Применение алмаза в промышленности. Описание, свойства и использование алмазов

Мы рады в очередной раз приветствовать вас, дорогие наши читатели! Алмазы всегда отличались от других минералов. Причем не только тем, что из них получаются красивые и ограненные бриллианты, но и своим широчайшим и разнообразным применением в промышленности, стоматологии, лазерной медицине и других отраслях производства. Свойства алмаза позволяют сделать все это.

Мы рассмотрим их в этой краткой, информативной и, уверены, интересной статье. Следует отметить, что некоторые свойства этого камня можно применять и в домашних условиях, найдя тем самым выход из необычных и нестандартных жизненных ситуаций.

Давайте приступим к изучению такой интереснейшей темы. Желаем вам приятного прочтения, дорогие наши друзья!

Физические свойства алмаза

Давайте начнем с самых известных, а именно физических свойств, так как именно они позволили завоевать этому камню такую популярность. Рассмотрим следующие его «профессиональные» качества:

Твердость минерала

Практически каждый знает, что такой минерал, как алмаз, является самым твердым известным камнем в мире. Чем это обусловлено? Специфической кристаллической решеткой минерала. Связи между атомами углерода очень прочны.

Для оценки относительных значений по твердости минералов существует шкала Мооса, которая известна и принята во всем мире. Относительность (объясним как можно легче) бралась за основу следующая: царапание одного минерала относительно других эталонных. Например, алмазный кусок может «процарапать» все минералы, а его практически ничто. Вот и весь принцип, помогающий существенно упростить жизнь.

Алмазные осколки лидируют там с основательным преимуществом и имеют оценку 10. Для примера, самый ближайший к наитвердейшему минералу на Земле – это корунд. Он также оценивался по этой шкале и имеет оценку 9. То есть его значение меньше в 150 раз!

Только уже на основании этих чисел можно представить существенное преимущество самого твердого известного минерала. Один из ярких примеров – резка стекла с помощью стеклореза с алмазным наконечником. Стоит лишь провести не трясущейся рукой прямую линию, чуть надавить на другой конец стекла – и готово. С помощью других элементов и минералов этого сложно добиться.

Также следует отметить и применение твердости алмаза при копке и рытье шахт, подземельных углублений, новых веток метро и подводных каналов с помощью специальной установки, наконечники которой состоят из алмазов и позволяют прорезать даже самую сложную железно-гранитную породу.

Данный агрегат хоть и выходит дорого, но окупается по сравнению с выплатами рабочим, которые делали бы такой же объем. Тем более по временным характеристикам, установка существенно выигрывает. Если вы еще не представили, как она может выглядеть и работать, то можно почитать писателя Жюля Верна или посмотреть фильм «Экспедиция в преисподнюю» 2005 года.

Плотность, коэффициент преломления и дисперсионная характеристика камня

Уникальное построение кристаллической решетки объясняет и его большую плотность, которая также находит применение в различных областях. Твердость и плотность тесно связаны друг с другом. Чем выше один параметр, тем, как правило, выше и второй.
Коэффициент преломления и дисперсия наиболее ярко проявляются в бриллиантах – ограненных алмазах. Именно в них можно увидеть удивительную магию и игру света, непередаваемый блеск, которые вызовут восхищение у ценителей.

Алмаз настолько уникален, что лучи света, проходящие сквозь него, проходят согласно оптическим законам практически идеально, а высокий коэффициент преломления обеспечивает «внутреннюю яркость» и еще большую световую игру камня. Для большей наглядности и понимания, представленная ниже картинка гораздо лучше разъяснит вам то, что описано словами:

Характеристика, естественно, тоже нашла свое применение в самом известном для алмазов деле – ювелирном искусстве, где собираются самые потрясающие и лучшие бриллиантовые и алмазные образцы, добытые из недр нашей планеты Земля.

Уникальная характеристика камня – теплопроводность

Теплопроводность алмаза является самой большой среди известных твердых тел и составляет порядка 0,9-2,3 кВт/(м*K). Вследствие этого алмаз является отличным полупроводником, так как наиболее известные кремниевые полупроводниковые элементы в основном работают до температуры около 100 градусов по Цельсию.

