Die Bildung von Diamanten erfordert hohe Temperaturen und hohen Druck. Um einen Rohdiamanten zu bilden, sind etwa 2.500 Grad Fahrenheit und 825.000 Pfund pro Quadratzoll Druck erforderlich. Diese extremen Bedingungen finden sich in der Natur etwa 100 Meilen unter der Erdoberfläche. Die Bildung von Diamanten findet in Tiefen von mehr als 150 km statt, wobei die Möglichkeit der Bildung bis in eine Tiefe von etwa 1500 km besteht.
Diamanten sind in der Regel mit dem Gestein Kimberlit verbunden, wo sie auskristallisieren, wenn der Kimberlit in Magmaform vorliegt. Die Diamanten werden dann transportiert, wenn der Kimberlit durch den Überdruck des CO2 nach oben getrieben wird. Nachdem sie in der Nähe der Erdoberfläche ausgeworfen wurden, können die Diamanten in der Kimberlit-Eruption verbleiben oder durch natürliche Erosionsprozesse in Schwemmland in der Nähe von Flüssen und dem Meer verteilt werden.
Synthetische Diamanten können auch mit Hilfe von Hochdruck-Hochtemperatur-Verfahren (HPHT) hergestellt werden. Es gibt drei grundlegende Verfahren: die Bandpresse, die kubische Presse und die Spaltkugelpresse (BARS). Jedes Verfahren zielt darauf ab, eine Umgebung mit extrem hohem Druck und hoher Temperatur zu schaffen, in der das Diamantenwachstum stattfinden kann. Ein kleiner Diamantkeim wird in Kohlenstoff eingebettet und diesen Bedingungen ausgesetzt, um das Wachstum des Diamanten zu fördern.
Bei der Bandpresse zum Beispiel wird mit Hilfe von oberen und unteren Ambossen ein Druck von über 1,5 Millionen Pfund pro Quadratzoll und eine Temperatur von über 2.000 Grad Celsius erzeugt. In dieser Umgebung schmilzt reiner Kohlenstoff und beginnt, sich um den Starterkeim herum zu einem Diamanten zu formen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die meisten heute hergestellten künstlichen Diamanten keine Edelsteinqualität haben und hauptsächlich für industrielle Anwendungen verwendet werden.
Es wurden auch Anstrengungen unternommen, um Diamanten bei niedrigeren Temperaturen und Drücken zu synthetisieren. Im Jahr 1953 gelang das Wachstum von Diamanten auf der Oberfläche eines natürlichen Diamantkeims bei einer Temperatur von etwa 900 Grad Celsius durch thermische Zersetzung kohlenstoffhaltiger Gase. Diese Technik ging der 1955 von GE entwickelten Hochdruck-Hochtemperatur-Methode (HPHT) voraus.
Unter Laborbedingungen können Diamanten mit verschiedenen Kohlenstoffquellen synthetisiert werden, wobei die Bandbreite von nulldimensionalen (0-D) bis zu dreidimensionalen (3-D) Strukturen reicht. Die Wahl der Kohlenstoffquelle bestimmt die verwendete Synthesemethode, die von der Hochdruck-Synthese bis zur chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) reichen kann. Es ist wichtig zu wissen, dass die Eigenschaften von im Labor synthetisierten Diamanten fast identisch mit denen von natürlich vorkommenden Einkristalldiamanten sind.
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