Lab Grown Diamonds (LGD)

Im Labor gezüchtete Diamanten haben nicht nur als Industrie-Diamanten in den letzten Jahrzehnten an Bedeutung gewonnen. Da der Diamanten-Markt immer deutlicher erkennbare Schattenseiten entwickelt hat, erscheinen Labordiamanten, die in einem kontrollierten, technischen Prozess entstehen, inzwischen nachhaltiger für die Natur und ethischer für den Menschen.

Natürliche Rohstoffe für die Kriegsmaschinerie

Der oft menschenrechtsverletzende Abbau und Handel von Edelsteinen, insbesondere Diamanten, hat in den letzten Jahrzehnten den Begriff „Blutdiamanten“, bzw. „Konfliktdiamanten“ geprägt, sodass manche Schmuckliebenden mit dementsprechend monetären Mitteln aus moralischen Gründen eine Alternative zu den glitzernden Kostbarkeiten suchen. Vor allem die Gewinne aus illegal geschürften Diamanten finanzieren beispielsweise Kriege und Waffenlieferungen in Krisengebiete, um Konflikte am Laufen zu halten und zu verschärfen.

Marketing-Instrument „Künstliche Verknappung“

Seit bekannt ist, dass Diamanten-Konzerne wie „De Beers“ außerdem im Luxus-Schmuckbereich mit der Strategie einer künstlichen Verknappung die enorm hohen Preise der Diamanten hochhalten, erscheint der ganze Markt immer dubioser. De Beers kontrolliert dabei geschätzte 40 Prozent des gesamten Diamanten-Weltmarktes, sodass trotz eines ausreichenden Diamanten-Vorkommens die Preise stets stabil bleiben. Diese Verknappung des Angebots dient dazu, dass wirtschaftliche Interessen gewahrt bleiben. Denn Diamanten sollen niemals für „Otto Normalverbraucher“ erschwinglich werden. So bleiben Diamanten weiterhin ein „Machtinstrument“ für skrupellose Regierungen, um mit ihnen gewalttätige Mittel für ihren Machtanspruch zu finanzieren, denn Geld ist Macht.

Die Entmystifizierung des „Unbesiegbaren“

Als im Jahre 1797 der englische Chemiker „Smithson Tennant“ (1761 – 1815) entdeckte, dass Diamanten eigentlich nur aus reinem Kohlenstoff bestehen, war das der Startschuss für das Rennen um die künstliche Herstellung von Diamanten. Allerdings sollte es erst Mitte des 20. Jahrhunderts gelingen, die erste Diamant-Synthese herzustellen.
Nachdem viele Versuche zuvor gescheitert waren, meldeten der schottische Chemiker „J. B. Hannay“ und später auch der französische Chemiker „F. F. Henri Moissan“ Ende des 19. Jahrhunderts erste angebliche Erfolge an. Doch es gelang lange nicht ihre Methode erfolgreich zu wiederholen, obgleich der englische Wissenschaftler „Sir W. Crookes“ und der deutscher Chemiker „O. Ruff“ dies Anfang des 20. Jahrhunderts behaupteten.
Erst im Jahre 1926 gelang es „Dr. J. W. Hershey“ nach den Vorgaben von Moissan und Ruff einen synthetischen Diamanten zu replizieren, der bis heute im „McPherson Museum“ der gleichnamigen Stadt des US-Bundesstaats Kansas ausgestellt ist.

Geheime Forschungen in Stockholm

Im Februar des Jahres 1953 gelang es dem größten Hersteller von Elektrogeräten in Schweden ASEA (Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget) erstmals einen synthetischen Diamanten herzustellen. Bereits seit dem Jahre 1942 arbeitete ein geheim gehaltenes, kleines Forschungsteam daran, taugliche Diamanten mit Edelstein-Qualität für die Schmuckindustrie zu entwickeln. Als dieser Versuch jedoch nicht gelang, trotz eines großen Hochdruckofens, der speziell für diesen Zweck entwickelt worden war, unterließ man in der Folge die Veröffentlichung der Forschungsergebnisse und die Patentanmeldung des nicht lukrativen Herstellungsverfahrens.
Erst zwei Jahre später stellte man die Forschungen der Öffentlichkeit vor, nachdem im Februar des Jahres 1955 die Konferenz des Multi-Konzerns „General Electric“ (GE) stattgefunden hatte.

„General Electric“, Bridgman and Hall

Auch in US-Amerika starteten mehrere Unternehmen zusammen mit GE bereits im Jahre 1941 eine groß angelegte Zusammenarbeit, um ein Verfahren für eine künstliche Herstellung von Diamanten zu entwickeln. Nach einer Unterbrechung durch den Zweiten Weltkrieg, setzte man die Cooperation im Jahre 1951 weiter fort. In den Laboren von GE arbeitete fortan eine Gruppe aus spezialisierten Wissenschaftlern unter nicht nur sprichwörtlichem „Hochdruck“, zu denen sich schließlich unter anderem auch der renommierte Chemiker „H. T. Hall“ gesellte.
Das Team verbesserte die „Diamant-Stempel-Presse“ (Diamant-Stempel-Zelle) des amerikanischen Physikers „P. W. Bridgman“, der im Jahre 1946 für seine Erfindung den Nobelpreis auf dem Gebiet der „Hochdruck-Physik“ erhalten hatte. Bei diesem DAC-Gerät (Diamond Anvil Cell) wirkt ein sehr hoher Druck auf eine kleine Fläche, sodass Materialproben stark komprimiert werden.