Полупроводниковая техника на алмазных элементах позволяет работать при гораздо более высоких температурах, но, учитывая высокую стоимость, чаще всего это неоправданная роскошь. Есть и целесообразная им замена – синтетические алмазные полупроводниковые элементы, обладающие такой же высокой теплопроводностью, что и естественные камни, но стоящие гораздо меньше.

Остальные значимые свойства

Кроме вышеперечисленных свойств у алмаза еще очень много других, не менее значимых и полезных критериев. Одним из этих свойств является то, что алмаз – диэлектрик. Этот минерал не проводит электричество.

Данное свойство важно особенно в электронике, полупроводниковой, медицинской и лазерной технике. Эта особенность позволяет одновременно не проводить электричество (тем самым не вызывать короткое замыкание и пробой в системе) и передавать большой поток мощной энергии (к примеру, лазерные установки) не теряя ни своих качеств, ни своих характеристик, ни вес. Еще одна уникальная особенность алмаза.

Обязательно стоит отметить и немаловажное качество для промышленности – низкий показатель коэффициента трения по металлу при наличии воздуха.

Это происходит за счет образования тонкой пленки при воздействии нагрева. Эта пленка исполняет роль особого смазывающего две поверхности материала. Может вы замечали специальные алмазные диски, предназначенные для инструмента, который может разрезать бетонные плиты и основания, толстостенный металл и при этом долго служить в магазинах строительной тематики? Вот, пожалуйста, вам наглядное применение данного свойства, существенно упрощающего жизнь.

Высокая температура плавления (порядка 3700-4000 градусов по Цельсию при окружающем давлении в 11 ГПаскалей). В обычных условиях алмаз начинает гореть только где-то при 820-860 градусах по Цельсию.

Такое своеобразное и потрясающее свойство также находит свое применение, например, в тех запасных частях или элементах техники, которые подвержены постоянному воздействию таких температур и где их применение оправдано по сравнению с ценой и сроком окупаемости.

Если объединить все вышеперечисленные свойства алмазов, то можно сделать вывод, касающийся физических свойств алмаза – значение камня огромно, как в сфере ювелирного дела, так и в разнообразных сферах промышленности, электроники, оптики.

Магические свойства алмаза

Еще с самых древних времен считалось, что такой уникальный камень просто должен обладать сверхъестественными способностями. Достаточно вспомнить магические черепа из хрусталя и алмазов древнего и внезапно исчезнувшего народа майя, эпоху фараонов, где все цари и царицы просто были «облеплены» алмазами и дорогими украшениями из них же.

Алмаз всегда считался камнем сильных людей. Этот камень по многим поверьям придает силу, мужество, доблесть и отвагу. Не зря его называют «камней царей». Считается также, что это сильный оберег, позволяющий владельцу избежать негативных воздействий со стороны третьих лиц.

Следует отметить, что в древности магические свойства бриллианта могли обезвредить любой напиток от яда. Достаточно было лишь опустить туда камень и подождать несколько минут. (Не советуем это проверять).

Также магические свойства бриллианта известны в любовной сфере амура. В том же Древнем Египте считалось, что если подержать камень на кончиках пальцев или взять алмазный порошок, то такой обряд обещает безграничную и ответную любовь до последнего дня.

Алмаз – это камень, напрямую отражающий биополе владельца человека. Если оно хорошее, то камень будет способствовать появлению и сохранению денег, удаче, любви, силе и других положительных проявлениях. Также камень будетзащищать от завистников и плохих действий, направленных против владельца.

В случае плохой кармы обычно все наоборот. Но может существовать и вероятность того, что алмаз «вытянет» плохую энергию и позволит «возродиться» человеку.

Для наилучшего эффекта, следует носить алмазный камень так, чтобы он касался кожи. Например, на шее как кулон или на левой руке как браслет.

Также, нужно учесть еще три пожелания:

как правило, алмаз дарят человеку, а не покупают для себя самостоятельно. Тем самым показывается признание и почет человеку, что принимается алмазом как должное;
чем больше человек с в контакте с камнем, тем лучше, так как он может повлиять не только на самого человека, но и на его работу, личную жизнь, внутрисемейную атмосферу.
обращайте перед покупкой особое внимание на цвет. Красный относится к страстной и резкой стихии огня, синий – водное спокойствие, белый – нейтральный.

В конце можно немного поговорить о влиянии камня и знаков зодиака. Так как камень сильный, то и владеть им могут только сильные и властные знаки, например знаки огненной стихии.

