Os primeiros métodos de laboratório para a criação de diamante sintético eram de custo proibitivo. Os avanços tecnológicos, no entanto, tornaram mais fácil para o diamante sintético entrar no mercado. Infelizmente para os consumidores, o teste adequado de diamantes é bastante caro, tornando difícil saber se muitos diamantes são naturais ou artificiais. 

 

Métodos Especiais

O diamante é um produto de temperaturas e pressões extremamente altas, condições que são encontradas principalmente no manto da Terra a uma profundidade de 15 ou mais milhas abaixo da superfície. O maior obstáculo para a síntese de diamantes foi encontrar:

(1) equipamentos que pudessem produzir essas condições.

(2) materiais para usar na fabricação desse equipamento que permitiriam que o próprio equipamento sobrevivesse (e mantivesse) essas condições.

O sucesso foi reivindicado muitas vezes no período 1850-1950, mas nunca verdadeiramente documentado. Essa situação mudou, dramática e irreversivelmente, nos últimos 60 anos.

Diamante Sintético

O diamante é feito de carbono puro. A dureza e as propriedades ópticas do diamante são únicas devido à sua estrutura cristalina compacta e fortemente ligada. As condições necessárias para produzir essa estrutura foram por muitos anos consideradas como temperatura e pressão muito altas, semelhantes ao ambiente de crescimento dos diamantes naturais. As tentativas de duplicar o processo da natureza em laboratório já na década de 1880 (JB Hannay, em Glasgow, e em 1896 por Henri Moissan na França) foram inconclusivas.

A prova inquestionável da síntese de diamantes, de fato, não foi apresentada até 1955, quando cientistas da General Electric Co. anunciaram um avanço. Uma prensa de 1.000 toneladas atingiu uma temperatura simultânea de 5.000°F e pressão de 1,5 milhão de libras por polegada quadrada. O diamante se forma de carbono muito rapidamente (segundos a minutos) nessas condições. Os maiores cristais cultivados pela GE tinham cerca de um quilate e algumas pequenas gemas foram cortadas deles. O custo de fabricação, porém, era tão alto, e o processo tão difícil, que as gemas diamantadas sintéticas não podiam, naquela época, competir com as pedras naturais. Em contraste, o pó de diamante sintético para abrasivos era relativamente fácil de produzir e agora se tornou um produto industrial básico e bastante barato, mas a produção de grandes, enquanto as condições de temperatura e pressão extremas que existem em grandes profundidades, onde o diamante se forma dentro da terra, não eram atingíveis em um ambiente laboratorial ou industrial, o comércio de diamantes permaneceu imune aos efeitos devastadores de sintéticos e tratamentos não divulgados, problemas que atormentaram o resto do mercado de pedras preciosas.

Curiosamente, o impulso para fazer grandes diamantes não veio principalmente da demanda por pedras preciosas. Acontece que os diamantes estão entre os condutores de calor mais conhecidos. A limitação na miniaturização da microeletrônica é a dissipação do calor gerado pelos elétrons que se movem nesses circuitos ultra pequenos. As CPUs dos computadores modernos geram tanto calor que até possuem suas próprias ventoinhas dedicadas! E  muito se especulava (e mais tarde foi verificado) que um enorme aumento na densidade dos componentes poderia ser alcançado usando diamante como substrato em vez de silício, levando a um avanço revolucionário na miniaturização. O enorme tamanho desse mercado potencial de eletrônicos, superando totalmente qualquer possível uso de pedras preciosas, inspirou avanços significativos nos métodos de crescimento de cristais de diamante.

Um deles, conhecido como CVD (deposição de vapor químico) foi inicialmente projetado para ser capaz de crescer cristais transparentes de diamante único tão grandes quanto cubos de 2 polegadas! O potencial de longo prazo, portanto, agora existe para fazer diamantes de gemas polidas de quase qualquer tamanho desejado. Essa situação (relativamente desconhecida) tem profundas implicações para a indústria de jóias.

