Как твердость алмаза используется в технике

Особенности применения алмаза как минерала, за какие свойства его ценят. Как алмаз используется человеком в технической, медицинской и других сферах. Чем режут и как обрабатывают алмаз.

Применение алмаза

Знали ли вы, что многие камни, даже самые ценные и драгоценные, часто применяются не только в ювелирной промышленности, но и в других областях? Например, алмаз, помимо вставки в украшения, может использоваться совсем в разных сферах. Такое применение тесно связано с одной из характеристик минерала — высокая твёрдость. В этом плане конкурентов у алмаза нет, он считается самым твёрдым самоцветом на планете Земля. Где же ещё можно встретить не только самый ценный камень, но и самый востребованный в промышленности?

Применение алмаза, основанное на его твердости

Благодаря высокой твёрдости алмаза, которая оценивается в 10 баллов по шкале Мооса, его можно использовать практически в любых областях.

Медицина

В медицине алмаз применяется для изготовления инструментов для внутриполостных исследований. Когда самоцвет проходит обработку, от него осыпается пыль, которая так и называется — алмазная. Её наносят на скальпели, которые используются в таком точном направлении как нейрохирургия. Алмазное напыление позволяет как можно точнее провести разрезы, и при этом инструмент сохраняет свою остроту.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС ПРОТИВ АЛМАЗА 1600$

Также минерал используется при изготовлении специального белья. За счёт воздействия мельчайшей крошки, он способствует насыщению клеток и сосудов кислородом, улучшает кровообращение, участвует в очищении крови и в общем положительно влияет на процесс кроветворения.

Также камень нашёл широкое применение в стоматологии.

Строительство

Не все алмазы, найденные в природе, годятся для огранки и изготовления бриллианта. Большинство самоцветом считаются техническими за счёт низкого качества. Такие минералы называют техническими. Но и они нашли широкое применение. Благодаря им стали доступны покрытия с алмазным напылением, например, на пилы, свёрла. Пожалуй, практически каждый слышал такие понятия, как «алмазная резка» или «алмазное бурение».

С помощью таких инструментов проводятся такие работы:

• резка бетона, который отличается сверхпрочностью;
• бурение железобетона;
• обработка гранита и других природных камней, к характеристикам которых также относится высокая прочность;
• резка стекла;
• сверление кирпича.

Алмазная резка способна справиться с резкой практически любого покрытия, в том числе и самого твёрдого и прочного.

Ядерная энергетика

Известно, что когда ион поступает в алмаз, то происходит вспышка света. Именно благодаря этому свойству, минерал используют в виде измерителя ядерного излучения. Кроме того, в ядерной энергетике минерал часто используют для изготовления различных высокоточных приборов.

Алмазные детали часто можно встретить в часах, микроэлектронике и даже компьютерах.

Химическая и физическая промышленность

Ещё одно преимущество камня — невосприимчивость к кислотам и другим веществам. В данном случае использование самоцвета позволяет провести сверхточные исследования и опыты. Сверхпрочный минерал выдерживает любые воздействия агрессивных разрушающих веществ.

Также это позволяет использовать алмаз в таких отраслях:

• квантовая физика;
• лазерные технологии;
• исследования космоса.

Ювелирное дело

Конечно же, самое главное и самое важное применение алмаза — ювелирная промышленность. Самые качественные агрегаты самоцвета проходят тщательную проверку по многим показателям, и только при наивысшей оценке попадают на стол специалистов для обработки, шлифовки и огранки. При оценке алмаза как ювелирного камня учитываются такие показатели как чистота, блеск, оттенок, наличие включений, размер.

Огранка — самый важный этап обработки самоцвета. Именно благодаря особой форме и определённому количеству граней раскрывается вся красота камня и его особый блеск и чистота. При малейшей ошибке мастера можно лишиться всего минерала и тогда он уже будет не пригоден для дальнейших работ.

С алмазом создают самые разные украшения:

• серьги;
• кольца;
• перстни;
• бусы;
• запонки;
• браслеты и прочее.

На удивление, это не все отрасли, где используется алмаз. Он также встречается в оптике, телекоммуникациях, при добыче полезных ископаемых и прочее. Применение камня, основанное на его твёрдости, настолько широкое, что его можно встретить практически в любой отрасли. Это позволяет назвать алмаз не только ценным ювелирным самоцветом, но и особо ценным во всех сферах промышленности.

