In einer Kreisstadt in Henan werden „Diamanten wie Kohl verkauft“? „Herausgewachsen“!

Zu Beginn dieses Jahres waren die Kultur- und Tourismusbüros im ganzen Land mit verschiedenen Aktivitäten beschäftigt und viele lokale, geheime „Spezialitäten“ gerieten ins Blickfeld der Öffentlichkeit. Noch erstaunlicher war Luoyang in Henan, wo Touristen großzügig Diamanten erhielten . Der größte hatte 1 Karat und an einem Tag wurden 100 Diamanten vergeben!

Einen Moment lang hatten die Internetnutzer große Fragezeichen in ihren kleinen Köpfen: Ist Henan nicht eine wichtige Agrarprovinz? Seit wann sind Diamanten Ihre Spezialität?

Das Bild stammt aus dem Internet

Tatsächlich ist Henan nicht nur ein guter Ackerbauer, sondern hat auch eine lange Tradition im Diamantenanbau. 80 % der künstlichen Diamanten der Welt stammen aus Henan , insbesondere aus dem Kreis Zhecheng in der Stadt Shangqiu.

Sind künstlich gezüchtete Diamanten echte Diamanten?

„Diamanten sind für die Ewigkeit.“ Dies ist die bekannteste Diamantenwerbung und gilt zugleich als die erfolgreichste Werbung des 20. Jahrhunderts. Aufgrund ihrer strahlenden Brillanz und ihrer engen Verbindung zu Liebe und Ehe waren Diamanten trotz ihres hohen Preises schon immer in aller Munde.

Wäre es nicht ideal, wenn Diamanten noch immer funkeln könnten, allerdings zu einem weitaus niedrigeren Preis als heute ? Hier kommen künstlich gezüchtete Diamanten ins Spiel.

Der englische Name für Zuchtdiamanten lautet „Lab Grown Diamond“, was wörtlich „künstlicher Diamant, der im Labor gezüchtet wurde“ bedeutet.

Sind das echte Diamanten? Natürlich!

Diamanten sind Edelsteindiamanten, die aus nahezu reinem Kohlenstoff bestehen und ein Allotrop von Kohlenstoffmaterialien wie Graphit sind. Im Inneren des Diamantkristalls ist jedes Kohlenstoffatom fest mit den vier umgebenden Kohlenstoffatomen verbunden, wodurch eine besondere dreidimensionale Struktur entsteht, die bei anderen Mineralien nicht zu finden ist. Diese dichte Struktur macht Diamanten zum härtesten Mineral in der Natur.

Vergleich der Strukturen von Diamant und Graphit. Beide bestehen aus Kohlenstoffatomen, weshalb wir aus Graphit Diamanten herstellen können. Bildquelle: wikimedia

Zuchtdiamanten sind, wie natürliche Diamanten, Kristalle, die aus reinen Kohlenstoffatomen bestehen. Hinsichtlich ihrer Kristallstruktur, ihrer physikalischen, chemischen und optischen Eigenschaften gibt es zwischen beiden im Wesentlichen keinen Unterschied. Ein Experte beschrieb die beiden anschaulich: „ Der Unterschied zwischen natürlich und künstlich ist wie der Unterschied zwischen Eis in einem Fluss und Eis in einem Kühlschrank .“

Künstlich gezüchtete Diamanten können von den drei großen Bewertungsagenturen der Diamantenindustrie zertifiziert werden, was zeigt, dass ihr Status als echte Diamanten offiziell anerkannt wurde. Im Jahr 2018 passte die US-amerikanische Federal Trade Commission ihre Definition von Diamanten an und ordnete Zuchtdiamanten erstmals der allgemeinen Kategorie der Diamanten zu.

Wie werden Diamanten gezüchtet?

Natürliche Diamanten sind tief in der Erde vergraben. Es handelt sich um ein kohlenstoffhaltiges Mineral mit einem gewissen Anteil an Eisengruppenmetallen. Es dauert Hunderte von Millionen Jahren, bis es in einer sauerstofffreien Umgebung bei einer hohen Temperatur von 900–1300 °C und einem hohen Druck von 45–60 kPa entsteht.

Die Entstehung natürlicher Diamanten dauert lange und ihre Gewinnung ist teuer. Die Herstellung von künstlich gezüchteten Diamanten in Edelsteinqualität dauert nur Wochen oder sogar Tage .

Derzeit gibt es zwei Hauptmethoden zum Züchten von Diamanten: eine ist die Hochtemperatur- und Hochdrucktechnologie (HPHT) ; die andere ist die chemische Gasphasenabscheidung (CVD).

Die Hochtemperatur- und Hochdrucktechnologie ist die gängige Diamantenzuchttechnologie in China, insbesondere in Henan. Das Hauptinstrument ist die Sechskant-Oberpresse . Der Syntheseprozess besteht darin, eine mit Graphitpulver, Diamantkörnern und einem Metallkatalysator umwickelte Graphitsäule in eine Reaktionskammer mit ultrahoher Temperatur und hohem Druck zu geben. Das Graphitpulver wird durch das Metallkatalysatorpulver katalysiert und kristallisiert auf den Körnern. Der Diamant wächst langsam um den Impfkristall herum und entsteht in etwa einer Woche. Schließlich wird er poliert und geschliffen, um ein glänzender neuer Diamant zu werden.