Der erste Labordiamant

Nachdem der Chemiker „H. T. Hall“ eine weitere Veränderung an dem DAC-Gerät vorgenommen hatte, gelang es ihm schließlich Ende des Jahres 1954 mit seiner „Bandpresse“ die ersten Diamant-Synthesen herzustellen. Dabei erreichte die größte Synthese unter ihnen gerade einmal einen Durchmesser von 0,15 Millimetern. Das war zu klein für die Schmuckindustrie, aber reichte aus für industrielle Schleifmittel.
Endlich hatte man ein verlässliches Verfahren gefunden, mit dem man künstliche Diamanten reproduzieren konnte. Auch wenn die Exemplare noch sehr winzig ausfielen, so waren sie trotzdem tatsächliche „Meilensteine“ für die Menschheit.
Hall verwendete einen Behälter aus dem häufig vorkommenden Schicht-Silikat „Pyrophyllit„, in dem er Graphit in einer Schmelze aus Nickel, Eisen oder Kobalt auflöste. Dabei wirkten die Metalle nicht nur als Lösungsmittel für den Graphit, sondern zusätzlich auch als Katalysator, um die Umwandlung von Graphit in Diamant zu beschleunigen. Da sich Halls Methode immer wieder unter den gleichen kontrollierten Bedingungen reproduzieren ließ, erfolgte im Februar des Jahres 1955 die Veröffentlichung der Forschungsergebnisse auf der GE-Pressekonferenz.
Da General Electric anschließend ein Patent auf die Herstellungsmethode und die weiterentwickelte DAC-Presse anmeldete, verließ Hall die Forschungsgruppe, um ein eigenes Gerät zu entwickeln. Dabei durfte er jedoch nicht die Patentrechte seines ehemaligen Arbeitgebers verletzen. Im Jahre 1958 gelang es Hall eine Vorrichtung mit vier Stempeln zu entwickeln, die unter hohem Druck ebenfalls synthetische Diamanten pressen konnte.

„Lab Grow Diamonds“ in Edelstein-Qualität von GE

Bis zum künstlichen „Edelstein“ war der Weg jedoch noch lang. Es dauerte weitere 16 Jahre, bis den Wissenschaftlern von GE der erste Diamant-Kristall in Qualität und Größe eines Edelsteins glückte.
Die hier verwendete Pyrophyllit-Röhre enthielt mittig Graphit, das beidseitig mit einer Nickellösung in Berührung kam. Je ein dünnes Diamant-Plättchen diente als verschließender Keim an den beiden Enden der kleinen Röhre. Während man bei hohen Temperaturen den Druck auf die Röhre langsam bis zu 5,5 Giga-Pascal erhöhte, entwickelten sich, von der Graphit-Mitte ausgehend, Kristalle in Richtung der Diamant-Keime. Dabei mussten die Laborbedingungen möglichst stabil bleiben, sodass nach einer Woche ein Kristall mit der Größe von etwa 5 Millimetern gewachsen war. Das entspricht einem Gewicht von 0,2 Gramm oder 1 Karat.

Diamant als Ausgangsrohstoff

Nicht lange danach ersetzte man die Graphit-Mitte durch ein Diamant-Korn, da sich so die Kontrolle über die Form des entstehenden Diamant-Kristalls deutlich verbessern ließ. Allerdings waren diese ersten Exemplare anfänglich noch durch Stickstoff verunreinigt und hatten deshalb stets eine gelbliche bis bräunliche Färbung. Außerdem zerstörten oft winzige, wie Plättchen geformte Nickel-Einschlüsse zusätzlich eine reine Transparenz der Kristalle.
Doch schließlich entstanden durch die Zugabe von Titan und Aluminium, die den Stickstoff entfernten, die ersten farblosen „weißen“ Diamanten. Fügte man dem Prozess außerdem noch Bor hinzu, bildete sich eine blaue Färbung. Allerdings hatte das Weglassen des Stickstoffs zur Folge, dass die Kristalle wesentlich langsamer wuchsen und sich auch eine minderwertigere, kristalline Qualität entwickelte.

Diamanten und Synthesen unter UV-Licht

Auch wenn die chemische Zusammensetzung der GE-Diamanten identisch mit der von natürlich entstandenen Rohdiamanten war, verhielten sich diese „Lab Grow Diamonds“ bei physikalischen Tests anders.

Fluoreszenz der GE-Labordiamanten

Laboruntersuchungen mit beispielsweise kurzwelligem UV-Licht (Schwarzlicht) zeigten bei den farblosen, künstlichen Steinen deutliche Fluoreszenz und Phosphoreszenz, die unter langwelligem ultraviolettem Licht jedoch inaktiv blieben. Fluoreszenz entsteht normalerweise vorwiegend bei den seltenen, blauen Natur-Diamanten, direkt nachdem die Bestrahlung mit langwelligem UV-Licht endet. Allerdings zeigen maximal 30 bis 35% der Diamanten eine blaue Fluoreszenz nach Schwarzlicht. Phosphoreszenz kommt bei natürlichen Diamanten noch seltener vor. Hier vermutet man, das eine Verunreinigung durch Phosphor bei den „Typ I“- Diamanten der Grund für das seltene, stark „nachleuchtende“ Licht-Phänomen sein könnte.

Die Röntgen-Strahlung machte allerdings den Unterschied zwischen natürlich entstandenen und synthetischen GE-Diamanten noch deutlicher. Während alle GE-Diamanten unter Röntgen-Bestrahlung eine sehr starke, gelbe Fluoreszenz zeigten, verhielten sich echte Diamanten unauffällig.

„De Beers“ – Diamantenproduzent mit Tradition

Selbst der weltweit größte Produzent und Großhändler für Diamanten „De Beers“ züchtet in seinen firmeneigenen Labors künstliche Diamant-Kristalle zu Forschungszwecken. Die größten Exemplare besitzen ein Gewicht von bis zu 5,5 Gramm, das entspricht 25 Karat.

Wer sich mit Diamanten beschäftigt, kommt an diesem Konzern nicht vorbei, der heute seinen Sitz in London UK hat. „De Beers“ ist eine Tochter des weltweit präsenten Konzerns „Anglo American“, der sich in den Bereichen Bergbau und Rohstoff-Gewinnung betätigt. Schätzungsweise ein Drittel aller Rohdiamanten für den Weltmarkt stammen zur Zeit aus den Minen von „De Beers“, doch das war vor einigen Jahrzehnten noch ganz anders.

