Er zijn twee processen op de markt gekomen voor de productie van laboratoriumdiamanten: het hogedruk-hogetemperatuurproces (HPHT) en de chemische dampafzetting (CVD).
Het hogedruk-hogetemperatuurproces (HPHT)
HPHT staat voor "High-Pressure-High-Temperature" en is een van de belangrijkste methoden voor het maken van diamanten in het laboratorium. Bij deze traditionele methode voor het kweken van diamanten worden laboratoriumdiamanten gemaakt van koolstofmateriaal in apparaten die de extreme hitte- en drukomstandigheden nabootsen die worden aangetroffen in de aarde waar natuurlijke diamanten groeien. Het HPHT-proces vindt plaats bij een druk van 5-6 GPa en bij temperaturen van 1300-1600 °C.
Het HPHT-proces in detail:
- De creatie van de in het laboratorium gekweekte diamant vindt plaats in een kleine capsule in een apparaat dat zeer hoge drukken kan genereren.
- In de capsule lost een koolstofbronmateriaal (bijvoorbeeld grafiet) op in een gesmolten flux bestaande uit metalen zoals ijzer, nikkel of kobalt, waardoor de temperatuur en druk die nodig zijn voor diamantgroei worden verlaagd.
- Het koolstofmateriaal migreert vervolgens door de flux naar het koelere diamantzaad en kristalliseert erop om een diamantkristal te vormen.
- Kristallisatie vindt plaats over een periode van enkele dagen tot weken om een of meer kristallen te laten groeien.
Laboratoriumdiamanten vertonen kubieke groeipatronen met behulp van het HPHT-proces
Terwijl natuurlijke diamantkristallen typisch octaëdrisch van vorm zijn, hebben in het laboratorium gekweekte HPHT-diamantkristallen typisch niet alleen octaëdrische maar ook kubische vlakken. Als gevolg hiervan hebben natuurlijke en in het laboratorium gekweekte HPHT-diamantkristallen verschillende groeipatronen. Deze groeipatronen behoren tot de meest betrouwbare manieren om mijndiamanten te onderscheiden van laboratoriumdiamanten.
Waarom het HPHT-proces een slechte reputatie heeft
Diamanten van mindere kwaliteit, natuurlijk of in het laboratorium gekweekt, kunnen ook het HPHT-proces ondergaan om de kleur en helderheid te verbeteren. Met dit proces kunnen diamanten niet alleen kleurloos gekleurd worden, maar bijvoorbeeld ook roze, blauw of geel. In dit geval moet de diamant dan worden gemarkeerd als een "behandelde" diamant. Vooral in het verleden is deze aanvullende "behandeling" van de diamanten mogelijk onvoldoende geïdentificeerd door sommige in het laboratorium gekweekte fabrikanten. Daarom bekijken veel deelnemers uit de branche en klanten dit proces kritisch vanwege het gebrek aan transparantie
Chemische Vapour Deposition (CVD)
CVD staat voor Chemical Vapour Deposition en is een andere methode om lab-grown diamanten te produceren. Met deze nieuwe techniek kunnen diamanten in het laboratorium geproduceerd worden bij gematigde temperaturen (700°C tot 1300°C) en lagere druk. Koolstofhoudend gas wordt in een vacuümkamer gepompt waar het neerslaat op een diamantzaad en kristalliseert als een in het laboratorium gekweekte diamant. De grootte van de diamant hangt dan alleen af van de groeitijd.
Het CVD-proces in detail:
- De diamantzaden, ook wel kiemkristallen genoemd, worden in een kamer geplaatst die gevuld is met een koolstofhoudend gas (bijvoorbeeld methaan).
- Tegelijkertijd wordt de kamer verwarmd tot ongeveer 900-1200 °C.
- Met behulp van een microgolfstraal wordt de koolstof uit een plasmawolk losgelaten en afgezet op een kiemkristal.
- Diamanten worden om de paar dagen verwijderd om hun oppervlak te polijsten en "niet-diamant" koolstof te verwijderen
- Elke partij diamanten kan meerdere stop/start-cycli vereisen
- Het hele groeiproces kan drie tot vier weken duren.
- Nadat de ruwe laboratoriumdiamanten zijn genomen, kunnen ze worden geslepen en gepolijst tot het eindproduct.
Meer specifiek vindt CVD-diamantgroei plaats in een vacuümkamer gevuld met een gas dat waterstof en koolstof bevat, zoals methaan. Een energiebron, zoals een microgolfstraal, breekt de gasmoleculen af en de koolstofatomen diffunderen naar de koudere, platte diamantkernplaten. Kristallisatie vindt plaats gedurende een periode van weken en meerdere kristallen groeien tegelijkertijd. Het exacte aantal hangt af van de grootte van de kamer en het aantal kiemplaten.
Afbeelding: Diamond Foundry Inc.