 

 

 

 

Tipos de diamante

Os diamantes são agrupados em várias categorias. As pedras do tipo I contêm nitrogênio, seja em aglomerados (tipo IA) ou como átomos isolados (tipo IB). Todas as pedras do tipo I são isolantes elétricos e possuem bandas de absorção dentro da porção infravermelha do espectro. Eles geralmente florescem de amarelo na luz ultravioleta.

As pedras do tipo I podem ser incolores, acinzentadas ou verdes (raramente azul ou violeta), mas são normalmente amareladas a acastanhadas, e incluem a série Cape de pedras amareladas que compõem a grande maioria dos diamantes vistos no comércio de pedras preciosas. Os diamantes do tipo II não contêm nitrogênio e são bons condutores de calor. Os cálculos do tipo IIA são incolores, mas os IIB contêm boro, têm uma cor azulada (às vezes acastanhada ou cinza) e são eletricamente condutores. Uma categoria muito rara chamada HGBV (rico em hidrogênio, cinza, azul e violeta) é produzida pela Mina Argyle na Austrália. As pedras de HGBV contêm hidrogênio e também níquel, o que é extremamente raro em diamantes de outras localidades. Os cálculos azulados do tipo I são extremamente raros e podem ser distinguidos dos cálculos do tipo IIB ricos em boro porque não são condutivos e têm fluorescência diferente.

Alguns diamantes são coloridos por impurezas, como nitrogênio e boro, que criam “centros de cor” que absorvem seletivamente determinada luz. No entanto, uma enorme gama de matizes é criada por vários tipos de defeitos estruturais, como vacâncias. Estes ocorrem naturalmente, mas também podem ser produzidos por uma ampla gama de processos energéticos.

Em 1904, o notável físico William Crookes enterrou alguns diamantes em uma embalagem de sais de rádio. Em um tempo relativamente curto as pedras ficaram verdes. Infelizmente, eles também se tornaram intensamente radioativos! Avanço rápido para a década de 1940 - até agora, os aceleradores de partículas foram inventados e amplamente utilizados em experimentos de física de alta energia. Descobriu-se que o bombardeio de cíclotrons (com prótons, partículas alfa e dêuterons) podia colorir diamantes de verde, azul-esverdeado e amarelo-marrom. Mais tarde, descobriu-se que os tons amarelos e marrons eram na verdade causados ​​pelo aquecimento das pedras como resultado do bombardeio. Nas décadas de 1950 e 1960, ciclotrons e LINACs (aceleradores lineares) foram usados ​​para produzir comercialmente diamantes coloridos. A penetração de cores tendia a ser superficial e frequentemente em padrões característicos e, enquanto pedras azuis e verdes eram a norma.

Mais tarde, reatores nucleares foram usados ​​para tratamento, mas as partículas de alta energia tendiam a atravessar os diamantes; os elétrons secundários que eles geraram, no entanto, causaram cores de defeitos estruturais, assim como um LINAC. Tons de azul e verde eram o resultado típico, e essas cores foram alteradas para amarelos e marrons por aquecimento. Foi até descoberto que o aquecimento de um diamante tipo IA sob alta pressão poderia torná-lo amarelo brilhante, e que um tom de amarelo poderia resultar até mesmo do calor gerado durante o polimento do diamante!

O aquecimento de um diamante irradiado “precoziza” o material e altera a cor alterando a absorção de luz do centro de cor do defeito criado pelo bombardeio de alta energia. O calor pode até eliminar a coloração, no caso do tom amarelo em pedras contendo nitrogênio. A GE Company obteve patentes durante a década de 1970 para um processo de remoção da cor amarela em diamantes. Mas na década de 1990 a empresa descobriu que o aquecimento sob pressão muito alta funcionava ainda melhor e também era capaz de criar cristais de diamante a partir de carbono em várias formas. (Um resultado famoso da GE foi fazer diamante a partir de manteiga de amendoim!). Este método de “crescer” diamante foi rotulado HPHT (alta pressão e alta temperatura).

