Словарь

Алмаз

АЛМАЗ, (Маркировка – А), минерал, единственный драгоценный камень, состоящий из одного элемента. Название, возможно, происходит от греческого «адамас» (непобедимый, непреодолимый) или от арабского «ал-мас» (персидское «элма») – очень твердый. Алмаз - одна из аллотропных модификаций углерода и самое твердое из известных веществ. Другая аллотропная модификация углерода – графит – одно из самых мягких веществ. Плотность алмаза - 3,48—3,56 г/см3, твердость по Моосу - 10, микротвердость 8600-10000 кгс/мм2. Исключительно высокая твердость алмаза имеет важное практическое значение – он  широко используется в промышленности как абразив, а также в режущих инструментах и в буровых коронках.
 
Алмаз состоит из углерода (96-99,8%). Кроме того, в количестве от тысячных до 0,2-0,3% в нем содержатся примеси химических элементов – азота, кислорода, алюминия, бора, кремния, марганца, меди, а также примеси железа, никеля, титана, цинка и др. Встречаются включения графита, оливина, пиропа, хромита, хромдиопсида, энстатита и др.
 
Алмаз кристаллизуется в кубической (изометрической) сингонии и обычно встречается в виде октаэдров или кристаллов близкой формы. При обкалывании алмаза от материнской массы отщепляются обломки минерала. Это становится возможным благодаря совершенной спайности.  Обычно алмазы бесцветные или желтоватые, но известны также голубые, зеленые, ярко-желтые, розово-лиловые, дымчато-вишневые, красные камни; встречаются и черные алмазы. Алмазы бывают прозрачными и непрозрачными, а порошок из них – белым или бесцветным. [i]
Алмазы ювелирного качества встречаются в ЮАР и в Республике Саха (Якутия, Россия) в кимберлитах – темных зернистых ультраосновных вулканических породах, сложенных преимущественно оливином и серпентином. Кимберлиты залегают в форме трубчатых тел («трубок взрыва») и обычно имеют брекчиевидное строение. Из нескольких тонн добытого кимберлита извлекают доли карата высококачественного алмаза. Также алмазы добывают из аллювиальных (речных) и прибрежно-морских галечных россыпей, куда их выносило в результате разрушения алмазосодержащей кимберлитовой вулканической брекчии. Такого происхождения ювелирные камни обычно приобретают шероховатую поверхность. Часто они являются лучшими ограночными камнями, так как противостояли разрушительному действию ударов о камни при переносе водотоками или морскими волнами в зоне прибоя, и поэтому представляют прочную крепкую массу, относительно свободную от внутренних напряжений. Известны случаи, когда алмазы, добытые из кимберлитовых трубок, взрывались, что свидетельствует о колоссальном напряжении внутри камня. Это явление дает ключ к пониманию того, что кристаллизация алмазов должна была протекать в условиях громадных давлений. Полагают, что алмазы образовались на больших глубинах в мантии Земли, а затем не менее чем 3 млрд. лет назад мощными взрывами были вынесены на поверхность. Алмазы обнаружены также и в метеоритах.
 
Массовый интерес к алмазам объясняется их ценностью как драгоценных камней, но еще более важное значение они приобретают в качестве материала для армирования металлорежущих и других инструментов, широко используемых в промышленности (резцов, сверл, фильер, штампов, дисковых пил, буровых коронок и т.д.), а также в качестве абразивов (алмазных порошков).
 
Чтобы просверлить в алмазе отверстие, дающее возможность применять его в качестве фильеры, требуются хорошо отсортированный алмазный порошок, тонкие стальные иглы и смазочные масла. Отверстие может быть пробито и другими способами – с помощью лазерного луча или электрического искрового разряда. Такими методами удается проделать в алмазных волочильных фильерах очень маленькие отверстия диаметром всего 10 мкм.
 
Разновидности алмазов
Алмаз кристаллизуется в кубической сингонии, гексаоктаэдрическом виде симметрии. В его кристаллической решетке атомы углерода, слагающие структуру алмаза, прочно объединены силами ковалентных связей. Каждый атом соединен с четырьмя окружающими его атомами.
 
