Wie Diamanten stärker funkeln
Mehr Glanz und Klarheit: US-Forscher haben nicht nur einen Weg gefunden, die Eigenschaften synthetischer Diamanten zu beeinflussen; sie sind auch in der Lage, Steine mit mehr Karat herzustellen.

Der amerikanischen Forschergruppe um Chih-shiue Yan von der Abteilung Geophysik der Carnegie Institution ist es gelungen, den Herstellungsprozess für einkristalline Diamanten noch weiter zu verbessern. Ein neues kostengünstiges Verfahren, bei dem die Kunstdiamanten mittels niedrigem Druck und hoher Temperatur gezüchtet werden, ermöglicht es, die Farbe der synthetischen Steine zu beeinflussen, wie die Forscher im Fachmagazin „Proceedings of the National Academies of Science“ berichten.
„Es ist erstaunlich zu sehen, wie ein brauner Diamant eine weiße oder pinke Farbe annimmt“, sagt Yan. Er ist überzeugt, dass das neue Verfahren, die Edelsteinindustrie dabei unterstützen kann, echte von unechten Diamanten besser zu unterscheiden.

Welche Farbe darf es sein?
Der wissenschaftliche Durchbruch ermöglicht es nicht nur, den Kunstdiamanten eine neue Optik zu verleihen, „durch die neue Methode können wir eine unbegrenzte Zahl der empfindlichen Kristalle züchten“, sagt Ho-kwang Mao. Um einen Industriediamanten herzustellen, bedarf es eines gewaltigen Drucks von über 60 000 bar, Temperaturen von über 1400 Grad und Fingerspitzengefühl: Beim sogenannten Annealing, dem Erhitzen, kann es passieren, dass die Kunststeine sich in Graphit verwandeln. Solche Hochdruck-Hochtemperatur-Verfahren sind nicht nur teuer, es lässt sich zudem nur eine bestimmte Menge an Steinen verarbeiten.
Seit Jahren forscht das Team an der Herstellung künstlicher Diamanten. Vor vier Jahren gelang ihnen der erste Durchbruch. Die Wissenschaftler erzeugten synthetische Diamanten, die sogar 50 Prozent härter sind als echte Diamanten. Zudem gelang es ihnen, binnen eines Tages zentimetergroße Kristalle züchten, und das 100-mal schneller als mit bisher bekannten Techniken.
Forschungsleiter Russel Hemley ist überzeugt, dass die neuen Ergebnisse einen wichtigen Schritt für die Industrie bedeuten: „Durch den neuen Herstellungsprozess ist es möglich, eine verbesserte Generation von Kunstdiamanten zu züchten, die zum Beispiel bei der Herstellung von Glas oder Hochdruckpressen eingesetzt werden. Auch für die Computerherstellung könnten die Forschungsergebnisse richtungweisend sein.

Blauer Diamant

Diamant besteht aus reinem Kohlenstoff und kann bei hohem Druck und Temperaturen von 1600 Grad künstlich hergestellt werden. Dieser Kohlenstoff hat die größte Härte aller bisher bekannten Feststoffe. In der Natur entstand er unter ähnlichen Bedingungen in etwa 180 Kilometern Tiefe, und zwar vor etwa 660 bis 3300 Millionen Jahren. Im Laufe der Erdgeschichte wurden Diamanten bei vulkanischen Aktivitäten an die Erdoberfläche gedrückt. Farbige Diamanten sind erheblich wertvoller als farblose, wobei blaue Diamanten wegen ihrer Seltenheit eine Spitzenstellung einnehmen. Sie machen nur etwa 0,1 Prozent der im Erdreich gefundenen Diamanten aus. Der Wittelsbacher Diamant ist mit 35,50 Karat (= 7,10 Gramm) der zweitgrößte blaue historische Diamant nach dem Hope-Diamant mit 45,52 Karat (= 9,10 Gramm).

Rosa-rot statt hässlich-braun
Umfärbung von Diamanten

Die künstlichen Diamanten der Zukunft könnten klar, durchscheinend und an die 200 Gramm schwer sein. Ermöglichen soll dies ein neues Verfahren US-amerikanischer Forscher des Carnegie-Instituts in Washington. Die Gruppe um Russell Hemley verwandelte unansehnlich-braune Industriediamanten in klare, rosa-getönte Kristalle. Darüber berichten sie in den "Proceedings" der US-Akademie der Wissenschaften ("PNAS").

"Bisher haben wir mit unserem Prozess schon Diamanten von mehr als zehn Karat hergestellt", berichtete Yu-Fei Meng auf Nachfrage. Ein Karat entspricht einem Gewicht von 0,2 Gramm. Grundsätzlich gebe es aber keine Größenbeschränkung, ergänzte Koautor Ho-kwang Mao. Er rechne damit, auch klar-schimmernde Diamanten mit einem Gewicht von tausend Karat herstellen zu können.

Schnell gewachsen, aber nur bräunlich
Künstliche Diamanten lassen sich schon seit längerem schnell und kostengünstig durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) erzeugen: Dabei wachsen die Kristalle in einer methanhaltigen Atmosphäre bei niedrigen Drücken und hohen Temperaturen. Solche CVD-Diamanten können durchaus beliebig groß werden, jedoch sind die Kristalle wenig schön anzusehen: Je schneller sie wachsen, desto bräunlicher werden sie. Die Gruppe um Meng beschleunigte die CVD-Methode, erhitzte dann aber die wenig anschaulichen Kristalle im Mikrowellenplasma bei Unterdruck auf bis zu 2000 Grad Celsius.

Die Kristalle veränderten so ihre Struktur und Farbe. "Es ist verblüffend zu sehen, wie sich dabei die braunen CVD Diamanten in klare, rosa-getönte Kristalle verwandeln", schilderte Chihshiue Yan. Nach Angaben der Forscher tritt die Verwandlung ein, weil Fehler in der Struktur des Kristalls "ausheilen". Das neue Verfahren sei zudem kostengünstig und für Diamanten jeder Größe geeignet. Industriediamanten sind aufgrund ihrer unschlagbaren Härte begehrtes Material für Bohr-, Schneidund Schleifwerkzeuge.