Diamanty patria medzi najvzácnejšie materiály na svete. Vytvárali sa miliardy rokov, v zemskej kôre sa ich nachádza len obmedzené množstvo a dopyt po nich vôbec neutícha, ba rastie. Vôbec preto neprekvapuje, že myšlienka na výrobu syntetického diamantu sprevádza ľudstvo už dlhé roky. Nebolo to ľahké, nakoniec sa to však podarilo. Dnes dokážu syntetický diamant od toho pravého rozoznať len špičkové certifikované laboratória.
Len niečo vyše 200 rokov nás delí od zistenia, že diamant je v podstate len čistý uhlík. Stalo sa to v roku 1797 a okamžite to podnietilo snahy vytvoriť umelý diamant. Diamant, ktorý by sa nemusel pracne získavať zo zemského povrchu, ale dal by sa vytvoriť v pohodlí laboratória. Diamanty by sa tak stali široko dostupné a skončil by monopol veľkých ťažobných a distribučných diamantových gigantov.
Záslužnú pioniersku činnosť vykonávali James Ballantyne Hannay a Ferdinand Frédéric Henri Moissan už koncom 19. storočia. Ich pokusy založené na vystavení grafitu vysokej teplote a tlaku ukázali správny smer, kvôli nedostatočným technologickým možnostiam sa im však skutočný syntetický diamant vyrobiť nepodarilo. Nasledujúce desaťročia sa niesli v znamení nadväzovania a pokračovania v ich projektoch. Množstvo práce odviedol aj Sir Charles Algernon Parsons. Snahe vytvoriť syntetický diamant zasvätil celý život. Vo svojich teoretických prácach sa venoval aj HPHT metóde, ktorá sa na výrobu syntetických diamantov používa dodnes.
Sir Algernon Parsons
V 40. rokoch 20. storočia započal seriózny verejný záujem o výrobu syntetických diamantov. Najmä v USA, Sovietskom zväze a Švédsku sa tejto činnosti venovali vedci systematicky a s podporou vlády. Prvú komerčne úspešnú diamantovú syntézu sa podarilo dosiahnuť tímu pod vedením vedca Tracyho Halla. Stalo sa to v spoločnosti General Electric na konci roka 1954. Najväčší diamant, ktorý vyprodukovali, mal síce len 0,15 mm, išlo však o prvý reprodukovateľný, doložený a presne zdokumentovaný proces výroby syntetického diamantu.
Bolo to práve v General Electric, kde sa v roku 1970 podarilo vyrobiť aj prvý diamant v kvalite vhodnej na výrobu šperkov. A hoci jeho štruktúra bola rovnaká ako v prípade prírodných diamantov, vo fyzikálnych vlastnostiach sa líšil. Prvé diamanty vyrobené v laboratóriu boli zažltlé alebo hnedé, čo spôsobovala prítomnosť dusíka, a bolo v nich plno inklúzii. Po nahradení dusíka hliníkom alebo titánom sa síce podarilo vytvoriť bezfarebný diamant, pod krátkovlnným ultrafialovým svetlom však vykazoval silnú fluorescenciu a fosforenciu. Trvalo ešte niekoľko rokov, kým syntetické diamanty dosiahli kvalitu takmer nerozoznateľnú od tých prírodných.
Syntetické diamanty sa dajú vyrobiť štyrmi spôsobmi. Aspoň toľko ich bolo doteraz overených a vyskúšaných. Komerčný potenciál však majú len dva z nich.
HPHT – High Pressure High Temperature – Najstaršia metóda, ktorá pôsobením vysokého tlaku v extrémne vysokých teplotách imituje podmienky, v ktorých vznikajú prírodné diamanty. Výsledkom je špecifický diamant zväčša v tvare kocky alebo osemstenu s plochým základom.
CVD – Chemical Vapor Deposition – Novšia technológia, pri ktorej sa využívajú omnoho nižšie teploty a tlak. V špeciálnej komore sa však zohrievajú uhľovodíkové plyny (napríklad metán) a vodík. Vplyvom teplôt sa z plynov uvoľňuje uhlík, ktorý dopadá na už pripravený diamant a usádza sa na ňom. Výsledná podoba takéhoto diamantu je zväčša v tvare štvorca.
Ostatné dva spôsoby (detonačná metóda a ultrazvuková kavitácia) sú z ekonomických a technologických dôvodov využívané omnoho menej.
Americký gemologický inštitút vydáva osvedčenie aj k syntetickým diamantom. Rovnako ako pri tých prírodných, aj tu sa dá ohodnotiť kvalita 4C – čistoty, brusu, veľkosti a farby. Na syntetické diamanty má GIA pripravený vlastný certifikát. Rozdiel je len v tom, že farba a čistota sú ohodnotenejšie všeobecnejšie, nie tak do hĺbky ako pri prírodných diamantoch.
Certifikát od GIA pre syntetický diamant
Keďže je diamant najtvrdší známy materiál, skvele sa hodí na rezanie, brúsenie alebo vŕtanie. Diamantové špičky na špeciálnych vrtákoch alebo diamantový prášok na brúsnom zariadení dokáže niekoľkonásobne zvýšiť efektivitu týchto nástrojov. Práve v týchto oblastiach sa využíva väčšina syntetických diamantov.
Syntetický diamant sa však môže využívať aj ako tepelný vodič. Na rozdiel od iných tepelných vodičov je čistý syntetický diamant elektrický izolant, alebo má len zanedbateľnú elektrickú vodivosť. Práve vďaka týmto vlastnostiam je obľúbený v technológiách, kde je potrebné odvádzať vysoké teploty – napríklad v laseroch.
Po pridaní bóru alebo fosforu sa syntetický diamant môže využívať ako polovodič. Tranzistory z neho vyrobené dokážu fungovať pri vysokých teplotách a sú odolné voči chemickému alebo rádiovému poškodeniu. Hoci sa v komerčnej elektronike ešte nevyužívajú, zdá sa, že by mohli nájsť využitie v elektronike vystavenej extrémnym podmienkam.
A čo šperky? Majú syntetické diamanty aj okrasnú funkciu? Odpoveď je kladná, tvoria však len 2 % diamantov na trhu s drahokamami. Väčšina z nich má žltú alebo modrú farbu, v menšej miere sa vyskytujú aj bezfarebné diamanty. Pridaním iných prvkov do procesu výroby diamantu alebo použitím technológií je možné dosiahnuť aj iné farby, napríklad ružovú alebo zelenú. Veľkostný rekord stále drží diamant z roku 2015 – proces výroby trval 300 hodín a výsledný šperk mal 10 karátov.
Syntetické diamanty sú dnes na nerozoznanie od tých prírodných
Výhodou syntetických diamantov v šperkárstve môže byť aj nižšia cena a najmä istota, že nejde o krvavé diamanty. Syntetické diamanty majú ešte pred sebou určite sľubnú budúcnosť.