناخته می‌شود و ازاین‌رو در جهان، ارزش و جایگاه خاصی را پیدا کرده است. الماس تحت تحمل فشار و حرارت بالا از کربن و در لایه‌های زیرین سطح زمین تشکیل می‌شود. این روند تشکیل باعث شده تا الماس‌ها در بین جامدات در دمای 25 درجه یک رسانای گرمای عالی باشند.
این خاصیت تقریباً 5 برابر رسانایی است که فلز مس از آن برخوردار است. ازآنجاکه الماس مصنوعی و طبیعی قابلیت انتقال طیف مختلف نوری را دارند، یکی از مواد نوری منحصربه‌فرد محسوب می‌شود. همچنین بازتاب الماس، شاخص بسیار بالایی دارد. از طرفی مقاومت زیاد الماس در برابر تابش نوترونی، یکی از عواملی است که در ارزشمندی آن تأثیر زیادی گذاشته است.
خاصیت نیمه رسانایی و شکست الکتریکی الماس نیز باعث کارایی بیشتر آن شده است. خوب است بدانید که الماس رشد یافته در آزمایشگاه یا Lab-grown زیبایی، درخشش و مشخصه‌هایی مشابه با نوع طبیعی خود دارد. باید بدانید که نامیدن الماس مصنوعی به‌عنوان بدل کاملاً اشتباه است؛ چراکه کانی‌هایی مانند کوبیک زیرکونیا و یا مویزنایت سنتتیک، بدلی نامیده می‌شوند. دلیل این نام‌گذاری شباهتی است که این دو سنگ با الماس دارند و بجای آن به فروش می‌رسند.
تاریخچه پرورش الماس مصنوعی
اولین نمونه‌های گوهر مصنوعی در سال 1950 تولید شدند و تا سال 1990 ابعاد بسیار کوچکی داشتند. پس از آن در اواسط دهه 1990 بلورهایی بزرگ‌تر و باکیفیت بالاتر در آزمایشگاه الماس رشد یافتند. این فرایند تاکنون نیز ادامه دارد.
روشهای ساخت الماس آزمایشگاهی
با توجه به شرایط سختی که کربن می‌گذراند تا به الماس تبدیل شود، تولید و ساخت این ماده در آزمایشگاه نیز کار دشواری است. برخی از شیوه‌های تولید الماس مصنوعی عبارت‌اند از:
• فشار و حرارت بالا (HPHT)
یکی از ابتدایی و سنتی‌ترین روشهای پرورش و تولید الماس با فشار و حرارت بالا است. در این روش که شباهت بالایی به شیوه تشکیل الماس درون زمین دارد، از کربن استفاده می‌کنند. گرافیت یا کربن در ابتدا درون یک کپسول در دستگاه پرس مخصوص HPHT قرار می‌گیرد. سپس توسط الکتریسیته بر روی آن فشار وارد می‌کنند تا زمانی که دستگاه مخصوص این کار تا دمای 1300 تا 1600 درجه سانتی‌گراد گرم شود. هنگامی‌که دستگاه به میزان دمای موردنظر رسید، فلز مذاب موجود در آن، کربن با خلوص زیاد را در خود حل می‌کند.
در این شرایط اتم‌های کربن بر روی قطعه الماس رسوب می‌کنند. با تداوم این کار، پس از گذشت چند روز الماس ساخته می‌شود. درنهایت کریستال ساخته‌شده، توسط دستگاه‌های مخصوص تراش داده می‌شوند. نکته‌ای که برای ساخت الماس مصنوعی در این روش وجود دارد، درصد خلوص آن است. درواقع به دلیل ترکیب شدن یک محلول فلزی با کربن، میزان خلوص این نوع الماس، نسبت به الماس طبیعی متفاوت است. این نوع از الماس‌های مصنوعی هشت‌وجهی‌اند و به‌صورت کوبیک تشکیل می‌شوند.
این ویژگی باعث تفاوت ساختاری و الگوهای رشد داخلی میان الماس طبیعی و مصنوعی شده است. ازآنجاکه نیتروژن باعث زرد شدن رنگ الماس می‌شود، باید در هنگام ساخت الماس آزمایشگاهی، این گاز را از محیط پروش آن خارج کرد. به‌طورکلی، نمونه‌های بی‌رنگ الماس، در طول زمان بیشتری تشکیل می‌شوند و نیاز به کنترل دما دارند.
• رسوب بخار شیمیایی (CVD)
ساخت الماس مصنوعی در این روش با به‌کارگیری فشار شدید صورت می‌گیرد. برای ای کار قطعه‌ای از الماس را در محفظه مایکروویو می‌گذارند. بعد از آن، گاز طبیعی یا متان را با تابش مایکروویو به درون آن می‌فرستند. زمانی که حرارت تقریباً 900 تا 1200 درجه سانتی‌گراد باشد، یک توپ پلاسمایی در محفظه تشکیل می‌شود. پرتوی ماکروویو باعث ته‌نشین شدن کربن از ابر و رسوب آن بر روی قطعه می‌گردد. درنهایت اتم‌های کربن، توسط گاز موجود در محفظه، تجزیه و سپس تبلور پیدا می‌کنند.
این روند حدوداً 10 هفته زمان می‌برد اما درنهایت الماس مصنوعی ساخته‌شده با این روش از مرغوبیت خوبی برخوردار است. به‌طوری‌که تشخیص آن از نوع طبیعی نیازمند دستگاه‌های خاصی است که در آزمایشگاه الماس و یا گوهرشناسی وجود دارند. در طی این فرایند الماس‌ها، هر چند روز برداشته می‌شوند تا پولیش داده شوند. این کار باعث از بین رفتن کربن‌های غیر الماس‌شده می‌شود. از نکات مهم این روش تشکیل گرافیت سیاه و رنگ قهوه‌ای بر روی بلورها است.