Processo HPHT

HPHT é agora um processo comercial amplamente utilizado e é empregado por empresas na Rússia, Suécia, Ásia e Estados Unidos. Os diamantes podem ser produzidos em uma ampla gama de cores, e essas cores podem ser modificadas ainda mais por irradiação e aquecimento. A combinação de HPHT, irradiação e calor agora é capaz de gerar um diamante em praticamente QUALQUER COR DESEJADA. Isso cria um desafio contínuo para os laboratórios de gemas. Os problemas de detecção que atormentaram outras pedras preciosas agora também se aplicam ao diamante. A urgência desse desafio obrigou os grandes laboratórios de testes a desenvolver métodos de detecção de sintéticos e tratamentos de diamantes, e até agora têm acompanhado todas as novas tecnologias. Aqui está uma visão geral dos produtos criados pela HPHT.

Os diamantes geralmente emergem do equipamento como pedras amarelas/marrons (tipo IB) e às vezes amarelas ou esverdeadas ou alaranjadas (tipo IIA). As poucas pedras incolores são do tipo IIA e podem ter um tom cinza claro ou azul, principalmente se for adicionado algum boro. Se esses cristais originais forem irradiados, pedras esverdeadas, verde-amareladas ou verde-azuladas tendem a surgir. Se as pedras originais forem irradiadas e depois recozidas em alta temperatura, as pedras do tipo IB podem ficar rosadas, alaranjadas, acastanhadas ou rosa-púrpura. Tipo IB e algumas pedras IA podem ficar vermelhas, roxas e vermelho-alaranjadas. A Lucent Diamonds (Denver) está comercializando diamantes “Imperial Red” que resultam do processo de três etapas (recozimento HPHT + irradiação + recozimento a baixa temperatura). Gemesis está produzindo pedras amarelas em massa, e Chatham está comercializando sintéticos em tons de amarelo, azul e rosa.

O método HPHT pode produzir diamantes em tempos razoavelmente curtos apenas se for usado um fluxo; o carbono é dissolvido no fluxo e precipita como cristais de diamante. Os fluxos utilizados são os metais: ferro, níquel e cobalto. Esses metais muitas vezes aparecem como inclusões microscópicas dentro dos diamantes e são um meio extremamente útil de identificação. O ferro às vezes pode estar presente em quantidade suficiente para tornar as pedras magnéticas. O método HPHT gera cristais de diamante muito bem formados. Pequenos cristais (até 3 quilates) são produzidos em poucos dias. Pedras maiores são possíveis, mas levam mais tempo para crescer.

A limitação do tamanho do cristal em HPHT levou a uma busca por outros métodos de síntese de diamantes. A pesquisa de filmes finos já nas décadas de 1940 e 1950, especialmente na Rússia, levou a um processo chamado CVD (deposição de vapor químico). Apenas alguns anos atrás, a Apollo Diamond (Boston) começou a crescer e comercializar diamantes CVD do tamanho de gemas. Seu processo decompõe o gás metano em alta temperatura, liberando carbono, que então se deposita em um substrato a temperatura e pressão relativamente baixas. Os tamanhos das gemas dos cristais CVD variam de corpo a corpo [menos de ¼ quilate] até cerca de ¾ quilate, mas uma grande vantagem em relação ao HPHT é que os diamantes CVD podem ser facilmente incolores (embora marrom escuro e pedras laranja e rosa também sejam produzidas). E o processo pode ser ampliado sem custos enormes. A presença de partículas metálicas em um diamante é a situação mais fácil – prova positiva de origem HPHT. A birrefringência anômala, característica comum em diamantes naturais, é observada apenas ao longo dos setores de crescimento em sintéticos HPHT.

