最初の宝石品質の合成ダイヤモンドは、1970年にゼネラル・エレクトリック（GE）によって、高圧高温（HPHT）法の一種を使用して製造されました。黒鉛とニッケル溶媒を耐火粘土管に入れることで、科学者たちは1週間かけて1カラットまでの大きさのダイヤモンド結晶を成長させることに成功しました。
主なポイント：宝石品質を達成するには、炭素を粉砕する以上のことが必要でした。それは制御された温度勾配を必要としました。1970年のGEの画期的な進歩は、黒鉛を溶融金属溶媒に溶解させ、それがチャンバー内を移動してダイヤモンドの種に結晶化するという、地球の自然な地質学的力を厳密に模倣するものでした。
GEの製造方法（1970年）
これらの特定の石の作成は、材料の正確な配置と極端な物理的力に依存していました。
反応容器
このプロセスでは、反応を封じ込めるために耐火粘土管が使用されました。この材料は、圧力伝達能力があり、電気的および熱的絶縁体としても機能するため選択されました。
コンポーネントの配置
管内には、成長の基盤として機能するように、両端に薄いダイヤモンドの種が配置されました。供給材料である黒鉛は、管の中央に配置されました。炭素輸送を容易にするために、黒鉛源と種の間にはニッケル溶媒が配置されました。
成長環境
容器は約5.5 GPa（ギガパスカル）の巨大な圧力にさらされ、高温に加熱されました。これにより、黒鉛が溶融ニッケル溶媒に溶解する環境が作られました。
結晶化プロセス
1週間かけて、溶解した炭素は管の熱い中心から涼しい端に向かって移動しました。その後、金属溶媒から析出し、種の上に結晶化しました。これにより、約5 mmの大きさ（1カラット）の宝石品質の石が生成されました。
色と純度の制御
このプロセスの初期の結果は化学的には成功しましたが、美的には限定的でした。
窒素の課題
この方法で最初に製造されたダイヤモンドのバッチは、黄色から茶色の色でした。これは、初期のHPHT合成で一般的な問題である、成長プロセス中に存在する窒素汚染が原因でした。
無色石の実現
無色または「白い」ダイヤモンドを製造するために、研究者は「ゲッター」—特にアルミニウムまたはチタン—を導入しました。これらの金属は窒素と化学的に結合し、結晶格子から窒素を除去して、透明なダイヤモンドが形成されるようにしました。
青いダイヤモンドの作成
研究者たちはまた、プロセスを操作して意図的にファンシーカラーを作成できることも発見しました。成長環境にホウ素を追加することで、青いダイヤモンドの製造に成功しました。
トレードオフの理解：HPHT vs. 最新のCVD
GEの方法が道を切り開きましたが、この歴史的なHPHT方法が最新の代替手段である化学気相成長（CVD）と比較してどのように異なるかを理解することが重要です。
金属介在物（HPHT）
GEの方法は溶融金属溶媒（ニッケル）に依存していました。その結果、これらのダイヤモンドには、触媒由来の微細な金属介在物や不純物が含まれることが多く、これは透明度や磁性に影響を与える可能性があります。
成長メカニズム vs. ガスプラズマ（CVD）
HPHT法は地球の圧縮力を模倣しています。対照的に、最新のCVDは星間ガス雲でのダイヤモンド形成を模倣しています。CVDはプラズマを使用して中程度の圧力でガスを分解し、炭素を層ごとに堆積させます。これにより、金属溶媒なしで高い純度が得られることがよくあります。
目標に合わせた適切な選択
ダイヤモンド合成の歴史を理解することは、最新の合成石を評価するのに役立ちます。
- 歴史的な正確さが主な焦点の場合：初期の「白い」合成石は、天然石とは異なり、窒素を除去するためにアルミニウムまたはチタン添加剤を必要としたことに注意してください。
- 合成方法の特定が主な焦点の場合：1970年に使用された金属溶媒HPHTプロセスに特徴的な、明確な色帯または金属介在物を探してください。
- 純度が主な焦点の場合：最新のCVDは、金属汚染を回避し、結晶成長を正確に制御できるため、従来の溶媒ベースのHPHT方法よりも一般的に好まれます。
1970年のGEの画期的な進歩は、宝石品質のダイヤモンドが単なる地質学的な偶然ではなく、再現可能な化学工学の偉業であることを証明しました。
概要表：
| 特徴 | 1970 GE HPHT法詳細 |
|---|---|
| コアメソッド | 高圧高温（HPHT） |
| 圧力 | 約5.5 GPa |
| 溶媒/触媒 | 溶融ニッケル |
| 炭素源 | 黒鉛 |
| 成長時間 | 1週間 |
| 達成されたサイズ | 約1カラット（5 mm） |
| 色制御 | アルミニウム/チタン（無色用）; ホウ素（青色用） |
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