Diamanten-Rausch auf dem Land der Brüder „de Beer“

Der Ursprung des Unternehmens liegt in der Nähe der Hauptstadt Kimberley der südafrikanischen Provinz „Nordkap“. Dort besaßen einst die Brüder Johannes N. und Dieterik A. de Beer eine Farm, auf deren Gelände man im Jahre 1866 die ersten Diamanten fand. Da sich die Nachricht wie ein Lauffeuer verbreitete, strömten unzählige Abenteurer in die Region, um überall unkontrolliert nach den Kostbarkeiten zu graben. Der Diamanten-Rausch nahm ein solches Ausmaß an, dass die Brüder gezwungen waren schließlich ihre Farm zu verkaufen und wegzogen. Danach teilte man das ganze Gebiet in Parzellen auf und versteigerte die entstanden Schürffelder an die Meistbietenden. Doch mit der Zeit waren die oberflächlich lagernden Diamanten-Vorkommen so weit erschöpft, dass ein Mehraufwand an technischen Geräten unerlässlich wurde, die weiter in die Tiefe des Erdreichs eindringen konnten.
Hier endete schließlich für viele Diamanten-Schürfer das Abenteuer und der Traum vom großen Diamanten-Fund. Das sogenannte „Big Hole“ in Kimberley ist bis heute ein Zeugnis des Tagebaus, für den ein enormer Kraftaufwand nötig war. Bis ins Jahr 1914 reichte die Ausbeutung der Diamant-Mine, danach erfolgte die endgültige Schließung.

Die Stunde der „Profis“

Der Kampf um die Schürfrechte im Jahr 1880 führte schließlich zum Aufkauf und Zusammenschluss der kleineren Schürffelder durch Unternehmer, die sich dem Diamantenhandel widmeten. So erwarben neben dem englisch-südafrikanischen Diamanten-Magnaten „Barney Barnato“, auch der britisch-südafrikanische Politiker und Unternehmer „Cecil Rhodes„(1853 – 1902) und der britische Gold- und Diamanten-Magnat „Charles Rudd“ das für ihre Eigentümer fast wertlos gewordene Land.
Rhodes und Rudd legten ihre Kimberley-Minen-Anteile noch im selben Jahr zusammen, um einen Konzern zu gründen. Nach anfänglichen Konkurrenz-Kämpfen mit der Barnato-Familie, fusionierten die beiden Unternehmen jedoch im Jahre 1887 aus wirtschaftlichen Gründen.
Die Zusammenlegung dieser beiden Diamant-Förderunternehmen führte schlussendlich im Jahre 1888 zur Gründung von „De Beers Consolidated Diamond Mines„. Mitgründer wie der Gold- und Diamanten-Magnat „Alfred Beit“ und die Rothschild-Bank in Paris überließen dem Rechtsanwalt, Freimaurer und Politiker „Cecil Rhodes“ den Vorsitz, der lange Zeit als „Nationalheld“ galt. Heute ist sein Ruf jedoch durch seine rassistische Weltanschauung und dementsprechendem Engagement in Politik und Wirtschaft beschädigt.
Zwei Jahre später kaufte Rhodes schließlich auch noch die Minen-Anteile Barnatos auf, sodass sich alle Diamanten-Minen Südafrikas nun unter seiner Kontrolle befanden. Diese Monopolstellung „De Beers“ sollte in ein weltweit agierendes Kartell münden.

„Diamonds forever“ – das Diamanten-Kartell „De Beers“

Das im Jahre 1890 gegründete „London Diamond Syndikate“ kaufte alle Diamanten der südafrikanischen Kimberley-Minen auf und legte damit den Grundstein für das spätere Diamanten-Kartell „De Beers“.
Ernest Oppenheimer (1880-1957) hatte mithilfe der amerikanischen Bank „JP Morgan“ im Jahre 1917 „Anglo Amerika Corporation“ gegründet. Bis heute spielt der börsennotierte Bergbau-Konzern unter dem Namen „Anglo Amerika“ weltweit in der Rohstoffgewinnung und im Rohstoffhandel eine große Rolle. Drei Jahre später stieg der gelernte Edelstein-Händler E. Oppenheimer außerdem bei „De Beers“ ein und war fortan der Präsident des wichtigsten Diamanten-Lieferanten der Welt.

Ein Gewinner der Wirtschaftskrise

Während der großen US-Wirtschaftskrise der 1930er Jahre, kaufte E. Oppenheimer vorausschauend den gesamten, weltweiten Diamantenmarkt leer und gründete im Jahre 1950 die Vertriebsorganisation CSO (Central Selling Organisation). Damit schaffte er die Vorraussetzungen für ein Kartell, das viele Jahrzehnte als „Syndikat“ den weltweiten Diamantenhandel mit „Weltmacht-Status“ dominieren sollte. Kein Großhändler, Schleifer oder Juwelier kam an den Preisdiktaten der CSO vorbei. Diamanten-Deals außerhalb des „Syndikats“ wurden nicht geduldet und mit allen Mitteln unterbunden. Erst im Jahre 2001 löste man die Vertriebsorganisation wegen „Image-Problemen“ auf.

Marketing- Start für ein weltweites „Diamantenfieber“

Der bekannte Slogan „A Diamond is forever“ tauchte erstmals in den 1940er Jahren auf. Durch die Monopolstellung von „De Beers“ in der damaligen Zeit, war er gleichzeitig ganz automatisch auch eine Werbung für das Diamanten-Kartell unter der Firma „De Beers“. Bis heute wirbt „De Beers“ mit diesem Marketing-Motto.
Die Songs „Diamonds Are A Girl´s Best Friend“ aus der US-Filmkomödie „Blondinen bevorzugt“ (1953) und „Diamonds Are Forever“ aus dem Film James Bond 007 „Diamantenfieber“ (1971) nehmen deutlich Bezug auf den Leitsatz des mächtigen Diamanten-Kartells „De Beers“.

Seit dem Jahr 2012 besitzt der Konzern „Anglo America“ den Löwenanteil von 85% und die Regierung von Botswana 15% der „De Beers“ Anteile. Die Diamanten stammen inzwischen nur noch aus firmeneigenen Minen in Botswana, Namibia, Südafrika und Kanada.