А вот люди, родившиеся под знаком рыбы, должны постараться держаться от него подальше, так как он может даже вызвать негативное воздействие. Также следует обращать внимание на тот же цветовой оттенок алмаза или бриллианта.

Лечебная магия алмаза

Большой энергетический потенциал камня способен зарядить положительной энергией клетки человеческого организма и помочь ему справиться с различного рода негативными заболеваниями.

Особое влияние алмаз оказывает на психическое и психологическое состояние мозга, а также на регулирование нормальных биоритмов и отлаженную работу сердечно-сосудистой системы.

Команда ЛюбиКамни

Алмаз - это название известно каждому. С ним ассоциируется представление о несравненном блеске и непревзойденной твердости. Со вторым свойством связано и название минерала, которое происходит или от арабского слова алмас (твердейший), или от греческого адамас (непреодолимый, несокрушимый).

Алмазы издавна использовались в качестве самых изысканных украшений. Ювелиры разделяют алмазы почти на тысячи сортов в зависимости от прозрачности, тона, густоты и равномерности окраски, наличие трещин, минеральных включений и некоторых других признаков. В конце двадцатого века алмазы начинают применяться на производстве. В настоящее время экономический потенциал наиболее развитых государств в значительной мере связывается с использованием ими алмазов.

Какие же свойства алмаза определяют его широкое использование в самых различных областях народного хозяйства? В первую очередь, конечно, исключительная твердость, которая, если судить по скорости стирания, в 150 раз выше, чем у корунда, и в десятки раз лучше, чем у лучших сплавов, применяемых для изготовления резцов. Алмаз применяется при бурении горных пород и механической обработке самых разнообразных материалов, для протягивания (волочения) тонкой проволоки, в качестве абразива и т. п.

Более половины добычи технических алмазов идет на изготовление специального инструмента для обрабатывающей промышленности. Применение алмазных резцов и сверл на обработке цветных и черных металлов, твердых и сверхтвердых сплавов, стекла, каучука, пластмасс и других синтетических веществ дает огромный экономический эффект по сравнению с использованием твердосплавного инструмента. Чрезвычайно важно, что при этом не только в десятки раз повышает производительность труда (при токарной обработке пластмасс даже в сотни раз!), но одновременно значительно улучшается качество продукции. Обработанные алмазным резцом поверхности не требуют шлифовки, на них практически отсутствуют микро трещины, в результате чего многократно увеличивается срок службы получаемых деталей.

Практически все современные отрасли промышленности, в первую очередь электротехническая, радиоэлектронная и приборостроительная, в огромных количествах используют тонкую проволоку, изготавливаемую из различных материалов. При этом предъявляются строгие требования к круговой форме и неизменности диаметра поперечного сечения проволоки при высокой чистоте поверхности. Такая проволока из твердых металлов и сплавов (вольфрама, хромоникелевой стали и др.) может быть изготовлена лишь с помощью алмазных фильер. Фильеры представляют собой пластинчатые алмазы с просверленными в них тончайшими отверстиями.

Широкое применение в промышленности находят и алмазные порошки. Их получают путем дробления низкосортных природных алмазов, а также изготавливают на специальных предприятиях по производству синтетических алмазов. Алмазные порошки используются в дисковых алмазных пилах, мелкоалмазных буровых коронках, специальных напильниках и в качестве абразива. Только с применением алмазных порошков удалось создать уникальные сверла, которые обеспечивают получение глубоких тонких отверстий в твердых и хрупких материалах.

Алмазные порошки находят применение на гранильных фабриках, где все самоцветы, и в том числе алмазы, подвергаются огранке и шлифовке, благодаря чему невзрачные до этого камни становятся таинственно светящимися или ослепительно сверкающими драгоценностями, к неповторимой красоте которых никто не останется равнодушным. В алмазе под действием заряженной частицы происходит световая вспышка и возникает импульс тока. Эти свойства позволяют использовать алмазы в качестве детекторов ядерного излучения. Свечение алмазов и возникновение импульсов электрического тока при облучении позволяет применять их в счетчиках быстрых частиц. Алмаз в качестве такого счетчика обладает неоспоримыми преимуществами по сравнению с газовыми и другими кристаллическими приборами.

В России после открытия якутских месторождений была создана алмазодобывающая промышленность. В значительных масштабах у нас производятся и синтетические алмазы.

