Cómo se fabrican los diamantes creados en laboratorio: una guía paso a paso de los procesos CVD y HPHT

Los diamantes cultivados en laboratorio se fabrican mediante uno de estos dos procesos: Alta Presión y Alta Temperatura (HPHT), que recrea las condiciones de compresión del manto terrestre, o Deposición Química de Vapor (CVD), que construye un diamante átomo de carbono a átomo de carbono dentro de una cámara de vacío. Ambos métodos comienzan con una diminuta semilla de diamante y dan como resultado una piedra químicamente idéntica que supera las mismas pruebas gemológicas que un diamante extraído de una mina. La diferencia radica en la física: el HPHT comprime, mientras que el CVD deposita. Comprender cada etapa es importante al comparar piedras, leer un informe de clasificación o simplemente saber de dónde proviene realmente un diamante de laboratorio.

¿Qué ocurre durante el proceso HPHT, paso a paso?

El HPHT es el método más antiguo de los dos y se utilizó con éxito por primera vez para fabricar diamantes industriales en 1955. El objetivo es imitar lo que ocurre aproximadamente a 160 kilómetros bajo la superficie terrestre, donde el carbono cristaliza bajo una enorme fuerza geológica, pero hacerlo en días en lugar de miles de millones de años.

Paso 1: Colocación de la semilla y carga de la cámara

Una pequeña semilla de diamante, a menudo un fragmento de un ciclo de crecimiento anterior, se coloca dentro de una cápsula de crecimiento junto con una fuente de carbono de alta pureza (normalmente grafito) y un catalizador metálico. El catalizador, generalmente una mezcla de hierro, níquel o cobalto, es esencial: reduce la temperatura a la que el carbono se disuelve y luego se deposita de nuevo sobre la semilla en forma de diamante.

Paso 2: Aplicación de presión y calor

La cápsula se introduce en uno de tres tipos de prensas: una prensa de cintas, una prensa cúbica o una prensa de esfera dividida (BARS). A continuación, la cámara se somete a una presión de entre 5 y 6 gigapascales, equivalente a más de 870 000 libras por pulgada cuadrada, mientras la temperatura alcanza entre 1 300 °C y 1 600 °C. En esas condiciones, el grafito se disuelve en el catalizador metálico fundido y los átomos de carbono comienzan a precipitarse sobre el cristal de la semilla, creciendo capa sobre capa hacia el exterior.

Paso 3: Crecimiento y extracción

El diamante crece durante un período de días o semanas, según el tamaño en quilates deseado. Cuando se abre la prensa, lo que sale es un cristal en bruto con una combinación de caras cúbicas y octaédricas, recubierto de grafito residual y metal. Esa piedra en bruto se somete después a los procesos de corte y pulido, al igual que cualquier otra piedra extraída de una mina.

¿Qué ocurre durante el proceso CVD, paso a paso?

El CVD se introdujo comercialmente en la década de 1980 y hoy representa la mayoría de los diamantes cultivados en laboratorio de calidad gema en el mercado. Funciona a presiones mucho más bajas que el HPHT, lo que reduce los costes de los equipos, aunque introduce sus propias complicaciones en la etapa del color.

Paso 1: Preparación de la semilla

Una fina lámina de diamante, a menudo una placa de semilla cultivada mediante HPHT, se limpia y se monta dentro de una cámara de vacío. Incluso las partículas microscópicas de polvo pueden alterar la red cristalina, por lo que la cámara se evacúa hasta alcanzar un vacío casi total antes de realizar cualquier otra operación.

Paso 2: Introducción de gas y activación del plasma

La cámara se llena con una mezcla de gases de hidrógeno y metano, normalmente a una temperatura de entre 900 °C y 1 200 °C. A continuación, un haz de microondas ioniza el gas y crea una nube de plasma. Dentro de ese plasma, las moléculas de hidrocarburo se descomponen y liberan átomos de carbono libres.

Paso 3: Deposición de carbono capa por capa

Los átomos de carbono liberados se desplazan hacia la semilla de diamante, que está más fría, y se adhieren a su superficie. El diamante crece en finas capas, una lámina atómica a la vez. Este proceso es más lento y controlado que el crecimiento mediante HPHT, y permite a los técnicos controlar mejor la pureza y la estructura. Un diamante CVD de calidad gema suele tardar de tres a cuatro semanas en alcanzar un tamaño apto para cortar.

Paso 4: Tratamiento del color posterior al crecimiento (cuando procede)

El crecimiento mediante CVD tiende a producir diamantes con un matiz marrón provocado por defectos de vacantes de nitrógeno y dislocaciones estructurales que se forman durante la deposición. Muchos diamantes CVD se someten después a un paso de recocido mediante HPHT: la piedra ya formada se vuelve a colocar en un entorno de alta presión y alta temperatura, que reorganiza los defectos a nivel atómico y mejora permanentemente el color. No se añade nada al diamante; simplemente se corrige la red cristalina. Un informe completo de clasificación de IGI indicará si se aplicó un tratamiento posterior al crecimiento, para que los compradores puedan ver exactamente lo que están adquiriendo.

¿Cómo funcionan el corte, el pulido y la certificación?

Una vez que un diamante en bruto cultivado en laboratorio sale de cualquiera de los dos procesos, se somete a las mismas etapas de acabado realizadas por expertos que una piedra extraída de una mina.

El corte con láser y el desbaste le dan al diamante en bruto la forma elegida, ya sea brillante redonda, ovalada, cojín o cualquier otro corte. Después, el pulido manual revela las facetas que determinan cómo entra y sale la luz de la piedra. Un diamante mal cortado desperdicia el potencial óptico incluso del carbono químicamente perfecto, por lo que el corte se clasifica independientemente de las otras tres C.

