Bezbarwne syntetyczne brylanty HPHT

dr Włodzimierz Łapot
Autor prowadzi Laboratorium Gemmologiczne na Uniwersytecie Śląskim

Fig. 2. Pierścionek projektu Stevena Kretchmera z syntetycznym brylantem HPHT oferowany przez D.NEA Diamonds

Zdążyliśmy się już przyzwyczaić do możliwości natknięcia się na bezbarwne syntetyczne diamenty jubilerskie wyprodukowane metodą CVD. Tymczasem na rynku pojawiają się coraz częściej wysokiej jakości bezbarwne syntetyczne diamenty jubilerskie produkowane rutynowo metodą HPHT

Przez ostatnie lata wśród polskich jubilerów upowszechniło się błędne mniemanie, że metodą HPHT można konkurencyjnie wytwarzać jedynie syntetyczne diamenty jubilerskie barwy żółtej, rzadziej niebieskiej. Trzeba przyznać, że przekonanie to do niedawna miało zupełnie racjonalne podstawy, gdyż firmy producenckie takie właśnie syntetyczne diamenty jubilerskie przede wszystkim oferowały. Jednak nie oznacza to bynajmniej braku możliwości wytwarzania bezbarwnych syntetycznych diamentów jubilerskich metodą HPHT, jeszcze kilkanaście lat temu powodowanego przesłankami technicznymi i technologicznymi. Po prostu ówczesna wiedza o syntezie wysokiej jakości monokryształów diamentu była zbyt skromna, a możliwości sprzętowe wytwórni nie dość rozwinięte; stosowane w tamtym czasie prasy HPHT nie dawały takich możliwości.

Konkurencyjność cenowa względem diamentów naturalnych

Ograniczenia te zostały całkowicie zniesione w wyniku postępu dokonanego w ostatnich latach i mają teraz przede wszystkim charakter ekonomiczny: koszt syntezy bezbarwnych diamentów jubilerskich pozostaje nadal wyraźnie wyższy od kosztu syntezy analogicznych diamentów o barwie żółtej czy pomarańczowej, aczkolwiek jest już konkurencyjny względem diamentów naturalnych. Związane jest to z koniecznością sterowania podczas syntezy poziomem zawartości atomów niektórych pierwiastków w środowisku wzrostu kryształu diamentu. W pierwszej kolejności chodzi o obecność atomów azotu.

Fig. 3. Wisiorek projektu Jane Taylor z syntetycznym brylantem HPHT oferowany przez D.NEA Diamonds

W pierwiastkowym układzie okresowym azot sąsiaduje z węglem i z uwagi na podobną wielkość łatwo może podstawiać atomy węgla w sieci krystalicznej diamentu. Podczas syntezy diamentu w prasie HPHT z dostępem powietrza łatwo może wbudowywać się w sieć krystaliczną rosnącego diamentu, defektując ją, gdyż jest głównym składnikiem powietrza. Widomym znakiem zdefektowania sieci krystalicznej diamentu jest pojawienie się barwy. Znaczący wpływ na barwę diamentu mogą mieć również defekty sieci krystalicznej spowodowane podstawieniami atomami boru.

Jest to drugi pierwiastek bezpośrednio sąsiadujący z węglem w pierwiastkowym układzie okresowym. Obecność nawet śladowych ilości atomów azotu i/lub boru w sieci krystalicznej diamentu powoduje, że zsyntetyzowany kryształ może być odpowiednio mniej lub bardziej żółtawy (wtrącenia atomów azotu w sieć krystaliczną) lub niebieskawy (adekwatne wtrącenia atomów boru). Dopiero środowisko zupełnie wolne od owych atomowych “zanieczyszczeń” umożliwia uzyskanie kryształów zupełnie bezbarwnych.

