Как твердость алмаза используется в технике. Какими свойствами обладает алмаз и почему он так ценен. Какие характеристики более востребованы

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.

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 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.

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 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:

1. CVD – chemical vapor deposition, или же химическое осаждение из пара.
2. HPHT – high pressure high temperature, или же при участии высоких температур и давления.
3. 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.

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

Всем известно применение алмаза в ювелирном деле для создания драгоценностей. Но этим его использование не ограничивается. Сегодня он незаменим в промышленности, в медицине, в астрономии, в ядерной физике. И это лишь общее представление о том, какие возможности мы получили с обнаружением этого минерала. Читайте далее о том, что представляет собой камень, какими свойствами обладает и что дает миру.

Природные и не только особенности минерала

Большая часть этих камней, добываемых в природе – технические алмазы. Название они получили от греческого Adamas — несокрушимый или всемогущий. Алмаз на 99% состоит из углерода, а 1% приходится на примеси. Именно они влияют на оттенок минерала.

В природе практически не встречаются чистые алмазы. Их цвет меняется из-за примесей: хром, титан, ванадий, марганец. Техническими же называют те камни, которые имеют какие-либо дефекты и не подходят для ювелирной обработки.

Алмаз считается самым твердым минералом, а его плотность равна трем граммам на см в кубе. Он в 150 раз тверже корунда и в 1500 раз тверже кварца.

Но, твердость — не синоним нерушимости. Природные камни часто имеют трещины, что делает их непригодными для ювелирной обработки. Так, в XV веке случился неприятный инцидент: в попытке проверить алмазы на прочность молотком, наемники уничтожили огромную коллекцию. Ее обладателем был Карл Смелый.

«Борт» и «камни чистой воды»: отличительные особенности

Технические алмазы, называемые «бортами», используются человеком во многих сферах. Об этом мы расскажем вам позже. Камни же, предназначенные для ювелирных украшений – бриллианты, приобретают свою красоту только после огранки. Но подвергать обработке некачественный минерал нельзя.

Огранять имеет смысл только алмазы, у которых нет заметных изъянов: трещин, явных вкраплений, резких перепадов цветов. Остальные идут на создание колье, колец и других не особо изысканных украшений.

Природа не задумывала алмаз как драгоценность. Среди добытых камней, большую часть составляет борт. В переводе с французского — «неполноценный». Его усовершенствованным собратом является карбонадо – прочный минерал черного цвета и неприглядной формы. У него самые совершенные показатели прочности и износостойкости.

Какие характеристики более востребованы

Так о каких же характеристиках идет речь? Все знают, что алмазы состоят из углерода. Но, тот же химический состав у графита. Однако области его применения совсем другие. Давайте разберемся.

Алмазы – самые прочные минералы на планете, их коэффициент равняется 10 баллам по шкале Мооса. И это — максимально возможный показатель. Минерал имеет крайне высокую теплопроводность: 2300 Вт. При этом его коэффициент трения составляет всего 0,1.

Столь низкое трение обуславливается наличием на поверхности алмаза тонкой пленки из адсорбированного газа. Если бы ее не было, показатели бы увеличились в пять раз. Расплавить камень можно, создав давление в 11 гПа и температуру в 4000 градусов. У алмаза самый низкий коэффициент сжатия при самом высоком модуле упругости. Это позволяет изготавливать из него множество незаменимых в промышленности вещей.

Классификация по качеству

Ювелирными называют красивые крупные алмазы, не имеющие или почти не имеющие цвета. Все остальные камни относят к техническим. Как правило, это темные дефектные образцы, неподдающиеся огранке. До того, как человек научился их использовать, до 80% минералов выбраковывалось при добыче.

Сегодня, они применяются практически во всех сферах человечества. Но, в зависимости от исходного качества, их делят на три группы (классификация весьма условна). К первой категории относятся алмазы, которым можно придать конкретную форму. В дальнейшем из них создают металлорежущий инструмент.

Ко второй группе относят камни, обработка которых не требуется. В этом случае область применения алмазов – алмазные карандаши и коронки для бурения. К третьей категории относят абразивные кристаллы, имеющие значительные дефекты. Им придают порошкообразную форму.

Где востребованы борты

Использование алмазов распространено в металлообрабатывающей промышленности. Из них изготавливаются наконечники для сверл и резцов. Это необходимо для фрезеровки и тонкого точения твердых и сверхтвердых материалов. Благодаря им, качество и производительность работы, увеличивается в несколько раз.

