Алмазы
Легенда и действительность.Алмаз! Это название известно каждому. С ним ассоциируется представление
о несравненном блеске и непревзайденной твердости. Со вторым свойством
связано и название минерала, которое происходит или от арабского слова
ал-мас (твердейший ) , или от греческого адамас (непреодолимый ,
несокрушимый ) .
Алмазы издавна использовались в качестве самых изысканных украшений.
Ювелиры разделяют алмазы почти на тысячи сортов в зависимости от
прозрачности, тона, густоты и равномерности окраски, наличие трещин,
минеральных включений и некоторых других признаков. В конце двадцатого
века алмазы начинают применятся на производстве. В настоящее время
экономический потенциал наиболее развитых государств в значительной мере
связывается с использованием ими алмазов.
Какие же свойства алмаза определяют его широкое использование в самых
различных областях народного хозяйства? В первую очередь, конечно,
исключительная твердость, которая, если судить по скорости истирания, в
150 раз выше, чем у корунда, и в десятки раз лучше, чем у лучших
сплавов, применяемых для изготовления резцов. Алмаз применяется при
бурении горных пород и механической обработке самых разнообразных
материалов, для протягивания (волочения) тонкой проволоки, в качестве
абразива и т. п.
Более половины добычи технических алмазов идет на изготовления
специального инструмента для обрабатывающей промышленности. Применение
алмазных резцов и сверл на обработке цветных и черных металлов, твердых
и сверхтвердых сплавов, стекла, каучука, пластмасс и других
синтетических веществ дает огромный экономический эффект по сравнению с
использованием твердосплавного инструмента. Чрезвычайно важно, что при
этом не только в десятки раз повышает производительность труда (при
токарной обработке пластмасс даже в сотни раз!) , но одновременно
значительно улучшается качество продукции. Обработанные алмазным резцом
поверхность не требуют шлифовки, на них практически отсутствуют
микротрещины, в результате чего многократно увеличивается срок службы
получаемых деталей.
Практически все современные отрасли промышленности, в первую очередь
электротехническая, радиоэлектронная и приборостроительная, в огромных
количествах используют тонкую проволоку, изготавливаемую из различных.
При этом предъявляются строгие требования к круговой форме и
неизменности диаметра поперечного сечения проволоки при высокой чистоте
поверхности. Такая проволока из твердых металлов и сплавов (вольфрама,
хромоникелевой стали и др.) может быть изготовлена лишь с помощью
алмазных фильер. Фильеры представляют собой пластинчатые алмазы с
просверленными в них тончайшими отверстиями.
Широкое применение в промышленности находят и алмазные порошки. Их
получают путем дробление низкосортных природных алмазов, а также
изготавливают на специальных предприятиях по производство синтетических
алмазов. Алмазные порошки используются в дисковых алмазных пилах,
мелкоалмазных буровых коронках, специальных напильниках и в качестве
абразива. Только с применением алмазных порошков удалось создать
уникальные сверла, которые обеспечивают получение глубоких тонких
отверстий в твердых и хрупких материалах.
Алмазные порошки находят применения на гранильных фабриках, где все
самоцветы, и в том числе алмазы, подвергаются органике и шлифовке,
благодаря чему невзрачные до этого камни становятся таинственно
светящимися или ослепительно сверкающими драгоценностями, к неповторимой
красоте которых никто не останется равнодушным. В алмазе под действием
заряженной частице происходит световая вспышка и возникает импульс тока.
Эти свойства позволяют использовать алмазы в качестве детекторов
ядерного излучения. Свечение алмазов и возникновение импульсов
электрического тока при облучении позволяет применять их в счетчиках
быстрых частиц. Алмаз в качестве такого счетчика обладает неоспоримыми
преимуществами по сравнению с газовыми и другими кристаллическими
приборами.
В Советском Союзе после открытия якутских месторождений была создана
алмазодобывающая промышленность. В значительных масштабах у нас
производятся и синтетические алмазы. Алмазом, как и другим
кристаллическим телам, свойственна анизотропия некоторых характеристик в
том числе и анизотропия твердости, что обусловлено особенностями
внутреннего строения кристаллов. Твердость меняется не только от грани к
грани, но и не редко в пределах одной грани кристалла, что не обходимо
учитывать при обработке алмаза и при работе с алмазным инструментом.
Прочие физико-механические свойства. Важное значение имеет очень низкийкоэффициент трения алмаза по металлу на воздухе — всего 0.1, что
связано с образованием на поверхности кристалла тонких пленок
адсорбированного газа, играющих роль своеобразной смазки. Когда такие
пленки не образуются, коэффициент трения возрастает и достигает 0.5-
0.55. Низкий коэффициент трения обуславливает исключительную
износостойкость алмаза на истирание, которая превышает износостойкость
корунда в 90 раз, а других абразивных материалов — в сотни и
тысячи раз. В результате, например, при шлифовании изделий из твердых
сплавов алмазного порошка расходуется в 600-3000 раз меньше, чем любого
другого абразива.