Кристаллы алмаза разнообразны: помимо плоскогранных распространены кривогранные формы, наряду с изометрическими часто встречаются деформированные, удлиненные или уплощенные, а также со ступенчатыми или полицентрическими гранями. Плоскогранные октаэдры с зеркально ровными гранями и острыми ребрами довольно редки, часто на гранях развиваются различные фигуры травления (треугольники и др.), ребра округляются.

Характерны для алмаза кривогранные формы – октаэдроиды, додекаэдроиды, гексаэдроиды, тетраэдроиды. На их гранях наблюдаются микрослоистость, параллельная, вальцеобразная, сноповидная штриховки, пирамидальные и каплевидные холмики, ямки травления, дисковая и черепитчатая скульптуры.
Иногда алмазы имеют каналы травления, покрываются тончайшими приповерхностными трещинами, создающими матовость при коррозии, несут следы механического износа. Разнообразно и внутреннее строение монокристаллов алмаза. Часто строение монокристаллов зональное или волокнистое, устанавливается невооруженным глазом или специальными исследованиями. Распространены пластически деформированные кристаллы. Детально изучая морфологию и внутреннее строение кристаллов алмаза, можно восстановить историю его образования.
 
Кроме монокристаллов алмазы часто образуют закономерные и незакономерные сростки. Первые разделяются на двойники и параллельные сростки. Двойникование у алмаза происходит по шпинелевому закону. Среди двойников срастания октаэдров особенно следует отметить уплощенные двойники треугольной формы. Иногда встречаются двойники, образующие многолучевые звезды.
Незакономерные сростки весьма типичны для алмаза. Срастаться могут два-три индивида различной или одинаковой величины или множество индивидов, образующих разнообразные агрегаты. Выделяют несколько разновидностей поликристаллических образований алмаза: борт, баллас и карбонадо.

Борт представляет собой мелкозернистые неправильной формы агрегаты беспорядочно ориентированных кристаллов, хорошо различимые невооруженным глазом или под микроскопом. Темная окраска объясняется присутствием большого количества графита. Борт встречается практически во всех месторождениях алмазов. В технике бортом часто называют низкокачественные алмазы с большим числом трещин и включений, алмазы монокристаллические и агрегаты.
 
Разновидность алмазов карбонадо была обнаружена в 1813 году. Название получила от португальского "carbonados" – карбонатизированный. Карбонадо представляет собой скрытокристаллические образования разупорядоченных индивидуумов размером 5-Юмкм, иногда в них присутствуют аморфный углерод и графит. Форма образований неправильная угловатая или округлая; непрозрачны; цвет темно-серый, черный/зеленоватый, серый, коричневый; поверхность блестящая, эмалевидная, антрацитоподобная или матовая, шлаковидная.
Карбонадо обладают очень большой прочностью, поэтому они используются для буровых коронок, предназначенных для бурения особо твердых горных пород. В Африке встречена разновидность карбонадо с магнитными свойствами (в нем много включений магнетита), названная стюартитом или стевартитом.
 
Балласы, дробеобразный борт, алмазы Кунца – под такими названиями известны поликристаллические образования округлой, овальной или грушеобразной формы с радиальнолучистым строением кристаллитов размером до 10-200мкм. Диаметр агрегатов колеблется от нескольких до 20 мм и более. Балласы непрозрачны, полупрозрачны или просвечивают, с сильным блеском или матовые, бесцветные, серые, черные или зеленоватые. Они применяются в буровых коронках.

В последние годы обнаружена новая разновидность поликристаллических образований алмаза ударно-взрывного происхождения. Такие алмазы приурочены к своеобразным кольцевым воронкообразным структурам-астроблемам, которые получаются при ударе космического тела о земную кору. Возникшие при этом высокие температура и давление способствовали образованию алмазов. Размеры угловатых, неправильной формы агрегатов не превышают, как правило, 1-2 мм, размер кристаллитов - 20-40 мкм. Алмазы непрозрачные, черные, желтоватые или зеленоватые. Часто строение агрегатов слоистое или волокнистое. При рентгеновских исследованиях агрегатов помимо алмаза часто обнаруживают другие модификации углерода: графит, лонсдэлеит и карбин.
 
