Merken Drucken 04.04.2005, 18:26 Schriftgröße: A A A

Diamanten: Gekonnt gezüchtet

Noch nie hatte die Edelsteinhalle der Basel World, der bedeutendsten Schmuckmesse der Welt, so viele Materialwissenschaftler zu Besuch wie in diesen Tagen. Der Grund: Eines der Topthemen sind gezüchtete Diamanten. von Peter Welchering

Wissenschaftler der Universität Florida haben ein Verfahren zur industriellen Herstellung von Diamanten entwickelt, bei dem der gezüchtete Stein kaum noch von einem natürlichen Diamanten zu unterscheiden ist. Mineralogen der amerikanischen Gemesis Corporation aus Sarasota, Florida, bringen dieses Verfahren derzeit zur Marktreife.

"Wir stellen Diamanten her, wie die Natur das auch tut", sagt Robert Chodelka, der das Verfahren maßgeblich entwickelt hat. "Nur, dass wir in vier bis sieben Tagen erreichen, wofür die Natur viele Tausend Jahre braucht." Die Forscher ahmen die geologischen Bedingungen nach, unter denen Diamanten entstehen. "Im Wesentlichen sind das hoher Druck und hohe Temperaturen", sagt Robert Chodelka. Seine "cultured diamonds" haben einen entscheidenden Vorteil gegenüber den in Minen geschürften Steinen: Sie sind preisgünstiger. Ein diamantbesetztes Schmuckstück, das bisher beim Juwelier für 3000 bis 3500 $ angeboten wird, kostet mit Zuchtdiamanten etwa 2000 $.

"Ein hoffnungsvoller Anfang" für Zuchtdiamanten

8 Mrd. $ haben die Edelsteinhändler im Jahr 2004 allein an der Antwerpener Diamantenbörse umgesetzt. Dafür wurden dort Edelsteine von ungefähr zehn Millionen Karat gehandelt, weltweit sogar im Wert von über 100 Millionen Karat. Den Anteil der Zuchtdiamanten schätzen Analysten in diesem Jahr auf 20.000 Karat. "Ein hoffnungsvoller Anfang", sagt Robert Chodelka.

Die Wissenschaftler züchten ihre Diamanten in großen schwarzen Zylindern. In die Zylinder kommt eine Keramikkapsel, die mit einer dünnen natürlichen Diamantschicht ausgelegt ist. Dazu kommen noch Kohlenstoff und ein Lösungsmittel für Metalle. Die Keramikkapsel wird auf über 1600 Grad Celsius erhitzt und einem Druck von mehreren Atmosphären ausgesetzt. Unter diesen Bedingungen zerbrechen die Atombindungen des Kohlenstoffs. "Die einzelnen Kohlenstoffatome wandern dann wie Ameisen auf einer Ameisenstraße den von uns angelegten Pfaden zur Diamantschicht entlang", sagt Diamantexperte Christoph Tutsch.

Diese Pfade für die gezielte Wanderung der Kohlenstoffatome bestehen aus einem Lösungsmittel für Metalle. Sie zeigen jedem Kohlenstoffatom gewissermaßen den Weg, wie es die von der Natur gewünschte stabile vieratomige Verbindung mit dem Diamant-Kristall eingehen kann. So wächst Atom für Atom und Schicht für Schicht ein Diamant heran. Je größer er werden soll, umso mehr Kohlenstoffschichten müssen aufkristallisiert werden.

Zuchtausbeute soll verbessert werden

"Hitze und Druck sind dabei nur zwei von über 500 Prozessvariablen, die alle gleichzeitig überwacht und teilweise im Stundentakt verändert werden müssen", sagt Christoph Tutsch. Kleinste metallische Verunreinigungen oder Stickstoffgaben im Mikrogrammbereich verändern schon das Ergebnis. Nur wenn die einzelnen Diamantschichten gleichmäßig aufkristallisiert werden, ist das Endprodukt von einem natürlichen Stein nicht mehr zu unterscheiden.

Jetzt wollen die Wissenschaftler ihre Arbeit noch perfektionieren: Die Zuchtausbeute soll verbessert werden und das Wachsen der Steine beschleunigt. Außerdem möchten die Forscher aus Florida die Produktion so weit vereinfachen, dass sich auch die Herstellung von weißen Steinen und Industriediamanten, wie sie etwa in Bohrern eingesetzt werden, lohnt. Das ist bisher aus wirtschaftlichen Gründen noch nicht sinnvoll.

Forscher und Schmuckdesigner sind begeistert

Ein schnelleres Diamantwachstum wollen die Materialwissenschaftler aus Florida mit einer ausgeklügelten Stickstoffbehandlung erreichen. "Die ersten Versuche sind sehr ermutigend", berichtet Chodelka; zumal auch die Reinheit der gezüchteten farbigen Diamanten durch die Stickstoffgabe noch einmal verbessert wurde. Weder mit einer Lupe noch mit einem Mikroskop sind sie von einem natürlichen Diamanten zu unterscheiden.

Nicht nur die Forscher, auch Schmuckdesigner sind begeistert. Große, üppige Schmuckstücke liegen im Trend, die mit den in der Mehrzahl kleinen geschürften Diamanten nicht gefertigt werden können. "Hier entsteht gerade ein ganz neues Marktsegement", sagt Christoph Tutsch, "vergleichbar mit der Entwicklung der Zuchtperlen."

Rascher Fortschritt Handarbeit Russische Geologen entwickelten einst das Verfahren zur Diamantenzucht. Die Handarbeit führte aber zu Brüchen und Rissen in den Steinen.

Computerproduktion Heute läuft die Zucht computerisiert ab. Der Produktionsprozess wird genau kontrolliert. Ein "cultured diamond" ist kaum noch von einem natürlichen Stein zu unterscheiden.

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