Свойства алмаза

Алмазом, как и другим кристаллическим телам, свойственна анизотропия некоторых характеристик в том числе и анизотропия твердости, что обусловлено особенностями внутреннего строения кристаллов. Твердость меняется не только от грани к грани, но и не редко в пределах одной грани кристалла, что необходимо учитывать при обработке алмаза и при работе с алмазным инструментом.

Прочие физико-механические свойства. Важное значение имеет очень низкий коэффициент трения алмаза по металлу на воздухе - всего 0. 1, что связано с образованием на поверхности кристалла тонких пленок адсорбированного газа, играющих роль своеобразной смазки. Когда такие пленки не образуются, коэффициент трения возрастает и достигает 0. 5-0. 55. Низкий коэффициент трения обуславливает исключительную износостойкость алмаза на стирание, которая превышает износостойкость корунда в 90 раз, а других абразивных материалов - в сотни и тысячи раз. В результате, например, при шлифовании изделий из твердых сплавов алмазного порошка расходуется в 600-3000 раз меньше, чем любого другого абразива.

Для алмаза также характерны самый высокий (по сравнению с другими известными материалами) модуль упругости и самый низкий коэффициент сжатия.

Термические свойства. Температура плавления алмаза составляет 3700-4000`C. На воздухе алмаз сгорает при 850-1000`С, а в струе чистого кислорода горит слабо-голубым пламенем при 720-800`С, полностью превращаясь в конечном счете в углекислый газ. При нагреве до 2000-3000`С без доступа воздуха алмаз переходит в графит.

Рассматриваемый минерал обладает исключительно высокой теплопроводностью, что обусловливает быстрый отход тепла, возникающего в процессе обработки деталей инструментом, изготовленным из него. Кроме того, для алмаза характерен низкий температурный коэффициент линейного расширения (ниже, чем у твердых сплавов и стали). Это свойство алмаза учитывается при вставке его в оправу из разных металлов и других материалов.

Оптические свойства. Средний показатель преломления бесцветных кристаллов алмаза в желтом цвете равен примерно 2. 417, а для различных цветов спектра он варьирует от 2. 402 (для красного) до 2. 465 (для фиолетового). Способность кристаллов разлагать белый цвет на отдельные составляющие называется дисперсией. Для алмаза дисперсия равна 0. 063. Как показатели преломления, так и дисперсия алмаза намного превышают аналогичные свойства всех других природных прозрачных веществ, что и обусловливает в сочетании с твердостью непревзойденные качества алмазов как драгоценных камней. Высокое преломление в совокупности с чрезвычайно сильной дисперсией вызывает характерный блеск отполированного алмаза, названным алмазным.

Одним из важных свойств алмазов является люминесценция . Под действием солнечного света и особенно катодных, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей алмазы начинают люминесцировать - светиться различными цветами. Под действием катодного и рентгеновского излучения светятся все разновидности алмазов, а под действием ультрафиолетового - только некоторые. Рентгенолюминесценция широко применяется на практике для извлечения алмазов из породы.

Форма кристаллов

Большая часть алмазов встречается в природе в виде отдельных хорошо оформленных кристаллов или их обломков . Преобладают октаэдры, ромбододекаэдры и кубы, а также их комбинации. Это кристаллы с ровными плоскими гранями. Так их и называют - плоскогранными. Реже встречаются кривогранные, округлые кристаллы, однако в некоторых месторождениях они преобладают. Зачастую кристаллы алмаза срастаются друг с другом или же как бы прорастают друг друга, образуя соответственно так называемые двойники срастания и прорастания.

Практически во всех алмазных месторождениях присутствуют микро и скрытокристаллические агрегаты, сложенные сотнями тесно сросшихся мельчайших зерен алмаза. Они подразделяются на борт, баллас и карбонадо. Бортом обычно называют неправильные мелкозернистые сростки. Балласы представляют собой шарообразные агрегаты, радиально-лучистого строения, карбонадо - тонкозернистые агрегаты, имеющие массивное, пористое, коксовидное и шлаковидное строение. Наиболее ценятся массивные карбонадо, покрытие эмалевидной корочкой, которая тверже самого алмазного ядра. Карбонадо незаменимы для изготовления алмазных буровых коронок.

