Gyémántok használata. A gyémánt fizikai tulajdonságai A gyémánt tulajdonságai és alkalmazásai

A gyémántokat nem csak az ékszeriparban értékelik – szélesebb körű felhasználási területük van. Az ásvány csodálatos tulajdonságai lehetővé tették az emberek számára, hogy a műszaki iparban, sőt az orvostudományban is használják.

Sajátosságok

Az egyedülálló tulajdonságok miatt a gyémánt keresett. Kiváló ékszerek készülnek belőle, hiszen egyetlen más ásványnak sincs olyan kisugárzása, mint a kőnek. Vannak azonban más célok is, ahol a kő fizikai és kémiai tulajdonságai igényesek.

Ez a legkeményebb ásvány, a Mohs-skálán 10-es besorolással. Keménysége a molekulák irányától függ. Az éles szélek nem törnek le, és még az erős mechanikai igénybevételnek is ellenállnak.

A gyémánt optikailag izotróp, de néha rendellenes kettős fénytörés lép fel. Bizonyos típusú ásványi zárványok jellemzőek erre a kőre. Jól nedvesíti az olajokat és jellemző magas törésmutatója (2,42), de sűrűsége viszonylag alacsony (3,52).

A gyémántot magas hővezető képesség jellemzi. Röntgensugárzás alatt átlátszó és enyhe kék fényt mutat. A leírt ásvány nagy diszperziójú (0,044).

Nem mindenki tudja, hogy az ásvány színe változhat, és a termék költsége ettől függ. A kő lehet teljesen színtelen, átlátszó vagy sárga, akár világosbarna is.

Minél sötétebb, annál alacsonyabb a költsége.

A színtelen gyémántokra nagy a kereslet, mert elképesztően csillognak az ékszerekben. Ezeket a példányokat ékszerekben használják, a többit az iparban és más területeken használják. A teljesen színtelen gyémántok ritkák, ezért magasabb áron adják el.

Alkalmazás a műszaki iparban

Az elmúlt néhány évtizedben az emberek egyre inkább fejlesztik a technológiát, ezzel egyszerűsítve életüket. Réges-régen a gyémántot csak ékszergyártásban használták, majd kések élezésére és köszörűkorongok megmunkálására használták. Ma a felhasználási kör jelentősen bővült, az ásványra most szükség van:

• korcsolya élezéséhez;
• az elektronikában;
• a távközlés létrehozásakor;
• az orvostudományban;
• vegyipar;
• védekező mechanizmusként.

Az optikai lencséket a gyémánt megvédheti a hidrogén-fluorid által okozott tönkremeneteltől, így új eredmények születtek az asztronautika és a kvantumfizika területén. A lézeres technológiák sem nélkülözhetik a gyémántokat.

Minden olyan szerszám, amelynek kialakításában gyémántforgács található, kemény anyagok vágására és megmunkálására használható. Főleg két terület van: vágás és fúrás.

Amint azt a gyakorlat mutatja, az ilyen berendezések megnövelték a kopásállóságot, és lehetővé teszik a termékek élettartamának növelését. A gyémántforgácsot speciális bevonatként használják fúrókon, köszörűgépeken, marógépeken és egyéb eszközökön.

A forgácsoknak köszönhetően volt lehetőség a vágási pontosság növelésére szakadt élek nélkül.

Ha gyémántfúrót használunk, minimálisra csökken annak a valószínűsége, hogy a furat egyenetlen lesz forgácsokkal vagy repedésekkel. Ez fontos a vízellátás, a kábeles tápvezetékek és a vízellátás fektetésekor.

A gyémánt használata ékszerekben

A gyémántok a világ legdrágább kövei, évmilliárdok alatt alakultak ki a föld felszíne alatt. A földköpeny hatalmas nyomása és hője a szenet csodálatos kővé változtatja, amely sokak számára a legkívánatosabb. Az ékszerek készítésekor a gyémántok következő tulajdonságait veszik figyelembe:

• szín;
• világosság;
• karátok száma;
• fluoreszcencia;
• vágott.

A legtöbb gyémánt sárgás tónusú. A valóban színtelen gyémántok rendkívül ritkák és nagyon drágák. A gyémánt színét egy skálán osztályozzák, amely D-től, amely „színtelen”, J-ig, amely „majdnem színtelen”.