„De Beers“ und die Menschenrechte

Wer sich mit der Geschichte der Gewinnung und des Handel der wertvollsten Edelsteine der Welt näher beschäftigt, stößt auf dunkle Machenschaften, Finanzierung von Waffen und Kriegen, Machtmissbrauch und große Menschenrechtsverletzungen. Auch wenn Konzerne wie „De Beers“ über eine mächtige Lobby in den Regierungen verfügen, so kann der Image-Schaden oft nur durch nicht immer aufrichtig wirkende Statements begrenzt werden.

„Lab Grown Diamonds“ – Konkurrenz auf dem Diamanten-Markt?

Hier erscheint das Thema „Lab Grown Diamonds“ nicht nur in einer wirtschaftlichen, sondern auch politischen Dimension.
Aus Furcht vor fallenden Preisen auf dem Diamantenmarkt, verweigerte einst E. Oppenheimer während des Zweiten Weltkrieges dem US-Präsidenten „F. D. Roosevelt“ die Bitte nach Diamanten für die Industrie. Obwohl E. Oppenheimer eine der mächtigsten Persönlichkeiten seiner Zeit war, verlor er dieses Machtspiel und durfte fortan nicht mehr in die Vereinigten Staaten einreisen. Außerdem musste das Syndikat „De Beers“ wegen Verstoß gegen das herrschende Kartellgesetz alle Aktivitäten dort einstellen.
Hier kann man erkennen, dass die Entwicklung eines Herstellungsverfahrens für synthetische Diamanten nicht nur der Industrie und Wirtschaft, sondern auch Regierungen eine größere Unabhängigkeit von mächtigen Bergbau-Konzernen verschaffte.

Diamant-Synthesen in hochkarätigem Schmuck

Die Schattenseite der heutigen „Lab Grown Diamonds“ ist in der Schmuckindustrie jedoch nicht zu übersehen. Immer mehr Labordiamanten ersetzen die natürlichen Edelsteine, teilweise ohne dass der Handel die Fälschungen anzeigt. So ist die diesbezüglich kriminelle Szene natürlich in den letzten Jahrzehnten nicht untätig gewesen, denn die chemisch identischen Synthesen sind inzwischen besser geeignet, um echte Diamanten zu imitieren, als die traditionell verwendeten Bergkristall- oder Glasimitate. Optisch stehen Labordiamanten den Naturprodukten in nichts nach, doch wer Schmuck erwirbt, möchte schon wissen, welche Edelsteine da funkeln. Vor allem, wenn horrende Preise für die jeweiligen Schmuckstücke als Edelstein-Geldanlage locken, ist es nicht egal, sondern vorsätzlicher Betrug, wenn Synthesen statt Natursteine verarbeitet wurden.
Seit dem Jahre 2013 treten scheinbar nicht nur in den beliebten Diamant-Armbändern und anderen Diamant-Schmuckstücken , sondern auch in den Diamant-Paketen vermehrt Fälschungen auf. Vor allem kleine, runde Diamanten sind davon betroffen, die ein größeres, zentrales Exemplar umgeben oder bewegliche Armbänder zieren. Hier erscheinen immer öfter „Lab Grown Melee-Diamanten“, die nicht als solche ausgewiesen sind. Internationale Diamanten-Labore befassen sich nun seit geraumer Zeit mit dieser Problematik, um die Möglichkeiten einer sicheren Identifizierung der „schwarzen Schafe“ zu verbessern.

Die moderne Herstellung von „Lab Grown Diamonds“

Die Technologie hat sich auch in der Diamant-Herstellung in den letzten Jahrzehnten weiterentwickelt, sodass heute verschiedene Ansätze möglich sind. Die kostengünstigste Methode ist nach wie vor, Diamanten unter Hochdruck und hohen Temperaturen (HPHT) zu pressen. Weitere Methoden sind die sogenannte „chemische Gasphasenabscheidung“ (CVD), die „Explosionsbildung“ und die „Beschallung“ von Graphit-Lösungen.

Die drei Möglichkeiten der „High Pressure High Temperature“-Methode

Hochdruck-Hochtemperatur-Pressen können hunderte von Tonnen wiegen, um einen Druck von bis zu 50.000 bar und eine Temperatur von bis zu 1500° C zu erzeugen. Die Größe und Schwere der Vorrichtungen gehören sicherlich nicht zu ihren Vorteilen, aber die Prozedur ist verhältnismäßig einfach und auch für Unkundige einigermaßen verständlich.

Die Bandpresse

Das ursprüngliche Prinzip der GE Bandpresse von Tracy Hall wird bis heute verwendet, allerdings auch mit hydraulischem Druck statt der Stahlbänder. Dabei überträgt der obere und untere Stempel die Druckbelastung auf eine zylindrische Innenzelle, wobei vorgespannte Stahlbänder den Innendruck kontrolliert begrenzen. Die Stempel erfüllen außerdem die Funktion von Elektroden, die der zusammengepressten Zelle elektrischen Strom zuführen.

Die „Kubische Presse“

Drei Jahre später konstruierte T. Hall nach der Bandpresse eine tetraedrische Stempelpresse mit vier Stempeln, aus der sich die heutige „Kubische Presse“ mit sechs Stempeln entwickelte. Diese kann in kürzerer Zeit den benötigten Druck und die hohen Temperaturen erreichen, die man für die Herstellung von Labordiamanten braucht. Außerdem sind die Geräteausmaße geringer.

Die „Split-Sphere-Presse“

Die sogenannte „BARS-Presse“ soll angeblich unter den Diamant-Pressen in jeder Hinsicht am effizientesten sein. Für Unkundige ist sie sicherlich im Verständnis auch die komplizierteste Form.
Hier ist eine zylindrische Synthese-Kapsel aus Keramik im Zentrum angebracht, in deren Würfelinneren sich die Zelle befindet. Innere Stempel aus Hartmetall-Legierungen üben Druck auf die druckübertragende Keramikhülle aus, während acht Außenstempel aus Stahl den äußeren Hohlraum zusammenpressen. In einem weiteren Arbeitsschritt wird der Zylinder mit Öl gefüllt, das beim Erhitzen den entstehenden Öldruck auf die zentrale Zelle überträgt.