Алмазный инструмент. Твердость кристаллов делает их просто идеальными для использования в режущих, полировочных и шлифовальных инструментах. Так алмаз применяется для обработки: искусственных и натуральных камней различной твердости. Алмазные диски для резки и полировки, фигурные ролики и пр. стекла – резка выполняется специальными алмазными резцами, которые доступны даже в быту.

Применение алмаза: как люди используют драгоценный камень

При слове «алмаз» бо́льшая часть из нас представляет высокопрочный прозрачный минерал или ювелирные изделия с бриллиантами, блеск и игру света которых не спутаешь ни с одним известным камнем. Но неужели этим и ограничивается область применения минерала? Что делают из алмазов еще?

Где используется алмаз

Оказывается, сфера применения минерала огромна. Алмазы обрабатывают, получая не только камни разной формы и размера, но и крошку и алмазную пыль. Практически нет области промышленного производства, науки, в которых исключалось бы применение алмаза. Подробно рассмотреть все аспекты использования минерала невозможно, но составить общую картину и понять, для каких целей применяется алмаз, — вполне реально.

Медицина

Основное целевое направление — производство высокоточного хирургического оборудования с алмазным напылением. Тонкие и острые полостные надрезы позволяют хирургам максимально эффективно проводить сложнейшие операции в области сердца и других жизненно важных органов. Хирургический инструмент имеет хорошую износостойкость и практически не тупится.

Алмаз является хорошим проводником, и это свойство позволяет применить минерал в составе медицинского лазера. Тончайшее алмазное напыление дает возможность использовать указанное оборудование в разных направлениях медицины.

Применение алмазной дермабразии в косметологии позволяет провести шлифовку лица. Алмазная корректировка деликатно удаляет ороговевший слой кожи, устраняет пигментные пятна, акне. Затем полировка доводит эпидермис практически до идеального состояния. Процедура настолько нежна и деликатна, что позволяет работать с кожей вокруг глаз и губ.

Каким образом человеком используется алмаз в инновационных технологиях современной медицины? Разработки ученых из Санкт-Петербурга открыли новую страницу медицинской алмазной диагностики. Синтетические ультрадисперсные алмазы (УДА) находят применение в новейших тест-системах для диагностики инфекционных заболеваний. Маркеры-антигены закрепляются на специальных наноносителях, к числу которых и относится УДА. Например, на стекле смешивается УДА, сыворотка крови больного и антиген-возбудитель сифилиса, через 15 минут четко видны последствия реакции агглютинации. Чувствительность методики достигает 95%, а специфичность — 100%.

Американские специалисты используют синтетические наноалмазы в стоматологии для защиты корневых каналов после удаления нерва и пульпы. Скорость выздоровления пациентов в данном случае существенно возрастает.

С получением новых структур на основе алмазов наблюдается расширение границ использования минерала в медицине.

Промышленность

Применение алмазов в промышленности достаточно многогранно. И в этом большую роль сыграли их особенные свойства: твердость, теплопроводность и др.

Приборостроение и промышленное оборудование

При создании особо сложных деталей для любого оборудования, используются фрезеровочные, токарные и другие станки. Ножи по металлу, фрезы, шлифовальное оборудование также выпускаются с алмазным напылением. Длительный срок службы и высокая точность выполненной работы — главная особенность насадок и блоков с алмазным напылением.

До недавнего времени буровые коронки и долото выполнялись только с применением алмаза. Сейчас они вытеснены другими, более дешевыми материалами или синтетическими монокристаллами.

Высокая твердость алмаза обуславливает его использование в соплах станков гидроабразивной резки и фильерах для производства полимерных волокон.

Станок гидроабразивной резки

Алмазные наковальни позволяют исследовать поведение различных соединений при высоких давлениях (до 100 ГПа).

Алмаз применяется в самолетостроении, космической промышленности для создания сверхпрочных покрытий воздушных и космических кораблей, способных выдерживать высокие температуры и нагрузки.

Электроника и оптика

Применение алмазов в промышленности тесно связано с такими направлениями, как оптика и электроника. Это алмазные транзисторы, детекторы ионизирующих излучений на алмазе, матричные УФ-фотоприемники, поликристаллические алмазные пленки. Сложное узкоспециальное оборудование помогает человеку в различных направлениях жизнедеятельности.

Строительные и отделочные работы

Кто хотя бы раз занимался ремонтом или строительством, знает, что просверлить отверстие в бетоне или разрезать керамогранит обычными инструментами проблематично. Это долгий, монотонный труд, с большой затратой физических сил и с не всегда хорошим результатом.