Czas niezbędny do wyhodowania kryształu

Z tym zagadnieniem wiąże się wprost także ilość czasu niezbędna do wyhodowania kryształu o atrakcyjnych jubilersko parametrach i wielkości; obecnie w metodzie HPHT potrzeba od 3 do 5 dni na wyhodowanie kryształów o wielkości od 1,00 do 4,00 ct. Ilość koniecznego czasu dla syntezy kryształu diamentu jest łatwo przekładalna na koszt całej operacji, gdyż kryształy z wbudowywanymi w sieć krystaliczną atomami azotu (żółte do pomarańczowych) wzrastają blisko dwukrotnie szybciej niż analogiczne kryształy wolne od atomów azotu (bezbarwne) bądź też zawierające jedynie atomy boru (niebieskie).

Fig. 4. Typowe barwy syntetycznych brylantów HPHT oferowanych przez D.NEA Diamonds

Podczas wzrostu kryształu parametry środowiska krystalizacji powinny być możliwie stałe; jednak utrzymywanie ich przez dłuższy czas na stałym poziomie jest trudne i dość kosztowne. W konsekwencji różne tempo/czas wzrostu kryształów przekłada się na różne ceny syntetycznych brylantów, zależne od barwy. Z zasygnalizowanych powyżej powodów brylanty bezbarwne, ale także niebieskie będą miały wyraźnie wyższy koszt wytworzenia niż diamenty żółte czy pomarańczowe. Również z technologicznego punktu widzenia są one trudniejsze w realizacji, wymagają doskonalszych pras HPHT i pogłębionej znajomości problemów syntezy monokryształów diamentu.

Pionierzy rutynowej produkcji metodą HPHT

Możliwościami rutynowej produkcji bezbarwnych syntetycznych diamentów jubilerskich metodą HPHT mogą pochwalić się na razie tylko niektóre wytwórnie. Jedną z pierwszych, która już w 2006 roku oferowała rynkowi jubilerskiemu tego typu usługę, była Adia Diamonds, joint venture utworzone przez firmy Pearlman’s Jewelers z Michigan (USA) i Advanced Optical Technologies Corporation (AOTC) z Ottawy (Kanada). Na jej siedzibę wybrano Battle Creek w Michigan (USA).

Fig. 5. Typowe szlify syntetycznych brylantów HPHT oferowanych przez D.NEA Diamonds

Adia Diamonds już w roku utworzenia wprowadziła na rynek bezbarwne i niebieskie syntetyczne brylanty oferowane pod nazwą ADIA Laboratory Created Diamonds. Szlifowano je w Antwerpii z monokryształów syntetycznych diamentów jubilerskich dostarczanych przez AOTC. Ich oprawy kreowane były przez znanych i uznanych amerykańskich designerów, takich jak Steven Kretchmer czy Jane Taylor (fig. 2, 3). Każdy brylant o wielkości powyżej 0,30 ct wyposażany był w certyfikat wystawiany przez EGL (European Gemological Laboratory), a potem także przez GIA (Gemological Institute of America) oraz w numer identyfikacyjny z inskrypcją “AOTC Created” wypalaną laserowo na rondyście (inskrypcja jest czytelna pod lupą gemmologiczną o 10-krotnym powiększeniu).

Już wówczas brylanty te były dostępne za pośrednictwem witryny internetowej Pearlman’s Jewelers. Jednak główną ofertą firmy pozostawały syntetyczne brylanty HPHT o barwie żółtej i pomarańczowej szlifowane z syntetycznego diamentu jubilerskiego również dostarczanego przez AOTC. Już wówczas firma ta była w stanie wyprodukować także diamenty o barwie: różowej, purpurowej, czerwonej i zielonej. Robiono to jednak tylko na specjalne zamówienie, a niestandardowe barwy uzyskiwano dzięki modyfikacjom barwy syntetycznych monokryształów diamentu metodami traktowania, na przykład napromieniowaniem połączonym z obróbką w odpowiednio dobranych warunkach HPHT lub przy pomocy tylko jednej z nich.

Designerska biżuteria z syntetycznymi brylantami HPHT

Obecnie, po zmianach dokonanych na początku 2008 roku, brylanty szlifowane z monokryształów diamentu syntetyzowanych przez AOTC dostępne są za pośrednictwem nowo utworzonej kompanii o nazwie D.NEA [di-NEY-uh] Diamonds. Zastapiła ona istniejącą jeszcze do niedawna Adia Diamonds, której uwaga nakierowana była przede wszystkim na komercjalizację syntetycznych brylantów HPHT luzem.