Классификация алмазов

Попытки классифицировать алмазы предпринимались с незапамятных времен. Так, древние индусы разделяли алмазы, как и людей, на четыре касты: брахманы, кшатрии, вайшии и шудры. К брахманам относились прозраные высококачественные кристаллы, к кшатриям и вайшиям - камни камни более низкосортные с красноватым оттенком, к шудрам - наиболее низкокачественные алмазы серого цвета. Соответственно шудры оценивались в четверть, вайшии - в половину, а кшатрии - в три четверти стоимости брахманов.

В настоящее время существует множество классификаций алмазов, основанных на различных принципах. В одних классификационных схемах сделаны попытки учесть все свойства алмазов, в других - в основу положен генетический принцип, т. е. представления об условиях образования тех или иных групп алмазов. В России наибольшее распространение получили классификационные схемы Ю. Л. Орлова и З. В. Бартошинского. В то же время ювелиры, подходя к данному вопросу со своих позиций, разделяют алмазы почти на тысячу сортов в зависимости от прозрачности, тона, густоты и равномерности окраски, наличия трещин, минеральных включений и некоторых других признаков.

В России принята классификация, где учитывается качество алмазов, их размерность, масса и сфера применения. По качеству определяется 9 категорий природного алмазного сырья. К категориям 1и 2 отнесены ювелирные алмазы, к остальным - различные сорта технических. В свою очередь, категории подразделяются на группы с учетом массы и размеров кристаллов, а группы - на подгруппы с указанием области использования алмазов.

В древности и в средние века алмазу приписывали многочисленные мистические свойства, он считался могущественным талисманом, обеспечивающим владельцу силу, храбрость, непобедимость в бою, он будто бы нейтрализовал действие магнита на железо, не поддавался ударам молота, но размягчался в теплой козлиной крови и т.д.; алмазный порошок считался смертельным ядом.

АЛМАЗЫ бывают:

Аласонский, Колорадский, Альпийский, Аляскинский, Аляскинский черный, Арабский, Арабский магический, Арканзанский, Баканный, Баффа, Богемский, Борхольмский, Бразильский, Брайтонский, Бриансонский, Бристольский, Восточный, Дофинейский, Западный, Звездчатый, Капский, Кайенский, Кейпмейский, Килликранский, Колорадский. Корнуэльский, Лейк-джоржский, Липпский, Мармарошский, Матарский, Медокский, Мексиканский, Невадский, Немецкий, Рейнский, Сибирский, Уральский, Херкимерский, Цейлонский, Шаумбергский, Черный.

Алмазы издавна использовались в качестве самых изысканных украшений. Ювелиры разделяют алмазы почти на тысячи сортов в зависимости от прозрачности, тона, густоты и равномерности окраски, наличия трещин, минеральных включений и некоторых других признаков . В конце ХХ века алмазы начинают применяться на производстве. В настоящее время экономический потенциал наиболее развитых государств в значительной мере связывается с использованием ими алмазов .

Какие же свойства алмаза определяют его широкое использование в самых различных областях народного хозяйства? В первую очередь, конечно, исключительная твердость, которая, если судить по скорости стирания, в 150 раз выше, чем у корунда, и в десятки раз лучше, чем у лучших сплавов, применяемых для изготавления резцов. Благодаря этому свойству алмаз применяется при бурении горных пород.

Впервые геологи стали использовать натуральные алмазы в бурении для колонковых долот приблизительно в 1910 г., при помощи таких долот делались кольцевые отверстия в породе, через которые извлекали керн - образцы породы для анализа. Впервые алмазные долота ввели для бурения нефтяных скважин в начале 1920 г., с тех пор они широко используются. Для долот используются природные алмазы не технического, а ювелирного качества, которые вытачивают до особого размера и придают правильную, округлую форму.

Исключительная твёрдость алмазов позволяет использовать их при механической обработке самых разнообразных материалов, для протягивания (волочения) тонкой проволоки, в качестве абразива и т.п. .

Более половины добычи технических алмазов идёт на изготовление специального инструмента для обрабатывающей промышленности. Применение алмазных резцов и свёрл на обработку цветных и черных металлов, твердых и сверхтвердых сплавов, стекла, каучука, пластмасс и других синтетических веществ даёт огромный экономический эффект по сравнению с использованием твердосплавного инструмента. Чрезвычайно важно, что при этом не только в десятки раз повышается производительность труда (при токарной обработке пластмасс даже в сотни раз!), но одновременно значительно улучшается качество продукции. Обработанные алмазным резцом поверхности не требуют шлифовки, на них практически отсутствуют микротрещины, в результате чего многократно увеличивается срок службы получаемых деталей.

