Для чего применяют алмаз

Алмаз. Свойства, добыча и применение алмаза

В данной статье хочу ещё раз поговорить об этом удивительном природном минерале. Алмаз — самое твердое вещество из всех существующих в природе и наиболее почитаемый и дорогостоящий драгоценный камень.

Свойства и происхождение алмаза

Его название происходит от греческого слова adamas, что значит «непобедимый», и под­черкивает его необыкновенную твердость и стабильность.

По интенсивно­сти добычи и обработки алмазы превосходят все остальные драгоценные камни .

По своему химическому составу алмаз — чистый углерод , так же как и графит , но его чрезвычайная твердость — результат кристаллической структуры, образовавшейся при высокой температуре и под высоким давлением в верхних слоях мантии Земли. Большинство алмазов образовались в земной коре на глубине 80-150 км.

Алмазы: история, добыча, применение

Поскольку алмаз состоит из углерода, то при очень высокой температуре в воздухе или в кислороде он сгорает.

Мысль о том, что алмазы горючи, впервые была высказана в 1675 г. Исаа­ком Ньютоном (1642-1727), выдающимся английским ученым и математиком, а первый опыт по сжиганию алмаза был проведен 19 лет спустя итальянцами Аверани и Тарджиони.

Образование и добыча алмазов

Обычно алмаз находят в виде плоских октаэдрических кристаллов , реже — в виде кубических кристаллов , часто с искривленными гранями.

До тех пор, пока в середине XIX века в Южной Африке не были открыты богатые алмазами залежи кимберлита (названного так по имени города Кимберли, где они впервые были обнаружены), большая часть алмазов добывалась из аллювиальных отложений (из речного и берегового галечника).

Магмати­ческая горная порода кимберлит богата магнием , железом и кальцием . На западе Австралии алмазы добывают из ультраосновных горных пород, близких по своему составу к кимберлитам.

Эти породы могут долго находиться в земной коре, пока извержение вулкана, продолжающееся несколько часов , не вынесет их на поверхность.

Небольшое количество алмазов было найдено также в железных метеоритах . В Индии алмазы были известны более 2000 лет тому назад, но огранкой их не занимались, так как считалось, что это лишает камень его магических свойств.

О существовании алмазов знал и писал еще Плиний Старший (23-79), но в Древнем Риме они ценились невысоко, ибо римляне не умели обрабаты­вать такие твердые камни.

Обработка и огранка алмазов

В XIV в. европейцы начали делать огранку со срезом октаэдрических кристаллов и огранку «роза» для мелких фрагментов.

Бриллиантовая огранка впервые появилась в XVII веке и к началу XX века была значительно усовершенствована. В наши дни для огранки алмазов широко используются лазеры.

Алмазы — первые драгоценные камни, вес которых стали измерять в каратах . На протяжении многих лет вес одного карата разнился в разных стра­нах, однако в 1907 г. был установлен метрический карат, равный 200 мг (0,2 г).

Скорее всего, слово «карат» происходит от греческого слова keration, что означает «стручок рожкового дерева», семена которого служили мерой веса в странах Средиземноморья.

Алмазы имеют идеальную кристаллическую форму и высокую симметрию. Не ограненные камни могут казаться круглыми и жирноватыми, но стоит их разбить или огранить, как проявляются алмазный блеск и дисперсия, что придает камням необычайное сверкание.

Возможно, лучше всего это выявляет бриллиантовая огранка алмаза, ставшая в наши дни самой популярной. Она способствует тому, что грани бриллианта отражают максимальное количество падающего на них света.

К другим распространенным видам огранки относятся «кушон», «панделок» (грушевидная), «маркиза», фантазийная, круглая и квадратная.

Мелкие бриллианты (вес менее 0,25 карата), которые используют для украшения вставок из более крупных драгоценных камней, называются «розочками».

На камни ювелирного качества — без изъянов, прозрачные и бесцветные, которые используются для изготовления различных украшений , — приходится около четверти всех добываемых алмазов.