Vannak, akik a sárgás árnyalatú gyémántokat részesítik előnyben, mert fény hatására színes csillogást adnak, míg a teljesen átlátszó ásványok jégkéknek tűnhetnek.

A kő tisztaságát az határozza meg, hogy hány tökéletlenség vagy „zárvány” található a gyémántban. Ezt a minőséget nagy nagyítással vizsgálják. A súlyosan hibás gyémánt nem csillog olyan jól, mint a hibátlan gyémánt.

A tisztaság értékelése a következő skálán történik:

• VVS1-VVS2– kis számú zárvány;
• VS1-VS2– egy kicsit több zárvány;
• S1-S2– még egy kis zárvány.

Mindez szabad szemmel nem látható. A valóban hibátlan, F jelzésű gyémántok nagyon ritkák és drágák, és általában nem találhatók meg a szokásos ékszerüzletekben.

A gyémánt kivágásának módja a legfontosabb meghatározó tényező abban, hogy egy ásvány vonzó lesz-e. A „kiváló” vagy „tökéletes” megjelölésű munka azt jelenti, hogy az ékszerész gondoskodott arról, hogy a gyémánt arányos legyen. Rosszul vágott - nem csillog vagy ragyog megfelelően, mert a fény nem úgy verődik vissza a kövön, ahogy kellene. A tökéletesen csiszolt gyémántokon még a tökéletlenségeket is nehéz észrevenni, például a sárgás színét.

Egy jól csiszolt gyémánt akár nagyobbnak is tűnhet, mint a tényleges súlya a fénye miatt, míg a rosszul csiszolt gyémánt kisebbnek.

A karátok száma a súlyától függ. Egy karát 0,2 grammnak felel meg. A súly növekedésével az ár is exponenciálisan emelkedik. Minél több karátos a gyémánt, annál valószínűbb, hogy az ásványnak vannak tökéletlenségei, például átlátszatlan színe.

A fluoreszcencia a gyémántok egyik fontos jellemzője, bár ezt nem vitatják olyan széles körben, mint más jellemzőket. A fluoreszcencia a kék fényre utal, amely a kövekből ered, ha ultraibolya fekete fénynek vannak kitéve. Egyes gyémántok erős kék fényt bocsátanak ki, mások mérsékelten, de vannak olyanok is, amelyeknek egyáltalán nincs kék fénye.

A színskálán a D vagy E típusú színtelen kő esetében a fluoreszcencia nem nyújt további előnyöket.

Az enyhén sárgás árnyalatú, I-es vagy J típusú kövek esetében azonban a közepes és erős fluoreszcencia elfedi a sárga árnyalatot, így világosabbnak tűnik.

Hogyan használják az orvostudományban?

Minden pozitív tulajdonságának köszönhetően a leírt ásványi anyagot széles körben használják az orvostudományban. Eddig a gyémántot leggyakrabban speciális berendezések gyártásához használják.

A gyémánt élezésű szike különösen éles. Ennek a tulajdonságnak köszönhetően a vágások simák és pontosak, ami egyszerűen pótolhatatlan összetett műveletek elvégzésekor. Az ásványt bilincsek és ollók, valamint fogászati ​​berendezések gyártásához is használják.

A lézer, amelyet az orvostudományban terveznek alkalmazni, még fejlesztési szakaszban van. A gyémánt kialakításában a karmester szerepét tölti be. A tudósok azt remélik, hogy az ilyen berendezések idővel csökkentik az emberi test szöveteire gyakorolt ​​negatív hatást, és csökkentik az egészséges sejtekre gyakorolt ​​​​hatás területét. Ez nagyon fontos rákos képződmények esetén, amikor a hagyományos szikével végzett műtét nem teszi lehetővé a szöveteltávolítás területének pontos meghatározását, így a sebésznek egészségeseket is meg kell érintenie.

A gyémántok felhasználási területeivel kapcsolatos információkért lásd a következő videót.