Grundsätzlich erhitzt man den inneren Teil einer HPHT-Presse immer über 1400° C, sodass die Metalle schmelzen, die als Lösungsmittel dienen. Der gelöste reine Kohlenstoff wird an den winzigen Körnchen aus Diamant-Material abgeschieden, solange bis sich ein respektabler, synthetischer Edelstein gebildet hat.

Die chemische Gasphasenabscheidung (CVD)

Seit den 1980er Jahren ist das Interesse an diesem Verfahren in der Forschung besonders groß. Während sich die traditionelle HPHT-Methode für eine Massenproduktion von genügend hochwertigen Diamant-Kristallen (Lab Grown Diamonds) für die Industrie bewährt hat, eignet sich das CVD-Verfahren besser für Forschungszwecke. Die Anlagen sind leichter und flexibler zu handhaben und lassen eine Züchtung über größere Flächen hinweg zu. So entstehen, auf verschiedenen Substraten als Grundlage, beispielsweise Scheiben aus Diamant-Material mit beachtlichen Durchmessern von 9 bis 10 Zentimetern. Chemische Verunreinigungen, und damit die späteren Eigenschaften des Labordiamanten, kann man außerdem besser kontrollieren. Ein weiterer Vorteil von CVD-Anlagen ist, dass sie keinen Hochdruck benötigen.

Die Vorbereitung des Substrats

Der erste Schritt befasst sich mit der Auswahl eines geeigneten Materials und dessen kristalliner Struktur und Ausrichtung, um seine Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten einschätzen zu können. Danach erfolgt die Reinigung der ausgewählten Substrat-Oberfläche (kein Diamant-Substrat) durch ein Abschleifen mit Diamant-Pulver, um eine optimale Temperatur des Substrats von circa 800° C zu erreichen. Während des Kristall-Wachstums sollte sie möglichst konstant bleiben.

Die Einleitung unterschiedlicher Gas-Mengen

In der Folge lässt man Gase in die Wachstumskammer mit dem Substrat strömen, die sich immer aus einer Kohlenstoff-Quelle (z.B. Methan) und Wasserstoff (übliches Verhältnis 1:99) zusammensetzen. Dabei ätzt Wasserstoff selektiv den Kohlenstoff einer Nicht-Diamant-Quelle ab. Mithilfe von beispielsweise Mikrowellen, Lasern oder Schweißbrennern werden die Gase einer Ionisation unterzogen, sodass chemisch aktive Radikale entstehen.

Das Kristallwachstum des Labordiamanten

Während die Materialien in der Wachstumskammer abgeätzt werden, können sie sich in den wachsenden Diamanten einlagern. Kammern mit Silicium-Fenstern oder Silicium-Substrat führen dabei zu Verunreinigungen des späteren Labordiamanten, weshalb man sie meistens vermeidet. Auch borhaltige Substanzen sind ungeeignet, wenn man einen reinen Diamanten züchten möchte.

Nano-Diamanten aus Detonationen

Dieses Herstellungsverfahren lässt winzige Diamanten (5 nm im Durchmesser) entstehen, die man vor allem als Poliermittel für Schmuck-Diamanten weltweit benötigt.
Während einer Explosion in einer Metallkammer, die kohlenstoffhaltigen Sprengstoff nutzt, bilden sich unter hohem Druck und hoher Temperatur „Nano-Diamanten“, die man als „Diamant-Pulver“ in der Industrie nutzt. Dabei wandelt sich der Kohlenstoff des Sprengstoffs in Diamant-Nanopartikel um. Damit diese Nano-Diamanten stabilisiert und erhalten bleiben, muss die Kammer in kaltem Wasser „abgeschreckt“ werden.

Graphit-Pulver in der Detonation

Eine weitere Möglichkeit, um „Detonationsdiamanten“ im Nano-Bereich herzustellen, ist allerdings etwas aufwändiger. Hier verwendet man ein Metallrohr, das Graphit-Pulver enthält. Während der Detonation in der Sprengkammer, wird das Pulver soweit erhitzt und zusammengepresst, dass sich der Graphit in Diamant umwandelt. Bei diesem Verfahren bleiben jedoch Graphit-Rückstände und andere Verunreinigungen erhalten, sodass ein eintägiges Kochen in circa 250° C heißer Salpetersäure diese beseitigen muss.
Nanodiamant-Pulver kam erstmals 2001 in großen Mengen auf den Markt und stammt vorwiegend aus Russland, Weißrussland (Belarus) und China.

„Lab Grown Diamonds“ aus einer Ultraschall-Kavitation

Die Beschallung von Flüssigkeiten im Ultraschall-Bereich nennt man „akustische Kavitation“. Dieses Verfahren findet vor allem in der medizinischen, kosmetischen „Fettentfernung“ seine Verwendung.

Kavitation beschreibt das Phänomen, dass Druckwellen von Schall in einer Flüssigkeit Bläschen erzeugen und solange anwachsen lassen können, bis sie schlagartig wieder in sich zusammenbrechen (Implosion). Diesen Mechanismus kann man ebenso zur Herstellung von Diamanten nutzen.
Dabei wirken Ultraschall-Druckwellen auf eine organische Flüssigkeit, in der gleichmäßig verteilt, feinste Graphit-Partikel schweben (Suspension). Bei atmosphärischem Druck und Raumtemperatur entstehen so Diamant-Kristalle im Mikrometer-Bereich. Etwa 10% des Graphit-Gewichts kann mit dieser Methode zu Diamanten synthetisiert werden.