В процессе обработки и огранки теряется более половины их исходного веса. Цена алмаза зависит от его прозрачности и окраски.

Цвет алмаза

Поскольку большинство алмазов имеет включения, из-за которых они приобретают желтоватый, коричневатый , зеленоватый и черный цвет, самые дорогие и редкие камни — абсолютно бесцветные и прозрачные. Наиболее редки красные , голубые и зеленые алмазы.

Камни насыщенных цветов, так называемых фантазийных, ценятся очень высоко, причем самыми дорогими считаются кроваво- красные камни . Алмазы окрашивают и искусственно — в ядерных реакторах.

Из-за высокой твердости алмазов огранить и отшлифовать один алмаз можно только с помощью другого.

Имитация алмазов

Для имитации бриллиантов используют шпинель , сапфир , титанат стронция , циркон , горный хрусталь , стекло , синтетический иттрий -алюминиевый гранат , а также другие камни и материалы.

Синтетические алмазы впервые были получены в 1955 г. и с тех пор широко применяются в промышленности.

Более трех четвертей всех добываемых алмазов — камни промышленно­го качества, хотя у различных шахт и рудников этот показатель разный.

Технические мелкие алмазы от серого до коричневого цвета называются бортом, карбонатом или бапласом.

Применение алмазов

Их используют для изготовления сверл, стеклорезов, игл для звукоснимателей, пил для распиловки строительного камня , накатных роликов для протяжки проволоки.

Кроме того, они применяются в производстве абразивных материалов, а также для обработки других алмазов, ибо в каком-то одном направлении кристалл может быть менее твердым, чем в остальных.

Камень алмаз обладает совершенной спайностью в четырех разных направлениях, параллельных граням кристалла — октаэдра, благодаря чему его можно легко разделить на несколько более мелких камней.

Особенности свойств алмаза

На основании их физических свойств алмазы поделены на две категории: тип I и тип II. Камни , относящиеся к типу I, содержат в качестве примеси азот и подразделяются на алмазы типа 1а, в которых азот находится в виде слоев, и алмазы типа lb, в которых азот находится в диспергированном состоянии.

Примерно 999 алмазов из каждой тысячи принадлежат к типу I. Алмазы типа II, такие как естественные голубые камни, слоисты и не имеют примесей азота.

В отличие от камней типа ПЬ камни, относящиеся к типу Па, не проводят электричества. Камни ювелирного качества обнаруживаются как среди алмазов типа I, так и среди типа II, а некоторые алмазы представля­ют собой сочетание характерных признаков обоих типов.

Самый крупный алмаз из всех когда-либо найденных — это «Куллинан», о котором уже рассказывалось выше. Он весил 3106 каратов; был найден в 1905 г. на руднике «Премьер» в Южной Африке, в Трансваале.

Позднее его разделили на 9 крупных и 96 мелких камней . Самый крупный из ограненных бриллиантов — «Куллинан-I» (его второе название «Звезда Афри­ки») весит 530,2 карата и украшает королевский скипетр Британской империи.

Другой бриллиант, голубой камень «Хоуп» (45,52 карата), известен как камень, приносящий беды и несчастья своим владельцам. Сейчас он находится в Смитсониевском институте в США (Вашингтон, округ Колумбия).

Там же хранится и крупнейший безупречный желтый бриллиант «Оппенгеймер» из Южной Африки (253,7 карата). Самый крупный алмаз промышлен­ного качества (3,167 карата) найден в бразильском штате Байя.

Месторождения алмазов

Богатейшие залежи алмазов находятся в Кимберли (Южная Африка). Первый алмаз был найден там в 1866 г. на берегу Оранжевой реки. Многие знаменитые бриллианты, такие как «Кох-и-Нор», были найдены на рудниках Голконды (Южная Индия).

