Zur Herstellung von im Labor gezüchteten Diamanten haben sich zwei Verfahren auf dem Markt etabliert: Das Hochdruck-Hochtemperatur-Verfahren (HPHT) und die chemische Gasphasenabscheidung (CVD).
Das Hochdruck-Hochtemperatur-Verfahren (HPHT)
HPHT steht für “High-Pressure-High-Temperature” und ist eine der wichtigsten Methoden zur Herstellung von Diamanten im Labor. Bei dieser traditionellen Diamantenzüchtungsmethode werden die Labordiamanten aus Kohlenstoffmaterial in Apparaten hergestellt, die die extremen Hitze- und Druckbedingungen in der Erde imitieren, unter denen natürliche Diamanten wachsen. Das HPHT-Verfahren erfolgt bei einem Druck von 5-6 GPa und bei Temperaturen von 1300-1600 °C.
Das HPHT-Verfahren im Detail:
- Die Entstehung des lab grown Diamanten findet in einer kleinen Kapsel innerhalb eines Geräts statt, das sehr hohe Drücke erzeugen kann.
- In der Kapsel löst sich ein Kohlenstoff-Ausgangsmaterial (bspw. Graphit) in einem geschmolzenen Flussmittel, welches aus Metallen wie Eisen, Nickel oder Kobalt besteht, wodurch die für das Diamantwachstum erforderliche Temperatur und der Druck gesenkt werden.
- Das Kohlenstoffmaterial wandert dann durch das Flussmittel in Richtung des kühleren Diamantkeims und kristallisiert auf diesem, um einen Diamantkristall zu bilden.
- Die Kristallisation erfolgt über einen Zeitraum von mehreren Tagen bis Wochen, um einen oder mehrere Kristalle zu züchten.
Labordiamanten weisen mit dem HPHT-Verfahren kubische Wachstumsmuster auf
Während natürliche Diamantkristalle in der Regel oktaedrisch geformt sind, haben im Labor gezüchtete HPHT-Diamantkristalle in der Regel nicht nur oktaedrische, sondern auch kubische Flächen. Dadurch weisen natürliche und lab grown HPHT-Diamantkristalle unterschiedliche Wachstumsmuster auf. Diese Wachstumsmuster gehören zu den zuverlässigsten Methoden, um Minendiamanten von Labordiamanten zu unterscheiden.
Warum das HPHT-Verfahren einen schlechten Ruf hat
Diamanten minderer Qualität, ob natürlich oder im Labor gezüchtet, können ebenfalls dem HPHT-Verfahren unterzogen werden, um Farbe und Klarheit zu verbessern. Mit diesem Verfahren können Diamanten nicht nur farbloser, sondern beispielsweise auch rosa, blau oder gelb gefärbt werden. Der Diamant muss in diesem Fall dann als “behandelter” Diamant gekennzeichnet werden. Besonders in der Vergangenheit wurde diese zusätzliche “Behandlung” der Diamanten unter Umständen von einigen Lab grown Herstellern nur unzureichend kenntlich gemacht. Deshalb sehen viele Branchenteilnehmende und Kund:innen, in Folge der fehlenden Transparenz, dieses Verfahren kritisch
Die Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)
CVD steht für Chemical Vapor Deposition (chemische Gasphasenabscheidung) und ist eine weitere Methode zur Herstellung von lab grown Diamanten. Mit dieser neuen Technik können Diamanten im Labor bei moderaten Temperaturen (700°C bis 1300°C) und geringerem Druck hergestellt werden. Kohlenstoffhaltiges Gas wird in eine Vakuumkammer gepumpt, wo es sich auf einem Diamantkeim ablagert und als im Labor gezüchteter Diamant kristallisiert. Die Größe des Diamanten hängt dann nur noch von der Wachstumszeit ab.
Der CVD-Prozess im Detail:
- Die Diamantsamen, auch als Impfkristall bezeichnet, werden in eine Kammer gelegt, die mit einem kohlenstoffhaltigem Gas (bspw. Methan) gefüllt wird.
- Gleichzeitig wird die Kammer auf etwa 900-1200 °C erhitzt.
- Mittels eines Mikrowellenstrahls löst sich der Kohlenstoff aus einer Plasmawolke und legt sich auf einem Impfkristall nieder.
- Die Diamanten werden alle paar Tage entnommen, um deren deren Oberfläche zu polieren und “nicht-diamantenhaltigen” Kohlenstoff zu entfernen
- Jede Charge von Diamanten kann mehrere Stopp-/Start-Zyklen erfordern
- Der gesamte Wachstumsprozess kann drei bis vier Wochen dauern.
- Nachdem die rohen Labordiamanten entnommen wurden, können sie geschliffen und zum Endprodukt poliert werden.
Genauer gesagt findet das CVD-Diamantenwachstum in einer Vakuumkammer statt, die mit einem wasserstoff- und kohlenstoffhaltigen Gas wie Methan gefüllt ist. Eine Energiequelle, wie beispielsweise ein Mikrowellenstrahl, spaltet die Gasmoleküle auf und die Kohlenstoffatome diffundieren in Richtung der kälteren, flachen Diamantkeimplatten. Die Kristallisation erfolgt über einen Zeitraum von Wochen, und es wachsen mehrere Kristalle gleichzeitig. Die genaue Anzahl hängt von der Größe der Kammer und der Anzahl der Keimplatten ab.
Bild: Diamond Foundry Inc.