Kysy Gemmologilta
12.10.2016
Kysymys: Miten n.s. CVD-synteettiset timantit eroavat muista synteettisistä timanteista?
Vastaus: Synteettisiä timantteja on osattu valmistaa vuodesta 1953. Menetelmät ovat matkineet luonnon tapaa kiteyttää hiiltä timanteiksi. Onnistuminen on vaatinut tarvittavien valtavien paineiden (15-20 Gpa) ja korkeiden (2700 C) lämpötilojen aikaansaamista eli samojen olosuhteiden luomista joissa timantit syntyvät 150-200 km:n syvyydessä maan pinnan alla.
Tämä on ollut mahdollista n.k. Bars- tai Belt- nimisten laitteistojen avulla (ns. HTHP eli High Pressure High Temperature- menetelmä). Tarvittavia paineita ja lämpötiloja voidaan energian säästämiseksi alentaa käyttämällä esimerkiksi rautaa tai nikkeliä liuottimina alle 7 Gpa: iin (vastaisi Eiffeltornia 13 cm:n alustan päällä) ja alle 1700 C-asteeseen.
Typen aiheuttamaa keltaisuutta pystytään poistamaan käyttämällä zirkoniumia, alumiinia tai mahdollisesti titaania ns. ”sieppareina” (engl. getter), jotka sitovat typen jolloin tuloksena on värittömiä timantteja.
On selvää että laitteistojen investointikustannukset, käyttökustannukset sekä jalokiviluokan timanttien valmistuksen hitaus ovat olleet esteenä tällaisten synteettisten timanttien tuloon markkinoille suuressa mittakaavassa.
Luonnon timanteista ei ole pulaa ja idea synteettisten kivien käytölle onkin siinä, että niiden tulee olla huomattavasti halvempia kuin aidot vastineensa. Timanttien jäljitelmät, kuutiollinen zirkonia suosituimpana, ovat näin ollen olleet parempi vaihtoehto toistaiseksi. Tähän on kuitenkin lisättävä että valtaosa teollisuustimanteista ovat synteettistä valmistetta, mutta en tässä enempää uppoudu tähän aiheeseen.
CVD tai paremminkin LPCVD- (Low-Pressure Chemical Vapor Deposition eli Kemiallinen Kaasufaasipinnoitusmenetelmä alennetussa paineessa.) menetelmä on uusin ja varmaan lupaavin prosessi synteettisten jalokiviluokan timanttien valmistamiseksi tulevaisuudessa.
Timanttikide kasvatetaan lyhyesti kuvattuna seuraavasti: Alipainestettuun kapseliin suihkutetaan vetyä ja metaania. Esimerkiksi mikroaaltojen kuumentaessa kapselia noin 1000 C asteeseen elektronit irtautuvat atomeista muodostaen plasmaa. Saostuessaan plasmapilvestä hiiliatomit satelevat kerrostumina kapseliin asetetun alustan (substraatin) päälle joista kiteytyy timantti- minitiilejä tai harkkoja, joiden kasvunopeus voi olla puolitoista millimetriä päivässä.
Tästä lyhyestäkin kuvauksesta ilmennee, että valmistusmenetelmän täytyy olla verrattain edullinen, mikä on mahdollistanut prosessin kehittämistä monessa yliopistossa. Toistaiseksi kiteen kasvuvauhti on liian hidas mutta Suomen Gemmologisen Seuran kevätseminaarissa luennoinut Douglas J. Garrod, FGA, DGA, Englannista arvioi että jo muutaman vuoden sisällä päästään n. 1 mm:n kasvuun tunnissa, jolloin jalokiviluokan timanttien valmistus olisi jo kannattavaa.
Tunnistus: kuten muiden synteettisten kivien kohdalla käytetyt menetelmät jättävät omat tunnusmerkkinsä myös synteettisiin timantteihin. On muistettava että maapallo on harjoitellut jalokivien tekoa jo 4,5 miljardia vuotta ja että luonnolla, toisin kun ihmisellä, on runsaasti aikaa käytettävissään ilman taloudellisia suoritepakkoja.
Tavanomaisin gemmologisin välinein voimme saada indikaatioita timantin mahdollisesta synteettisestä luonteesta mutta paremmin varustetuissa laboratorioissa timanttien alkuperä pystytään varmuudella toteamaan. Erikoislaitteista voidaan mainita Diamond Trading Companyn kehittämät ”Diamond Sure”, joka havaitsee tunnusomaisen 415 nm- absorptiojuovan aidoissa timanteissa ja ”DiamondView”, jolla tarkastellaan ultraviolettivalossa fluoresoivia kasvuvyöhykkeitä timanteissa.
Alla olevissa kuvissa on esitetty aidon timantin, HTHP-synteettisen timantin sekä CVD-timantin kasvuvyöhykkeet Diamond View-laitteella tarkasteltuna. Huomaa CVD-timantin kerroksellinen rakenne, joka ei näy normaalivalaistuksessa.
Suomen Gemmologisen seuran työryhmä/Alf Larsson F.G.A
Aito timantti Diamond Wiew-laitteella tarkasteltuna
HPHT-Timantti Diamond Wiew-laitteella tarkasteltuna
CVD-Timantti Diamond Wiew-Laitteella tarkasteltuna
HPHT-Timantti Diamond Wiew-laitteella tarkasteltuna
Julkaistu kategoriaan: Artikkelit