Алмазные порошки используются в дисковых алмазных пилах, мелкоалмазных буровых коронках, специальных напильниках и в качестве абразива. Только с применением алмазных порошков удалось создать уникальные свёрла, которые обеспечивают получение глубоких тонких отверстий в твёрдых и хрупких материалах.

В алмазе под действием заряженной частицы происходит световая вспышка и возникает импульс тока. Эти свойства позволяют использовать алмазы в качестве детекторов ядерного излучения. Свечение алмазов и возникновение импульсов электрического тока при облучении позволяет применять их в счётчиках быстрых частиц. Алмаз в качестве такого счётчика обладает неоспоримыми преимуществами по сравнению с газовыми и другими кристаллическими приборами.

В России после открытия якутских месторождений была создана алмазодобывающая промышленность . В значительных масштабах у нас производятся и синтетические алмазы. В настоящее время они находят всё большее применение в разных отраслях хозяйства .

Синтезированные алмазы не являются аналогами природных . Это означает, что в лабораторных условиях ещё не разработан способ синтеза алмазов аналогичный тому, который реализуется в природе.

Синтез искусственных алмазов был впервые осуществлен в 1953 г. в Швеции и США, и в 1959 г. в СССР. Однако получаемые в те времена кристаллы алмаза могли быть использованы лишь в качестве абразивного материала, поскольку размеры отдельных кристаллов не превышали 0,8 мм и имели невысокую механическую прочность. Синтез крупных монокристаллов алмаза, который был реализован много позднее, сопряжен с большими сложностями технического и экономического характера. В этом отношении наиболее перспективной для технического применения является шаровидная (диаметром 6-7 мм) лучисто-радиальная форма алмаза или баллас, которая обладает прочностью даже более высокой, чем монокристаллы алмаза и наиболее проста в получении . Вследствие этого основные усилия научного коллектива были направлены на синтез этой модификации, которая и была в 1963 г. впервые в мире получена на кафедре физики и химии высоких давлений.

Испытание синтетических балласов в буровой технике показало их высокую эффективность при проходке скважин в разнообразных грунтах, но особенно широко синтетический баллас применяется сейчас для изготовления волок в производстве проволоки.

Наряду с отработкой методов синтеза алмазов проводятся исследования физико-химических свойств получаемых веществ и изучение механизма их синтеза. Последняя проблема представляет наибольший научный интерес.

В настоящее время существует три основных варианта рассмотрения механизма образования алмаза - наиболее простой, описывающий кристаллизацию алмаза из расплава графита в РТ области стабильности алмаза (> 100 кбар ~ 2000єС) и два дискуссионных варианта - кристаллизация алмаза из раствора графита в металле - «катализаторе» и фазовый переход графита в алмаз в твёрдой фазе в присутствии металлов - «катализаторов». Оба последних процесса протекают в более мягких условиях (40-60 кбар, 1400-1600єС) по сравнению с «прямым» фазовым переходом. Исследования механизма алмазообразования по дискуссионным вариантам, проведенные на кафедре, показали их равновероятность. Реализация на практике того или иного механизма будет определяться природой углеродсодержащего сырья (например, его склонностью к графитизации), или природой металла катализатора, например, способностью к карбидообразованию и устойчивостью карбидных форм в РТ области синтеза алмаза или какими-либо другими причинами.

Первые оценки условий превращения графита в алмаз, сделанные О.И. Лейпунским (1948), показали, что такой переход возможен при давлении Р= 6 ГПа и температуре Т=2300єК. В настоящее время алмазы синтезируются с применением различных технологий, определяемых фазовой диаграммой углерода в координатах давление - температура (Р-Т) в области термодинамической устойчивости алмаза при Р>4ГПа, T>1270єК; в метастабильных для алмаза условиях при Р от 1 до 100 ГПа и Т от 870 до 1070єК. В первом случае синтез происходит в конденсированной фазе (давления либо статические, либо динамические). Во втором случае образование алмазов происходит в результате конденсации углерода из газовой фазы .