Schematische Darstellung des BARS-Systems, das Hochtemperatur- und Hochdrucktechnologie nutzt. Bildquelle: wikimedia

Die chemische Gasphasenabscheidung ist derzeit in Europa und den USA das am häufigsten verwendete Verfahren . Der grundlegende Prozess ist wie folgt: In einer Vakuumumgebung mit hoher Temperatur und niedrigem Druck werden Diamantsamen und kohlenstoffhaltige Gase zusammen in eine Reaktionskammer gegeben, um die aktiven Kohlenstoffatome im Gas zu zersetzen. Durch die Kontrolle der Wachstumsbedingungen werden die aktiven Kohlenstoffatome gleichmäßig auf den natürlichen Diamantscheiben abgelagert und bilden neue Diamanten. Nach zwei Wochen können die Diamantflocken zehnmal größer sein als ihre ursprüngliche Größe. Diese in Graphit eingewickelten Diamanten sind sehr rau und müssen mit Lasern zugeschnitten, geschnitten und poliert werden, um zu funkelnden Diamanten zu werden.

Rohdiamant, gezüchtet mithilfe der chemischen Gasphasenabscheidung. Bildquelle: wikimedia

Die beiden Anbaumethoden haben ihre eigenen Vor- und Nachteile und die Kerntechnologie liegt im Rohstoffverhältnis, dem Produktionsprozess und den Maschinen. Diamanten, die mit der CVD-Methode gezüchtet werden, haben einen langen Wachstumszyklus, sind teuer und ihre Farbe lässt sich nur schwer kontrollieren. Allerdings sind sie hochrein und eignen sich besser für die Synthese von Diamanten über 5 Karat. Diamanten, die mit der HPHT-Methode gezüchtet werden, wachsen schnell und sind kostengünstig, ihre Reinheit ist jedoch etwas geringer und es lassen sich keine größeren Diamantkristalle daraus züchten. Sie eignen sich für die Massenproduktion von 1 bis 5 Karat schweren Rohdiamanten .

Derzeit dominieren China, Indien und die Vereinigten Staaten die Märkte für die Produktion, Verarbeitung und den Einzelhandel von Zuchtdiamanten.

Warum können in Henan Diamanten in großen Mengen angebaut werden?

Die wichtigste Verwendung des Rohdiamanten – Diamant – war zunächst nicht die Veredelung, sondern die mechanische Bearbeitung.

In den 1950er Jahren gelang es einigen europäischen und amerikanischen Ländern, künstliche Diamanten mithilfe von Hochtemperatur- und Hochdruckverfahren, chemischer Gasphasenabscheidung und anderen Methoden zu synthetisieren.

Zur gleichen Zeit begann das neue China mit der Entwicklung der Fertigungsindustrie, im ganzen Land Standorte für den Bau von Fabriken für Schleifscheiben und die Massenproduktion von Schleifwerkzeugen auszuwählen. Aufgrund der Entdeckung einer großen Bauxitmine in Gongyi, Henan, wurde Chinas zweite Fabrik zur Herstellung von Schleifscheiben schließlich in Zhengzhou errichtet. Diese Schleifscheibenfabrik und das darin befindliche Zhengzhou Sanmo Institute (Forschungsinstitut für Schleifmittel und Schleifwerkzeuge) wurden später zur „Whampoa-Militärakademie“ für superharte Materialien Chinas.

Das Kernmaterial, das zur Herstellung von Schleifwerkzeugen benötigt wird, ist Diamant. Damals war China bei der Beschaffung von Diamanten auf Importe angewiesen. Um seine Industrialisierung zu beschleunigen, musste China seine eigenen künstlichen Diamanten entwickeln .

Mit einer solch historischen Mission übernahm das Zhengzhou Sanmo Institute 1960 dieses nationale Forschungsprojekt. Im Jahr 1963 gelang es China schließlich, seinen ersten künstlichen Diamanten zu entwickeln. Damit war es nach den USA, der Sowjetunion und anderen Ländern das fünfte Land, dem dies gelang . Künstliche Diamanten allein reichen jedoch nicht aus. Wenn Sie sie in Massenproduktion herstellen möchten, müssen Sie über Maschinen zur Diamantenherstellung verfügen.

Im Jahr 1965 arbeiteten das Zhengzhou Sanmo Institute und das Jinan Foundry and Forging Machinery Research Institute gemeinsam an der Lösung des Problems und entwickelten schließlich die erste Sechsseitenpresse meines Landes. Die Produktionseffizienz der Sechsseitenpresse ist 20-mal höher als die der ausländischen Zweiseitenpresse . Mit dem Aufkommen dieser „verdienstvollen Presse“ entwickelte sich Zhengzhou zu einem Zentrum für Schleifwerkzeuge und Schleifmittel, bildete viele technische Talente aus und etablierte Henans führende Position im Bereich superharter Materialien . Infolgedessen entwickelte sich China zu einem Zentrum für superharte Materialien und wandelte sich vom Importeur zum Exporteur. Laut Statistik gibt es in der Henan-Industrie für superharte Materialien etwa 300 Großunternehmen und 7 börsennotierte Unternehmen.