Tras el pulido, la piedra se envía a un laboratorio gemológico para su certificación. En el caso de los diamantes cultivados en laboratorio, IGI (Instituto Gemológico Internacional) es el organismo de certificación dominante y el más utilizado en el mercado. El proceso de clasificación de IGI evalúa las cuatro C: el peso en quilates, el color en la escala de la D a la Z, la pureza con una ampliación de 10x y el corte. Varios gemólogos evalúan cada piedra de forma independiente y la clasificación solo se confirma cuando existe suficiente acuerdo entre ellos. El informe final también indica explícitamente el método de crecimiento, CVD o HPHT, y revela cualquier tratamiento posterior al crecimiento. Una inscripción láser en el fuste del diamante vincula la piedra física con su número de informe.

Todos los diamantes cultivados en laboratorio de Ouros Jewels cuentan con certificación IGI, por lo que cada detalle de la clasificación queda documentado antes de engastar la piedra en una joya.

¿Los diamantes CVD y HPHT son físicamente idénticos a los diamantes extraídos de una mina?

Sí, en todos los aspectos químicamente y físicamente relevantes. Ambos procesos producen átomos de carbono dispuestos en la misma red cristalina cúbica que confiere a todos los diamantes una dureza de 10 en la escala de Mohs y su comportamiento óptico característico. Un gemólogo no puede distinguir un diamante cultivado en laboratorio de uno extraído de una mina mediante una inspección visual estándar o un probador de diamantes básico. Solo los equipos espectroscópicos especializados, como los utilizados por IGI y GIA, pueden identificar el método de crecimiento detectando inclusiones traza o patrones de fluorescencia específicos de cada proceso.

La distinción que realmente importa a los compradores es la que existe entre los dos métodos de laboratorio. Los diamantes HPHT suelen presentar menos problemas de color y, por lo general, no requieren ningún tratamiento posterior al crecimiento, aunque los equipos son caros y el crecimiento es más lento. Los diamantes CVD se producen más rápido y ofrecen un excelente control de la pureza, pero la mayoría de las piedras CVD incoloras del mercado se han sometido al paso de recocido descrito anteriormente. Ninguno es inferior como gema terminada, siempre que el informe de clasificación final refleje la calidad por la que se está pagando.

La semilla lo es todo

Todos los diamantes cultivados en laboratorio, independientemente del proceso utilizado para fabricarlos, tienen su origen en una única semilla de diamante. Esa semilla determina la orientación del cristal, influye en la velocidad de crecimiento y define el límite de calidad de la piedra terminada. La sofisticación de los equipos importa, la precisión de las proporciones de los gases o de las curvas de presión importa, pero es en la semilla donde comienza la identidad del diamante. Para los compradores, la conclusión práctica es sencilla: lean el informe de IGI, tomen nota del método de crecimiento, comprueben que se indique cualquier tratamiento posterior al crecimiento y dejen que las cuatro C cuenten el resto de la historia. Si buscan un punto de partida para un anillo de diamante cultivado en laboratorio personalizado, la ciencia detrás de la piedra ya está definida antes de que el joyero llegue a tocarla.

Preguntas frecuentes

¿Cuánto tiempo se tarda en cultivar un diamante en laboratorio?

Los diamantes HPHT suelen cultivarse en un período de días o semanas, según el tamaño en quilates deseado. Los diamantes CVD generalmente tardan de tres a cuatro semanas en alcanzar un tamaño apto para cortar, y algunos pueden necesitar tiempo adicional para el paso de recocido HPHT posterior al crecimiento, que corrige el color antes de que la piedra pase a cortar.

¿Se puede distinguir un diamante CVD de uno HPHT con solo mirarlo?

No de forma fiable a simple vista. Los laboratorios gemológicos utilizan espectroscopia de fotoluminiscencia e imágenes de fluorescencia DiamondView para distinguir los dos tipos de crecimiento. Los diamantes CVD pueden mostrar patrones de tensión distintivos e inclusiones en forma de aguja bajo el microscopio, mientras que los diamantes HPHT pueden contener trazas del catalizador metálico utilizado durante el crecimiento, aunque suelen ser submicroscópicas.

¿El tratamiento HPHT posterior al crecimiento reduce la calidad de un diamante CVD?

No necesariamente. El proceso de recocido corrige los defectos estructurales a nivel atómico sin añadir ni eliminar material del diamante. El resultado es una mejora permanente de la clasificación de color. Lo importante es que el tratamiento se indique en el certificado IGI, como debe ser, para que pueda evaluar con precisión la calidad de la piedra.

¿Qué es una semilla de diamante y de dónde proviene?

Una semilla de diamante es un pequeño fragmento o una fina lámina de un diamante existente, a menudo producido en un ciclo de crecimiento anterior en el laboratorio. Proporciona la plantilla cristalina que guía la disposición de los nuevos átomos de carbono durante el crecimiento. Sin una semilla, los átomos de carbono no se organizarían en la estructura de red ordenada que hace que un diamante sea duro y ópticamente brillante.

¿Por qué los diamantes cultivados en laboratorio cuestan menos que los extraídos de una mina si el proceso es tan técnico?

La diferencia de precio se debe a la cadena de suministro, no a la ciencia. La extracción requiere minería, maquinaria pesada, derechos sobre la tierra y largas cadenas logísticas. El crecimiento en laboratorio se lleva a cabo en una instalación controlada donde la producción puede ampliarse, los residuos son mínimos y el tiempo desde la semilla hasta la piedra pulida se mide en semanas, en lugar de los años que pasa un diamante extraído de una mina recorriendo la cadena de suministro. El diamante en sí es físicamente idéntico; los gastos generales no.