Таким образом, благодаря уникальным свойствам, и, прежде всего, необычайной твёрдости и устойчивости к изнашиванию, природные и искусственные алмазы находят широкое применение в современных технологиях и механизмах. Но наиболее известным и популярным остаётся использование природных алмазов для изготовления бриллиантов и ювелирных украшений. Алмазы по-прежнему остаются наиболее покупаемыми ювелирными камнями. В последние годы Россия удерживает рекордные позиции по добыче алмазов (Приложение 5). Только в 2006 г. Россия экспортировала алмазов на сумму 1,7 млрд. долларов, из них 78% - в страны Евросоюза .

Сейчас уже хорошо известно, что алмаз представляет собой модификацию углерода высокого давления. Технические алмазы сейчас получают при огромных давлениях (40-60 тысяч атмосфер) и температурах, т.е. при условиях, близких к природному процессу формирования алмазов с точки зрения мантийной теории происхождения алмазов.

Однако, в ходе исследования нам удалось выяснить, что мантийная теория не является основной в научных взглядах на проблему происхождения алмазов. Более того, описаны факты и процессы, которые противоречат основным положениям этой теории. На сегодняшний день не существует ни одной гипотезы, которая бы в полной мере и научно достоверно описала процесс природного образования алмазов.

В то же время, все физико-химические свойства алмазов подробно изучены и описаны в научной литературе. Уникальные свойства алмазов позволяют использовать эти минералы в различных отраслях хозяйства. Самые чистые и крупные алмазы имеют большую ювелирную ценность.

Применение алмаза началось более двух веков назад. До середины XX века их использовались как материал для изготовления ювелирных изделий. Интересно то, что для гранения одного алмаза берут другой алмаз. Особая прочность материала не позволяет работать над ним с помощью кристаллических образований других минералов. Учёные минералоги, физики и химики долгое время изучали свойства породы. Они выявили все предельные характеристики, нашли возможность применения камней в различных производственных сферах.

Образец ценного минерала – аллотропное изменение углерода. У каждого человека есть возможность стать обладателем его частички. Это графит обычного простого карандаша. В графит преобразуется при определённом повышении температуры. Если ставит камень в таблицу твёрдости Мооса, он займёт самую верхнюю строчку, 10. Выше твёрдости наукой не выявлено и пород крепче алмаза ещё не нашли. Другие особенности минерала:

плотность – до 3,4–3,5 г/куб.см;
проводимость тепла – до 2,3 тыс. Вт;
показатель трения по металлической поверхности – 0,1;
верхний слой — плёнка газа в адсорбированном состоянии;
при снятии верхнего слоя (плёнки) повышается коэффициент трения до 0,5;
низкий коэффициент показателя возможности выдерживать сжатие;
высокий модуль структурной упругости.

Кристалл возможно расплавить, если достичь уровня давления в 11 ГПа, показатель плавления – 4 тыс. градусов. Камень начинает гореть при t — от 800-тысячи градусов, процесс проходит на воздухе. Алмаз сгорает, не оставляя остатка, но образуя углекислый газ.

Пламя при горении голубое. Другой результат получается при нагревании без доступа воздушных масс. Температура – 2 тыс. Самоцвет преобразуется в графит, распадается, издавая звуки, похожие на хлопок. Термодинамика отличается в этом случае аномальным характером.

Учёные нашли применение алмазов в современных сферах индустрии и развивающихся технологиях.

Сферы применения

Областей использования свойств материала достаточно много. Можно перечислить основное и наиболее популярное.

Применение алмаза имеет более чем двухвековую историю. Почти до середины XX века алмазы были исключительно ювелирным материалом. Но чтобы придать ему ту или иную грань (огранить алмаз), нужно использовать другой алмаз, так как никакой другой материал не может обработать этот прочный минерал. Чтобы раскрыть весь потенциал минерала, химики и физики провели ряд опытов и выяснили его свойства, а также те предельные параметры, которые способствуют применению алмаза в разных сферах деятельности.

Свойства алмаза

Любой алмаз – аллотропная модификация углерода, который, кстати, представлен и в графите простого карандаша. Потому при повышенных температурах любой алмаз запросто переходит в графит. По шкале твердости Мооса минерал имеет 10 баллов из 10 возможных. Плотность его составляет 3.4 – 3.5 г/см³. Теплопроводность его крайне высока и составляет до 2300 Вт (мК).

