החלום לייצר יהלום מעבדה (יהלום סינתטי) יפהפה ויקר ערך מפחמן, שובה את דמיונם של המדענים, אנשי העסקים והיהלומנים כבר שנים רבות. ממש כמו האלכימאים שביקשו להפוך עופרת לזהב, רבים ניסו ועדיין מנסים להגיע להישג המכובד של ייצור יהלום מעבדה.
בראשית דרכו החלום המדובר התחיל ברגל שמאל והיהלומים המלאכותיים הראשונים שיוצרו היו קטנים ובאיכות ירודה. דבר שמנע את ליטוש האבן כאבן חן ומן הסתם, מנע גם את שילובה בתעשיות התכשיטים השונות.
רק לאחרונה הטכנולוגיה לגידול יהלומים במעבדה השתפרה, איכות האבנים עלתה, המכונות עצמן הוזלו והתפוקה של היהלומים זינקה בצורה משמעותית. מה שכן, כל זה לא קרה מעצמו וכדי להפוך את הפנטזיה על גידול יהלומים במעבדה למציאות, השקיעו המפתחים זמן, אנרגיה ולא מעט כסף.
בחלוף הזמן, ייצור יהלומים שלא בדרך הטבע הפך לעניין שבשגרה וזאת הודות לעבודה שהפכה קלה יותר – במקום כריית יהלומים סיזיפית בתנאים קשים, ייצור מדויק ומכני בתנאי מעבדה נוחים.
איך הטבע מייצר גבישי יהלומים?
כאשר יהלומים נוצרים בטבע, תהליך התגבשותו של היהלום נעשה מתחת לאדמה עמוק מאוד, כמאה ושישים קילומטר מתחת לפני הקרקע. הסיבה למיקום הנמוך נעוצה בעובדה שבאופן טבעי תנאים של לחץ גבוה במיוחד וטמפרטורה גבוהה טובים יותר ליצירת יהלומים.
סוגי יהלומי מעבדה (יהלום CVD, יהלום HPHT)
נכון להיום ישנן שתי שיטות עיקריות לגידול יהלומי מעבדה – שיטת HPHT ושיטת CVD. מדובר אמנם בשיטות שונות, אבל גם מאוד דומות וזאת מאחר ושתיהן מחקות את התנאים הנחוצים לייצור יהלומים בטבע, של לחץ גבוה וטמפרטורה גבוהה.
יהלומי מעבדה (יהלום מלאכותי) בשיטת HPHT- High Pressure High Temperature
היהלומים הסינתטיים המוצלחים הראשונים נוצרו בשיטת HPHT על ידי חיקוי הטבע בייצור לחץ גבוה וטמפרטורה גבוהה. השיטה קיימת כבר עשרות שנים ומשמשת בעיקר לגידול יהלומים תעשייתיים. במסגרת השיטה משתמשים בשלושה תהליכי ייצור בסיסיים לגידול יהלומי HPHT ובכלל זאת מכבש החגורה, מכבש מעוקב ובית הכדור המפוצל – BARS.
המטרה של כל אחד מן התהליכים לעיל היא ליצור סביבה של לחץ וטמפרטורה גבוהים במיוחד, בה יכול להתרחש גידול יהלומים מיטבי. כל תהליך גידול מתחיל בזרע יהלום קטן, אשר מונח בפחמן ונכנס ללחץ וטמפרטורה גבוהים מאוד, המאפשרים את פיתוחו.
גידול יהלומי מעבדה בשיטת CVD – Chemical Vapor Deposition
CVD היא טכניקה אשר באמצעותה ניתן לגדל יהלומים מתערובת גז פחמן. בשלב הראשון בתהליך CVD מכניסים זרע יהלום, לרוב יהלום המיוצר על ידי HPHT בתא אטום ומחומם לכ-800 מעלות צלזיוס. התא מתמלא בגז עשיר בפחמן, בדרך כלל פחמן מסוג מתאן, בשילוב עם גזים אחרים.
לאחר מכן, הגזים מועברים לפלזמה באמצעות מיקרוגלים, לייזרים או טכניקות אחרות. היינון שעובר על זרע היהלומים, כלומר, התהליך שבמהלכו משתנה המטען החשמלי של אטום היהלום, מפרק את הקשרים המולקולריים בגזים. בשלב הזה הפחמן הטהור דבק בזרע היהלום ומתגבש לאיטו לכדי גביש – אטום אחר אטום, שכבה אחר שכבה.
יתרונות ה-CVD על פני HPHT
לכאורה נראה שמדובר בשתי שיטות זהות לייצור יהלומים, אך חשוב להבין שלתהליך ה -CVD ישנם כמה יתרונות על פני תהליך HPHT. ראשית, בתהליך ה-CVD אין צורך בהשקעה מרובה של אנרגיה ולחצים והטמפרטורות, אף על פי שהן גבוהות, אינן צריכות להיות גבוהות כמו בתהליך ה -HPHT.
שנית, תהליך ה-CVD מאפשר שליטה על הסביבה בתא הצמיחה ובכך מספק יכולת קריטית בשליטה על תכונות היהלום המוגמר. בזכות יתרון זה, במבחן התוצאה ניתן לייצר יהלומים שהם אולי קטנים יותר מאלו המתקבלים בשיטת ה-HPHT, אך לרוב באיכות טובה יותר.
שלישית, היהלומים בשיטת CVD אמנם אינם גדולים כמו היהלומים בשיטת HPHT, אך מחקרים רבים שנעשו ברחבי העולם בתחום של אדים כימיים מוכיחים שביחס ליהלומי ה-HPHT הם יותר עמידים ואיכותיים. לא זאת בלבד, אלא שבכל שנה שעוברת הטכנולוגיה משתפרת ומאפשרת להפיק יהלומים גדולים, גם ב-CVD.
לסיכומו של עניין, נראה שרק הזמן יגיד אם ומתי יהלומי ה-CVD יצליחו להגיע לגודל של חבריהם ממשפחת ה-HPHT ולהשתלב בתכשיטים בכל הצורות והגדלים. עם זאת ועל אף הפרשי הגדלים המתקבלים בשתי השיטות, מרבית העוסקים בתחום עדיין מעדיפים לבחור בשיטת ייצור יעילה עם תוצר קטן, על פני אופן ייצור קשה ומסורבל יותר, שמאפשר להפיק יהלומים גדולים.
מעבר לקטגורית יהלומי מעבדה באינדקס ג'ולר