Алмазный абразивный диск

Но, как только в дело вступают так называемые алмазные сверла и диски, работа выполняется в считаные минуты. Отверстия получаются аккуратные, нужной глубины и размера, а срез — ровным, без сколов. И неважно, где выполняются работы: в рамках квартиры или огромного строящегося здания, алмазное напыление в шлифовальных инструментах — гарантия высокого качества выполненных работ. Минералу под силу работа с любыми материалами: бетон, гранит, мрамор и др.

Ювелирное дело

Всем известно, что при огранке можно сделать из алмаза бриллиант — неповторимый по красоте и игре света камень. Крупные бриллианты используются для украшения тиар или диадем царственных особ.

В тройку алмазов-лидеров по размерам входят:

• Куллинан (Южная Африка) — 3106, 75 карат;
• Sewelo (Ботсвана) — 1758 карат;
• Lesedi la Rona (Ботсвана) — 1109 карат.

Дальнейшая судьба этих подарков природы довольно стандартна: их раскалывают на более мелкие части и выполняют огранку, получая бриллианты. Высокое значение показателя преломления и дисперсии обуславливают игру граней всеми цветами радуги. Также следует знать, что поверхность бриллиантов не царапается и сохраняет характерный блеск.

Крупные бриллианты в виде отдельного камня или в составе украшения — хорошее финансовое вложение и гордость любого коллекционера:

• Золотой скарабей — золотисто-желтого цвета, весом 545 карат, принадлежит королю Таиланда. Огранка камня длилась 2 года.
• Розовая звезда — самый дорогой бриллиант, весом 59,9 карат, был продан неизвестному покупателю на аукционе за 71,2 млн долларов.
• Самый чистый российский бриллиант был получен из якутского алмаза и имеет вес 51,38 карат.

Бриллиант «Розовая звезда»

Алмаз применяется для создания эксклюзивных ювелирных украшений. Красота в каждой детали, сочетание с другими драгоценными камнями и баснословная стоимость — особенности, присущие неповторимому камню.

Самые дорогие ювелирные украшения с бриллиантами:

• Кольцо с голубым (9 карат) и двумя белыми бриллиантами в белом золоте от Chopard стоимостью 16,26 млн долларов.
• Кулон «Сердце океана» с голубым бриллиантом в 15 карат, — точная имитация колье из фильма «Титаник». Правда, и стоимость изделия также «титаническая» — 20 млн долларов.
• Бикини из бриллиантов общим весом в 150 карат и стоимостью 30 млн долларов. Эксклюзивный купальник, предназначенный явно не для отдыха на пляже.

Химическая и физическая отрасли

Не менее важно значение алмаза и в этих сферах. Создание новых перспективных материалов, например, ультрадисперсионного алмаза, позволило использовать его в качестве углеродного носителя при электролизе.

Алмаз является хорошим полупроводником, а высокая светочувствительность позволяет использовать минерал в оптических приборах.

Учеными-химиками разработаны технологии, позволяющие использовать синтетические алмазы в качестве гальванического покрытия на основе серебра, золота, хрома и т. п. Наноалмазы также применяются для создания полимерных композитов и твердых смазок.

Минералы, наряду с синтетическими рубинами и сапфирами, используются в составе часовых камней в кварцевых часах для повышения износостойкости и долговечности.

Основные свойства алмаза

Алмаз — это твердая аллотропная модификация углерода, которая имеет:

• самую высокую твердость по шкале Мооса (10 из 10);
• высокую теплопроводность — 900-2300 Вт/м К;
• низкий коэффициент трения — 0,1;
• высокий модуль упругости и низкий коэффициент сжатия;
• температуру плавления 3700-4000 °С.

Наличие люминесценции позволяет минералу светиться различными цветами на солнце, что особенно заметно при огранке в бриллиант.

Большинство природных алмазов бесцветны или имеют желтый окрас, но встречаются минералы розовой, голубой и коричневой окраски.

Синтетические алмазы

В последние годы особую значимость и распространенность приобретают искусственные (СVD или HPHT) алмазы. Хотя термин «синтетические» в данном случае не вполне корректен. Физические свойства алмаза, как и структура, соответствуют натуральному аналогу, однако он выращен искусственно, хоть и не содержит инородных синтетических материалов. В промышленности до 97% (от общей массы используемых алмазов) приходится на искусственные кристаллы.

Смотреть всю коллекцию «ШОКОЛАД» в каталог SUNLIGHT

Попытки создания кристаллов были предприняты еще в XIX веке, но лишь в 1953 г. была сконструирована специальная установка и получены первые кристаллы.

