Diamanty jsou jedním z nejcennějších a nejžádanějších přírodních materiálů. Jejich výjimečná tvrdost, optická čistota a vzácnost je činí nejen krásnými, ale také mimiořádně užitečnými v průmyslu. Diamanty jsou fascinující nejen svou krásou, ale také procesem jejich vzniku, který se odehrává hluboko pod zemským povrchem.
Geologický vznik přírodních diamantů
Diamanty vznikají hluboko v zemském plášti, v hloubkách mezi 140 až 190 kilometry pod povrchem, kde jsou vysoké teploty (1100–1400 °C) a tlak (4,5–6 GPa). Hlavními surovinami pro tvorbu diamantů jsou uhlík a různé uhlíkaté sloučeniny, které se za těchto extrémních podmínek přemění na krystalickou formu uhlíku – diamant. Tento proces trvá miliony až miliardy let a je důsledkem přirozených geologických procesů, které probíhají hluboko uvnitř Země. Kimberlity a lamproity jsou pak dva hlavní typy hornin, které dopravují diamanty z hloubek pláště na povrch. Tyto horniny vznikají při vulkanické činnosti a tvoří hluboké, úzké a často vertikální trubkovité útvary nazývané kimberlitové nebo lamproitové komíny. Během erupce jsou diamanty spolu s dalšími minerály a horninami vyzdviženy rychle na povrch, kde se ochladí a zůstanou zachovány. Kimberlitové komíny jsou nejčastějším zdrojem přírodních diamantů a jejich nalezení a těžba představuje významnou část diamantového průmyslu.
Diamanty vznikají hluboko v zemském plášti, v hloubkách mezi 140 až 190 kilometry pod povrchem, kde jsou vysoké teploty a tlak. Tyto extrémní podmínky jsou nezbytné pro přeměnu uhlíku na diamant.
Chemická struktura a vlastnosti diamantů
Diamant je krystalická forma uhlíku, kde jsou atomy uhlíku uspořádány do tetraedrické mřížky. Každý atom uhlíku je kovalentně vázán na čtyři další atomy uhlíku, což dává diamantu jeho výjimečnou tvrdost. Tato mřížka je extrémně pevná a stabilní, což způsobuje, že diamant je nejtvrdší známý přírodní materiál (10 na Mohsově stupnici tvrdosti). Tato tvrdost je jedním z důvodů, proč jsou diamanty tak ceněné a používají se v průmyslovu. Diamant má vysoký index lomu (2,42), což způsobuje jeho brilanci a schopnost rozkládat světlo na spektrum barev. Tento optický jev je známý jako "oheň" diamantu a je důsledkem interního odrazu a refrakce světla uvnitř krystalu. Kvalita optických vlastností diamantu je silně závislá na jeho čistotě a způsobu, jakým byl vybroušen. Čistota a barva diamantů se hodnotí pomocí různých kritérií, včetně přítomnosti inkluzí a barevných tónů. Tyto faktory mají zásadní vliv na jejich hodnotu a estetickou přitažlivost.
Syntetické diamanty
Výroba syntetických diamantů představuje významnou alternativou k těžbě přírodních diamantů, a to jak pro šperkařský průmysl, tak pro technické aplikace. Syntetické diamanty nabízejí ekologičtější a eticky přijatelnější alternativu k přírodním diamantům, protože jejich výroba vyžaduje méně surovin a energie a nemá tak devastující dopad na životní prostředí.
Vysokotlaká a vysokoteplotní metoda (HPHT) může během několika dní nebo týdnů přeměnit grafit na diamant. Tato metoda napodobuje extrémní podmínky v zemském plášti, kde přírodní diamanty vznikají po miliony let.
HPHT metoda (High Pressure High Temperature) imituje přírodní podmínky vzniku diamantů. Používají se přístroje, které dokáží vytvořit extrémní teploty a tlaky. Grafit (forma uhlíku) je zde přeměněn na diamant během několika dní nebo týdnů. Tato metoda dokáže výrobit velké krystaly, které mohou být využity jak v šperkařství, tak v průmyslu na různé řezné a brusné nástroje. HPHT metoda je díky své schopnosti produkovat velké, vysoce kvalitní diamanty, které jsou téměř nerozeznatelné od přírodních diamantů, hojně využívána. HPHT proces začíná tím, že se grafit spolu s kovovým katalyzátorem (jako je železo, nikl nebo kobalt) umístí do komory, která dokáže vytvořit extrémní tlak a teplotu. Tato komora pak simuluje podmínky, které se nacházejí hluboko v zemském plášti. Během tohoto procesu se atomy uhlíku v grafitu přeskupí do struktury diamantu. Výsledný krystal se pak ochladí a odstraní z komory, kde se následně čistí a zpracovává pro další použití.
CVD metoda (Chemical Vapor Deposition) umožňuje růst diamantů při nižších tlacích a teplotách. Proces zahrnuje rozklad uhlovodíkových plynů (jako je metan) v přítomnosti plazmatu, což vede k postupnému růstu diamantových krystalů na substrátu. Tato metoda je výborná na výrobu tenkých diamantových filmů a krystalů, které mají široké využití v technologii, zejména v elektronice, kvůli jejich jedinečným elektrickým a tepelným vlastnostem. CVD proces začíná tím, že se substrát, často vyrobený z materiálu jako je křemík, umístí do vakuové komory. Poté se do komory zavede plyn, který obsahuje uhlík, nejčastěji metan. Plazmový výboj rozkloží plynnou směs a atomy uhlíku se usadí na substrátu a vytvoří diamantový film. Tento proces může být kontrolován a upravován tak, aby produkoval diamanty s specifickými vlastnostmi, jako je vysoká čistota a přesné krystalografické orientace. CVD metoda nabízí několik výhod, včetně schopnosti vytvářet diamanty při nižších nákladech a s menším environmentálním dopadem než tradiční HPHT metoda. Také umožňuje výrobu velkých diamantových ploch bez nutnosti použití drahých kovových katalyzátorů.