Verbesserungsbedarf der Ultraschall-Synthese

Das Ultraschall-Kavitationsverfahren ist bezüglich der Kosten mit den HPHT-Methoden zwar vergleichbar, allerdings haben die hier entstandenen Diamanten nicht die kristalline Qualität der Hochdruck-Exemplare. Bei diesem relativ einfachen Verfahren, nutzt man jedoch keine hochkomplizierten Geräte, sodass sich in allen Herstellungsschritten noch Verbesserungsmöglichkeiten verbergen. Doch die Forschungen dazu sind verhältnismäßig minimal, auch industriell bleibt dieses Verfahren größtenteils ungenutzt. Dabei könnte man durch eine Optimierung des Graphit-Pulvers und Lösungsmittels, sowie der Ultraschall-Leistung und Synthesezeit, wahrscheinlich die Kosten deutlich senken, die Ausbeute an Diamanten steigern und sicherlich auch die Qualität verbessern.

Welche Eigenschaften zeigen „Lab Grown Diamonds“?

Keine Kristalleinschlüsse bringen einem Labordiamanten Reinheit, eine klare, durchsichtige Transparenz und eine hohe „kristalline Perfektion„. Jede Synthese muss sich hier an der besten Qualität des Naturprodukts messen. Ebenso ist die Mohshärte des Diamanten mit 10 der höchste Richtwert auch für alle anderen natürlichen Edelsteine, denn härter geht´s in der Natur nicht. Während die optische Reinheit, Härte und die Brillanz des Edelsteins in der Schmuck-Branche eine wichtige Rolle spielen und den Marktwert bestimmen, hat die Industrie andere Kriterien. Hier ist beispielsweise die hohe Wärmeleitfähigkeit für viele technische Anwendungen gefragt.

Das Herstellungsverfahren macht den Unterschied

Alle Synthesen zeigen im Idealfall eine hohe, optische Dispersion, die an einem charakteristischen Schimmer zu erkennen ist. Allerdings alle anderen Diamant-Eigenschaften hängen von ihrer Entstehungsmethode ab.

Kristallaufbau der Labordiamanten

Da ein Diamant aus einem größeren, durchgehenden Einzelkristall oder vielen kleineren Kristallen bestehen kann, ergeben sich unterschiedliche Verwendungsgebiete. Attraktive Einzelexemplare sind für die Schmuckindustrie bestimmt, während sich Polykristalle für industrielle Anwendungen eignen. Polykristalliner Diamant (PCD) besteht aus einzelnen Kristallkörnern, die das Licht stark absorbieren und streuen, deshalb verarbeitet man sie beispielsweise zu Schneidewerkzeugen. Je nach Korngröße, teilt man Polykristall-Diamanten in nanokristalline oder mikrokristalline Diamanten ein.

Die Mohshärte als Richtwert auch für synthetische Diamanten

Wie oben schon erwähnt, besitzt ein natürlicher Diamant die höchste Härte von 10 unter den Mineralen. Die Härte von „Lab Grown Diamonds“ hängt jedoch von verschiedenen Faktoren ab. Dazu gehören die kristalline Ausrichtung und Perfektion sowie eine hohe Reinheit.
Nanokristalliner CVD-Diamant zeigt eine 30 bis 75 prozentige Härte im Vergleich mit einkristallinem Diamant, sodass der Härtegrad je nach späterer Anforderung kontrolliert gesteuert werden kann.

Sogenannte „Hyperdiamanten“ überschreiten jedoch den Härtegrad von 10 aller Natur-Diamanten. Sie sind entweder einzelkristallin oder nanokristallin während einer HPHT-Herstellung entstanden.

Einschlüsse und Verunreinigungen

Um gewünschte Eigenschaften bei einem Labordiamanten zu erhalten, kann man durch die bewusste Zugabe von Fremdstoffen gezielt Veränderungen herbeiführen. Metalle wie beispielsweise Eisen, Nickel, Bor und Kobalt beeinflussen dabei die elektronischen Eigenschaften des Materials.
So kann aus einem reinen Nicht-Leiter-Diamant durch die Zugabe von Bor ein „elektrischer Leiter“ oder gar „Supraleiter“ (z.B. für Kernspintomographie oder Teilchenbeschleuniger) werden.
Eine Verunreinigung mit Stickstoff wiederum stört die Bewegung der Gitterstruktur und setzt das Gitter unter Druck-Spannung, sodass sich die Widerstandskraft und Härte erhöht (Hyperdiamanten).

Die Wärmeleitfähigkeit von Labordiamanten

Obwohl ein reiner Diamant zu den „Nicht-Leitern“ gehört, besitzt er die höchste Wärmeleitfähigkeit aller bekannten Festkörper. Einige einkristalline Labordiamanten übertreffen den natürlichen Diamanten in der Leitfähigkeit sogar um etwa 1,1 % und leiten Wärme somit 7,5 mal besser als Kupfer.

Eine handliche, elektronische Wärmesonde erleichtert allen Juwelieren und Gemmologen inzwischen die Einschätzung von vorliegenden „Diamanten“. In zwei bis drei Sekunden zeigen die Sensoren durch charakteristisch abgeleitete Wärmeimpulse des Gerätes ein „Echt“, „Synthetisch“ oder „Unecht“ an. So kann man auch in Edelmetall gefasste Diamanten schnell nach ihrer Echtheit überprüfen und von ihren Imitaten (Labordiamanten, Bergkristall- oder Glasimitat) unterscheiden.

Rekordverdächtige „Lab Grown Diamonds“

Im Frühjahr des Jahres 2015 stellte man erstmals einen 10,02 Karat schweren Diamanten der Öffentlichkeit vor, den man aus einem Rohdiamanten mit 32,2 Karat geschliffen hatte. Über 300 Stunden war zuvor die Wachstumszeit dieses außerordentlichen HPHT-Edelstein-Rohlings gewesen. Bis ins Jahr 2022 stellte man sogar 16 bis 20 Karäter her.
Inzwischen fallen jedoch in den letzten Jahren, verursacht durch eine verbesserte Wirtschaftlichkeit der Produktion, die Preise für Labordiamanten (auch „Diamant-Simulanten“ genannt). Im Jahre 2017 lagen die Preise etwas 15 bis 20% unterhalb vom Wert der „Minen-Diamanten“, sieben Jahre später sind es bereits 70%.