Чем режут алмаз

Если для разрезания других твердых материалов используются инструменты с алмазным напылением, то как и чем можно разрезать сам алмаз?

Алмазы режут с их же помощью. Для этой цели применяется тончайшая дисковая пила с алмазным напылением. Процесс протекает по направлению меньшей твердости в течение нескольких часов. Скорость резки минимальна.

С появлением инновационных технологий все шире используется лазерная резка.

Алмаз, как и бриллиант на его основе, не только красивый, но и особый по свойствам минерал. Поэтому ювелирное направление — лишь небольшая функциональная составляющая его возможностей. Медицина, электроника, приборостроение и т. д. активно расширяют границы применения этого материала.

Современные технологии выращивания кристаллов и создание искусственных наноматериалов позволяют существенно раздвинуть область использования прочного и оптически деятельного минерала.

бриллиант – самый ценный ограненный камень алмаз; баллас – мелкозернистый кристалл круглой формы с очень прочной оболочкой; карбонадо – минерал черного цвета в форме куба Активно используется алмаз и при создании высокочувствительной оптики. Так, большинство телескопов в ведущих мировых обсерваториях, изготовлено с применением синтетических камней. Химическая отрасль. Высокий показатель твердости минерала обуславливает высокие защитные свойства материалов, изготовленных с этим покрытием. Алмаз может противостоять действию кислот, щелочей и высокого давления.

Области применения алмазов

Алмазы ценятся не только в ювелирной промышленности – они обладают более широкой сферой применения. Удивительные свойства минерала позволили людям использовать его в технической промышленности и даже в медицине.

Особенности

Неповторимые свойства сделали алмаз востребованным человеком. Из него делают превосходные украшения, поскольку такого сияния, которым обладает камень, нет ни у одного минерала. Однако есть и другие цели, где востребованы физические и химические качества камня.

Это самый твердый минерал с показателем 10 по шкале Мооса. Его твердость зависит от направления молекул. Острые кромки не обламываются и выдерживают даже сильное механическое воздействие.

Алмаз оптически изотропен, однако иногда возникает аномальная двойная рефракция. Некоторые виды минеральных включений типичны для этого камня. Он хорошо смачивается маслами и характеризуется высоким показателем преломления (2,42), но имеет относительно низкую плотность (3,52).

Алмаз характеризуется высокой теплопроводностью. Он прозрачен в рентгеновских лучах и демонстрирует небольшое голубое зарево. У описываемого минерала высокая дисперсия (0,044).

Не все знают, что минерал может различаться по цвету, от этого зависит стоимость продукта. Камень может быть совершенно бесцветным, прозрачным или желтым, даже светло-коричневым.

Чем он темнее, тем меньше его стоимость.

Бесцветные бриллианты пользуются большим спросом, потому что они изумительно сверкают в украшениях. Эти экземпляры используют в ювелирном искусстве, остальные – в промышленности и других сферах. Полностью бесцветные алмазы редки, поэтому их продают по более высокой цене.

Применение в технической промышленности

В последние несколько десятков лет человек все больше совершенствует технологии, тем самым упрощая себе жизнь. Когда-то алмаз использовался только при изготовлении украшений, потом его приспособили в качестве средства для заточки ножей, для правки шлифовальных кругов. Сегодня сфера использования значительно расширилась, теперь минерал необходим:

• для заточки коньков;
• в электронике;
• при создании телекоммуникаций;
• в медицине;
• химической промышленности;
• в качестве защитного механизма.

Оптические линзы можно защитить алмазом от разрушения их плавиковой кислотой, отсюда и новые свершения в области космонавтики и квантовой физике. Лазерные технологии также не обходятся без алмазов.

Все инструменты, которые имеют в своей конструкции алмазную крошку, могут использоваться для резки и обработки твердых материалов. В основном это две сферы: резка и бурение.

Как показывает практика, такое оборудование обладает повышенной устойчивостью к износу и позволяет увеличить эксплуатационный срок службы изделий. Алмазная крошка применяется как особое напыление на сверлах, машинах для шлифовки, фрезерах и других приспособлениях.

Благодаря крошке удалось увеличить точность резки без рваных краев.

Если используется алмазное сверло, то вероятность того, что отверстие будет неровным со сколами или трещинами, сводится к минимуму. Это немаловажно при прокладке водоснабжения, кабельных линий электропередач, водоснабжения.