A gyémántokat manapság nemcsak az ékszerekben használják, hanem az iparban is. A kőnek számos iparágban sikeresen használt tulajdonságai vannak. Az anyag tulajdonságait nem lehet pótolni, ezért ha megtudja, mi készül gyémántból, ne lepődjön meg, ha ezen a listán nem csak ékszerek szerepelnek.

Anyagtulajdonságok

A gyémánt természeténél fogva a szén allotróp módosulata. A szén más anyagokban is megtalálható, például grafitban vagy szénben, de ez a gyémánt, amely tulajdonságairól vált híressé. Az anyag keménysége a legmagasabb, a Mohs-skálán 10-ből 10. Igaz, ez nem igazolja szilárdságát, az anyag nagyon törékeny, ha hirtelen hatásoknak, például ütéseknek van kitéve.

Csiszolatlan gyémánt

A gyémánt sűrűsége 3,4-3,5 g/cm3. És a hővezető képessége magas, és eléri a 2300 W-ot. A kő nem melegszik fel a kezében. Az ipar másik fontos jellemzője az alacsony kompressziós arány és a nagy rugalmassági modulus. A gyémánt olvadása 2000 Celsius fokos hőmérsékleten megy végbe oxigénhez való hozzáférés nélkül, és ha a kő levegőn megolvad, a folyamat 800-1000 fokon kezdődik.

A gyémánt elég, és teljesen szén-dioxiddá alakul. Ha a folyamat oxigén nélkül megy végbe, akkor grafittá alakul. A fordított átalakítás sokkal nehezebb.

Gyémántok használata

A gyémántok felhasználása a következő területeken igényelt:

• ékszeripar;
• feldolgozó ipar;
• bányaipar;
• villamosmérnök;
• nanotechnológia.

Az ékszeripar a bányászott gyémántoknak csak egyharmadát használja fel, amelyek vonzó megjelenésűek. A kőnek minimális számú mikrorepedéssel, hibával és zárványnak kell lennie a szerkezetben. Az ásványnak átlátszónak kell lennie. A felhőket néha zárványként figyelik meg, vagy az ásvány sárgásszürke árnyalatot kap a talajban lévő szennyeződések miatt. A megjelenés ezen kritériumai alapján, valamint a kő méretének figyelembevételével becsülik meg a gyémánt értékét.

A kezelt gyémántokat csiszolt gyémántoknak nevezik. Egy gemológus által végzett értékelés után a követ árverésre bocsátják, ahol vagy egy ékszerész, vagy egy üzletember vagy vállalkozó megvásárolja. Néha az aukciók zárva vannak a vásárlók előtt, és ékszercégek vásárolják meg az ásványokat. Idővel az ásvány aranyba, platinába vagy ezüstbe állítható. Minden nemesfém fényűzőnek tűnik, ha gyémánttal kombinálják.

Ékszerek csiszolt gyémántokkal - briliánsok

A gyémántokat fülbevalók, gyűrűk, medálok, brossok és karkötők díszítésére használják. Az ilyen termékeket általában a lányok vásárolják meg, mivel a gyémánt megfelel az energiájuknak. A kő tartós és nem igényel különösebb gondozást.

Azokat a gyémántokat, amelyeket nem nemesfémbe vágnak és nem kereteznek, azaz műszaki kövek, ipari szerszámok gyártására küldik. Az ipari gyémántok iránt nagy a kereslet, ezért lelőhelyeket fejlesztenek, és fejlesztik a mesterséges ásványok szintézisének technológiáit. Ilyen módon lehet kielégíteni az ipar igényeit.

A feldolgozóipar elsősorban az elem keménységét használja fel. A különféle típusú munkákat, például a fúrást vagy a vágást gyorsan és anélkül, hogy mikrorepedések keletkeznének az anyag felületén. A gyémántokat fém esztergálására használják. Az olajkutak fúrására szolgáló fúrók szintén ásványi forgácsokkal vannak bevonva.

Nagy kopásállósággal rendelkezik, amely lehetővé teszi bármilyen szerszám gyémántforgácsokkal való bevonását. Ez meghosszabbítja élettartamukat és növeli a termelékenységet. Például csak Oroszországban több mint 1200 gyémántforgáccsal bevont szerszám van:

• fúró;
• Vágók;
• üvegvágók;
• olló fémhez és kőhöz;
• köszörűszerszámok.

