Алмазы
 
Легенда и действительность.
Алмаз! Это название известно каждому. С ним ассоциируется представление о несравненном блеске и непревзайденной твердости. Со вторым свойством связано и название минерала, которое происходит или от арабского слова ал-мас (“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 применятся 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 истирания, 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 изготовления 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 поверхность не требуют шлифовки, на них практически отсутствуют микротрещины, 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. 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 дробление низкосортных природных алмазов, а также изготавливают на специальных предприятиях по производство 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 применения на гранильных фабриках, где все самоцветы, и в том числе алмазы, подвергаются органике 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 частице 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 Советском Союзе после открытия якутских месторождений была создана алмазодобывающая промышленность. В значительных масштабах у нас производятся и синтетические алмазы.
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 не обходимо 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 истирание, 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 прозрачные 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 Советском Союзе 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 нашей стране принята классификация, где учитывается качество алмазов, их размерность, масса и сфера применения. По качеству определяется 9 категорий природного алмазного сырья. К категориям 1 и 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.