Минерал имеет очень низкий коэффициент трения по металлу (около 0.1), что обусловлено наличием на его поверхности тончайшей пленки адсорбированного газа. При ее отсутствии коэффициент трения возрастает в 5 раз. Две важнейшие характеристики – самый низкий коэффициент сжатия и самый высокий модуль упругости.

Плавится алмаз при давлении в 11 ГПа и температуре 4000° C. На воздухе он горит при температуре от 800 до 1000° C, а при участии чистого кислорода горит, словно чистый пропан, голубым пламенем и полностью сгорает, высвобождаясь в виде углекислого газа.

Если нагревать минерал без доступа воздуха при температуре 2000° C, то он быстро превращается в графит и разрушается на части с хлопком. Примечательно, что при температуре свыше 2000° С термодинамика минерала принимает аномальный характер.

В силу своих «экстремальных» свойств алмаз используется в современной индустрии производства и обработки.

Применение алмаза

В строительстве использование алмазов оправдано спецификой сложных конструкций из бетона и стали. Алмазное сверление, резка, демонтаж, вне зависимости от материала работы, позволяют добиться результата без образования губительных микротрещин. Сверла, пилы огромных диаметров участвуют в распилке бетона, перемолке щебня и даже в резке по граниту и мрамору.

Используется минерал в точном приборостроении и тяжелом машиностроении. Обточка металла – это также прерогатива алмаза.

Крайне высокая износостойкость, помноженная на неограниченный доступ к искусственным и промышленным алмазам, позволяет проектировать и строить буквально все (от точных инструментов хирурга вплоть до космических носителей).

Рисунок 1. Области применения алмазов.

К примеру, только в России сегодня выпускается более 1200 наименований инструментов, в которых используется алмаз (рис. 1, области применения алмазов). Сверла, фрезы, шлифовальные круги, стеклорезы, ножницы по металлу и пила по металлу и камню – везде активно используются алмазы (преимущественно промышленные, то есть синтетические).

Без данного минерала невозможны прокладка кабелей и строительство туннелей. Там, где нельзя вести взрывные работы, используется проходческий комбайн, вооруженный огромным диском, усыпанным лезвиями с тонким напылением алмазной крошки.

Алмаз применяется и в медицине, где толщина лезвия скальпеля имеет решающее значение. Уменьшая ширину разреза и оставаясь острым длительное время, алмазный скальпель является основным инструментом современного хирурга. Отдельного упоминания заслуживают перспективные разработки вроде медицинского лазера на кристаллах, где минерал будет выступать активным проводником.

В телекоммуникациях и электронике алмаз используют для прохождения сигналов разных частот по одному кабелю. Конечно, размеры его при этом крайне малы, однако свойства его успешно преодолевают большие перепады температур и самые большие скачки напряжения. Особенно критически важно его применение наряду с рубином в сверхчувствительных фотоэлементах, оптике, которая стоит на службе астрономов.

В химии и физике алмаз используется, прежде всего, в качестве защитного элемента. Агрессивная химическая среда, которая может повредить стекло (плавиковая кислота), а также научные эксперименты в областях квантовой физики, оптики, лазерных технологий, исследования космоса, в которых недопустимы погрешности, требует активного применения алмазов.

Использование данного минерала очень активно в деле добычи полезных ископаемых. Угольный забой, добыча нефти и газа – везде, где есть необходимость сверлить, прокладывать трубы и сталкиваться с очень твердыми образованиями в почве (каменный пласт, известняк), одной закаленной сталью не обойтись.

Какие алмазы применяются в производстве?

Для использования в производстве не всякий алмаз годится. Ювелирные камни стоят баснословных денег и добываются в нескольких местах по всей планете, что совершенно невыгодно и неоправданно в массовой промышленности. Здесь выручают синтетические элементы. Начиная с 1953 года более 97% всех алмазов, используемых в промышленности, выращены искусственно. В настоящее время известны 3 метода получения данного минерала:

CVD – chemical vapor deposition, или же химическое осаждение из пара.
HPHT – high pressure high temperature, или же при участии высоких температур и давления.
Синтез с подрывом, имитирующий условия, наиболее близкие к природным (происходит подрыв взрывчатки, содержащей углерод).

Таким образом, мировая промышленность полностью покрывает свои потребности в алмазах и неустанно радует человечество новыми технологическими достижениями.