Вплоть до 1725 г., когда алмазы были обнаружены в Бразилии, именно Индия считалась основным поставщиком этих драгоценных камней. До сих пор в Бразилии находят мелкие алмазы хорошего качества.

С конца XIX в. основным источником ювелирных алмазов стала Южная Африка. Австралия является важнейшим поставщиком алмазов фантазийных цветов.

Наибольшее количество алмазов для промыш­ленного использования добывалось в Конго. Алмазы также добывают в США (штаты Арканзас и Колорадо). Аллювиальные месторождения алмазов обнаружены едва ли не во всех штатах.

Аллювиальные алмазы добывают и в Канаде (остров Святой Елены, провинция Квебек и Северо — западные территории). Крупные месторождения алмазов есть в Сербии, России , в Венесуэле и Намибии.

Источник

Применение алмаза в промышленности, хозяйстве и жизни человека

Среди натуральных камней алмаз занимает наивысшее место. Его применяют на протяжении сотен лет в разных отраслях. И все из-за того, что он обладает уникальными свойствами, которых нет в других камнях.

Полезные свойства самоцвета

Алмаз – это самое твердое вещество в мире. Он представляет собой модификацию химического элемента под названием углерод. При высоких показателях температуры алмаз изменяется на графит, но если нет доступа кислорода. В обычной среде камень начинает плавиться уже при температуре 800°С. Без поступления кислорода этот процесс происходит при 2000°С.

Список характеристик:

• плотность – от 3,4 до 3,5 г/см³;
• теплопроводность – 2300 Вт (мК);
• коэффициент трения – в пределах 0,1;
• минимальный показатель сжатия;
• большой модуль упругости.

Также следует отметить, что последний показатель может увеличиваться в 5 раз. Это происходит в том случае, если на поверхности самоцвета будет отсутствовать пленка из адсорбированного газа.

При поступлении кислорода и высокой температуре воздуха алмаз переходит в углекислый газ.

Применение алмаза в ювелирном деле

Для изготовления драгоценных изделий используют не все виды алмазов. Камень должен иметь как можно меньше микротрещин и не быть мутным. Также обращают внимание на присутствие оттенков. Качественный материал тот, у которого не наблюдается серый цвет.

Для придания камню невероятного блеска его изначально обрабатывают. Шлифуют поверхность с помощью такого же алмаза. Только подобным образом получают желаемый результат. Данная техника обработки материала была открыта в Индии одним ювелиром. С того времени ее используют во всем мире.

Что касается распилки, то ранее делали это с помощью стальной проволоки. Результат был хорошим, но для того чтобы разделить камень на части, требовалось много времени. Поэтому со временем распилку начали проводить бронзовой фрезой. В ее состав входит эмульсия и алмазная пыль.

Использование в производстве

В производстве используют алмазы не все. Качественный материал имеет высокую цену, поэтому применять в больших масштабах нерационально. В производстве чаще всего используют искусственные алмазы.

Несмотря на преимущества, алмаз – довольно хрупкий камень.

Их добывают несколькими способами:

1. Из пара. Для это используют метод химического осаждения.
2. С помощью высокого давления и максимальных температур.
3. Подрывается вещество, в составе которого большое количество углерода.

Те камни, которые не прошли огранку, относят к техническим алмазам. Они также используются для изготовления инструментов.

Из алмазов делают:

• сверла;
• шлифовальные инструменты;
• ножницы;
• фрезы;
• стеклорезы.

Благодаря таким деталям, происходит качественная обточка металла. Также крошкой покрывают буры для сверления нефтяных скважин.

Применение самоцветов в промышленности

Широкое применение алмазы получили благодаря невероятной прочности. Детали, которые покрыты крошкой, имеют длительный период эксплуатации. К преимуществам относят также небольшой шум во время работы, высокую скорость выполнения заданий и невероятную точность распила. После себя камень не оставляет трещин, сколов и других деформаций на поверхности.

