новости отрасли | ИНТЕРВЬЮ

Технологии выращивания монокристаллов алмаза в настоящее время приобрели промышленный характер

30.04.2019

Существует мнение, что запасы природных алмазов истощатся к середине века, в связи с чем производство синтетических алмазов стремительно приобретает нарастающую актуальность. По оценкам Business Insider India, мировой рынок синтетических алмазов в 2024 году будет составлять $28,26 млрд в результате его растущего спроса на огранку, полировку и бурильные работы.

В новостях R&P сообщалось, что в декабре 2018 года российская компания «Нью Даймонд Технолоджи» (New Diamond Technology, LLC), базирующаяся в Санкт-Петербурге, «совершила прорыв в мировой истории выращивания кристаллов алмаза, произведя алмаз типа Ib массой 103,50 карата». Компания добилась этого результата, используя метод высокой температуры и высокого давления (High Pressure High Temperature, HPHT), и произвела сенсацию, изготовив из выращенного в ноябре 2018 года кристалла размером 55,94 карата бриллиант весом 20,22 карата.

О деятельности и планах ООО «Нью Даймонд Технолоджи» агентству R&P рассказал Александр Колядин, кандидат технических наук и генеральный директор NDT.

Расскажите, как создавалась компания New Diamond Technology?

Компания была создана в 2014 году, когда ей были переданы права использования результатов удачного инвестиционного проекта (стартапа) российской компании INREAL, Ltd. по созданию новых технологий выращивания методом НРНТ крупных и особо крупных монокристаллов алмаза различных типов для ювелирного и технического направлений (алмазная электроника, оптика, медицина, инструментальная и буровая промышленность). У истоков этих технологических решений стояли следующие специалисты и руководители компаний: доктор технических наук С. Ивахненко, кандидат технических наук А. Катруша, кандидат технических наук А. Колядин, Т. Хихинашвили, Р. Колядин, Р. Исаков.

Как вы пришли в этот бизнес?

Мой опыт работы со сверхтвердыми материалами – кубическим нитридом бора начался в 1978 году, а непосредственно алмазами я начал заниматься с 1992 года. Много времени было уделено обработке природных алмазов, которыми начал заниматься в 1995 году в созданной мной компании INREAL. Мы провели анализ возможностей использования природных алмазов как в ювелирной промышленности, так и в индустриальных направлениях, и стало понятно, что разнообразный дефектно-примесный состав природных алмазов не позволяет широко использовать их в технических направлениях. Из природного алмаза можно сделать уникальный датчик, но клонировать его невозможно, поскольку в природе нет одинаковых по свойствам кристаллов. Такие возможности возникают при выращивании кристаллов алмаза, когда можно управлять их морфологией и дефектно-примесным составом, который определяет их свойства. В результате из выращенных кристаллов можно серийно изготавливать одинаковые по свойствам пластины, линзы, алмазные наковальни и другие изделия или приборы. При этом нужно отметить, что требования, предъявляемые к техническим характеристикам кристаллов алмаза для индустриальных применений на порядок более жесткие, нежели для изготовления бриллиантов.

С какими проблемами вы столкнулись?

Основными проблемами при выращивании кристаллов методом НРНТ являются поддержание технологических параметров выращивания (давление и температура) с высокой точностью в течение длительного времени – более двух недель по определенному закону, а также обеспечение химической чистоты и стабильности свойств используемых материалов для деталей контейнера. Очень важным является и способность используемого оборудования и технологической оснастки поддерживать запредельные режимы длительное время.

Как создавалась технология? И в чем ее отличие от других подходов?

В процессе разработки высокоэффективных технологических решений нашей команде пришлось освоить несколько разнотипных видов прессового оборудования, начиная от Тороидов и БАРСов и   до последних разработок китайской промышленности - кубических прессов моделей 850 и 950, т. е. самого мощного на сегодняшний день прессового оборудования для синтеза сверхтвердых материалов. Основной заслугой компании INREAL было преодоление пятикаратного предела по выращиванию кристаллов алмаза (сохранявшегося более 30 лет) путем создания мультизатравочных технологий по одновременному скоростному выращиванию нескольких кристаллов массой каждого более 10 каратов. При этом скорости роста кристаллов были увеличены с 1-2 мг/час до 40 мг/час. Впечатляющие результаты компании INREAL дали резкий толчок китайской алмазной промышленности, обладающей огромным парком аналогичного прессового оборудования, в разработке собственных технологий выращивания кристаллов алмаза. Это также стимулировало быстрое развитие и другой технологии выращивания кристаллов – осаждение графита из газовой фазы (метод CVD). В течение пяти лет компания NDT усовершенствовала полученные и создала новые технологические процессы по выращиванию особо крупных кристаллов алмаза, став мировым лидером и рекордсменом. Компании удалось преодолеть 100-каратный рубеж, вырастив кристалл массой 103,4 карата. Компании также принадлежат мировые рекорды по производству самых крупных бриллиантов, начиная от 10 до 20 каратов каждый.