Techniker besprechen den Produktionsprozess. Bildquelle: Reporter der Nachrichtenagentur Xinhua, Yang Jing

Mit der Verbesserung der Technologie wird die Reinheit der Diamanten, die mit einer Sechskantpresse gezüchtet werden, immer höher und es ist leicht, die Standards für Edelsteindiamanten zu erreichen. Heute ist der Kreis Zhecheng in Henan die „Hauptstadt der künstlichen Diamanten“ Chinas und hat viele bekannte Unternehmen hervorgebracht.

Kostengünstige künstliche Zuchtdiamanten

Wird der Markt es kaufen?

Derzeit liegt der Einstiegspreis für natürliche Diamanten in Edelsteinqualität auf dem Markt bei etwa 20.000 pro Karat. Obwohl die hohen Abbaukosten ein Faktor sind, ist der Hauptgrund für die hohen Preise das Monopol der Diamantenvorkommen . Statistiken zeigen, dass 70 % der weltweiten Diamantenressourcen in den Händen der fünf größten Diamantenproduzenten liegen. Sie legen die Spielregeln für die gesamte Branche fest und verfügen über absolute Preissetzungsmacht.

Durch die Verbesserung der Technologie zur Züchtung künstlicher Diamanten ist die Qualität künstlicher Diamanten jedoch mit der natürlicher Diamanten vergleichbar und ihre Kosten betragen angeblich nur etwa 10 % der Kosten natürlicher Diamanten. Eine derart hohe Gewinnspanne hat sogar traditionelle Schmuckgiganten wie De Beers und Swarovski dazu bewogen, mit der Planung für den Markt für künstliche Diamanten zu beginnen, und auch Luxusmarken wie LVMH und GUCCI haben begonnen, in entsprechende Projekte zu investieren.

Bei Diamanten auf Sammlungsniveau sind Natürlichkeit und Seltenheit der Schlüssel zu ihrem Wert, doch als Alltagsaccessoires werden künstliche Diamanten aufgrund ihrer extrem hohen Kosteneffizienz allmählich von den Verbrauchern anerkannt und bieten vielversprechende Marktaussichten.

Verbraucher entscheiden sich für Schmuck mit künstlichen Diamanten. Bildquelle: Reporter der Nachrichtenagentur Xinhua, Yang Jing

Viele Menschen machen sich Sorgen darüber, ob man erkennen kann, dass sie Zuchtdiamanten tragen. Es ist für das bloße Auge völlig unsichtbar. Ob in Bezug auf Feuer, Reinheit oder Farbe, er ist einem echten Diamanten ebenbürtig . Der Unterschied kann nur durch die Verwendung großer Instrumente zur Erfassung der Spektren beider festgestellt werden. Mit der Entwicklung der Industrialisierung von Zuchtdiamanten wird der Preis für künstliche Diamanten weiter sinken.

Neben der Tatsache, dass es sich um einen Edelstein handelt

Künstlich gezüchtete Diamanten haben eine bessere Zukunft

Wunderschöne Diamanten, die wie Kunstwerke wirken, werden tatsächlich häufig im industriellen Bereich verwendet und sogar als „ Industriezähne “ bezeichnet.

Aufgrund ihrer extrem hohen Härte werden Diamanten schon seit langem in vielen Produktionsbereichen eingesetzt, vom Glasschneiden, manuellen Schleifen und Werkzeugmaschinen bis hin zur Öl- und Gasförderung, geologischen Erkundung, Kohle- und Mineraliengewinnung und neuen Energien.

Darüber hinaus verfügt Diamant selbst über stabile chemische Eigenschaften, ist säure- und alkalibeständig und weist eine extrem hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Es gilt als das ultimative Halbleitermaterial, das umweltfreundlicher, effizienter und idealer ist als „Silizium“.

Derzeit bestehen die meisten Halbleitermaterialien auf dem Markt aus Silizium. Silizium hat jedoch einige Schwächen: Es erhitzt sich leicht, lässt sich nicht effizient kühlen und ist eine Hauptquelle für Elektroschrott. Bei Diamanten gibt es diese Probleme überhaupt nicht. Diamanthalbleiter könnten die Leistungsdichte erhöhen und schnellere, leichtere und einfachere Geräte ermöglichen . Eine wichtige zukünftige Entwicklung für künstlich gezüchtete Diamanten ist ihre Anwendung in der optischen, thermischen und Halbleiterforschung.

Planung und Produktion

Autor: Adun, populärwissenschaftlicher Schöpfer

Gutachter: Gao Yuan, Associate Researcher, National Museum of Natural History

Planung von Lin Lin

Herausgeber: He Tong

Korrekturgelesen von Xu Lai und Lin Lin