Die Verwendung von „Lab Grown Diamonds“

In der Industrie sind sie seit langem als vielfältige Schneide- und Bearbeitungswerkzeuge vertreten. Diamant-Bohrer gibt es für verschiedene Materialien wie Metall (z.B. Stahl), Stein (z.B. Granit, Edelsteine) und Beton im Baumarkt, Fachhandel oder Internet. Ebenso mit Diamanten besetzte Sägeblätter findet man dort. Diamant-Pulver ist bei harten Materialien als Schleif- und Poliermittel nicht wegzudenken.

Ein Wärmeleiter ohne elektrische Leitung

In der Elektronik und optischen Industrie sind Labordiamanten wegen ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit unentbehrlich, da sie im Gegensatz zu den meisten anderen Wärmeleitern keine zusätzlichen „Elektrischen Leiter“ sind. Elektronische Halbleiter-Bauelemente wie Transistoren oder Laserdioden benötigen für ihre Hochleistung eine perfekte Wärmeableitung. Der elektrische Nicht-Leiter „Diamant“ kann hier die Lebensdauer der empfindlichen, elektronischen Geräte wesentlich verlängern.
Die sogenannten „Diamant-Wärmesenker“ sind zwar teurer als ihre Alternativen, schützen aber effektiver vor den hohen Ersatzkosten dieser komplexen Geräte. So fungieren die synthetisch hergestellten „Lab Grown Diamonds“ als Wärmeverteiler und verhindern in der Halbleiter-Technik, dass Bauelemente überhitzen.

Verwendungsbeispiel in der optischen Industrie

Die in der optischen Industrie verwendeten Fenster, um Mikrowellen- oder Infrarot-Strahlung zu übertragen, bestehen inzwischen immer öfter aus Labordiamanten. Dafür züchtet man „Lab Grown Diamonds“ in Scheibengrößen mit einem Durchmesser von ca. 10 cm und möglichst geringer Dicke. Ausgangsfenster aus polykristallinen Diamant-Scheiben sind beispielsweise für bestimmte Hochleistungslaser und Mikrowellen-Oszillatoren (Gyrotron) wesentlich effektiver, als die traditionell benutzten optischen Fenster aus Zinkselenid.

Labordiamanten in der Schmuckindustrie

„Lab Grown Diamonds“ in Edelstein-Qualität stammen aus einer HPHT- oder CVD-Herstellung und sind inzwischen etwa 40% günstiger als ihre natürlichen Verwandten. Humanitäre und ökologische Gründe führen neben dem Kostenfaktor immer mehr dazu, dass sich viele für synthetische Edelsteine entscheiden.

Ein wachsender Trend mit Folgen

Während man im Jahr 2013 gerade einmal 2 Prozent der Labordiamanten für Schmuckstücke verwendete, so lag der Anteil von „Lab Grown Diamonds“ im Jahr 2021 schon bei 7 – 8 Prozent Marktanteil. Bei Verlobungs- und Hochzeitsringen im Jahre 2023 in den USA stieg der Anteil im Verkauf inzwischen sogar auf 17 Prozent. Obwohl die Vereinigten Staaten traditionell den weltweit höchsten Verbrauch an natürlich entstandenen Diamanten hat, ist dies besonders in der florierenden Hochzeitsbranche ein herber Verlust für den Edelstein-Handel.
Dieser Trend setzt Konzerne wie „De Beers“ natürlich mächtig unter Druck, denn weltweit entscheiden sich immer mehr Menschen für künstlich hergestellte Edelsteine. Diamanten sind hier nur beispielhaft. Deshalb versucht die Diamantenindustrie rechtlich und mit Marketing-Maßnahmen gegenzusteuern. Doch die Zukunft wird von der Nachfrage der Verbraucher gestaltet, sodass sich zeigen wird, ob dieser wachsende Trend sich etablieren kann. Die Gedenksteine einer sogenannten „Diamant-Bestattung“ aus den kremierten Überresten Verstorbener, dürfte jedoch ein „Nischenprodukt“ für besondere Ansprüche bleiben.

Sind synthetisch hergestellte Diamanten „echte“ Diamanten?

Diese Frage kann man heutzutage nicht mehr mit „Nein“ beantworten, denn rechtlich gesehen besitzen „Lab Grown Diamonds“ inzwischen den gleichen Status wie in der Natur entstandene Diamanten. Da Synthesen nicht nur optisch, sondern auch chemisch und physikalisch die gleichen Eigenschaften zeigen, und so faktisch identisch mit dem Naturprodukt sind , bestehen seit dem Jahre 2018 neue Richtlinien für die Bewertung.

Neue Leitlinien für den Begriff „Diamant“

Gegen den Vorschlag des Diamanten-Konzerns „De Beers“ aus dem Jahre 2016, der eine klare Unterscheidung zwischen Natur- und Laborprodukt forderte, gelten heute in der Überarbeitung der „Jewelry Gides“ einheitliche Regeln. So zählen natürliche und unter Laborbedingungen entstandene Diamanten gleichermaßen zu den „echten“ Diamanten. Die Begriffe „natürlich“ oder „synthetisch“ können deshalb im Handel nicht mehr als anerkannte Beschreibung für einzelne Diamanten gelten, denn beide Entstehungsformen bringen gleichwertig behandelt „echte“ Diamanten hervor.
Im Jahre 2019 schloss sich das unabhängige Zertifizierungslabor GIA (Gemological Institute of America) dieser Einschätzung an und strich das Wort „synthetisch“ im Zertifizierungsprozess und in den bewertenden Berichten über „Lab grown Diamonds“.

Identifizierungsmethoden für „Lab Grown Diamonds“

Trotzdem will man natürlich selbst als Unkundiger wissen, was man tatsächlich in Händen hält. Der Wunsch nach einem „Zufallsfund“ ist groß und rührt an unsere wundergläubige Natur. Die wissenschaftliche „Spektroskopie“ kann Labordiamanten durch Strahlen im Ultraviolett-, Infrarot- oder Röntgenbereich identifizieren.
Der „DiamondView-Tester“ der Firma „De Beers“ verwendet UV-Fluoreszenz, um winzige Spuren von beispielsweise Nickel oder Stickstoff in HPHT- und CVD-Diamanten zu erkennen.