Gyémánt bevonat fúrón

A gyémántok felhasználásának előnyei az építőiparban:

• munkavégzés pontossága, filigrán;
• sebesség;
• alacsony folyamatzaj.

A gyémántvágásnak többféle típusa van: bórax vagy száraz gyémántvágás. Természetesen a gyémántforgáccsal bevont szerszámok drágábbak, mint a hagyományosak, de költségüket kompenzálja az eljárás minősége. Például a beton gyémántokkal történő vágásának költsége teljesen indokolt. És speciális felszerelés használatakor a munkavállaló nem igényel sok fizikai erőfeszítést.

A gyémánt kutak fúrása releváns, különösen akkor, ha az átmérőnek kicsinek kell lennie. Jelenleg az építőiparban létezik egy gyémántvágásnak nevezett iparág. Például beton fúrásakor nincs vibráció vagy por. A gyémántfúrás lyukakat készít a következő kommunikációhoz:

• vízellátó, légkondicionáló, hulladék- és csatornavezetékek;
• Internet és egyéb adatátviteli csatornák;
• betonminta vétele monolit kőzetszerkezeteken.

De a gyémántvágás is releváns, mivel tökéletes vágást hagy maga után, anélkül, hogy az anyagban forgács vagy repedés. A gyémánt bevonatú tárcsák ellenállnak a magas hőmérsékletnek és nyomásváltozásoknak.

A gyémántokat az űriparban használják eszközök bevonására és szilárdságuk javítására. A talajon pedig köveket használnak munkák során, például alagutak építésekor robbanásveszélyes zónákban.

A gyémánt bevonatok használatát az orvostudományban is támogatják, különösen a sebészeti műszerekben. Ilyen például az orvosi szike, fogászati ​​felszerelés, olló és bilincs. Az orvosi lézer fejlesztése folyamatban van, amelynek kristályai gyémánt bevonatot kapnak, az ásvány pedig vezető szerepet tölt be.

A gyémánt használata a távközlésben és az elektronikában is indokolt. A köveket a jelek kábeleken keresztül történő továbbítására használják. Természetesen az ilyen technológiák anyagi beruházásokat igényelnek, de a megfelelő kábelek ellenállnak a hőmérséklet-változásoknak. A gyémántok szintén nem félnek a túlfeszültségtől. Az ásványt rubinnal együtt és szuperérzékeny elemek gyártásához használják.

A gyémántot a csillagászok optikájában használják. A fizika és a kémia területén végzett kísérletek gyémánt felhasználását teszik szükségessé új optika feltalálásához, a lézertechnológiák fejlesztéséhez és az űrkutatáshoz. A kövek védőelemként működnek, amelyet a hidrogén-fluorid nem károsíthat.

A gyártás során a természetes kőzeten kívül laboratóriumban bányászott köveket is használnak. Az ékszermintákat kimberlit- és lamproitcsövekben bányászják, külön az ipari gyémánttól. És a szintetikus kövek mennyisége az iparban eléri a 97%-ot. Ma három szintézis technológia létezik:

1. CVD - kémiai gőzlerakódás vagy kémiai gőzlerakódás.
2. HPHT - magas nyomású magas hőmérséklet, magas hőmérsékletet és nyomást magában foglaló módszer. Technológia, amely gyémántmagot, valamint grafitot használ, és egy speciális térben teremt feltételeket új kovalens kötések kialakulásához.
3. Szintézis detonációval, a természeteshez legközelebbi körülmények szimulálásával (széntartalmú robbanóanyag).

Mindezek a technológiák túl drágák, de a gyémántbányászatban egyelőre nincs alternatíva. Ezért a tudósok továbbra is a mesterséges szintézis érdekében dolgoznak. Az ásványok ipari felhasználása nem áll meg, a nanotechnológiákat a közelmúltban fejlesztették ki, így az alapanyagok ára nem csökken. Az ékszerekben használt kövek is relevánsak és keresettek az ékszerpiacon.

