Введение:
Алмаз — наиболее твердое вещество из всех, встречающихся в природе. Он отмечен Моосом в его шкале твердости баллом 10, но различие в твердости между алмазом и корундом, который имеет твердость 9 по шкале Мооса, огромно.
Трудно измерить абсолютную твердость алмаза, но различные методы определения относительной твердости дали цифры, указывающие, что алмаз в 90—180 раз тверже корунда. Гранильщики опытным путем нашли, что твердость алмаза меняется в зависимости от направления в кристалле, причем направление, соответствующее грани октаэдра, характеризуется наибольшей твердостью, а направление, отвечающее грани куба,— наименьшей.
Эти наблюдения подтверждаются многочисленными детальными исследованиями твердости алмаза при шлифовке в различных направлениях. Гранильщики отмечают также, что алмазы с Калимантана и из Нового Южного Уэльса заметно тверже, чем алмазы из Южной Африки, с которыми они обычно имеют дело. Трудно предположить, что похожие кристаллы могут отличаться по твердости, и отмеченный парадокс связан, вероятно, с существованием двойников, которые невозможно установить оптическими методами, поскольку алмаз не обладает двупреломлением.
Искусственные материалы, такие, как карборунд (карбид кремния) и боразон (кубический нитрид бора), обладают твердостью, сравнимой с твердостью алмаза.
Алмаз кристаллизуется одним из первых минералов при остывании мантийного силикатного расплава на глубине 150-200 км при давлении 5000 МПа, а затем выносится к поверхности Земли в результате взрывных процессов, сопровождающих формирование кимберлитовых трубок, 15-20% которых содержит алмаз.
Алмазы встречаются также в глубинных породах-эклогитах и некоторых глубокометаморфизованных гранатовых гнейсах. Мелкие алмазы в значительных количествах обнаружены в метеоритах, а также в гигантских метеоритных кратерах, где переплавленные породы содержат значительные количества мелкокристаллического алмаза.
Размеры кристаллов варьируют от микроскопических до очень крупных, масса самого крупного алмаза «Куллинан», найденного в 1905 в Южной Африке 3106 кар (0,621кг).
Промышленные месторождения связаны с кимберлитами, россыпями. Главные зарубежные добывающее страны: ЮАР, Конго (Заир), Ботсвана, Намибия. В Российской Федерации месторождения в Якутии, на Урале.
Алмаз применяется в промышленности как абразивный материал, а также, конечно, в ювелирном деле.
Но, без огранки алмаз выглядит не очень привлекательно. Поверхность добытых из земли кристаллов в большинстве случаев бывает шероховата и покрыта полупрозрачной трещиноватой серой коркой.
Только отполировав и огранив алмаз в бриллиант, человек увидел, что «это свет солнца, сгустившийся в земле и охлажденный временем, он играет всеми цветами радуги, но сам остается прозрачным, словно капля». Так говорил о бриллианте русский писатель А.И. Куприн. Благородные металлы служили либо украшением, либо для магических целей, например в качестве амулетов (оберегов).
Глава 3:
Английский ученый сэр Уильям Крукс обнаружил, что радиоактивное излучение радия превращает бесцветный алмаз в зеленую разновидность. Позднее было установлено, что это изменение окраски происходит в результате бомбардировки кристалла а-частицами, но захватывает только внешний слой алмаза из-за слабой проникающей способности а-частиц в твердое тело. Не очень привлекательная зеленая окраска может быть уничтожена повторной полировкой камня до удаления окрашенного слоя или нагреванием алмаза при температуре 450°С.
Метод обработки алмаза облучением пребывал в забвении до развития в конце 40-х годов ядерной физики. Тогда для ускорения дейтронов (ядер тяжелого водорода-дейтерия, которые состоят из протона, связанного с нейтроном) стали использовать циклотрон. Дейтронами бомбардировали кристаллы алмаза.
Алмаз оставался сильно радиоактивным в течение нескольких часов, но и в этом случае окрашивался только внешний слой. Было установлено, что бомбардировка электронами с высокой энергией приводит к окрашиванию алмаза в бледно-голубой или зеленый цвет, но опять-таки окрашивался лишь тонкий слой. А вот нейтроны, обладающие более высокой проникающей способностью, могут изменить окраску всего камня.
