Какая твердость у алмаза
Бесплатные экскурсии в музей Пиявки!
Международный Центр Медицинской Пиявки приглашает посетить музей и узнать о пользе и вреде пиявок, их выращивании, гирудотерапии, лечебной косметике и многом другом. Подробнее >>>
АгроБиоФерма «Велегож» в Подмосковье приглашает!
Принимаются организованные группы школьников и родители с детьми (от 12 до 24 чел.) по учебно-познавательной программе «Введение в природопользование» Подробнее >>>
Зимние учеты птиц России!
Приглашаем биологические кружки, профессиональных орнитологов и просто любителей птиц принять участие в программах зимних учетов птиц «Parus» и «Евроазиатские Рождественские учеты» в зимний сезон 2020-2021 годов. Подробнее >>>
Биологический кружок ВООП приглашает!
Биологический кружок при Государственном Дарвиновском музее г.Москвы (м.Академическая) приглашает школьников 5-10 классов на занятия в музее, экскурсии по вечерам, учебные выезды в природу по выходным и дальние полевые экспедиции в каникулы! Подробнее >>>
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС ПРОТИВ АЛМАЗА, НАТУРАЛЬНОГО И ИСКУССТВЕННОГО
Соревнования по полевой ботанике «ВЕСЕННЯЯ ФЛОРА» пройдут в мае-июне 2020 года в онлайн-формате (определение растений по фотографиям). К участию в соревновании приглашаются школьники и взрослые любители природы, проживающие в средней полосе Европейской части России. Подробнее >>>
Международные дни наблюдений за птицами!
Союз охраны птиц России приглашает российских любителей птиц принять участие в акции и загрузить результаты своих наблюдений на www.biodat.ru Подробнее >>>
Здесь может быть бесплатно размещено Ваше объявление о проводимом Всероссийском конкурсе, Слёте, Олимпиаде, любом другом важном мероприятии, связанном с экологическим образованием детей или охраной и изучением природы. Подробнее >>>
Мы публикуем на нашем сайте авторские образовательные программы, статьи по экологическому образованию детей в природе, детские исследовательские работы (проекты), основанные на полевом изучении природы. Подробнее >>>
| [ sp ] : ml об : |
Минералы и горные породы России и СССР
Часть 1. Минералы. Класс 1. Простые вещества (самородные элементы)
Алмаз — С
Плотность, спайность и твердость алмаза
Плотность чистого алмаза 3,511 г/см 3 . Алмаз хрупок, имеет хорошую, до совершенной, спайность по октаэдру (111) и легко раскалывается по трещинам спайности, иногда наблюдаемым в крупных кристаллах.
Алмазные агрегаты — борт, баллас и карбонадо — лишены непрерывной спайности, а потому, сохраняя твердость алмаза, утрачивают его хрупкость (не колются даже при сильном ударе) и приобретают повышенную износоустойчивость; они производят впечатление даже более твердых, чем монокристаллы алмаза.
Твердость алмаза — 10 баллов по шкале Мооса. Это не только самый твердый из минералов, но и вообще наиболее твердое среди известных нам веществ, природных и синтетических.
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС ПРОТИВ АЛМАЗА 1600$
Важно, однако, отметить, что алмаз характеризуется анизотропией твердости: его октаэдрические грани (111) тверже, чем грани ромбододекаэдра (310), а те — чем грани куба.
Анизотропия твердости алмаза делает возможной его обработку (шлифовку, огранку) алмазным же порошком; при этом очевидно, что грани октаэдра шлифовке поддаются с большим трудом (только если трутся об октаэдрические грани зерен алмазного порошка), а легче всего поддаются грани куба (точнее, плоскости, параллельные этим граням, которые как таковые могут быть и не выражены на кристалле), вершины и ребра октаэдрических кристаллов. Лучше всего такие кристаллы полируются в направлении [001].
Причины, вызывающие анизотропию твердости алмаза, равно как и проявление у него совершенной октаэдрической спайности, кроются в особенностях кристаллической структуры и подробно рассмотрены в главе 3 . Решающим фактором в первом случае является плотность заселения плоских сеток кристаллической решетки атомами углерода, убывающая в ряду (111)-(110)-(100), во втором — расстояние между плотно заселенными сетками в решетке: в структуре алмаза максимально удалены друг от друга как раз самые «густые» сетки, параллельные плоскостям (111), которые к тому же слабее всего связаны между собой.
Излом у алмаза раковистый (разумеется, не по спайности).
