Der HPHT-Herstellungsprozess von Lab Grown Diamonds

Bei der High-Pressure -High-Temperature Methode handelt es sich um das erste erfolgreiche Verfahren, das bereits in den 1950er Jahren angefangen hatte, künstliche Diamanten in Edelstein-Qualität herzustellen. Ein Lab Grown Diamond wird aus einem kleinen Diamantensamen gezüchtet. Dieser Samen wird in eine Wachstumszelle gegeben und auf ihn Kohlenstoff zusammen mit einer metallischen Flüssigkeit aufgetragen.

Das Wachstum des Diamantensamens erfolgt in massiven Druckkochern über mehrere Wochen. Er wird auf 1.500º C erhitzt und unter einem Druck von 70 Kbar unterzogen. Dieser enorme Druck gleicht dem des Eifelturms auf einer Fingerspitze.

Unter diesen extremen Temperaturen und Druckverhältnissen wird der Kohlenstoff-Samen in der Wachstumszelle zu flüssigem Kohlenstoff geschmolzen und daraufhin behutsam zur härtesten Kohlenstoffart, die wir kennen, langsam abgekühlt. Das Ergebnis hat sich schließlich zu einem Diamant-Kristall entwickelt, der damit den natürlichen Prozess aus der Natur nachgeahmt hat.

Derzeit können die größten und weißesten Diamanten mit dem HPHT-Verfahren hergestellt werden. Es wird ebenfalls eingesetzt, um die Farbe von Diamanten zu verbessern, um sie  wie in der Natur rosa, grün, blau oder gelb aussehen zu lassen.

HPHT-Diamanten haben nach ihrer Entwicklung einen eher leicht hellgelblichen Farbton, da sie während ihrer Entstehung Stickstoff ausgesetzt sind. Weiterhin haben sie häufig dunklere metallisch aussehende Einschlüsse. Sie werden durch sie von den Gemmologen aus den gemmologischen Laboren relativ schnell als künstliche Diamanten erkannt. Solche metallischen Einschlüsse bergen häufig leicht magnetische Anziehungskräfte in sich. Hingegen haben natürliche Diamanten keine magnetischen Einschlüsse.

Auch weisen in manchen Fällen HPHT-Diamanten eine sogenannte „blaue Nuance“ auf. Sie verleiht dem Diamanten einen subtilen blauen Farbton. Ursache für diesen blauen Farbton sind Verunreinigungen, die durch das chemische Element und Halbmetall „Bor“ entstehen. Bewusst als Endergebnis werden mit Bor „Fancy Blue Diamonds“ über das HPHT-Verfahren gefertigt.

Das CVD-Verfahren von Lab Grown Diamonds

Das Wachstum der Rohdiamanten durch diese alternative, modernere Technologie erfolgt in Vakuum-Plasmareaktoren. Sie wurde in den 1980er Jahren entwickelt. Bei dem CVD-Verfahren wird nachgeahmt, wie sich Diamanten in interstellaren Gaswolken bilden.

Mit einem geringeren Druck und kleineren eingesetzten Maschinen als beim HPHT-Verfahren werden dünne Diamantscheiben in eine Wachstumszelle eingesetzt und Kohlenwasserstoffgas und Methan in einen Reaktor eingeleitet.

Sobald Druck und Hitze angewendet werden, lösen sich die Kohlenstoff-Elemente von den Gasen und bilden eine Plasmawolke. Die bei diesem Prozess verwendete Temperatur liegt bei fast 1.500 Grad Celsius. Leistungsstarke Laser oder Mikrowellen brechen die Moleküle der zwei Gase auf, wobei sich die Kohlenstoff-Atome auf den Diamant-Platten ablagern und dabei der Diamant Atom für Atom vertikal anwächst.

Die daraus entstehenden CVD-Diamanten werden ebenfalls einem extremen Druck ausgesetzt, der sie so weit wie möglich presst. Durch diesen ausgeübten Druck-Vorgang wird die Qualität der Diamantkristalle weiter optimiert, sodass sie als Ergebnis eine bessere Farbe und Lichtstärke erhalten.

Mit dem CVD-Verfahren erden Diamanten vom Typ IIA entwickelt, die bei natürlich vorkommenden Diamanten extrem selten vorkommen. Den Gemmologen kann dadurch bereits geholfen werden, ob es sich um künstliche oder natürlich vorkommende Diamanten handelt. Diamanten dieses Typs sind die chemisch reinsten Diamanten. Sie enthalten keine Verunreinigungen durch Stickstoff und durch das Element Bor, was in den HPHT-Diamanten vorkommt. Außerdem weisen CVD-Diamanten keine magnetischen Einschlüsse auf.

Schlussfolgerung zu künstlichen Diamanten, die durch das HPHT- und das CVD-Verfahren hergestellt werden

Sie können den Unterschied zwischen einem künstlichen Diamanten durch das HPHT- und das CVD-Verfahren mit dem bloßen Auge nicht erkennen. Beide Verfahren können einen wunderschönen funkelnden Diamanten erzeugen, sofern er von einem Diamantenschleifer geschnitten, geschliffen und poliert wird, der die idealen Proportionen eines Diamanten anwendet. Aus beiden technologischen Verfahren entstehen echte Diamanten, die optisch, chemisch und physikalisch mit auf der Erde gewachsenen Diamanten identisch sind.