Для алмаза также характерны самый высокий (по сравнению с другими
известными материалами) модуль упругости и самый низкий коэффициент
сжатия.
Термические свойства. Температура плавления алмаза составляет 3700-
4000′C. На воздухе алмаз сгорает при 850-1000′С, а в струе
чистого кислорода горит слабо-голубым пламенем при 720-800′С,
полностью превращаясь в конечном счете в углекислый газ. При нагреве до
2000-3000′С без доступа воздуха алмаз переходит в графит.
Рассматриваемый минерал обладает исключительно высокой
теплопроводностью, что обусловливает быстрый отход тепла, возникающего в
процессе обработки деталей инструментом, изготовленным из него. Кроме
того, для алмаза характерен низкий температурный коэффициент линейного
расширения (ниже, чем у твердых сплавов и стали) . Это свойство алмаза
учитывается при вставке его в оправу из разных металлов и других
материалов.
Оптические свойства. Средний показатель преломления бесцветных
кристаллов алмаза в желтом цвете равен примерно 2.417, а для различных
цветов спектра он варьирует от 2.402 (для красного) до 2.465 (для
фиолетового) . Способность кристаллов разлагать белый цвет на отдельные
составляющие называется дисперсией. Для алмаза дисперсия равна 0.063.
Как показатели преломления, так и дисперсия алмаза намного превышают
аналогичные свойства всех других природных прозрачных веществ, что и
обусловливает в сочетании с твердостью непревзойденные качества алмазов
как драгоценных камней. Высокое преломление в совокупности с чрезвычайно
сильной дисперсией вызывает характерный блеск отполированного алмаза,
названным алмазным.
Одним из важных свойств алмазов является люминесценция. Под действием
солнечного света и особенно катодных, ультрафиолетовых и рентгеновских
лучей алмазы начинают люминесцировать — светиться различными
цветами. Под действием катодного и рентгеновского излучения светятся все
разновидности алмазов, а под действием ультрафиолетового — только
некоторые. Рентгенолюминесценция широко применяется на практике для
извлечения алмазов из породы.
Форма кристаллов. Большая часть алмазов встречается в природе в виде
отдельных хорошо оформленных кристаллов или их обломков. Преобладают
октаэдры, ромбододекаэдры и кубы, а также их комбинации. Это кристаллы с
ровными плоскими гранями. Так их и называют — плоскогранными. Реже
встречаются кривогранные, округлые кристаллы, однако в некоторых
месторождениях они преобладают. Зачастую кристаллы алмаза срастаются
друг с другом или же как бы прорастают друг друга, образуя
соответственно так называемые двойники срастания и прорастания.
Практически во всех алмазных месторождениях присутствуют микро — и
скрытокристаллические агрегаты, сложенные сотнями тесно сросшихся
мельчайших зерен алмаза. Они подразделяются на борт, баллас и карбонадо.
Бортом обычно называют неправильные мелкозернистые сростки. Балласы
представляют собой шарообразные агрегаты, радиально-лучистого строения,
карбонадо — тонкозернистые агрегаты, имеющие массивное, пористое,
коксовидное и шлаковидное строение. Наиболее ценятся массивные
карбонадо, покрытие эмалевидной корочкой, которая тверже самого
алмазного ядра. Карбонадо незаменимы для изготовления алмазных буровых
коронок.
Классификация алмазов. Попытки классифицировать алмазы предпринимались с
незапамятных времен. Так, древние индусы разделяли алмазы, как и людей,
на четыре касты: брахманы, кшатрии, вайшии и шудры. К брахманам
относились прозрачные высококачественные кристаллы, к кшатриям и вайшиям
— камни камни более низкосортные с красноватым оттенком, к шудрам
— наиболее низкокачественные алмазы серого цвета. Соответственно
шудры оценивались в четверть, вайшии — в половину, а кшатрии
— в три четверти стоимости брахманов.
В настоящее время существует множество классификаций алмазов, основанных
на различных принципах. В одних классификационных схемах сделаны попытки
учесть все свойства алмазов, в других — в основу положен
генетический принцип, т. е. представления об условиях образования тех
или иных групп алмазов. В Советском Союзе наибольшее распространение
получили классификационные схемы Ю. Л. Орлова и З. В. Бартошинского. В
то же время ювелиры, подходя к данному вопросу со своих позиций,
разделяют алмазы почти на тысячу сортов в зависимости от прозрачности,
тона, густоты и равномерности окраски, наличия трещин, минеральных
включений и некоторых других признаков. В нашей стране принята
классификация, где учитывается качество алмазов, их размерность, масса и
сфера применения. По качеству определяется 9 категорий природного
алмазного сырья. К категориям 1 и 2 отнесены ювелирные алмазы, к
остальным — различные сорта технических. В свою очередь, категории
подразделяются на группы с учетом массы и размеров кристаллов, а группы
— на подгруппы с указанием области использования алмазов.