В разделе Природа в фотографиях размещены также тысячи научных фотографий грибов, лишайников, растений и животных России и стран бывшего СССР, а в разделе Природные ландшафты мира — фотографии природы Европы, Азии, Северной и Южной Америки, Африки, Австралии и Новой Зеландии и Антарктики.
В разделе Методические материалы Вы также можете познакомиться с описаниями разработанных экологическим центром «Экосистема» печатных определителей растений средней полосы, карманных определителей объектов природы средней полосы, определительных таблиц «Грибы, растения и животные России», компьютерных (электронных) определителей природных объектов, полевых определителей для смартфонов и планшетов, методических пособий по организации проектной деятельности школьников и полевых экологических исследований (включая книгу для педагогов «Как организовать полевой экологический практикум»), а также учебно-методических фильмов по организации проектной исследовательской деятельности школьников в природе. Приобрести все эти материалы можно в нашем некоммерческом Интернет-магазине. Там же можно приобрести mp3-диски Голоса птиц средней полосы России и Голоса птиц России, ч.1: Европейская часть, Урал, Сибирь.
ИсточникАлмаз. Описание, свойства, происхождение и применение камня
Алмаз — самый твёрдый минерал, кубическая полиморфная (аллотропная) модификация углерода(C), устойчивая при высоком давлении. При атмосферном давлении и комнатной температуре метастабилен, но может существовать неограниченно долго, не превращаясь в стабильный в этих условиях графит. В вакууме или в инертном газе при повышенных температурах постепенно переходит в графит.
СТРУКТУРА
Кристаллическая структура алмаза
Сингония алмаза кубическая, пространственная группа Fd3m. Элементарная ячейка кристаллической решетки алмаза представляет собой гранецентрированный куб, в котором в четырех секторах расположенных в шахматном порядке, находятся атомы углерода. Иначе алмазную структуру можно представить как две кубических гранецентрированных решетки, смещенных друг относительно друга по главной диагонали куба на четверть её длины. Структура аналогичная алмазной установлена у кремния, низкотемпературной модификации олова и некоторых других простых веществ.
Кристаллы алмаза всегда содержат различные дефекты кристаллической структуры (точечные, линейные дефекты, включения, границы субзерен и тп.). Такие дефекты в значительной степени определяют физические свойства кристаллов.
СВОЙСТВА
Алмаз может быть бесцветными водянопрозрачным или окрашенным в различные оттенки желтого, коричневого, красного, голубого, зеленого, черного, серого цветов.
Распределение окраски часто неравномерное, пятнистое или зональное. Под действием рентгеновских, катодных и ультрафиолетовых лучей большинство алмазов начинает светиться (люминесцировать) голубым, зелёным, розовым и др. цветами. Характеризуется исключительно высоким светопреломлением.
Показатель преломления (от 2,417 до 2,421) и сильная дисперсия (0,0574 ) обуславливают яркий блеск и разноцветную «игру» огранённых ювелирных алмазов, называемых бриллиантами. Блеск сильный, от алмазного до жирного.Плотность 3,5 г/см 3 . По шкале Мооса относительная твердость алмаза равна 10, а абсолютная — в 1000 раз превышает твёрдость кварца и в 150 раз — корунда.
Она самая высокая как среди всех природных, так и искусственных материалов. Вместе с тем довольно хрупок, легко раскалывается. Излом раковистый. С кислотами и щелочами в отсутствие окислителей не взаимодействует.
На воздухе алмаз сгорает при 850° С с образованием СО 2 ; в вакууме при температуре свыше 1.500° С переходит в графит.
МОРФОЛОГИЯ
Морфология алмаза очень разнообразна. Он встречается как в виде монокристаллов, так и в виде поликристаллических срастаний («борт», «баллас», «карбонадо»). Алмазы из кимберлитовых месторождений имеют только одну распространенную плоскогранную форму — октаэдр. При этом во всех месторождениях распространены алмазы с характерными кривогранными формами — ромбододекаэдроиды (кристаллы похожие на ромбододекаэдр, но с округлыми гранями), и кубоиды (кристаллы с криволинейной формой ). Как показали экспериментальные исследования и изучение природных образцов в большинстве случаев кристаллы в форме додекаэдроида возникают в результате растворения алмазов кимберлитовым расплавом. Кубоиды образуются в результате специфического волокнистого роста алмазов по нормальному механизму роста.
Алмаз Куллинан разбитый на 9 частей
Синтетические кристаллы, выращенные при высоких давлениях и температурах, часто имеют грани куба и это является одни их характерных отличий от природных кристаллов. При выращивании в метастабильных условиях алмаз легко кристаллизуется в виде пленок и шестоватых агрегатов.