Для изготовления инструментов и комплектующих к ним

В нынешнее время используют алмазные инструменты для сверления бетона. При обработке такой поверхности не появляется пыль, и отсутствует вибрация.

Зачастую сверла с алмазной крошкой применяют для:

• создания отверстий водоснабжения;
• установки кондиционеров;
• взятия проб из скальных пород.

Также данный драгоценный материал нашел применение в космической сфере. Алмазом покрывают различные приборы, чтобы они приобрели высокую прочность и прослужили как можно дольше.

Телекоммуникации

Данный вид кристалла помогает проводить через один кабель несколько линий связи разной частоты. Он не поддается резким перепадам температуры и не реагирует на скачки напряжения. Камень также используют в фотоэлементах и деталях для оптических приборов.

Для того чтобы получить желаемый результат, достаточно использовать частицу камня, которая будет незаметна даже человеческому глазу.

Медицина

В данной области алмаз является незаменимой вещью. Хирургические скальпели обрабатываются подобным камнем. Благодаря ему, острые лезвия дают тонкие разрезы, что важно в медицине.

Последняя разработка ученых – медицинский лазер. Основная составляющая его – именно алмаз, который выступает в виде проводника.

Ядерная промышленность

В этой сфере алмаз используется для создания ядерных излучений. При заряжении частицы в камне образуется вспышка, от которой появляется импульс тока. Подобную реакцию не вызывает какой-либо другой самоцвет.

Химическая и физическая сфера

Так как алмаз, по сравнению с другими камнями и материалами, не поддается воздействию различных кислот, его используют как защитный элемент. Все детали, которые созданы на основе алмаза, не дают погрешностей и работают надлежащим образом многие годы.

Алмазы нередко применяют в электронике.

Алмаз применяется во многих отраслях, и все это благодаря высоким показателям самоцвета. При верном использовании даже малая частичка даст желаемый результат. Главное – соблюдать определенные правила обработки самоцвета и его применения в разных промышленных сферах.

Источник

Алмаз

тур. elmas , которое идёт через арабск. из др.-греч. ἀδάμας — «несокрушимый») — минерал, одна из аллотропных форм углерода.

Физико-механические свойства

Главные отличительные черты алмаза — высочайшая среди минералов твёрдость, наиболее высокая теплопроводность среди всех твёрдых тел, большие коэффициент преломления и дисперсия. Алмаз является диэлектриком.

У алмаза очень низкий воздухе алмаз сгорает при 850—1000°С, а в струе чистого кислорода горит слабо-голубым пламенем при 720—800°С, полностью превращаясь в конечном счёте в углекислый газ. При нагреве до 2000°С без доступа воздуха алмаз переходит в графит за 15-30 минут [1] . Средний показатель преломления бесцветных кристаллов алмаза в жёлтом цвете равен примерно 2,417, а для различных цветов спектра он варьируется от 2,402 (для красного) до 2,465 (для фиолетового). Способность кристаллов разлагать белый свет на отдельные составляющие называется дисперсией. Для алмаза дисперсия равна 0,063.

Одним из важных свойств алмазов является 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.

Большой коэффициент преломления, наряду с высокой изумрудом и рубином, которые соперничают с алмазом по цене). Алмаз в естественном виде не считается красивым. Красоту придаёт алмазу бриллиантом.

Нахождение алмазов в природе

Кроме этого, алмазы были найдены в метаморфизма сверхвысоких давлений, например в Кумдыкульском месторождении алмазов на Казахстане.

И импактные, и метаморфические алмазы иногда образуют весьма масштабные месторождения, с большими запасами и высокой концентрацией. Но в этих типах месторождений алмазы мелки настолько, что не имеют промышленной ценности.

По оценке компании « 2004 добыча алмазов (в стоимостном выражении) в странах-лидерах составила:

— 2,9 млрд долл.; — 2 млрд долл.; — 1,4 млрд долл.; — 1,3 млрд долл.; — 1,2 млрд долл.; — 0,7 млрд долл.

