S) Le tecnologie (e le scienze) della cosa artificiale

La produzione del diamante sintetico

Vi sono diversi metodi utilizzati per la produzione di diamanti sintetici. Il metodo originale utilizza alta pressione ed alta temperatura (HPHT), ed è ancora ampiamente utilizzato a causa del suo costo di produzione relativamente basso.  

Alta pressione, alta temperatura (HPHT)

Un disegno schematico di una sezione verticale trasversale:

 l'unità centrale, tenuta dai semigusci dello stampo (dies) ai lati, è compressa in senso verticale da due incudini (anvils)

Nel metodo HPHT, sono state realizzate tre diversi modelli di presse utilizzate per fornire la pressione e la temperatura necessarie per la produzione di diamanti sintetici: la pressa a cinghia, la pressa cubica e la pressa split-sphere (BARS). L'invenzione originale della General Electric di Tracy Hall, utilizza la pressa a cinghia. In questa pressa l'incudine superiore e inferiore forniscono il carico di pressione necessario, ad una cella cilindrica interna. Questa pressione interna è limitata a raggiera da una cintura di fasce d'acciaio. Le incudini servono anche come elettrodi che forniscono corrente elettrica alla cella compressa. Una variante della pressa a cinghia utilizza la pressione idraulica, piuttosto che le cinghie in acciaio, per confinare la pressione interna. Le presse a cinghia sono ancora oggi utilizzate, ma sono costruite su una scala molto più grande di quelle del progetto originale.

La seconda tipologia è la pressa cubica. È dotata di sei incudini che forniscono simultaneamente la pressione su tutte le facce di un volume a forma di cubo. La prima pressa multi-incudine era a forma tetraedrica, e utilizzava quattro incudini convergenti su un volume a forma di tetraedro. La pressa cubica venne creata di lì a poco per aumentare il volume sul quale viene applicata la pressione. Una pressa cubica è in genere più piccola di una pressa a cinghia e può raggiungere più rapidamente la pressione e la temperatura necessaria per creare il diamante sintetico.

Tuttavia, la pressa cubica non può essere facilmente progettata per grandi volumi: il volume pressurizzato può essere aumentato utilizzando grandi incudini, ma questo aumenta anche la forza necessaria agli incudini, per raggiungere la stessa pressione. Un'alternativa è quella di aumentare il rapporto superficie / volume pressurizzato, utilizzando più incudini in grado di convergere su un solido platonico di ordine superiore, come un dodecaedro. Tuttavia, una tale pressa risulta complessa e difficile da produrre.

schema di un sistema BARS

La macchina BARS è la più compatta, efficiente ed economica di tutte le presse per la produzione di diamanti. Nel centro di un dispositivo BARS è situata una "capsula di sintesi" cilindrica in ceramica di circa 2 cm3. La cella è collocata in un cubo di materiale, ed è atta a favorire la trasmissione della pressione, ad esempio la pirofillite ceramica, pressata da incudini interni in carburo cementato (ad esempio, carburo di tungsteno o in lega VK10). La cavità ottaedrica esterna viene premuta da 8 incudini esterni in acciaio. Dopo il montaggio, il tutto è bloccato in una "botte" di un diametro di circa 1 metro. La botte è riempita di olio, pressurizzata nella fase di riscaldamento, e trasferito alla cella centrale. La capsula di sintesi è riscaldata da un riscaldatore coassiale in grafite, mentre la temperatura è misurata mediante una termocoppia.