Come vengono prodotti i diamanti da laboratorio?

Per la produzione di diamanti coltivati in laboratorio si sono affermati sul mercato due metodi: il metodo ad alta pressione e alta temperatura (HPHT) e la deposizione chimica da fase vapore (CVD).

Il metodo ad alta pressione e alta temperatura (HPHT)

HPHT sta per “High-Pressure-High-Temperature” ed è uno dei metodi più importanti per produrre diamanti in laboratorio. Con questo metodo tradizionale di coltivazione dei diamanti, i diamanti da laboratorio vengono prodotti a partire da materiale carbonioso in apparecchi che riproducono le condizioni estreme di calore e pressione presenti nelle profondità della Terra, dove si formano i diamanti naturali. Il processo HPHT avviene a una pressione di 5-6 GPa e a temperature comprese tra 1300 e 1600 °C.

Il processo HPHT nel dettaglio:

• Il diamante coltivato in laboratorio si forma in una piccola capsula all’interno di un dispositivo in grado di generare pressioni molto elevate. 
• Nella capsula, una materia prima carboniosa (ad es. grafite) si dissolve in un fondente fuso, composto da metalli come ferro, nichel o cobalto, che riduce la temperatura e la pressione necessarie alla crescita del diamante. 
• Il materiale carbonioso attraversa quindi il fondente in direzione del seme di diamante più freddo e vi cristallizza, formando un cristallo di diamante. 
• La cristallizzazione avviene nell’arco di diversi giorni o settimane, dando origine a uno o più cristalli.

I diamanti da laboratorio prodotti con il metodo HPHT presentano pattern di crescita cubici

Mentre i cristalli di diamante naturale hanno solitamente una forma ottaedrica, i cristalli di diamante HPHT coltivati in laboratorio presentano in genere non solo facce ottaedriche, ma anche cubiche. Di conseguenza, i cristalli di diamante HPHT naturali e coltivati in laboratorio presentano pattern di crescita diversi. Questi pattern sono tra i metodi più affidabili per distinguere i diamanti estratti dalle miniere da quelli prodotti in laboratorio.

Perché il metodo HPHT ha una cattiva reputazione

Anche i diamanti di qualità inferiore, naturali o coltivati in laboratorio, possono essere sottoposti al processo HPHT per migliorarne il colore e la purezza. Questo metodo può rendere i diamanti non solo più incolori, ma anche, ad esempio, rosa, blu o gialli. In tal caso, il diamante deve essere contrassegnato come “trattato”. In passato, in particolare, alcuni produttori di diamanti coltivati in laboratorio potrebbero non aver indicato con sufficiente chiarezza questo ulteriore “trattamento”. Per questo motivo, a causa della mancanza di trasparenza, molti operatori del settore e clienti guardano con occhio critico a questo metodo

La deposizione chimica da fase vapore (CVD)

CVD sta per Chemical Vapor Deposition (deposizione chimica da fase vapore) ed è un altro metodo per produrre diamanti coltivati in laboratorio. Questa nuova tecnica consente di produrre diamanti in laboratorio a temperature moderate (da 700 °C a 1300 °C) e a pressioni inferiori. Un gas contenente carbonio viene pompato in una camera a vuoto, dove si deposita su un seme di diamante e cristallizza formando un diamante coltivato in laboratorio. Le dimensioni del diamante dipendono quindi solo dal tempo di crescita.

Il processo CVD nel dettaglio:

• I semi di diamante, chiamati anche cristalli di innesco, vengono collocati in una camera riempita con un gas contenente carbonio (ad es. metano).
• Contemporaneamente, la camera viene riscaldata a circa 900-1200 °C.
• Un fascio di microonde libera il carbonio da una nube di plasma, che si deposita su un cristallo di innesco.
• Ogni pochi giorni i diamanti vengono rimossi per lucidarne la superficie e rimuovere il carbonio “non diamantifero”
• Ogni lotto di diamanti può richiedere diversi cicli di arresto e riavvio
• L’intero processo di crescita può durare dalle tre alle quattro settimane.
• Una volta estratti i diamanti grezzi da laboratorio, possono essere tagliati e lucidati per ottenere il prodotto finito.

Più precisamente, la crescita dei diamanti CVD avviene in una camera a vuoto riempita con un gas contenente idrogeno e carbonio, come il metano. Una fonte di energia, ad esempio un fascio di microonde, scinde le molecole del gas e gli atomi di carbonio diffondono verso le piastre piatte e più fredde dei semi di diamante. La cristallizzazione avviene nell’arco di diverse settimane e più cristalli crescono contemporaneamente. Il numero esatto dipende dalle dimensioni della camera e dal numero di piastre dei semi.

Immagine: Diamond Foundry Inc.