Beim Chemical Vapor Deposition (CVD)-Verfahren zur Herstellung von Diamanten wird ein dünner Diamantkeim in eine versiegelte Kammer gelegt, auf hohe Temperaturen erhitzt und ein kohlenstoffreiches Gasgemisch eingeleitet.
Die Gasmoleküle werden ionisiert, wodurch ihre Bindungen gebrochen werden und sich der reine Kohlenstoff mit dem Diamantkeim verbinden kann, wodurch ein größerer Diamant entsteht.
Dieses Verfahren unterscheidet sich von der Hochdruck-Hochtemperatur-Methode (HPHT) und kann sowohl farblose als auch farbige Diamanten erzeugen, indem die Spurenelemente während des Wachstums manipuliert werden.
5 Schlüsselschritte im CVD-Prozess der Diamantenherstellung
1. Aufbau und Erwärmung
Das CVD-Verfahren beginnt mit dem Einbringen eines dünnen Keimdiamanten in eine versiegelte Kammer.
Diese Kammer wird dann auf Temperaturen von in der Regel etwa 800 °C aufgeheizt.
Diese hohe Temperatur ist notwendig, um die chemischen Reaktionen in Gang zu setzen, die zum Wachstum des Diamanten führen.
2. Einleitung des Gasgemischs
Nach dem Erhitzen wird die Kammer mit einem kohlenstoffreichen Gasgemisch, in der Regel Methan, und Wasserstoff gefüllt.
Dieses Gemisch liefert die für das Diamantenwachstum erforderliche Kohlenstoffquelle.
3. Ionisierung und Abscheidung
Das Gasgemisch wird ionisiert, in der Regel mit Hilfe von Mikrowellen- oder Lasertechnik, wodurch die Molekularbindungen in den Gasen aufgebrochen werden.
Dieser Ionisierungsprozess ist von entscheidender Bedeutung, da er den Kohlenstoff von den Gasmolekülen trennt, so dass er am Diamantkeim haften kann.
Der reine Kohlenstoff verbindet sich dann mit dem Keim, Schicht für Schicht, und der Diamant wächst in Größe und Struktur.
4. Wachstum und Formation
Während sich der Kohlenstoff auf dem Keim ansammelt, bildet er starke atomare Bindungen, die die kristalline Struktur eines natürlichen Diamanten nachbilden.
Dieser Prozess ist langsam und sorgfältig, um die Qualität und Integrität des entstehenden Diamanten zu gewährleisten.
5. Färbung und Variationen
Um farbige Diamanten herzustellen, werden während der Wachstumsphase bestimmte Spurenelemente in das Kohlenstoffgitter eingebracht.
Die Art und Menge dieser Elemente bestimmen die Farbe des Diamanten.
Darüber hinaus gibt es verschiedene CVD-Methoden, darunter die plasmaunterstützte chemische Dampfzersetzung (PECVD), die chemische Dampfzersetzung im Mikrowellenplasma (MPCVD), die chemische Dampfzersetzung bei niedrigem Druck (LPCVD) und die chemische Dampfzersetzung im Ultrahochvakuum (UHVCVD), die jeweils auf spezifische Anforderungen und Bedingungen zugeschnitten sind.
Vergleich mit HPHT
Im Gegensatz zum HPHT-Verfahren, bei dem extremer Druck und extreme Temperaturen herrschen, arbeitet CVD unter niedrigerem Druck, erfordert aber eine kontrollierte Gasumgebung und eine präzise Temperaturregelung.
Dadurch eignet sich CVD für die Herstellung hochwertiger, einkristalliner Diamanten und ermöglicht eine größere Flexibilität bei der Herstellung verschiedener Diamanttypen, einschließlich Diamanten mit besonderen Farben und Eigenschaften.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das CVD-Verfahren eine hochentwickelte Methode zur Herstellung von Diamanten ist, die der natürlichen Entstehung von Diamanten sehr nahe kommt, allerdings unter kontrollierten Laborbedingungen.
Mit diesem Verfahren werden nicht nur Diamanten hergestellt, die von natürlichen Diamanten nicht zu unterscheiden sind, sondern es bietet auch die Möglichkeit, die Eigenschaften der Diamanten individuell zu gestalten, was es zu einer wertvollen Technik im Edelstein- und Industriesektor macht.
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