La formation de diamants nécessite des conditions de température et de pression élevées. Il faut environ 2 500 degrés Fahrenheit et 825 000 livres par pouce carré de pression pour former un diamant brut. Ces conditions extrêmes sont naturellement présentes à environ 160 km sous la surface de la Terre. Le diamant se forme à des profondeurs supérieures à 150 km, mais il est encore possible qu'il se forme jusqu'à environ 1 500 km.
Les diamants sont généralement associés à la kimberlite, où ils cristallisent lorsque la kimberlite est sous forme de magma. Les diamants sont ensuite transportés lorsque la kimberlite est poussée vers le haut par la surpression exercée par le CO2. Après avoir été éjectés près de la surface de la Terre, les diamants peuvent rester dans l'éruption de la kimberlite ou être répartis dans des dépôts alluviaux près des rivières et de la mer par des processus d'érosion naturels.
Les diamants synthétiques peuvent également être créés à l'aide de techniques de fabrication à haute pression et à haute température (HPHT). Trois procédés de base sont utilisés : la presse à bande, la presse cubique et la presse à sphère fendue (BARS). Chaque procédé vise à créer un environnement de pression et de température extrêmement élevées où la croissance du diamant peut se produire. Une petite graine de diamant est placée dans du carbone et soumise à ces conditions pour faciliter la croissance du diamant.
La presse à bande, par exemple, utilise des enclumes supérieures et inférieures pour générer une pression supérieure à 1,5 million de livres par pouce carré et une température supérieure à 2 000 degrés Celsius. Dans cet environnement, le carbone pur fond et commence à se transformer en diamant autour de la graine de départ. Il convient toutefois de noter que la plupart des diamants artificiels produits aujourd'hui ne sont pas de qualité gemme et sont principalement utilisés pour des applications industrielles.
Des efforts ont également été faits pour synthétiser des diamants à des températures et des pressions plus basses. En 1953, la croissance du diamant a été réalisée à la surface d'un cristal de diamant naturel à une température d'environ 900 degrés Celsius en utilisant la décomposition thermique de gaz contenant du carbone. Cette technique a précédé la méthode à haute pression et à haute température (HPHT) mise au point par GE en 1955.
En laboratoire, les diamants peuvent être synthétisés à l'aide de différentes sources de carbone, allant de structures zéro-dimensionnelles (0-D) à des structures tridimensionnelles (3-D). Le choix de la source de carbone détermine la méthode de synthèse utilisée, qui peut aller de la synthèse à haute pression au dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Il est important de noter que les propriétés des diamants synthétisés en laboratoire sont presque identiques à celles des diamants monocristallins naturels.
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