A gyémántokat régóta használják a legcsodálatosabb ékszerként. Az ékszerészek a gyémántokat szinte több ezer fokozatra osztják az átlátszóság, a tónus, a vastagság és a szín egyenletessége, a repedések, ásványi zárványok és néhány egyéb jellemző függvényében. A huszadik század végén kezdték el használni a gyémántokat a gyártásban. Jelenleg a legfejlettebb országok gazdasági potenciálja nagyrészt a gyémánthasználatukhoz kapcsolódik.

Milyen tulajdonságai határozzák meg a gyémánt széles körű alkalmazását a nemzetgazdaság különböző területein? Mindenekelőtt természetesen a kivételes keménység, amely a kopás mértékéből ítélve 150-szer nagyobb, mint a korund, és több tízszer jobb, mint a marók készítéséhez használt legjobb ötvözetek. Ennek a tulajdonságának köszönhetően a gyémántot kőzetfúráskor használják.

A geológusok először 1910 körül kezdték el természetes gyémántokat használni a magfúrók fúrásához, ilyen fúrók segítségével gyűrű alakú lyukakat készítettek a kőzetben, amelyeken keresztül magokat vontak ki - kőzetmintákat az elemzéshez. A gyémántfúrókat először az 1920-as évek elején vezették be olajfúráshoz, és azóta széles körben használják. A vésőkhöz nem műszaki, hanem ékszer minőségű natúr gyémántokat használnak, melyeket speciális méretre csiszolnak és szabályos, lekerekített formát kapnak.

A gyémántok kivételes keménysége lehetővé teszi, hogy a legkülönfélébb anyagok megmunkálásához, vékony huzalok húzásához (húzásához), csiszolóanyagként stb. .

Az ipari gyémántok termelésének több mint felét a feldolgozóipar speciális szerszámainak készítésére használják fel. A színes- és vasfémek, kemény- és szuperkemény ötvözetek, üveg, gumi, műanyagok és egyéb szintetikus anyagok megmunkálására szolgáló gyémántvágók és fúrók alkalmazása óriási gazdasági hatást jelent a keményfém szerszámok használatához képest. Rendkívül fontos, hogy ne csak a munkatermelékenység tízszeresére nőjön (műanyagok esztergálásakor akár több százszorosára is!), hanem egyúttal a termék minősége is jelentősen javuljon. A gyémántvágóval megmunkált felületek nem igényelnek köszörülést, gyakorlatilag nincsenek rajtuk mikrorepedések, aminek következtében a keletkező alkatrészek élettartama többszörösére nő.

Szinte minden modern iparág, elsősorban az elektrotechnika, a rádióelektronika és a műszergyártás, hatalmas mennyiségben használnak különféle anyagokból készült vékony huzalokat. Ebben az esetben szigorú követelményeket támasztanak a nagy felületi tisztaságú huzal kör alakú és állandó keresztmetszetű átmérőjével szemben. Ilyen keményfémekből és ötvözetekből (volfram, króm-nikkel acél stb.) készült huzal csak gyémánt szerszámmal készíthető. A matricák lemezszerű gyémántok, amelyekbe nagyon vékony lyukak vannak fúrva.

A gyémántporokat az iparban is széles körben használják. Gyenge minőségű természetes gyémántok zúzásával nyerik őket, és szintetikus gyémántok előállítására szolgáló speciális vállalkozásokban is előállítják.

A gyémántporokat vágógyárakban használják, ahol minden drágakövet, így a gyémántokat is vágják és polírozzák, aminek köszönhetően a korábban nem feltűnő kövek titokzatosan fénylő vagy vakítóan csillogó ékszerekké válnak, melyek egyedi szépsége iránt senki sem marad közömbös.

A gyémántporokat körfűrészekben, finom gyémántfúrókban, speciális reszelőkben és csiszolóanyagként használják. Csak a gyémántporok használatával lehetett olyan egyedi fúrókat létrehozni, amelyek mély, vékony lyukakat képeznek kemény és törékeny anyagokban.

A gyémántban egy töltött részecske hatására fény villan fel és áramimpulzus lép fel. Ezek a tulajdonságok lehetővé teszik a gyémántok használatát a nukleáris sugárzás detektoraiként. A gyémántok ragyogása és a besugárzás során elektromos áramimpulzusok megjelenése lehetővé teszi a gyors részecskeszámlálókban történő felhasználásukat. A gyémánt mint ilyen számláló tagadhatatlan előnyökkel rendelkezik a gázzal és más kristályos eszközökkel szemben.