Свойства алмаза
Алмаз при обычных температурах химически инертен. Кислоты, даже самые сильные, на него не действуют. При высоких температурах алмаз приобретает химическую активность. Смесь серной кислоты с двухромовокислым калием при нагревании окисляет алмазные порошки в углекислоту. Алмаз растворяется в расплавленной натриевой и калиевой селитрах и соде при нагревании. В расплавленных карбонатах щелочей при 1000-1200 оС алмаз превращается в окись углерода. Отдельные металлы (железо, сплавы железа, никель и др.) при более 800 оС частично растворяют алмаз.
 
Алмаз не смачивается водой, но прилипает к жировым смесям.
 
Показатель преломления алмаза высокий (2,417), этим объясняется его яркий, алмазный блеск. Для лучей разного цвета показатель преломления различный: для красного 2,402, желтого 2,417, зеленого 2,42 фиолетового 2,465. Таким образом, дисперсия алмаза 0,063, что намного выше, чем других минералов. Высокой дисперсией объясняется «игра» бриллиантов всеми цветами радуги. Угол внутреннего отражения для алмаза при показателе преломления 2,42 составляет 24о 51'.
Кристаллы алмаза оптически изотропны, однако из-за присутствия различных дефектов под микроскопом практически всегда обнаруживается двупреломление. Под воздействием катодных, рентгеновских и ультрафиолетовых лучей алмазы люминесцируют, что вызвано дефектами структуры. Цвет люминесценции различен - от зеленого и желтого до голубого или синего. Некоторые алмазы не обладают этим свойством.[ii]
 
В природе алмазы встречаются в виде отдельных кристаллов, их обломков или поликристаллических агрегатов. Алмазы разделяют на ювелирные и технические. К ювелирным относят алмазы кристаллической формы, прозрачные, без трещин и включений, пятен и изъянов. Все остальные кристаллы, а также поликристаллические разновидности относят к техническим алмазам. Технические алмазы низкого сорта и поликристаллические разновидности обязательно 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, овализируют, полируют, а также подвергают термической обработке и металлизации.
Твердость алмаза – 10 по шкале Мооса, самая высокая среди всех минералов. Микротвердость (в МПа) алмаза 93157-98648, в то время как корунда 20200, топаза 1399, кварца 981. Однако у алмаза наблюдается анизотропия твердости, выражающаяся в том, что на разных гранях и в различных направлениях твердость несколько отличается. Это связано с особенностями структуры.
 
Износостойкость алмазов колеблется в широких пределах, средняя износостойкость алмаза в несколько раз выше износостойкости широко известных абразивных материалов – карбидов бора и кремния. Абразивная способность материала определяется отношением массы сошлифованного материала к массе израсходованного абразива. Если принять абразивную способность алмаза за единицу, то абразивная способность карбида борг составит 0,5-0,6, а карбида кремния 0,2-0,3.
Теоретически плотность алмаза составляет 3,515 г/см3. Однако встречаются алмазы, у которых наблюдаются значительные отклонения от средней величины плотности. Это связано с наличием различных включений, трещин, пор, а также агрегативным строением. Наименьшую плотность имеют карбонадо (до 3,4 г/см3). Плотность балласов уменьшается от светлых разностей к темным. У монокристаллов с различимым невооруженным глазом зональным строением – «алмазов в оболочке» и у графитизированных кристаллов плотность ниже среднего значения.
 
Алмаз имеет совершенную спайность по, излом ровный, ступенчатый, раковистый. Модуль упругости (в МПа) алмаза равен 88254 (у карбида бора около 294180, карбида кремния 357919, твердого сплава до 588360). Этим объясняется способность алмаза деформироваться при воздействии на обрабатываемый материал. В связи с этим при алмазной обработке 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 (1079-1471 МПа), предел прочности алмазов при сжатии зависит от его формы и дефектности, он составляет в среднем 1961 МПа, что в два раза меньше среднего предела прочности на сжатие у твердых сплавов (3922-4903 МПа). Прочность на разрыв 7 746 740 МПа (теоретическая). Коэффициент сжатия алмаза и модуль сжимаемости в четыре раза меньше, чем железа.
 