Nowa kompania, zarządzana przez AlexeyŐa Zarakhani (poprzednio CEO AOTC), zastąpiła Adia Diamonds w roli głównego partnera firm PearlmanŐs Jewelers i Advanced Optical Technologies Corporation (AOTC). Powołano ją z myślą o lansowaniu syntetycznych diamentów jubilerskich produkowanych przez firmę AOTC, przekształcanych w brylanty i zawierającą je biżuterię przez designerów współpracujących z Pearlman’s Jewelers. W chwili obecnej D.NEA Diamonds zajmuje się głównie rozprowadzaniem designerskiej biżuterii z syntetycznymi brylantami HPHT.

Fig. 6. Typowe barwy syntetycznych brylantów HPHT wytwarzanych przez Gemesis Cultured Diamonds

Ale oferuje również spory wybór syntetycznych brylantów luzem, bezbarwnych i niemal bezbarwnych (barwa D-J wg skali GIA), niebieskich (od jasnych do ciemnych) oraz żółtych do pomarańczowych, głównie za pośrednictwem firmowej witryny internetowej (fig. 4). Opatrywane są one różnymi szlifami; przeważnie jest to szlif okrągły, rzadziej princessa i radiant, jeszcze rzadziej serce czy szlif szmaragdowy, a sporadycznie bywają oferowane także inne szlify (fig. 5). Z barwą skorelowana jest wielkość owych brylantów; bezbarwne nie przekraczają na ogół 1,00 ct, niebieskie – 1,25 ct, a żółte – 2,00 ct.

Na specjalne zamówienie kompania może dostarczyć podobnej wielkości brylanty o barwie: różowej, purpurowej, czerwonej i zielonej. Większość owych brylantów zawiera bardzo małe inkluzje metalicznego katalizatora (stop żelaza i kobaltu w kryształach bezbarwnych i niebieskich, zwierający dodatkowo nikiel w kryształach żółtych i pomarańczowych), obniżające czystość do poziomu VS-SI (tylko około 5 % kryształów ma czystość na poziomie VVS). Brylanty te wyróżnia również brak zauważalnej zonalności barwy i charakterystycznej fluorescencji, dość częstych w brylantach HPHT z innych wytwórni.

Dla identyfikacji wymagają zastosowania laboratoryjnych metod gemmologicznych. Z analizy widm FTIR wynika, że kryształy żółte, pomarańczowe i różowe są diamentami typu Ib lub Ib + IaA, kryształy niebieskie – typu IIb, kryształy bezbarwne – typu IIa.

Inne zastosowania syntetyzowanych monokryształów diamentu

Warto podkreślić, że dla Advanced Optical Technologies Corporation (AOTC) synteza diamentów jubilerskich jest tylko jednym z elementów produkcji, bodaj nie najważniejszym. Większość syntetyzowanych monokryształów diamentu przeznaczana jest bowiem na inne cele niż jubilerskie; na przykład służą do tworzenia różnych narzędzi, choćby takich, jak skalpele, elektrody, pistony czy okienka optyczne.

Mimo to AOTC jest producentem, który w dziedzinie jubilerskich diamentów HPHT może z powodzeniem konkurować z tak znanymi firmami, jak Gemesis Cultured Diamonds czy Chatham Created Diamonds, których aktywność nakierowana jest głównie na produkcję jubilerskich diamentów syntetycznych. Warto przy tym zaznaczyć, że wprawdzie firmy te znane są głównie z produkcji syntetycznych diamentów jubilerskich o barwach fantazyjnych (żółtych, niebieskich, czerwonych) i wyraźnie zamierzają się w tym kierunku specjalizować, to od pewnego czasu zdolne są również do produkcji bezbarwnych syntetycznych diamentów HPHT, czego namacalny dowód dały już niejednokrotnie (fig. 6).