История добычи алмазов в России

В России первый алмаз был найден 4 июля 1829 года на Урале в Александра Гумбольдта, на то место, где он нашел первый алмаз (сейчас это место называется Алмазный ключик (по одноименному источнику) и расположено приблизительно в 1 км от пос. Промысла́ недалеко от старой автомобильной дороги, связывающей поселки Промысла́ и Пермского края), и там было найдено еще два небольших кристалла. За 28 лет дальнейших поисков был найден только 131 алмаз общим весом в 60 карат.

Синтетические алмазы

Предпосылки и первые попытки

Открытие натолкнуло учёных на мысль о возможности искусственного создания алмаза. Первая попытка синтеза алмаза была предпринята в 1823 году основателем Харьковского универститета Анри Муассаном , заменившим серебро на железо. Позже было установлено, что в этих опытах синтезировался не алмаз, а [4] .

В 1879 году шотландский химик Джеймс Хэнней обнаружил, что при взаимодействии щелочных металлов с органическими соединениями происходит выделение углерода в виде чешуек графита и предположил, что при проведении подобных реакций в условиях высокого давления углерод может кристаллизоваться в форме алмаза. После ряда экспериментов, в которых смесь парафина, костяного масла и лития длительное время выдерживалась в запаянной нагретой до красного каления стальной трубе, ему удалось получить несколько кристаллов, которые после независимого исследования были признаны алмазами. В научном мире его открытие не было признано, так как считалось, что алмаз не может образовываться при столь низких давлениях и температурах [5] . Повторное исследование образцов Хэннея, проведённое в 1943 году с применением рентгеновского анализа, подтвердило, что полученные кристаллы являются алмазами, однако профессор К. Лонсдейл, проводившая анализ, вновь заявила, что эксперименты Хэннея являются мистификацией [6] .

Синтез

Изображение синтетических алмазов, полученное на растровом электронном микроскопе

В 1961 году появились первые публикации фирмы « фазового перехода из графита. Синтез производился с использованием энергии взрыва [7] , или непосредственно из продуктов взрыва некоторых никель-марганец и его охлаждении под давлением в формах из кислот.

Современные способы получения алмазов используют [8] газовую среду, состоящую из 95 % водорода и 5 % углесодержащего газа ( плазму, сконцентрированную на подложке, где образуется сам алмаз. Температура газа от 700—850 °C при давлении в тридцать раз меньше атмосферного. В зависимости от технологии синтеза, скорость роста алмазов от 7 мкм/час до 3 мкм/мин на подложке.

Применение

Натуральные алмазы

В 90-е годы XX века замедление потребления ювелирных украшений с бриллиантами, совпавшее с ростом добычи алмазов, привело к значительному росту запасов ЦСО. Не имея возможности финансировать постоянный рост запасов, ЦСО пошла на неоднократные снижения цен, что вызвало отказ от торговли с ней целого ряда алмазодобывающих фирм. В 1996 г. от долгосрочных соглашений с Де Бирс отказалась Австралия. В настоящее время торговлю с Де Бирс по долгосрочным соглашениям продолжает только Россия.

В 2000 г. Де Бирс объявила о переходе к новой рыночной стратегии, так называемого «предпочитаемого поставщика». Компания отказалась от регулирования рыночных цен на алмазы. Это ознаменовало конец фактически действовавшего картеля на мировом рынке алмазов. В настоящее время цены на природные необработанные алмазы формируются под влиянием рыночных сил, что привело к их колебаниям.

Значительное падение цен на алмазы, на величину порядка 30-40 %, произошло в 2005—2006 г. из-за локального превышения предложения над спросом. Вместе с тем, мощности действующих месторождений, степень их выработки, и ожидаемый ввод в эксплуатацию новых рудников позволяют предположить, что в средне- и долгосрочной перспективе на мировом рынке будет наблюдаться устойчивое превышение спроса над предложением, что создает предпосылки для роста цен на алмазы.