Die Entstehung der natürlichen Diamanten

Viele Menschen glauben, dass Diamanten durch Umwandlungsprozesse aus Kohle entstanden sind. Doch Kohle hat nur selten eine Rolle bei der Entstehung von Diamanten gespielt, wenn überhaupt. Die meisten Diamanten, die datiert wurden, sind sehr viel älter als die ersten Landpflanzen der Erde, die das Ausgangsmaterial der Kohle darstellen.

Diese Tatsache allein sollte schon ausreichen, um die Vorstellung zu widerlegen, dass die Diamantenvorkommen auf der Erde aus Kohle entstanden sind.

Bei den Kohleflöze handelt es sich um Sedimentgestein. Dieses Gestein ist normalerweise eine horizontale Gesteinseinheit. Hingegen bildet das Kimberlit-Gestein der Diamanten vertikale Röhren, die mit diesem vulkanischen Gestein gefüllt sind.

Damit Sie eine Vorstellung bekommen, wie natürliche Diamanten im Vergleich zu synthetischen Diamanten entstehen, erhalten Sie einen kurzen Überblick darüber, wie sich natürliche Diamanten entwickeln.

Die Erde ist etwa 4,5 Milliarden Jahre alt. Sie hatte gerade einmal ein Viertel ihrer Lebensdauer hinter sich, da führte es damals dazu, dass sich Kohlenstoffatome allmählich zu Diamanten kristallisierten. Anschließend schwammen sie Millionen von Jahre in einem plastischen Kristallbrei in einer Tiefe von ungefähr 150 bis 200 km unter der Erdoberfläche und warteten quasi auf die Fahrt an die Erdoberfläche.

Seither entstehen sie unter starken Hitzegraden von 1.100 bis 1.400 Grad und sind einem extremen Druck ausgesetzt. Das entspricht dem Druck von 45 bis 60 Kbar. Oder anders ausgedrückt, in etwa dem 50.000-fachen Druck unseres atmosphärischen an der Erdoberfläche. Unter diesen Bedingungen bilden sich im oberen Erdmantel an bestimmten Stellen neben geschmolzenem Laproit das Kimberlit, was zusammen allgemein als Magma bezeichnet wird. Kimberlit dehnt sich sodann rasch aus, wenn es in Richtung Erdoberfläche strömt und führt dabei diamanthaltiges Gestein mit sich.

Mit unglaublicher Geschwindigkeit bahnt sich das Magma den Weg des geringsten Widerstands senkrecht in die oberen Erdschichten und bildet dabei eine Röhre zur Oberfläche (siehe auch die unten abgebildeten Illustrationen). Solch eine Kimberlit-Röhre wie sie gnannt wird, ist die wichtigste Quelle für Diamanten. Doch schätzt man, dass nur ca. 1% aller Kimberlit-Röhren Diamanten in Edelsteinqualität enthält. Der Name „Kimberlit“ wurde von der südafrikanischen Stadt Kimberley abgeleitet, wo die ersten Diamanten in dieser Art Gestein gefunden wurden.

Diamanten bilden sich ausschließlich unter Kontinentalplatten, wo die richtigen Temperatur- und Druckbedingungen dafür  herrschen. Unter den ozeanischen Platten geschieht dieser Prozess hingegen nicht. Aufgrund ihrer frühen Entstehung befinden sich die Diamanten hauptsächlich unter alter archaischer Erdkruste.

Durch Vulkanausbrüche wird Magma an die Oberfläche gepresst, bevor der Abbau überhaupt beginnen kann. Kimberlite müssen sehr schnell abgebaut werden, um zu vermeiden, dass die darin befindlichen Diamanten bei diesem starken Druckabfall erneut schmelzen.

Dieser einzigartige Prozess hat uns Normalsterbliche schon immer fasziniert, und obwohl wir seit langem versuchen, ihn nachzubilden, haben sich die im Labor gezüchteten Diamanten in Edelsteinqualität erst in jüngster Zeit wirklich einen Namen gemacht.

Wo die natürlichen Diamanten entstehen und wo sie abgebaut werden

Obwohl Diamanten aus der oberen Erdkruste abgebaut werden, haben sie ihre Entstehung im oberen Teil des Erdmantels, der mehr als 100 km unterhalb der Erdkruste liegt. In dieser Tiefe kristallisieren sie sich zunächst allmählich zu Diamanten. In der Illustration oben erhalten Sie einen groben Überblick.

Die Diamanten wurden durch Kimberlit-Magma aus der Tiefe befördert, was noch aus weitaus tieferen Schichten des Erdmantels stammt. Diese Beförderung in Richtung Erdoberfläche geschieht mit mehr als die Schallgeschwindigkeit beträgt.

Nun sind die meisten kommerziellen Diamantenvorkommen mit der Zeit dort entstanden, wo ein Vulkanausbruch Diamanten aus den Tiefen des oberen Erdmantels zusammen mit diesem Kimberlit-Magma nach oben befördert hatte.

Nur etwa 1% aller weltweiten Kimberlit- Vorkommen, worin wirtschaftlich nutzbare Diamanten enthalten sind, können wirtschaftlich genutzt werden.

Nun sind die meisten kommerziellen Diamantenvorkommen mit der Zeit dort entstanden, wo ein Vulkanausbruch Diamanten aus den Tiefen des oberen Erdmantels zusammen mit diesem Kimberlit-Magma nach oben befördert hatte.

Nur etwa 1% aller weltweiten Kimberlit-Vorkommen können wirtschaftlich genutzt werden, wenn darin ertragreiche Diamanten enthalten sind.