Synthetische Diamanten

Da der Diamant ist ein sehr begehrter Edelstein, gab es schon seit längerem Überlegungen Diamanten synthetisch herzustellen. Mit synthetischen Diamanten sollte die Nachfrage nach diesen Edelsteinen gedeckt werden. Erstmals wurde 1955 ein künstlicher Diamant produziert. Die Entstehung von synthetischen Diamanten verdanken wir dem so genannten Hochdruck-Hochtemperatur-Verfahren (HPHT). Synthetische Diamanten können entstehen, wenn Graphit in einer Presse sehr hohen Drücken (bis zu 60 000 Bar) und Temperaturen von mehr als 1500°C ausgesetzt wird. Unter diesen Druck- und Temperaturverhältnissen wandelt sich der Graphit in Diamant um, weil die Form des Diamanten unter diesen Bedingungen die thermodynamische günstigere Modifikation des Kohlenstoffs darstellt. Um die Reaktion zu beschleunigen, werden verschiedene Katalysatoren eingesetzt. Diese minimieren die Aktivierungsenergie und es kommt zur schnelleren Phasenumwandlung. Mit dieser Methode ist es weiterhin möglich den hexagonalen Bornitrid in einen kubischen Bornitrid umzuwandeln. Dieser kubische Bornitirid ist von der Härte her nicht ganz so hart wie der Diamant, er ist aber gegenüber Sauerstoff und hohen Temperaturen beständiger.

Neben der Hochdruck-Hochtemperatur-Technik wurde auch eine Synthese von Diamanten mittels Schockwellen entwickelt. Hierbei werden sehr hohe Drücke, vergleichbar mit den Drücken bei Explosionen, erzeugt. Die Schockwellensynthese bringt Diamantpulver in nahezu allen Feinheiten hervor.

Eine weitere Möglichkeit, um synthetische Diamanten zu produzieren, ist die Beschichtung von unterschiedlichen Substraten mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD).  Bei dieser Methode werden in einer unter Vakuum stehenden Kammer wenige Mikrometer dünne Schichten aus Diamant auf die Substrate abgeschieden. Als Substrate können dabei zum Beispiel Hartmetallwerkzeuge dienen. Als Ausgangsstoffe werden Methan und Wasserstoff herangezogen. Beides befindet sich in einem Gasgemisch. Methan stellt dabei die Kohlenstoffquelle dar. Das Vorhandensein von atomarem Wasserstoff dient dazu, dass der sich zuerst bildende Graphit mit seiner geringeren Dichte zersetzt und damit der Entstehung vom Edelstein Diamant nichts mehr im Wege steht.