Como os diamantes fabricados são tipicamente cúbicos (as pedras naturais são predominantemente octaédricas), os padrões de crescimento cúbicos visíveis na luz ultravioleta são definitivos para a origem sintética. Outras propriedades que se tornaram cada vez mais importantes incluem espectroscopia (especialmente no infravermelho), catodoluminescência (CL, fluorescência sob um feixe de elétrons) e fluorescência sob luz ultravioleta (UV) (tanto SW, onda curta, quanto LW, onda longa).

A DTC (Diamond Trading Company, braço da DeBeers) em meados da década de 1990 desenvolveu diversos instrumentos destinados a auxiliar o comércio de joias na identificação de diamantes sintéticos. “DiamondSure” mede a absorção de luz visível e UV e mostra “pass” (a pedra é natural) ou “refer” (são necessários mais testes). A DTC afirma que a máquina identifica 100% dos sintéticos HPHT e apenas 1-2% dos diamantes naturais são “encaminhados” para mais testes. O “DiamondView” faz imagens de fotoluminescência (PL) usando UV de onda curta e registra uma imagem digital da luminescência da superfície. “DiamondPlus” faz medições de alta sensibilidade usando lasers e espectrômetros, com pedras mantidas em nitrogênio líquido. (Os espectros tornam-se muito mais nítidos em temperaturas ultra baixas).

A literatura gemológica está se enchendo de artigos e relatórios de novos métodos de teste e novos processos. Os métodos CVD estão sendo usados ​​para aplicar revestimentos de diamante em zircônia cúbica e outras pedras. Novas combinações de irradiação e calor estão sendo constantemente testadas em sintéticos feitos com todos os métodos conhecidos. É difícil até mesmo manter todos os resultados do teste na cabeça ao fazer uma avaliação.

A detecção de CVD, HPHT e outros diamantes sintéticos, um dos maiores desafios para o mundo gemológico, depende da medição de uma variedade de propriedades, algumas das quais individualmente podem ser usadas para tomar uma decisão definitiva. Além disso, o equipamento necessário é tipicamente complexo e caro e muito além do alcance de pedras de joalheria e pequenos laboratórios. Realisticamente, a identificação inequívoca de um diamante como natural versus sintético só pode ser feita adequadamente por grandes laboratórios de testes. O custo da análise é alto o suficiente para evitar que todos, exceto um punhado relativo de diamantes lapidados, sejam examinados. Isso significa que talvez 99,999% de TODOS os diamantes lapidados nunca serão classificados. A triagem em massa foi oferecida como uma solução potencial, mas alguns métodos de triagem identificam apenas gemas que podem não ser naturais e, portanto, exigirão mais testes. Novas tecnologias estão sendo desenvolvidas que podem oferecer uma confirmação um pouco mais confiável. A questão principal não é “você consegue identificar” um diamante manufaturado. A questão é “você fará o teste adequado”. Esta é uma função do custo, que pode ser proibitivo para todas as pedras, exceto as maiores e mais caras. A disparidade oferece aos comerciantes sem escrúpulos a oportunidade e o incentivo para adicionar diamantes sintéticos polidos a parcelas de pedras naturais, contando com sua aparência e propriedades idênticas para evitar a detecção. É possível que, no futuro, muitos pequenos diamantes sejam vendidos sem a garantia de que eles se originaram em uma mina e não em um laboratório ou fábrica. A questão é “você fará o teste adequado”. Esta é uma função do custo, que pode ser proibitivo para todas as pedras, exceto as maiores e mais caras. A disparidade oferece aos comerciantes sem escrúpulos a oportunidade e o incentivo para adicionar diamantes sintéticos polidos a parcelas de pedras naturais, contando com sua aparência e propriedades idênticas para evitar a detecção.

 

Fonte: www.gemsociety.org/article/understanding-gem-synthetics-treatments-imitations-part-3-synthetic-diamond