Как вы относитесь к проблеме природных и синтетических алмазов? Есть люди и компании, которых пугает термин «синтетика» и которые говорят о её «угрозе».

Технологии выращивания монокристаллов алмаза в настоящее время приобрели промышленный характер, поскольку этим вопросом начала заниматься китайская алмазная промышленность, обладающая огромным парком прессового оборудования, первоначально настроенная на производство алмазных порошков и поликристаллов алмаза. Кроме того, начали расти, как грибы, заводы по выращиванию кристаллов методом CVD как в Китае, так и в Индии. Косвенно этому способствовало и заявление весной 2018 года компании De Beers о строительстве крупнейшего завода по выращиванию кристаллов алмаза и выход на рынок их компании Lightbox. С одной стороны, они защищают свой основной бизнес (добыча природных алмазов) за счет резкого понижения цен на выращенные алмазы, а с другой стороны, это создало эффект выпущенного «джина из бутылки»: после небольшой паузы и раздумий о том, что же будет дальше, большое количество ограночных заводов ринулось в так называемую «синтетику». Этому способствовало и то, что за последние пять лет производства монокристаллов алмаза условного ситового класса «-3» (до 1,5 мм) стоимость одного карата была уменьшена почти на порядок - со 100-80 до 15-10 долларов/карат. В настоящее время на выращивание кристаллов задействованы мощности около двух тысяч прессов нескольких крупнейших китайских алмазных заводов, при этом месячные объемы выращивания мелких кристаллов достигают 250-300 тысяч каратов в месяц. Основная масса этих кристаллов поставляется на ограночные заводы Индии. При этом начинает увеличиваться и количество более крупных кристаллов размерами до 10 каратов. Пока крупных кристаллов не так много, но динамика этого процесса показывает, что в течение года или двух каждый второй ограненный мелкий бриллиант будет выращенным. Это связано с несколькими причинами как техническими, так и экономическими. Во-первых, это развитие уровня технологий выращивания кристаллов. А во-вторых, в условиях кризиса алмазной ограночной промышленности появился экономический рентабельный механизм выживания ограночных заводов Индии - за счет резкого снижения оборотных средств на приобретение алмазного сырья и незначительной разницы в стоимости мелких природных и выращенных бриллиантов при одинаковом качестве.

Сборка кубического пресса 850   

Есть терминологическая путаница: синтетические, культивированные, камни-имитаторы, лабораторные бриллианты - какие именно бриллианты вы выращиваете?

В настоящее время действительно существуют несколько принятых   терминов по обозначению выращенных алмазов: лабораторно-выращенные алмазы (lab-grown diamonds) или   алмазы, произведенные, созданные человеком (man-made diamonds or created diamonds). С моей точки зрения, наиболее правильным является термин «выращенные алмазы методом НРНТ» или «выращенные алмазы методом CVD» (HPHT-grown diamonds or CVD-grown diamonds), поскольку «лабораторно-выращенные» исчерпало себя: выращиванием алмазов занимаются уже в промышленных объемах на крупнейших алмазных заводах. Кроме того, FTC (Federal Trade Commission) рекомендует не использовать термин «синтетический» для описания выращенных алмазов, поскольку это дезориентирует потребителей.

Искусственные алмазы производят в Китае и Индии, где отмечаются самые высокие темпы роста производства, в Сингапуре, в США довольно стабильно, а также в России - довольно высокого качества, тоже по методу НРНТ. Чем отличаются ваши алмазы?

Когда мы начали заниматься выращиванием безазотных кристаллов алмаза, естественно, мы выращивали мелкие кристаллы размерами 0,1-0,5 карата, чтобы отработать режимы выращивания. Пробовали различные конструкции и материалы контейнеров, различные технологические приемы, изучали влияние внешних параметров энергетики, климатических параметров, поскольку правильно выбранное прессовое оборудование – это только половина успеха. Чтобы вырастить качественный кристалл, необходимо также обеспечить стабильность, точность и управляемость большого количества внутренних и внешних параметров процесса, что является далеко не тривиальной задачей. Это потребовало разработки и изготовления целого комплекса электронных систем для поддержания и управления такими параметрами. Поломав большое количество оснастки и поняв основные закономерности процесса выращивания на кубических прессах, мы сознательно стали двигаться в направлении выращивания крупных и особо крупных кристаллов (10 - 100 каратов), поскольку это позволяет производить крупные бриллианты (от 2-4 до 20 каратов) и крупные подложки (от 10 мм до 3/4 дюйма) для электронной промышленности. И при этом мы не конкурируем с основными производителями мелких и средних кристаллов (до 10 каратов). Нам также удалось создать технологии, позволяющие выращивать кристаллы с минимальными поломками кристаллической решетки (плотность дислокаций составляет 102-105), что особенно важно для алмазных подложек и последующего нанесения качественных эпитаксиальных слоев, а также матриц-затравок для выращивания бездефектных кристаллов методом CVD.