Die Farben der „Lab Grown Diamonds“

Hier haben Synthesen natürlich die Nase vorn, denn Labore können meistens intensivere Farbtöne herstellen, die den modischen Vorlieben des Marktes folgen. So hat der seltene, natürliche blaue, pinkfarbene, gelbe oder grüne Diamant eine ernste Konkurrenz bekommen, denn Labordiamanten können diese Farben leicht bei entsprechender chemischer Zusammensetzung und passenden Laborbedingungen zeigen.

Die Diamantfarben Gelb, Blau, Pink und Grün

Allgemein sind auch bei Labordiamanten farblose, möglichst rein-weiße Exemplare das Hauptgeschäft in der Schmuckindustrie. Allerdings steigt in den letzten Jahren die Beliebtheit von farbigen Diamanten kontinuierlich an. Pink, Blau und Grün kommt in der Natur so selten vor, dass natürliche Exemplare hier besonders teuer sind. Hier bedienen „Lab Grown Diamonds“ die Nachfrage im einigermaßen erschwinglichen Bereich.
Dabei entsteht eine Gelbfärbung durch die Zugabe von Stickstoff und eine Blaufärbung, wenn Bor verunreinigend während des Entstehungsprozesses hinzukommt. Das beliebte Pink und extrem seltene Grün kann man durch eine nachträgliche Bestrahlung der farblosen Synthesen erzielen. Grundsätzlich sind die entstandenen Farben meistens wesentlich intensiver, als die farblichen Töne des Naturprodukts. Vor allem ein intensiver Grünton kommt bei natürlichen Diamanten so gut wie gar nicht vor. So kann man davon ausgehen, dass ein kräftig grünstrahlender Diamant wahrscheinlich oder ziemlich sicher ein Laborprodukt ist. Doch inzwischen entscheidet der optische Eindruck immer öfter über den Kauf eines Diamanten, dabei ist egal, ob er aus der Mine oder aus dem Labor kommt.

Welche Diamanten sind nachhaltig?

Bei dieser Frage ist natürlich der Blickwinkel wichtig. Vertreter von Diamant-Minen argumentieren logischerweise gegen die Labor-Produkte. Allerdings kann man nicht leugnen, dass nicht nur ökologischer Raubbau, schlechte, humanitäre Bedingungen beim Abbau und die Finanzierung von Waffenlieferungen für politisch-kriegerische Machtkämpfe bei der Bewertung von Nachhaltigkeit eine Rolle spielen. Wobei die angeführten Anklagepunkte schon schwerwiegend sind, weshalb viel gegen „Natur-Diamanten“ spricht. Doch auch die künstliche Herstellung hat ihre Schattenseiten, die man abwägen muss.
Wer sich also für den nachhaltigsten Diamanten entscheiden möchte, muss sich die verschiedenen Argumente anschauen.

Diamanten aus der Erde

Spätestens seit dem Jahr 2006 ist das Thema „Konflikt“- oder „Blutdiamanten„, und die damit einhergehenden Menschenrechtsverletzungen und groß angelegte, unbekümmerte Umweltzerstörung einem breiteren Publikum bewusst geworden. Der Hollywoodfilm „Blood Diamonds“ sorgte für einen verdienten Image-Schaden der ganzen Branche, denn alle wollen nur profitieren und schauen bei dem verursachten Leid einfach weg. So ist es nicht verwunderlich, dass immer mehr Menschen sich für ethisch einwandfreie und günstigere Edelsteine aus dem Labor entscheiden.

„Mine-to-Market-Diamonds“

Um diesem Trend entgegen zu wirken, hat sich inzwischen eine „ethische Gewinnung“ von Diamanten entwickelt, die auf humane Arbeitsbedingungen in Minen und umweltschonenden Abbau achten. Wer möglichst konfliktfreie und ethisch vertretbare Diamanten sucht, sollte sich deshalb die Lieferkette anschauen. „Mine-to-Market“ Diamanten erfüllen neben den ethischen Kriterien auch die transparente Offenlegung aller Stationen, die ein Diamant von seinem Fundort aus durchlaufen ist. Mine, Großhändler, Schleifer, Schmuckhersteller, Juwelen- und Schmuckhandel sollten nachvollziehbar sein. Diese Diamanten haben natürlich ihren Preis, weil eine rücksichtsvolle Gewinnung und Kunden-Transparenz keine Massenausbeute zulässt.

Diamanten aus dem Labor

Die Nachteile von „Lab Grown Diamonds“ liegen auf der Hand. Der energetische Aufwand, die hohen Emissionen und der Einsatz von umweltschädlichen, chemischen Stoffen ist enorm, sodass man nicht wirklich von ökologischer Nachhaltigkeit sprechen kann.
Allerdings auch hier hat sich etwas getan in den letzten Jahren. Beispielsweise die im deutschen Volkach ansässige Firma DIAVON bietet exklusiv europaweit „Manufakturdiamanten“ des kalifornischen Herstellers „Diamond Foundry“ aus San Francisco an. Das US-amerikanische Unternehmen beliefert seinen europäischen Partner mit Labordiamanten, die aus einer Herstellung mit erneuerbaren Energien (Wasserkraft) stammen.

Fazit

Wahrhaft nachhaltig ist gebrauchter, antiker oder recycelter Diamantschmuck, da er keine weiteren Ressourcen verschwendet. „Erd-Diamanten“ können unter ethisch vertretbaren Bedingungen abgebaut sein, sodass ein Kauf solcher Schmuckstücke keine Organisationen von sogenannten „Konflikt“- oder Blutdiamanten“ unterstützt. „Lab Grown Diamonds“ wiederum können durchaus aus einer ökologisch verantwortungsbewussten Herstellung stammen, deshalb sind diese eine gute Alternative, wenn die anderen zwei genannten Möglichkeiten nicht in Frage kommen.

Schmuck mit „Lab Grown Diamonds“