Synthetische Diamanten

Synthetische Diamanten, im Englischen auch „laboratory-grown diamonds“ oder „laboratory-created diamonds“ bezeichnet, sind künstlich hergestellte Kristalle, die nahezu dieselben physikalischen und chemischen Eigenschaften haben wie echte Diamanten. Sie sind mit bloßem Auge nicht zu unterscheiden, jedoch mit speziellen Geräten eindeutig identifizierbar, da der Produktionsprozess beim „Wachstum“ des synthetischen Diamanten Spuren hinterlässt.

Die Idee, synthetische Diamanten herzustellen, entstand bereits im 19. Jahrhundert. Wissenschaftler erkannten, dass Diamanten aus Kohlenstoff bestehen und dass es theoretisch möglich sein sollte, sie im Labor herzustellen. Seit über 70 Jahren werden sie bereits für industrielle Zwecke hergestellt. Im Jahr 1954 gelang es den beiden Forschern Tracy Hall und Robert H. Wentorf Jr. unabhängig voneinander, die ersten synthetischen Diamanten herzustellen. Und nachdem sie so zunächst in der Industrie Anwendung fanden, wurden in den folgenden Jahrzehnten verschiedene Verfahren zur Herstellung von synthetischen Diamanten entwickelt und verbessert. Die Technologien wurden weiterentwickelt, um größere, qualitativ hochwertigere und farbige synthetische Diamanten herzustellen. Durch kostengünstigere Herstellung und Verbesserung der qualitativen Eigenschaften werden synthetische Diamanten zunehmend auch für Schmuck verwendet. Die Produktion von synthetischen Diamanten findet heute hauptsächlich in Asien (China, Singapur, Indien), in Russland und in den USA statt.

Herstellungsprozess von synthetischen Diamanten

Für die Herstellung synthetischer Diamanten gibt es aktuell zwei gängige Methoden:

• die Hochdruck-Hochtemperatur-(HPHT-)Methode und
• die Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)

Diese Hochdruck-Hochtemperatur-(HPHT-)Methode ist aktuell die gebräuchlichste. In einer HPHT-Presse werden Graphit oder Diamantstaub zusammen mit einem Metallkatalysator in einer Presse platziert. Die Presse erzeugt extrem hohen Druck von mehreren Gigapascal (GPa) und Temperaturen von über 1300 Grad Celsius. Unter diesen Bedingungen entsteht aus dem Kohlenstoff im Graphit bzw. Diamantstaub allmählich der synthetische Diamant. Der Prozess dauert mehrere Stunden bis Tage, um die gewünschte Größe und Qualität des synthetischen Diamanten zu erreichen.

Bei der Methode der chemische Gasphasenabscheidung (CVD) wird ein Trägermaterial, z. B. ein Siliziumwafer, in eine Vakuumkammer gebracht. In das Innere der Kammer werden reaktive Gase, die Kohlenstoff enthalten, wie z. B. Methan, eingeführt. Durch Mikrowellen wird das Gasgemisch zu einem Plasma aufgeheizt, in dem der Kohlenstoff ionisiert. Die ionisierten Kohlenstoffatome werden auf dem Trägermaterial abgeschieden und bilden allmählich eine dünne Schicht aus Diamant. Dieser Prozess kann mehrere Stunden bis Tage dauern, je nach gewünschter Dicke der Diamantschicht. Nach Abschluss des Prozesses wird der synthetische Diamant vom Trägermaterial getrennt und weiterverarbeitet.

Sowohl die HPHT- als auch die CVD-Methode werden zur Herstellung von synthetischen Diamanten kommerziell eingesetzt. Die Wahl der Methode hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B. der gewünschten Größe, Qualität und Anwendung des synthetischen Diamanten.