Размеры кристаллов варьируют от микроскопических до очень крупных, масса самого крупного алмаза «Куллинан», найденного в 1905г. в Южной Африке 3106 карат (0,621кг).
На изучение огромного алмаза было потрачено несколько месяцев и в 1908 году он был расколот на 9 крупных частей.
Алмазы массой более 15 карат — редкость, а массой от сотни карат — уникальны и считаются раритетами. Такие камни очень редки и часто получают собственные имена, мировую известность и своё особое место в истории.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ
Хотя при нормальных условиях алмаз метастабилен, он в силу устойчивости своей кристаллической структуры может существовать неопределенно долго, не превращаясь в устойчивую модификацию углерода — графит. Алмазы, которые вынесены на поверхность кимберилитами или лампроитами кристаллизуется в мантии на глубине 200 км. и более при давлении более 4 Гпа и температуре 1000 — 1300 ° С. В некоторых меторождениях встречаются и более глубинные алмазы, вынесенные из переходной зоны или из нижней мантии. Наряду с этим, они выносятся к поверхности Земли в результате взрывных процессов, сопровождающих формирование кимберлитовых трубок, 15-20% которых содержит алмаз.
Алмазы встречаются также в метаморфических комплексах сверхвысоких давлений. Они ассоциируют с эклогитами и глубокометаморфизованными гранатовыми гнейсами. Мелкие алмазы в значительных количествах обнаружены в метеоритах. Они имеют очень древнее, досолнечное происхождение.
Также они образуются в крупных астроблемах — гигантских метеоритных кратерах, где переплавленные породы содержат значительные количества мелкокристаллического алмаза. Известным месторождением такого типа является Попигайская астроблема на севере Сибири.
Алмазы редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. Промышленные месторождения алмазов известны всех континентах, кроме Антарктиды. Известно несколько видов месторождений алмазов. Уже несколько тысяч лет алмазы добывались из россыпных месторождений.
Только к концу XIX века, когда впервые были открыты алмазоносные кимберлитовая трубка, стало ясно, что алмазы не образуются в речных отложениях. Кроме этого алмазы были найдены в коровых породах в ассоциациях метаморфизма сверхвысоких давлений, например в Кокчетавском массиве в Казахстане.
И импактные, и метаморфические алмазы иногда образуют весьма масштабные месторождения, с большими запасами и высокой концентрацией. Но в этих типах месторождений алмазы настолько мелкие, что не имеют промышленной ценности. Промышленные месторождения алмазов связаны с кимберлитовыми и лампроитовыми трубками, приуроченными к древним кратонам. Основные месторождения этого типа известны в Африке, России, Австралии и Канаде.
ПРИМЕНЕНИЕ
Хорошие кристаллы подвергаются огранке и используются в ювелирном деле. Ювелирными считаются около 15% добываемых алмазов, еще 45% считаются околоювелирными, то есть уступают ювелирным по размеру, цвету или чистоте. В настоящее время общемировой объем добычи алмазов составляет порядка 130 миллионов карат в год.
Бриллиант (от франц. brillant — блестящий), — алмаз, которому посредством механической обработки (огранки) придана специальная форма, бриллиантовая огранка, максимально раскрывающая такие оптические свойства камня, как блеск и цветовая дисперсия.
Совсем мелкие алмазы и осколки, непригодные для огранки, идут в качестве абразива для изготовления алмазного инструмента, необходимого для обработки твёрдых материалов и огранки самих алмазов. Скрытокристаллическая разновидность алмаза чёрного или тёмно-серого цвета, образующая плотные или пористые агрегаты, носит название Карбонадо, обладает более высоким сопротивлением истиранию, чем у кристаллов алмаза и благодаря этому особенно ценится в промышленности.
Мелкие кристаллы также в больших количествах выращиваются искусственным путём. Синтетические алмазы получают из различных углеродсодержащих веществ, главным образом из графита, в спец. аппаратах при 1200-1600°С и давлениях 4,5-8,0 ГПа в присутствии Fe, Co, Сr, Мn или их сплавов. Они пригодны для использования только в технических целях.
ИсточникАлмазы и эльборы для заточки ножей.
Алмаз – это минерал, единственный драгоценный камень, состоящий из одного элемента. Также алмаз — одна из аллотропных модификаций углерода и самое твердое из веществ. Плотность алмаза составляет 3,48—3,56 г/см3, а микротвердость 8600-10000 кгс/мм2.