Oroszországban a jakut lelőhelyek felfedezése után gyémántbányászat jött létre. Jelentős mennyiségben gyártunk szintetikus gyémántokat is. Jelenleg egyre gyakrabban használják őket a gazdaság különböző ágazataiban.

A szintetizált gyémántok nem analógjai a természetes gyémántoknak. Ez azt jelenti, hogy a természetben megvalósítotthoz hasonló módszert a gyémántok szintetizálására még nem fejlesztettek ki laboratóriumi körülmények között.

A mesterséges gyémántok szintézisét először 1953-ban Svédországban és az USA-ban, majd 1959-ben a Szovjetunióban hajtották végre. Az ekkor nyert gyémántkristályok azonban csak csiszolóanyagként használhatók, mivel az egyes kristályok mérete nem haladta meg a 0,8 mm-t és alacsony mechanikai szilárdságúak voltak. A nagyméretű gyémánt egykristályok szintézise, ​​amely jóval később valósult meg, nagy technikai és gazdasági nehézségekkel jár. Ebből a szempontból a legígéretesebb a műszaki alkalmazásra a gömb alakú (6-7 mm átmérőjű) sugárzó-sugár alakú gyémánt vagy balla, amely a gyémánt egykristályoknál is nagyobb szilárdságú és a legkönnyebben beszerezhető. Ennek eredményeként a tudományos csapat fő erőfeszítései ennek a módosításnak a szintézisére irányultak, amelyet 1963-ban szereztek meg először a világon a Nagynyomású Fizikai és Kémiai Tanszéken.

A szintetikus ballasztok fúróberendezésekben történő tesztelése azt mutatta, hogy nagy hatékonyságúak kutak fúrása során különféle talajokban, de a szintetikus ballasztokat manapság különösen széles körben alkalmazzák a huzalgyártásban matricák készítésére.

A gyémántok szintetizálására szolgáló módszerek kidolgozásával párhuzamosan a keletkező anyagok fizikai-kémiai tulajdonságait és szintézisük mechanizmusát vizsgálják. Az utolsó probléma a legnagyobb tudományos érdeklődésre számot tartó.

Jelenleg három fő lehetőség van a gyémántképződés mechanizmusának mérlegelésére – a legegyszerűbb, a gyémánt kristályosodásának leírása grafitolvadékból a gyémánt stabilitás RT tartományában (> 100 kbar ~ 2000°C) és két vitatható lehetőség – a gyémánt kristályosítása. gyémánt grafit oldatából egy fém „katalizátorban”, és a grafit fázisátalakulása gyémánttá szilárd fázisban fémek - „katalizátorok” jelenlétében. Mindkét utóbbi folyamat enyhébb körülmények között (40-60 kbar, 1400-1600°C) megy végbe a „közvetlen” fázisátalakuláshoz képest. A tanszéken a tárgyalt lehetőségek alapján a gyémántképződés mechanizmusának vizsgálatai kimutatták azok kiegyensúlyozottságát. Egyik vagy másik mechanizmus gyakorlati megvalósítását a széntartalmú nyersanyag jellege (például grafitizálódási hajlama), vagy a katalizátorfém jellege, például a karbidképző képessége és a stabilitása határozza meg. karbid formák a gyémántszintézis RT régiójában vagy más okok miatt.

A grafit gyémánttá való átalakulásának feltételeiről szóló első értékeléseket O.I. Leypunsky (1948) kimutatta, hogy egy ilyen átmenet lehetséges P = 6 GPa nyomáson és T = 2300єK hőmérsékleten. Jelenleg a gyémántokat különféle technológiák segítségével szintetizálják, amelyeket a szén nyomás-hőmérséklet (P-T) koordinátáinak fázisdiagramja határoz meg a gyémánt termodinamikai stabilitásának tartományában, P>4GPa, T>1270єK; metastabil körülmények között a gyémánt esetében 1-100 GPa-nál és 870-1070єK T-nél. Az első esetben a szintézis a kondenzált fázisban történik (a nyomások statikusak vagy dinamikusak). A második esetben a gyémántok képződése a szén gázfázisból történő kondenzációja eredményeként következik be.

