NRC Handelsblad 05-10-2002
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.
(c) Bruno van Wayenburg