Алмаз характеризуется высокой теплопроводностью, что позволяет быстрее отводить тепло с поверхности обрабатываемых изделий. Он является диэлектриком, вместе с тем отдельные разновидности алмазов (например, голубой или синий) могут обладать полупроводниковыми свойствами.

Температура плавления алмаза около 4000 оС. При нагревании алмаз сгорает, образуя углекислый газ. В струе кислорода он горит голубым пламенем при температуре около 720 оС, в атмосфере воздуха температура горения 850 оС. При нагревании без доступа воздуха поверхность алмаза графитизируется при 1000 оС, при более высокой температуре он полностью переходит в графит.



[i] Совершенно бесцветные алмазы довольно редки. Обычно у них наблюдается какой-либо оттенок (нацвет). Встречаются интенсивно окрашенные желтые, оранжевые, зеленые, синие, голубые, розовые, коричневые, cepые и черные кристаллы (рис.8). Окраска алмаза зависит от различных дефектно-примесных центров и включений. Наиболее распространенная желтая окраска может иметь различное происхождение.
Лимонно- или соломенно-желтая окраска прозрачных кристаллов октаэдрической или додекаэдрической форм, равномерно распределенная по всему камню, связана с дефектно-примесным центром N3 (интерпретируемым как комплекс A1N или три атома азота и вакансия), вызывающим поглощение с максимумом на 415 нм.
Янтарно-желтая окраска прозрачных кристаллов кубического габитуса неравномерная желтая - у «алмазов в оболочке» связана с одиночными атомами азота, изоморфно замещающими в структуре алмаза атомы углерода.
Зеленые пятна пигментации, окрашивающие поверхность кристаллов в зеленоватый или голубоватый цвет, появляются в результате природного радиоактивного облучения. При нагревании в процессе метаморфизма они переходят в желтый цвет.
Желтые пятна пигментации наблюдаются на алмазах из древних россыпей. Однако встречаются алмазы с синей и голубой окраской, равномерно распределенной по всему кристаллу. Предполагают, что этот тип окраски обусловлен вхождением в структуру алмаза бора.
Очень распространены дымчато-коричневые и реже розовато-сиреневые алмазы, окраска которых связана с образованием дефектов.
Молочно-белая окраска объясняется наличием мелкодисперсных включений граната во внешней части кристалла, а серая и черная - включениями графита.
 
[ii] Установлено, что алмазы с различным свечением имеют разные физико-механические свойства. Так при статическом одноосном сжатии наибольшей прочностью отличаются несветящиеся алмазы, затем голубые, зеленые, желтые и розовые. Наибольшей динамической прочностью характеризуются кристаллы с розовым, затем с зеленым, желтым и голубым свечением. Наименьшая прочность на удар у несветящихся алмазов.
При испытании алмазов с различным свечением на истирание наибольшая износостойкость установлена у алмазов, светящихся зеленым цветом, затем голубым, желтым цветом, несветящихся и розового свечения.
При кратковременном облучении нейтронами алмаз становится светло-зеленым, при увеличении времени облучения - темно-зеленым, а затем и черным. Гамма-лучами можно окрасить алмаз в нежно-голубой цвет, а термической обработкой - в янтарно-красный. Облучение алмазов электронами и нейтронами приводит к смещению атомов и вакансий в кристаллической решетке алмаза, в результате статическая прочность в зависимости от дозы облучения может увеличиваться на 20-40%. Вместе с тем при облучении повышается хрупкость кристаллов, т.е. уменьшается динамическая прочность на удар.
 
Полезная информация? Поделитесь ею

Контактный телефон

+7 (812) 600-11-77

Адрес

193230, Санкт-Петербург,
Дальневосточный проспект, д.13 к.3
info@abrasive.ru
© 2017 Центр Абразивов.
Копирование материалов с сайта
без указания источника запрещено.
Создание сайта
— «Gudzon webstudio»