Így egyedülálló tulajdonságaiknak, és mindenekelőtt rendkívüli keménységüknek és kopásállóságuknak köszönhetően a természetes és mesterséges gyémántokat széles körben használják a modern technológiákban és mechanizmusokban. De a leghíresebb és legnépszerűbb továbbra is a természetes gyémántok felhasználása gyémántok és ékszerek készítéséhez. A gyémántok továbbra is a legtöbbet vásárolt drágakövek. Az elmúlt években Oroszország rekordpozíciókat ért el a gyémántbányászatban (5. melléklet). Oroszország csak 2006-ban 1,7 milliárd dollár értékben exportált gyémántot, amelynek 78%-a az Európai Unió országaiba került.

Ma már jól ismert, hogy a gyémánt a szén nagynyomású módosítása. Az ipari gyémántokat ma már óriási nyomás (40-60 ezer atmoszféra) és hőmérséklet alatt állítják elő, i.e. a gyémánt keletkezésének természetes folyamatához közel álló körülmények között a gyémántok eredetének köpenyelmélete szempontjából.

A vizsgálat során azonban megtudhattuk, hogy a gyémántok eredetével kapcsolatos tudományos nézetekben nem a köpenyelmélet a fő szempont. Ezenkívül olyan tényeket és folyamatokat ír le, amelyek ellentmondanak ennek az elméletnek az alapvető rendelkezéseinek. A mai napig nincs egyetlen olyan hipotézis sem, amely teljes mértékben és tudományosan megbízhatóan leírná a természetes gyémántképződés folyamatát.

Ugyanakkor a gyémántok összes fizikai és kémiai tulajdonságát részletesen tanulmányozták és leírták a tudományos irodalomban. A gyémántok egyedülálló tulajdonságai lehetővé teszik ezen ásványok felhasználását a gazdaság különböző ágazataiban. A legtisztább és legnagyobb gyémántoknak van a legnagyobb ékszerértékük.

A gyémánt használatának több mint két évszázados története van. Szinte a 20. század közepéig a gyémánt kizárólag ékszeranyag volt. De ahhoz, hogy egy vagy másik oldalt adjon neki (gyémánt vágásához), egy másik gyémántot kell használnia, mivel semmilyen más anyag nem képes feldolgozni ezt a tartós ásványt. Az ásványban rejlő lehetőségek teljes kihasználása érdekében a kémikusok és fizikusok egy sor kísérletet végeztek, és kiderítették annak tulajdonságait, valamint azokat a korlátozó paramétereket, amelyek hozzájárulnak a gyémánt különféle tevékenységi területeken történő felhasználásához.

A gyémánt tulajdonságai

Bármely gyémánt a szén allotróp módosulata, amely egyébként egy egyszerű ceruza grafitjában is megtalálható. Ezért magas hőmérsékleten minden gyémánt könnyen grafittá alakul. A Mohs keménységi skálán az ásványnak 10 pontja van a lehetséges 10-ből. Sűrűsége 3,4-3,5 g/cm³. Hővezető képessége rendkívül magas, és eléri a 2300 W-ot (mK).

Az ásványnak nagyon alacsony a fém súrlódási együtthatója (körülbelül 0,1), ami annak köszönhető, hogy a felületén vékony adszorbeált gázréteg található. Ennek hiányában a súrlódási együttható 5-szörösére nő. A két legfontosabb jellemző a legalacsonyabb tömörítési arány és a legnagyobb rugalmassági modulus.

A gyémánt 11 GPa nyomáson és 4000°C hőmérsékleten megolvad. Levegőben 800-1000°C hőmérsékleten ég, és tiszta oxigén közreműködésével kék lánggal ég, mint a tiszta propán, és ég teljesen szén-dioxid formájában szabadul fel.

Ha az ásványt levegő hozzáférése nélkül 2000°C-ra melegítjük, az gyorsan grafittá válik, és pamuttal darabokra törik. Figyelemre méltó, hogy 2000°C feletti hőmérsékleten az ásvány termodinamikája anomális jelleget ölt.

