과학자들은 고압고온(HPHT)과 화학기상증착(CVD)이라는 두 가지 주요 방법을 사용하여 다이아몬드를 성장시킵니다.
HPHT 방법은 높은 압력과 온도로 인해 탄소 원자가 다이아몬드로 결정화되는 지구 맨틀의 자연 조건을 그대로 재현합니다.
이와는 대조적으로 CVD 방식은 낮은 압력에서 높은 온도로 기체의 탄소 원자를 다이아몬드 씨앗에 증착하는 방식입니다.
과학자들은 다이아몬드를 어떻게 성장시킬까요? 4가지 주요 방법 설명
1. 고압고온(HPHT) 방법
HPHT 방법은 일반적으로 약 5 GPa의 매우 높은 압력과 약 1500°C의 온도를 생성할 수 있는 장치 내의 캡슐에 작은 다이아몬드 씨앗을 넣는 방식입니다.
캡슐에는 탄소 공급원(주로 흑연)과 철, 니켈 또는 코발트와 같은 금속 용융 플럭스가 들어 있습니다.
이 플럭스는 다이아몬드 성장에 필요한 온도와 압력을 낮추는 데 도움이 됩니다.
흑연의 탄소는 용융 금속에 녹아 더 차가운 다이아몬드 씨앗 쪽으로 이동하여 결정화됩니다.
이 과정은 며칠에서 몇 주가 걸릴 수 있으며, 이 기간 동안 하나 또는 여러 개의 다이아몬드 결정이 성장합니다.
결정이 원하는 크기에 도달하면 제거, 절단 및 연마합니다.
2. 화학 기상 증착(CVD) 방법
CVD 방법은 메탄과 같이 탄소가 풍부한 가스로 채워진 밀폐된 챔버에 다이아몬드 씨앗을 넣는 방식입니다.
챔버는 700°C에서 1300°C 사이의 온도로 가열되며, 압력은 HPHT 방식보다 훨씬 낮습니다.
이러한 조건에서 가스 분자가 분해되고 탄소 원자가 다이아몬드 씨앗에 침착되어 다이아몬드가 층층이 쌓입니다.
이 과정도 몇 주가 걸리며, 성장 시간은 다이아몬드의 최종 크기에 직접적인 영향을 미칩니다.
성장 후 다이아몬드는 잔여 흑연 층을 제거하고 품질을 개선하기 위해 추가 처리를 거칠 수 있습니다.
3. 20세기 중반 이후 개선
두 가지 방법 모두 20세기 중반에 처음 개발된 이후 개선되었습니다.
이를 통해 산업용 및 보석용으로 모두 적합한 더 크고 보석 품질의 다이아몬드를 생산할 수 있게 되었습니다.
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