Алмаз на 96-99% состоит из углерода. Кроме того, в его составе присутствуют (в пределах 0,2-0,3%) и другие элементы: бор, кремний, азот, кислород, алюминий марганец, медь, а также примеси железа, никеля, титана, цинка и других элементов. Встречаются включения графита, оливина, пиропа и т.п.
Алмаз кристаллизуется в кубической (изометрической) классификации кристаллических групп симметрии и встречается в виде октаэдров или кристаллов близкой формы. Обычно алмазы имеют прозрачный и желтоватый цвет, но встречаются также и голубые, зеленые, вишневые, ярко-желтые, розово-лиловые камни. Алмазы могут быть полностью прозрачными или мутными.
Алмазы высшего качества добываются в ЮАР и в России в кимберлитах –вулканических породах, сложенных в основном оливином и серпентином. Кимберлиты залегают в форме трубчатых тел («трубок взрыва»). Кроме того, алмазы добывают из речных и прибрежно-морских галечных россыпей, куда их выносило в результате разрушения алмазосодержащей кимберлитовой вулканической брекчии.
Внутри алмазов существует большое внутренне напряжение, так как их формирование проходило в условиях громадных давлений в глубинах мантии нашей планеты и предположительно 3 млрд. лет назад они были вынесены на поверхность. По форме кристаллов алмазы могут быть: плоскогранными, кривогранными, деформированными, удлиненными, ступенчатыми, полицентрическими и т.д.
По целому ряду факторов алмаз обладает уникальными свойствами. При средних температурах он химически инертен, а при высоких приобретает химическую активность. При нагревании алмаз растворяется в расплавленной натриевой и калиевой селитрах и соде. В расплавленных карбонатах щелочей при 1000-1200 градусах алмаз превращается в окись углерода. Отдельные металлы, например железо и никель, при температуре более 800 градусов частично растворяют алмаз.
В природе алмазы встречаются в виде отдельных кристаллов, их обломков или поликристаллических агрегатов. Алмазы делятся на ювелирные и технические. К ювелирным относят алмазы правильной кристаллической формы, прозрачные, без трещин, включений и пятен. Все остальные кристаллы, а также поликристаллические разновидности относятся к техническим алмазам.
Технические алмазы проходят предварительную обработку с целью разделения их по форме и размерам, а также для выделения алмазов с более высокими свойствами прочности. При этом алмазы дробят, полируют, подвергают термической обработке и металлизации.
Твердость алмаза – 10 по шкале Мооса, самая высокая среди всех минералов. Микротвердость алмаза равна 93157-98648 Миллипаскалей (Мпа), в то время как корунда 20200 (Мпа), топаза 1399 (Мпа), кварца 981 (Мпа). Однако у алмаза наблюдается анизотропия твердости, то есть на разных гранях и в различных направлениях твердость несколько отличается. Это связано с особенностями структуры минерала.
Переходя к абразивным свойствам, необходимо отметить, что средняя износостойкость алмаза в несколько раз выше износостойкости карбида бора и карбида кремния. Если принять абразивность алмаза за 1, то абразивная способность карбида бора составит 0,5-0,6, а карбида кремния 0,2-0,3.
Модуль упругости (в МПа) алмаза равен 88254 (у карбида бора около 294180, карбида кремния 357919, твердого сплава стали до 588360). Алмаз способен деформироваться при воздействии на обрабатываемый материал. В связи с этим при обработке алмазом различных материалов, удельное давление и температура в несколько раз ниже, чем при использовании других абразивов. Предел прочности на изгиб у алмаза невысок – 206-490 МПа, что в три-четыре раза меньше, чем у твердого сплава стали, предел прочности алмазов при сжатии составляет в среднем 1961 МПа, что в два раза меньше среднего предела прочности на сжатие у твердых сплавов стали. Коэффициент сжатия алмаза и модуль сжимаемости в четыре раза меньше, чем железа.
Алмаз является почти идеальным абразивом, способным эффективно справляться с любыми сталями, работать быстро и не сильно загрязнять рабочее место. Он медленно вырабатывается и медленно засаливается. При этом, необходимо отметить, что грубые алмазы на гальванической связке могут конкурировать с другими абразивами и по цене.
Синтетические алмазы
Помимо природных алмазов (обозначение А), на сегодняшний день активно применяются и синтетические (обозначение АС). Синтетические и природные алмазы имеют одинаковые свойства: одинаковую кристаллическую решетку, плотность, твердость и т.д. Они отличаются только формой зерен, качествами поверхности, прочностью и хрупкостью.
На сегодняшний день распространены три основные технологии производства синтетических алмазов: HPHT-алмазы, CVD-алмазы, PCD — алмазы. Методы HPHT — использование высокого давления и высокой температуры, требует применения многотонных прессов, которые могут развивать давление до 5 ГПа при 1500 °C.