А какой объем синтетических алмазов вы производите - и собираетесь производить?

В настоящее время мы производим в месяц от пяти до семи тысяч каратов алмазного сырья размером +10 каратов, что составляет примерно около 450 камней в месяц. Если годом раньше часть сырья до 10 каратов продавалась, то сейчас все сырье полностью перерабатывается на наших предприятиях.

Перед нами стоит непростая задача увеличить объем выращиваемого сырья в несколько раз, при этом объем алмазных подложек должен быть увеличен на порядок. Этого можно достичь за счет совершенствования технологий и использования более крупной оснастки и увеличения размеров контейнеров. Мы смотрим на это с оптимизмом, поскольку только за счет совершенствования технологий за последние четыре года объем выращенных кристаллов был увеличен в три раза.

На какого потребителя рассчитана ваша продукция?

Сейчас мы производим бриллианты от 1-2 каратов до максимально возможного. Самый крупный бриллиант, произведенный в стенах нашей компании, весил 20,22 карата. Наша продукция, в большей степени, рассчитана на ювелирные компании сегмента «Luxury». Периодически, мы также выращиваем уникальные кристаллы из давальческого графита, например, из графита, полученного из дерева и кожи уникальных автомобилей, далее мы из выращенных камней производим бриллианты для инкрустации этих автомобилей и производства ювелирных изделий для их владельцев.

Поразительно. Это с целью маркетинга?

Да, это все маркетинговые шаги - есть компании, которые выращивают алмазы из графита сожженных лепестков роз. Нам интересны какие-то уникальные варианты графита или материалов контейнера, например, лунный грунт, уголь, поднятый с борта Титаника (часовая компания Romain Jerome). Существуют и другие интересные варианты давальческого сырья, например, трава футбольных или гольф полей знаменитых клубов и т. д.

Да, тут есть большой простор. А вы взаимодействуете с кем-нибудь из таких же производителей выращенных алмазов и бриллиантов? Существует какая-то ассоциация? Как есть, например, ассоциация производителей бриллиантов натуральных.

Да, в начале 2016 года ведущими производителями была создана Международная ассоциация выращенных алмазов и бриллиантов (International Grown Diamond Association - IGDA). Компания NDT во главе с ее Президентом Тамази Хихинашвили (Tamazi Khikhinashvili) совместно с главным исполнительным директором компании IIa Technologies (Сингапур) Вишал Мета (Vishal Mehta) были одними из основных создателей этой ассоциации. Целью IGDA является создание глобальной платформы, которая правильным образом представляет и продвигает выращенные алмазы и бриллианты.

Что вы думаете о взаимодействии, точнее, сосуществовании двух рынков синтетических и природных бриллиантов?

Действительно, эти два рынка сосуществуют и оказывают сильное влияние друг на друга. Рынок выращенных алмазов и бриллиантов имеет такую же сезонность, что и природный, соответственно падение или подъем одного из них оказывает влияние на другой, однако рынок выращенных алмазов более динамичен, быстрее развивается и растет гигантскими шагами. Увеличение объемов выращенных алмазов, естественно, приводит к снижению их стоимости. Рынок природных алмазов более консервативен, поскольку объемы добычи природных алмазов практически не претерпевают сильных изменений, новые месторождения (а они существуют) не разрабатываются, поскольку требуют огромных вложений. Поэтому при добыче природных алмазов начинают применять более современные технологии с использованием рентгеновской техники для бережной добычи крупных камней, и такие месторождения становятся более рентабельными. Если стоимость мелких и средних бриллиантов из выращенных алмазов еще сравнивается со стоимостью природных бриллиантов на основе цен Рапапорта со значительными скидками, то стоимость крупных бриллиантов (свыше пяти каратов) имеет договорную цену, которая может отличаться от природных в несколько раз, а для цветных бриллиантов - на несколько порядков.

Источник: rough-polished.com