Исключительная твёрдость алмаза находит своё применение в промышленности: его используют для изготовления ножей, свёрл, резцов и тому подобных изделий. Потребность в алмазе для промышленного применения вынуждает расширять производство искусственных алмазов. В последнее время проблема решается за счет кластерного и ионно-плазменного напыления алмазных пленок на режущие поверхности. Алмазный порошок (как отход при обработке природного алмаза, так и полученный Синтетические алмазы

Алмазноабразивный инструмент (паста)

‎В настоящее время синтетические алмазы находят широкое применение в машиностроении. Обладая высокой твёрдостью и низкой температурой резания (царапание) при финишной обработке высокотвёрдых поверхностей деталей машин и инструмента он применяется при изготовлении шлифовальных кругов, алмазоабразивных брусков для суперфинишной обработки, хонинговальных алмазоабразивных брусков для хонингования отверстий с поверхностями высокой твёрдости и точности. Широкое применени находят алмазные микропорошки при изготовлении различных паст на основе вязких активированных связок в инструментальном производстве, в производстве оптикомеханических приборов, прецизионного оборудования, в авиационной промышленности, оружейном производстве и т.д. [9]

Огранка алмазов

Виды огранки алмазов

Основными типами огранки являются: круглая (со стандартным числом 57 граней) и фантазийные, к которым относятся такие виды огранки как «овальная», «груша» (одна сторона овала — острый угол), «маркиза» («овал с двумя острыми углами», в плане похож на стилизованное изображение глаза), «принцесса», «радиант» и проч.

Форма огранки бриллианта зависит от формы исходного кристалла алмаза. Чтобы получить бриллиант максимальной стоимости, огранщики стараются свести к минимум потери алмаза при обработке. В зависимости от формы кристалла алмаза, при его обработке теряется от 55 % до 70 % веса. Пропорционально этому увеличивается цена (но не стоимость!) бриллианта. Так из алмаза весом 1 карат, стоимостью 100 долл. и ценой 100 долл. за карат при 50 % «выхода годного» будет получен бриллиант весом 0,5 карата, стоимостью 100 долл. (учитывая только издержки на сырье, без других расходов) ценой 200 долл. за карат.

Применительно к технологии обработки, алмазы можно условно разделить на три большие группы: — «соублз» (как правило кристаллы правильной октаэдрической формы, которые вначале должны быть распилены на две части, при этом получаются заготовки для производства двух бриллиантов); — «мэйкблз» (кристаллы неправильной или округлой формы, подвергаются огранке «одним куском»); — «кливаж» (содержат трещину и не распиливаются, а раскалываются перед дальнейшей обработкой).

Основными центрами огранки бриллиантов являются: Индия, специализурющаяся преимущественно на мелких бриллиантах, массой до 0,30 карата, производит ежегодно этого товара на 7 млрд долл.; Израиль, гранящий бриллианты массой более 0,30 карата, стоимостью около 2,5 млрд долл. в год, Китай, Россия, Украина, Таиланд, Бельгия, США. Производство в пяти последних из перечисленных стран находится на уровне 0,5-1 млрд долл. При этом в США производят только крупные высококачественные бриллианты, в Китае и Таиланде — мелкие, в России и Бельгии — средние и крупные. Подобная специализация сформировалась в результате различий в оплате труда огранщиков.

Окраска

(вес указан уже для огранённых камней)

Диагностика алмаза

Для того, чтобы отличить настоящий алмаз от его имитации, используется специальный «алмазный щуп», измеряющий теплопроводность исследуемого камня. Алмаз имеет намного более высокое значение теплопроводности, чем его заменители. Кроме того, используется хорошая смачиваемость алмаза жиром: фломастер, заправленный специальными чернилами, оставляет на поверхности алмаза сплошную черту, тогда как на поверхности имитации она рассыпается на отдельные капельки [11] .

Источник