„Extrém” tulajdonságai miatt a gyémántot a modern gyártó- és feldolgozóiparban használják.

Gyémánt alkalmazása

Az építőiparban a gyémántok használatát a betonból és acélból készült összetett szerkezetek sajátosságai indokolják. A gyémánt fúrás, vágás, szétszerelés, a munka anyagától függetlenül, lehetővé teszi az eredmények elérését destruktív mikrorepedések kialakulása nélkül. Hatalmas átmérőjű fúrókat és fűrészt használnak beton fűrészelésére, zúzott kő csiszolására, sőt gránit és márvány vágására is.

Az ásványt precíziós műszergyártásban és nehézgépészetben használják. A fémesztergálás is a gyémánt kiváltsága.

A rendkívül magas kopásállóság a mesterséges és ipari gyémántokhoz való korlátlan hozzáféréssel párosulva szó szerint minden tervezését és kivitelezését teszi lehetővé (a precíziós sebészeti műszerektől az űrhordozókig).

1. ábra Gyémántok alkalmazásai.

Például csak Oroszországban manapság több mint 1200 fajta szerszámot gyártanak, amelyek gyémántot használnak (1. ábra, a gyémántok felhasználási területei). Fúrók, marók, csiszolókorongok, üvegvágók, fémolló és fém- és kőfűrészek - a gyémántokat mindenhol aktívan használják (főleg ipari, azaz szintetikus).

Ezen ásvány nélkül a kábelek lefektetése és alagutak építése lehetetlen. Ahol a robbantást nem lehet végrehajtani, ott egy nagy, vékony gyémántforgács bevonatú pengével felfegyverzett tárcsát használnak.

A gyémántot az orvostudományban is használják, ahol a szike pengéjének vastagsága kritikus. A bemetszés szélességének csökkentésével és hosszú ideig éles maradva a gyémántszike a modern sebész fő eszköze. Külön említést érdemelnek az olyan ígéretes fejlesztések, mint az orvosi kristálylézer, ahol az ásvány aktív vezetőként fog működni.

A távközlésben és az elektronikában a gyémántot különböző frekvenciájú jelek egyetlen kábelen keresztül történő továbbítására használják. Természetesen a méretei rendkívül kicsik, de tulajdonságai sikeresen legyőzik a nagy hőmérséklet-változásokat és a legnagyobb feszültséglökéseket. Használata a rubinnal együtt rendkívül érzékeny fotocellákban, az optikában, amely a csillagászok szolgálatában áll, különösen kritikus.

A kémiában és a fizikában a gyémántot elsősorban védőelemként használják. Az üveget károsító agresszív kémiai környezet (hidrogén-fluorsav), valamint a kvantumfizika, optika, lézertechnika és űrkutatás területén végzett tudományos kísérletek, amelyekben a hibák elfogadhatatlanok, megkövetelik a gyémántok aktív használatát.

Ennek az ásványnak a használata nagyon aktív a bányászatban. Szénfelület, olaj- és gáztermelés - ahol szükség van fúrásra, csőfektetésre és nagyon kemény talajképződmények kezelésére (kőzetképződmény, mészkő), az edzett acél önmagában nem elegendő.

Milyen gyémántokat használnak a gyártás során?

Nem minden gyémánt alkalmas gyártási célra. Az ékszerkövek hihetetlenül sok pénzbe kerülnek és több helyen bányásznak szerte a bolygón, ami a tömegiparban teljesen veszteséges és indokolatlan. Itt jönnek segítségül a szintetikus elemek. 1953 óta az iparban használt összes gyémánt több mint 97%-át mesterségesen termesztették. Jelenleg három ismert módszer létezik ennek az ásványnak a megszerzésére:

1. CVD – kémiai gőzlerakódás vagy kémiai gőzlerakódás.
2. HPHT – magas nyomású magas hőmérséklet, vagy magas hőmérséklet és nyomás részvételével.
3. Szintézis detonációval, a természeteshez legközelebbi körülmények szimulálásával (a széntartalmú robbanóanyagokat felrobbantják).

Így a globális ipar teljes mértékben fedezi gyémántigényét, és fáradhatatlanul örömet okoz az emberiségnek új technológiai vívmányokkal.