После облучения ими алмазы становятся зелеными, однако нагревание в инертном газе при 900°С меняет их цвет сначала на коричневый, а затем на золотисто-желтый. Облученные алмазы золотисто-желтого цвета намного привлекательней, чем зеленые или коричневые, они очень популярны в Соединенных Штатах.
В некоторых случаях реакция алмазов на облучение более разнообразна, и можно получить кристаллы синего, красного и пурпурного цветов. Это различие в окраске обусловлено примесями, присутствующими в алмазах. Большинство алмазов, так называемые алмазы типа I, содержат в качестве примеси азот, который внедряется в кристалл предположительно в промежуточную стадию между образованием алмаза в недрах Земли и временем, когда он попадает в приповерхностные ее участки. В большинстве алмазов азот распределен в виде тончайших пластин, но в одном из тысячи он распределен равномерно во всем объеме кристалла. Последний тип кристаллов назван 16, тогда как наиболее распространенные отнесены к типу 1а.
Менее распространенный тип 2 объединяет чистые алмазы, почти не держащие азота. К нему относятся наиболее крупные камни, такие, как "Куллинан". Наиболее часто встречающиеся алмазы этого типа классифицируются как тип Па, а очень редкие, содержащие небольшие концентрации примеси алюминия, как тип 26. (Гексагональные "алмазы" относят к типу III.) Среди алмазов типов 16 и 2 встречаются кристаллы красного и фиолетового цветов, вследствие чего они дороже алмазов обычного типа.
Поскольку в наше время обработка алмазов для изменения их окраски распространена достаточно широко, возникла новая проблема: как отличить облученные камни от окрашенных напылением тонкого слоя какого-нибудь цветного материала?
Много путаницы и споров связано с определением облученного голубого берилла, называемого "берилл Матчиш". Как это часто бывает, когда свойства Драгоценных камней изменяются в процессе их обработки, перед специалистами возникла проблема, как отличать бериллы Матчиш от Природных, имеющих такую же окраску.
Нэнси Кинг из "Нэйшнл инкуайерер" исследует другую проблему, связанную с облученными камнями. Дело в том, что некоторые облученные алмазы в течение длительного времени могут оставаться радиоактивными в связи с присутствием примесей долгоживущих изотопов. Насколько эта проблема серьезна - еще не ясно, но если некоторая опасность для владельца облученного камня существует, он Должен быть осведомлен о результатах контроля на остаточную радиоактивность.
Путем облучения алмазу можно придать искусственную окраску. Бомбардировка нейтронами вызывает зеленую окраску, причем ее интенсивность зависит от дозы облучения.
Если такой зеленый алмаз нагревать, то цвет его изменяется, приобретая различные оттенки желтизны, но не исчезает полностью даже при высокой температуре.
Бомбардировка электронами придает синюю окраску. Камни с естественной синей окраской можно отличить по их полупроводниковым свойствам. Цвет облученных алмазов объясняется, по-видимому, «радиационным нарушением» структуры кристалла, которая лишь частично восстанавливается при нагревании.
Заключение:
Уникальные свойства алмаза с незапамятных времен сделали его одним из самых известных материалов на Земле. Не будем останавливаться на его ювелирной ценности. Эта область использования алмазов переполнена трагическими ситуациями.
Не менее известным является использование алмазов в промышленности. Применение алмазного инструмента, например, существенно повышает чистоту обработки деталей, а производительность труда возрастает при этом примерно на 50%.
Основные области применения технических алмазов - обрабатывающая и горная промышленность. Абразивные алмазные порошки наносятся на дисковые пилы, напильники, фрезерный инструмент, сверла, буровые коронки. Шлифовальные алмазные порошки применяются для тонкой доводки поверхностей различных изделий, в том числе и ювелирных камней на гранильных фабриках. Алмазные фильеры используются при протягивании тонкой проволоки.
В сравнительно недавнее время алмазы нашли широкое применение в электронной технике. Алмазы незаменимы в качестве деталей электронных приборов, работающих в экстремальных условиях: при низких и высоких температурах, в сильных электромагнитных полях, в потоках ионизирующих излучений, в агрессивных средах и т.п.
В частности, алмазы широко используются как детекторы ядерных излучений, как термометры, работающие при облучении нейтронными потоками, как теплоотводы, полупроводники и т.п.
Широкое техническое применение алмаза обусловлено уникальными физико-химическими свойствами, связанными с особенностями строения его кристаллической решетки.