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Produktionsverfahren : Diamanten aus der Retorte

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Ob großer Stein oder eher kleiner, die künstlichen Diamanten sind selbst von Experten nicht ohne weiteres von natürlichen Steinen zu unterscheiden Bild: mauritius images

In den Vereinigten Staaten haben Forscher zweier Unternehmen Produktionsverfahren für synthetische Diamanten etabliert. Ein hochkomplexes Computerprogramm hilft dabei.

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          Mehrere Dutzend schwarzer Zylinder, jeder mannshoch, beherrschen das Bild der Produktionsanlage der Gemesis Corporation in der kleinen Stadt Sarasota in Florida. Die Zylinder sehen aus wie Destillationsapparate für die Branntweinproduktion. Doch es wird kein Schnaps gebrannt, es werden Diamanten hergestellt. Genauer gesagt: Hier werden die geologischen Bedingungen exakt nachgeahmt, unter denen Diamanten entstehen. Nur dauert es nicht Tausende Jahre, bis aus Kohlenstoff ein Diamant geworden ist, sondern nur vier bis sieben Tage. Die synthetischen Steine entstehen wie ihre natürlichen Verwandten bei großer Hitze und unter großem Druck. Dieser Prozess wird von einer Produktions-Software gesteuert, die zwischen 500 und 1200 für die Prozesse wichtige Werte, wie Hitze und Druck, überwacht. Schon kleinste metallische Verunreinigungen oder Stickstoffabgaben im Mikrogramm-Bereich, verändern das Endresultat.

          Nur wenn die einzelnen Diamantschichten vollkommen gleichmäßig aufkristallisiert werden, ist das Endprodukt von einem natürlichen Stein auch unter dem Mikroskop nicht mehr zu unterscheiden. „Das ist ein hochkomplexer Prozess“, sagt Stephen Lux, Vorstandschef der Gemesis Corporation, deren Mit-Gründer Robert Chodelka die wissenschaftliche Basis für das Herstellungsverfahren gelegt hat. Grundlage des Produktionsverfahrens ist selbstredend Kohlenstoff. Den geben die Materialwissenschaftler in eine Keramikkapsel, direkt auf eine dünne Diamantschicht, und die Software sorgt für eine feine Dosierung von einem Lösungsmittel für Metalle sowie etwas Nickel und Eisen. Die Kapsel wird jetzt auf mehr als 1600 Grad Celsius erhitzt und einem Druck von mehreren Atmosphären ausgesetzt.

          Das lässt die Atombindungen des Kohlenstoffs zerbrechen. Die herausgebrochenen Kohlenstoffatome in der Keramikkapsel müssen danach zur Diamantschicht wandern, um dort eine stabile Verbindung mit den Diamantatomen einzugehen. Dafür müssen nicht nur Temperatur und Druck, Nickel- und Eisenabgaben oder die Stickstoffzufuhr ständig variiert werden: Den Kohlenstoffatomen müssen „Pfade“ zu den Diamantatomen gezeigt werden. Die Pfade bestehen aus einem Lösungsmittel für Metalle, das in unterschiedlichen Konzentrationen aufgebracht wird. So wächst dann Atom für Atom und Schicht für Schicht ein Diamant heran. Bei einem gelben Diamanten dauert dieser Kristallisationsprozess ungefähr 80 Stunden, ein blauer Diamant liegt bei mehr als 100 Stunden. Je nach Farbe muss mit unterschiedlichen Stickstoffgaben gearbeitet werden.

          Diamanten-Produktion bei Gemesis in Florida
          Diamanten-Produktion bei Gemesis in Florida : Bild: Hersteller

          Eine besondere Herausforderung stellt die Produktion weißer Diamanten und kleiner farbloser Steine dar, die in der Industrie eingesetzt werden, zum Beispiel in Bohrsystemen. Diese kleinen farblosen Steine kommen in der Natur so oft vor, dass sich ihre Synthese bis zum Jahr 2010 überhaupt nicht lohnte. Doch eine verbesserte Softwareversion hat die Produktion selbst für farblose Steine wirtschaftlich interessant werden lassen. Farbige Steine werden von der Schmuckindustrie nachgefragt. Diese sind zwar ungefähr 30 Prozent preiswerter als in Minen geschürfte Diamanten, erlauben aber, erhebliche Mittel in die Syntheseverfahren zu stecken. Die produzierten, synthetischen Klunker sind in der Regel höchstens daumennagelgroß, wobei sie theoretisch noch größer werden könnten, doch dann wird selbst die Synthese unwirtschaftlich.

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