DIAMANTE SINTÉTICO – SÍNTESE E APLICAÇÕES

Logo que foi descoberta a estrutura elementar do diamante, deram-se início às tentativas de síntese desse material. Evidências geológicas apontavam que a formação do diamante natural poderia ocorrer em condições de elevada temperatura e elevada pressão.

O diamante e o grafite são as formas alotrópicas de carbono mais conhecidas, e a partir do diagrama de fases do carbono, apresentado na Figura 1, têm-se a compreensão a respeito da estabilidade dessas espécies, sendo possível distinguir algumas regiões importantes representadas pelas letras maiúsculas.

As linhas contínuas representam as regiões de equilíbrio termodinamicamente estáveis limitando as regiões de estabilidade do grafite e do diamante: linha de equilíbrio do grafite e diamante, a linha de fusão do grafite e a linha de fusão do diamante. No diagrama, há dois pontos triplos, sedo um correspondente a grafite/líquido/vapor em 0,011 GPa e 5000K e o outro correspondente ao ponto grafite/diamante/líquido em 12 GPa e 5000K.

A região A corresponde às condições de síntese comercial do diamante a partir do grafite na presença de catalisadores metálicos, sob alta pressão. A região B se refere às condições de Pressão/Temperatura em que ocorre a transformação do grafite sólido em diamante sólido. A reação C corresponde a relação Pressão/Temperatura limite para que ocorra a transformação do diamante sólido em grafite sólido.

Os processos de síntese do diamante podem ser divididos de acordo com o regime de pressão:

  • A síntese de diamantes realizada em condições de baixa pressão por meio da deposição de hidrocarbonetos gasosos em condições onde o diamante é a fase metaestável (geralmente denominado de método CVD – Chemical Vapor Deposition);
  • A síntese de diamantes em altas pressões, sendo esta conduzida dentro do campo de estabilidade termodinâmica do diamante;
  • A síntese de diamantes a partir da transformação direta do grafite em diamante.

O processo CVD se baseia na aceleração do processo considerado natural de crescimento através da injeção de gases que contém carbono e hidrogênio em um reator com atmosfera rarefeita. Este processo pode resultar em dois tipos de diamantes, o cristalino e o amorfo, como ilustrado na Figura 2.

Figura 2 – Processo de Deposição Química
Fonte: Diamantes versáteis

O diamante cristalino apresenta uma estrutura organizada de átomos de carbono responsável pela extrema dureza a esse material. Já o diamante amorfo não possui uma estrutura definida, e por isso são tidos como materiais menos nobres.

Em tese, a produção dos diamantes cristalinos e amorfos é basicamente a mesma. A produção é realizada em temperaturas superiores a 2300ºC na presença de plasma, fonte de energia necessária para causar a nucleação e o crescimento da cobertura de diamante.

Mas diferente do diamante cristalino que é obtido apenas em regiões muito pequenas, de no máximo 200 a 300 milímetros, o diamante amorfo pode atingir além de 1.000 milímetros. Outra diferenciação reside também no tamanho dos reatores. Enquanto o diamante cristalino é feito em reatores pequenos, o amorfo é obtido em reatores imensos, que possibilitam a produção de muitas peças de uma vez.

O diamante amorfo, que recebe o nome DLC (sigla de diamond-like carbono), pode ser empregado em revestimento de qualquer dispositivo ou instrumento de aço inoxidável. Uma fina camada desse diamante confere ao aço propriedades como baixo coeficiente de atrito, bactericida, resistente a corrosão química e ao desgaste mecânico.

Seja natural ou sintético, o diamante é o material mais duro que existe, e os diamantes sintéticos preservam a alta resistência, com as mesmas propriedades físicas e químicas do diamante natural.

Diante das suas propriedades, os diamantes sintéticos são utilizados nas indústrias de petróleo, mineração e automotiva e para equipamentos médicos e odontológicos.

Como exemplo pode-se citar aplicações em: produção de brocas e aparelhos ulltrassônicos de uso odontológico, utilização em satélites como dissipadores de calor e lubrificantes sólidos, utilização em dispositivos microeletrônicos, em ferramentas de corte, camadas antiatrito em motores automotivos e aeronáuticos, revestimento de peças e recipientes usados na indústria química, no processamento de vidros e materiais cerâmicos e na produção de protetores ópticos, entre outros.

REFERÊNCIAS

Síntese de diamantes no sistema Ni-Mn-C dopados com carbonato de cálcio via aplicação de altas pressões e altas temperaturas

Diamantes versáteis

Caracterização do diamante CVD depositado sob atmosfera com adição de baixa concentração de N2

Tecnologia amplia aplicações industriais de diamantes sintéticos

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