Использование алмаза в ювелирном деле

Алмазы – самый драгоценный камень в мире, формирование которого происходит на протяжении миллиардов лет под поверхностью земли. Огромное давление и жара земной мантии превращают углерод в изумительный камень, самый желанный для многих. При создании ювелирных украшений принимаются во внимание такие качества алмазов, как:

• цвет;
• ясность;
• количество карат;
• флуоресценция;
• огранка.

Большинство бриллиантов имеют желтоватый тон. По-настоящему бесцветные бриллианты крайне редкие и очень дорогие. Цвет алмаза оценивается по шкале начиная с D, который является «бесцветным», до J, который является «почти бесцветным».

Некоторые люди даже предпочитают бриллианты с желтоватым оттенком, потому что они дают разноцветные искры при попадании света, в то время как, действительно, полностью прозрачные минералы могут показаться ледяными, синими.

Четкость камня определяется тем, сколько дефектов или «включений» находится внутри алмаза. Это качество исследуется под большим увеличением. Сильно испорченный алмаз не будет блестеть так же, как безупречный бриллиант.

Ясность оценивается по следующей шкале:

• VVS1-VVS2 – небольшое количество включений;
• VS1-VS2 – чуть больше включений;
• S1-S2 – немного больше включений.

Все это не видно невооруженным глазом. По-настоящему безупречные бриллианты, которые имеют отметку F, очень редкие и дорогие, и обычно не встречаются в простых ювелирных магазинах.

Способ огранки алмаза является наиболее важным определяющим фактором того, будет ли минерал привлекательным. Работа с пометкой «отлично» или «идеально» означает, что ювелир позаботился о том, чтобы алмаз был огранен пропорционально. Плохо ограненный – не будет искриться или сиять должным образом, потому что свет не станет отражаться через камень так, как он должен. Рассмотреть в алмазе с идеальной огранкой сложно даже его недостатки, такие как желтоватый цвет.

Хорошо ограненный алмаз может даже показаться больше, чем его реальный вес из-за блеска, в то время как плохо ограненный минерал зрительно выглядит меньше.

Количество карат зависит от его веса. Один карат равен 0,2 грамма. По мере увеличения веса цена также будет расти в геометрической прогрессии. Чем больше карат у алмаза, тем больше вероятность того, что минерал будет иметь недостатки, к примеру, непрозрачный цвет.

Флуоресценция является важной характеристикой алмазов, правда, она не так широко обсуждается, как другие характеристики. Под флуоресценцией понимают голубой свет, который исходит от камней под воздействием черного ультрафиолетового света. Некоторые алмазы излучают сильное голубое свечение, другие – умеренное, но есть и такие, у которых оно отсутствует вовсе.

Для бесцветного камня типа D или E на цветовой шкале флуоресценция не дает дополнительного преимущества.

Однако для камней с легким желтоватым оттенком типа I или J средняя или сильная флуоресценция помогает замаскировать желтый оттенок, делая его более светлым.

Как он используется в медицине?

Благодаря всем своим положительным качествам описываемый минерал стал широко использоваться и в медицине. Пока алмаз чаще всего используют при изготовлении специального оборудования.

Особой остротой обладает скальпель с алмазной заточкой. Благодаря этому свойству разрезы получаются ровными, точными, что просто незаменимо во время выполнения сложных операций. Применяют минерал и при производстве зажимов и ножниц, а также оборудования для стоматологии.

Пока еще на стадии разработки находится лазер, который планируется использовать в медицине. Алмаз в его конструкции играет роль проводника. Ученые надеются, что со временем такое оборудование позволит снизить негативное воздействие на ткани человеческого организма и уменьшит зону воздействия на здоровые клетки. Это очень важно при работе с раковыми образованиями, когда обычная операция скальпелем не позволяет точно определить зону удаления тканей, поэтому хирургу приходится затрагивать и здоровые.

Об областях применения алмазов смотрите в следующем видео.

Где используется алмаз. Оказывается, сфера применения минерала огромна. Алмазы обрабатывают, получая не только камни разной формы и размера, но и крошку и алмазную пыль. Практически нет области промышленного производства, науки, в которых исключалось бы применение алмаза. Подробно рассмотреть все аспекты использования минерала невозможно, но составить общую картину и понять, для каких целей применяется алмаз, — вполне реально. Медицина. Алмаз — это твердая аллотропная модификация углерода, которая имеет: самую высокую твердость по шкале Мооса (10 из 10); высокую теплопроводность — 900-2300 Вт/м К; низкий коэффициент трения — 0,1