La formación de diamantes requiere condiciones de alta temperatura y alta presión. Se necesitan alrededor de 2.500 grados Fahrenheit y 825.000 libras por pulgada cuadrada de presión para formar un diamante en bruto. Estas condiciones extremas se encuentran de forma natural a unos 160 kilómetros por debajo de la superficie de la Tierra. La formación de diamantes se produce a profundidades superiores a unos 150 km, existiendo aún la posibilidad de formación hasta unos 1500 km.
Los diamantes suelen estar asociados a la roca Kimberlita, donde cristalizan cuando la Kimberlita está en forma de magma. A continuación, los diamantes son transportados cuando la Kimberlita es impulsada hacia arriba por el exceso de presión ejercido por el CO2. Tras ser expulsados cerca de la superficie terrestre, los diamantes pueden permanecer en la erupción de la Kimberlita o distribuirse en depósitos aluviales cerca de los ríos y el mar a través de procesos naturales de erosión.
Los diamantes sintéticos también pueden crearse mediante técnicas de fabricación a alta presión y alta temperatura (HPHT). Se utilizan tres procesos básicos: la prensa de cinta, la prensa cúbica y la prensa de esfera partida (BARS). Cada proceso tiene por objeto crear un entorno de presión y temperatura extremadamente altas en el que pueda producirse el crecimiento del diamante. Se coloca una pequeña semilla de diamante en carbono y se somete a estas condiciones para facilitar el crecimiento del diamante.
La prensa de cinta, por ejemplo, utiliza yunques superiores e inferiores para generar una presión superior a 1,5 millones de libras por pulgada cuadrada y una temperatura superior a 2.000 grados Celsius. En este entorno, el carbono puro se funde y comienza a formarse en diamante alrededor de la semilla inicial. Sin embargo, hay que señalar que la mayoría de los diamantes artificiales producidos hoy en día no son de calidad gema y se utilizan principalmente para aplicaciones industriales.
También se han realizado esfuerzos para sintetizar diamantes a temperaturas y presiones más bajas. En 1953, se logró el crecimiento del diamante en la superficie de un cristal semilla de diamante natural a una temperatura de unos 900 grados Celsius utilizando la descomposición térmica de gases que contienen carbono. Esta técnica precedió al método de alta presión y alta temperatura (HPHT) desarrollado por GE en 1955.
En condiciones de laboratorio, los diamantes pueden sintetizarse utilizando diversas fuentes de carbono, que van desde estructuras cero-dimensionales (0-D) a estructuras tridimensionales (3-D). La elección de la fuente de carbono determina el método de síntesis utilizado, que puede ir desde la síntesis a alta presión hasta la deposición química en fase vapor (CVD). Es importante señalar que las propiedades de los diamantes sintetizados en laboratorio son casi idénticas a las de los diamantes monocristalinos naturales.
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