KUNSTDIAMANTEN GROEIEN SNELLER MET WAT MEER STIKSTOF

Synthetische diamant groeit sneller en zuiverder dankzij een verbeterd chemisch proces, ontwikkeld door onderzoekers van het Carnegie Instituut in Washington en de universiteit van Alabama. Per etmaal zet het nieuwe procédé één tot twee millimeter dikke laagjes van de superharde vorm van pure koolstof af, een versnelling van een factor ruim honderd ten opzichte van oude processen. (Proceedings of the National Academy of Sciences, 1 okt).

De eerste synthesemethoden voor diamant, het samenpersen van grafiet bij hoge druk en temperatuur, levert slechts diamanten van beperkte afmetingen op. Ook het samenpersen met explosies geeft alleen kleine diamanten. Zulke diamanten worden gebruikt als slijppoeder, en in harde coatings, bijvoorbeeld voor zagen, boren en slijpmachines.

Latere procédés zijn gebaseerd op chemische dampdepositie: in een atmosfeer van methaan en waterstof, en bij lage druk en intense microgolfstraling vormt zich een plasma waaruit koolstofatomen zich als laagjes diamant afzetten op een ondergrond. Zo gevormde laagjes worden gebruikt voor snij-instrumenten, als venster voor optische instrumenten en, sinds enkele jaren, als basis voor halfgeleiderschakelingen op basis van diamant.

Een nadeel is de traagheid van dampdepositie. Er komt maar een paar duizendste millimeter diamant per uur bij. Daarnaast bestaat de geproduceerde diamant uit een verzameling van aangekoekte kleine kristallen, en zitten er veel kristaldefecten in: kleine onregelmatigheden in de ordening van koolstofatomen.

De Amerikanen gebruikten voor hun dampdepositie een speciaal ontworpen synthesecel en wisten het proces ruim honderd maal te versnellen door de druk op te voeren tot een kwart van de luchtdruk, en door een snufje stikstof aan het gas toe te voegen, wat de groei bevordert. Door de temperatuur nauwkeurig te regelen kregen ze diamanten met verschillende kleuren en kristalvariëteiten.

Een belangrijke aanpassing was het gebruik van een diamant als ondergrond. Daardoor bestaat de gevormde edelsteen onder de juiste omstandigheden uit één zuiver kristal, waarvan de atoomstructuur precies aansluit op de ent-diamant. Grote synthetische diamantkristallen zijn geschikt voor toepassingen in krachtige lasers. Ook kunnen ze dienen als grotere vensters voor specialistische meetapparatuur, zoals hogedrukpersen voor materiaalkundig en geofysisch onderzoek, de eigenlijke specialiteit van de Amerikanen. Met zulke persen kunnen materialen worden samengeperst onder extreem hoge druk, zoals die binnenin de aarde heerst. Grotere vensters bieden beter zicht en maken misschien nieuwe meetmethoden mogelijk.

Eventueel zou je sierdiamanten kunnen slijpen van de grote kunstdiamantkristallen, erkennen de onderzoekers, die echter hun wetenschappelijke bedoelingen benadrukken.

Wat tot nu toe in de juweliersbranche doorgaat voor kunstdiamant bestaat uit andere materialen, zoals `zirconia' of zirconiumdioxide. Nu zouden `echte' kunstdiamanten hun intrede kunnen doen, maar het is volgens sierdiamanthandelaren twijfelachtig of zij ooit de exclusiviteit en de prijs van natuurlijke diamanten kunnen benaderen.

    • Bruno van Wayenburg