در این حالت گرافیت سیاه برداشته می‌شود و درصورتی‌که بلور قهوه‌ای‌رنگ باشد تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرد. جالب است بدانید بیشتر الماس‌های رشد یافته به روش CVD در ابتدا قهوه‌ای هستند و سپس توسط فرایند آنیل شدن یا بازپخت به روش HPHT رنگ‌زدایی می‌شوند.
ازجمله تفاوت‌های میان دو روش حرارت بالا و رسوب بخار شیمیایی می‌توان به کم‌هزینه‌تر بودن تجهیزات CVD اشاره کرد اما این در صورتی است که گاهی الماس‌های رشد یافته آن نیازمند بهسازی ثانویه جهت بهبود رنگشان هستند.
آیا الماس مصنوعی با واقعی با هم متفاوت دارند؟
یکی از چالش‌هایی که گوهرشناسان با آن مواجه هستند تشخیص الماس‌هایی است که اندازه آن‌ها کمتر از 0.1 قیراط است. این قطعات تراش‌خورده که عموماً برای ساخت جواهرات کاربرد دارند، مآل (Melee) نامیده می‌شوند. ازجمله تمایزاتی که تا حدودی، به تشخیص الماس مصنوعی و طبیعی کمک می‌کند می‌توان موارد زیر را نام برد:
- الماس طبیعی، ضد خش است و تنها می‌توان با قطعه یا پودر الماس، روی آن خراش ایجاد کرد.
- الماس مصنوعی برعکس نوع طبیعی، بر روی آب شناور می‌ماند.
- نورهای رنگین موجود در الماس طبیعی باعث اذیت شدن چشم نمی‌شوند.
- الماس مصنوعی ممکن است در دماهای بسیار بالا خرد شود.
- الماس طبیعی بخار نمی‌گیرد و نور و رنگ سفید را منعکس می‌کند.
مزیت های خرید الماس رشد یافته
ازآنجایی‌که فرایند تشکیل و بلوری شدن کربن، درون زمین سال‌های زیادی طول می‌کشد، الماس‌های ساخته‌شده در آزمایشگاه با خواص شیمیایی و نوری مشابه را می‌توان در مدت‌زمان بسیار کمتری تهیه کرد. کوتاه شدن زنجیره تهیه و مصرف الماس مصنوعی باعث شده تا هزینه‌های مصرف‌کننده به میزان زیادی کاهش پیدا کنند. همچنین این نوع از الماس در حفظ محیط‌زیست تأثیر زیادی می‌گذارد.
الماس‌های طبیعی دارای درجه سختی 10 هستند و این یعنی در صورت نگهداری مناسب، تا سال‌ها می‌توانند جلوه و درخشش خود را حفظ کنند. سختی الماس پرورش یافته 9.25 است. درواقع سختی نوع آزمایشگاهی الماس نیز مطلوب و قابل‌اطمینان می‌باشد. این گوهرها در رنگ‌های زرد (به دلیل وجود ناخالصی‌های نیتروژن)، آبی (عنصر بور در ترکیب الماس) و بی‌رنگ یا سفید در بازار عرضه می‌شوند. ازاین‌رو به دلیل تنوع رنگ و ساختار متفاوت بلورها، انتخاب‌های بیشتری برای مشتریان وجود دارد.
کاربردهای الماس آزمایشگاهی چیست؟
یکی از مهم‌ترین و بارزترین کارایی‌های الماس مصنوعی، در تولید جواهرات است. جواهراتی که با گوهر مصنوعی ساخته می‌شود، نسبت به نوع طبیعی آن هزینه کمتری دارند. از دیگر کاربردهای الماس پرورش یافته عبارت‌اند از:
صنعت برشکاری: ازآنجاکه درجه سختی الماس‌های مصنوعی بالای 9 است، گزینه‌ای ایده آل برای ساخت ابزارآلات برش به شمار می‌آیند. ازاین‌رو برای تهیه ابزارهای ساینده، دستگاه سنگ‌زنی، سینک‌های حرارتی و برش مورد استفاده قرار می‌گیرند.
صنعت لیزر: به دلیل ویژگی‌هایی نظیر پایداری شیمیایی، مقاومت در برابر حرارت، انبساط حرارتی کم و شفافیت بالا، گوهرهای مصنوعی در این حوزه نیز کاربرد دارند.
صنعت حرارتی و نیروگاه: استفاده از قطعات مصنوعی الماس در دستگاه‌های موجود در نیروگاه، ترانزیستورهای فرکانس بالا، آشکارسازهای فرابنفش و LED در سال‌های اخیر رو به افزایش و توسعه است.
بهترین آزمایشگاه الماس
ازآنجاکه فرایند ساخت الماس مصنوعی در آزمایشگاه، سختی‌ها و پیگیری‌های خاص خود را دارد، بهتر است برای اطمینان از مرکزی خرید کنید که شناسنامه و گواهی الماس را هم ارائه دهد. همچنین آزمایشگاه‌های تشخیص الماس، با انجام تست‌ها و بررسی‌های دقیق شما را از نوع الماس آگاه می‌کنند.
آموزشگاه و آزمایشگاه گوهرشناسی زرگر با انجام اصولی روشهای ساخت الماس در آزمایشگاه‌های خود یکی از باکیفیت‌ترین نمونه‌های موجود را پرورش می‌دهد. از طرفی این آموزشگاه سعی دارد تا به کسانی که به حوزه گوهرشناسی و یا انجام کارهای آزمایشگاهی علاقه‌مند هستند، در دوره‌هایی ویژه، دانش و علم خود را توسط استادانی ماهر و باتجربه ارائه دهد.