Химическое осаждение из газовой фазы (CVD) — это метод, при котором над подложкой создаётся плазма из атомов углерода, из которой атомы постепенно конденсируются на поверхность образуя алмаз. Эта технология позволяет получать алмазы разных геометрических размеров. Кроме того, существуют и технологии создания полукристаллических алмазов (PCD).
В инструментах с применением PCD алмазные сегменты связываются при помощи высокотемпературной пайки, на подложке из карбида. Элементы из PCD производятся путем спекания микронных порошков синтетических алмазов для сцепления частиц в ходе процесса, характеризующегося высокой температурой и давлением. Этот материал производится с использованием обжига цементированного карбида, и при добавлении кобальта происходит процесс спекания. Во время этого процесса металл из твердосплавной карбидной подложки проникает между зернами алмаза, обеспечивая их сцепление.
В иды синтетических алмазов отличаются большим разнообразием. Синтетические алмазы АСО, АСР, АСВ, АСК и АСС выпускают размером от 0,04 до 0,63 мм, микропорошки — АСМ и АСН — размером от 1 до 60 мкм. Зерна алмаза АСО имеют наименьшую прочность, АСС — наибольшую. В зависимости от размера зерен алмазы марки АСС обладают прочностью в 1,3—2 раза большей, чем прочность природных алмазов.
Эксплуатационные свойства шлифовальных порошков из синтетических алмазов зависят от формы зерен, характера их поверхности и механической прочности. Наиболее развитую поверхность имеют зерна алмаза марки АСО, наиболее гладкую — АСС.
Эльбо́р – сверхтвёрдый материал на основе кубической β-модификации нитрида бора, или кубического нитрида бора. Другие названия: боразо́н, кубони́т, кингсонгит, киборит, CBN. По твёрдости и другим свойствам приближается к алмазу и имеет твёрдость 10 по шкале Мооса. Химическая формула — BN.
Кубический нитрид бора впервые получен в 1957 году Робертом Венторфом (Robert H. Wentorf Jr.) для компании General Electric. В 1969 году была зарегистрирована торговая марка «Боразон». В СССР кубический нитрид бора был синтезирован в 1960 году в Институте физики высоких давлений и получил название эльбор (Ленинградский боразон).
Кубический нитрид бора —синтетический сверхтвердый материал, который по твердости приближается к алмазу, но имеет более высокую теплостойкость. Кубический нитрид бора представляет собой химическое соединение двух элементов — бора (43,6%) и азота (56,4%). Он имеет кристаллическую решетку почти с такими же строением и параметрами, как и алмаз.
Цвет может отличаться от белого (бесцветного) до чёрного. Синтезированные кристаллы делятся на различные марки: ЛКВ40, ЛКВ50, ЛКВ60, В5. Синтез может происходить в системе литий-бор-азот или в системе магний-бор-азот.
По твёрдости эльбор почти не уступает алмазу. По этому параметру он в 3—4 раза превосходит твёрдость традиционных абразивов и имеет значительно меньший износ зёрен при шлифовании, длительное время сохраняет их остроту. Другим важным свойством эльбора является устойчивость к температурам, окисление поверхности зёрен начинается при 1000—1200 °C, в отличие от 600—700 °C у алмаза.
Такие температуры при шлифовании являются мгновенными и возникают только при очень жёстких режимах шлифования. Поэтому зёрна эльбора очень мало изнашиваются от термических нагрузок. Также эльбор обладает высокой химической стойкостью. Он не реагирует с кислотами и щелочами, инертен практически ко всем химическим элементам, входящим в состав сталей и сплавов.
Главный достоинством является инертность эльбора к железу, тогда как алмаз хорошо растворяется в железе, что является причиной интенсивного износа алмазных кругов при шлифовании сталей. Эльборовые абразивы способны выдерживать очень большие скорости обработки и высокую температуру. Также как и алмазами, эльборами лучше всего работать по сталям с твердостью более 55 HRC. Износ эльборов по более мягким сталям будет более быстрым, так как мягкая сталь выдирает зерна абразива и ускоряет их износ.
Эльбор как абразивный материал обладает целым рядов достоинств при заточке ножей. Он длительно сохраняет остроту зёрен (высокая износостойкость), выдерживает высокие термические нагрузки, не требует использования воды или масла, медленно засаливается. Технология производства позволяет синтезировать нитрид бора любого размера, поэтому эльборовые бруски подходят для грубой заточки и для финишной доводки ножа.
Источник