Алмаз применяется и в других сферах:

• ювелирная промышленность – для шлифовки драгоценных камней;
• ядерная физика – для регистрации быстрых частиц в камерах;
• астрономия – изготовление сверхчувствительных линз;
• электронная промышленность – для теплоизоляции;
• астрономия – проведение исследовательских работ.

Применение алмазов позволило создавать наконечники для высокоточных измерительных приборов. Они незаменимы при резке стекла. Материал включают в металлические проволоки в качестве фильеров (пластин с просверленными отверстиями).

Индийская тайна: методика обработки самых твердых минералов

Для создания бриллианта, алмаз подвергают обработке – огранке. Но, привычные драгоценные камни получаются только после обработки чем-то не менее твердым. Специалисты долго шлифуют и полируют полученные образцы, прежде чем вставить их в украшения.

Техника огранки была открыта в Индии одним из ювелиров. Потерев один алмаз о другой, он заметил, что камни начинают блестеть и менять форму. Длительное время технология держалась в тайне и Индия была единственным экспортером бриллиантов.

В Европе технология огранки стала известна только в 1465 году, благодаря Людвигу Беркему. Он создал алмаз в форме розы, но сегодня такая методика почти не используется. Зато современные мастера научились распиливать драгоценный камень, чтобы ускорить работу.

Для резки применяют специальную эмульсию, в состав которой входит алмазная пыль. Ранее, бриллианты резали кусками стальной проволоки, что отнимало много времени.

Сверление и резка: принцип работы и преимущества

Большая часть приспособлений из алмаза используется для обработки твердых материалов в промышленных целях. Заготовки делятся на две группы. Первая – это сфера бурения, а вторая – резка.

У минерала высокая износостойкость и прочность. Покрытие инструментов алмазной крошкой повышает их срок службы и увеличивает производительность. Камни применяются для изготовления многих инструментов:

• сверл;
• фрезеров;
• стеклорезов;
• ножниц по металлу;
• шлифовальных машин.

А благодаря нанесению алмазной крошки на инструменты, повышается точность их работы. Также, увеличивается скорость рабочего процесса. Техника меньше шумит, а рабочим требуется меньше усилий для выполнения задач.

Благодаря алмазным сверлам и бурам можно сделать максимально точное отверстие, не боясь трещин и сколов. Это актуально при прокладке систем водоснабжения, канализации, интернет-кабеля. Незаменимо при взятии проб с монолитных бетонных конструкций.

Альтернативные области использования

Люди постоянно совершенствуют созданные технологии и развивают области применения старых компонентов. Ранее, алмазы использовались только в ювелирном производстве и для изготовления инструментов. Сегодня, их востребованность намного выше.

Алмазы используют в электронике и телекоммуникациях, чтобы разные частоты могли передаваться по одному кабелю. Благодаря свойствам минерала, оптоволокну не страшны температурные перепады и скачки напряжения.

Широко применяется алмаз в химии и физике, как защитный механизм. Так, при создании оптических линз, минерал защищает их от разрушений плавиковой кислотой. Это позволяет добиться новых высот в исследовании космоса, планеты, квантовой физике и усовершенствовать лазерные технологии.

Медицинская сфера использования

Благодаря вышеописанным качествам, алмаз стал незаменимым материалом в медицинской сфере. Хотя это сравнительно новая область его применения (в отличие от промышленности), уже сейчас понятно, что за ним будущее.

Пока основная сфера применения алмазного порошка в медицине – создание качественного инструмента. Скальпель со специальным покрытием используется в хирургии, делая разрезы более точными. Он незаменим при сложных операциях. Например, на спинном или головном мозге.

Помимо скальпеля, алмаз используется для создания ножниц и зажимов. Материал применяется при изготовлении стоматологического оборудования. В стадии разработки находится проект медицинского лазера, где минерал выступит в качестве проводника.

Алмазы сегодня используются не только в ювелирном деле, но и в промышленности. Камень обладает свойствами, которые с успехом применяются во многих отраслях. Материал по характеристикам не удается заменить, поэтому, узнавая, что делают из алмазов, не стоит удивляться, если в этот список попадут не только украшения.

Свойства материала

Алмаз по своей природе является аллотропной модификацией углерода. Углерод также можно найти в других веществах вроде графита или угля, но именно алмаз из всего ряда прославился своими качествами. Материал имеет самую большую твердость среди всех элементов, 10 из 10 по шкале Мооса. Правда, это не подтверждает его прочности, материал очень хрупок, если подвергать резким воздействиям, например, ударам.

Необработанный алмаз

Плотность алмаза 3,4–3,5 г/см3. А теплопроводность высокая и составляет до 2300 Вт. Камень не нагревается в руках. А еще важными характеристиками в промышленности является низкий коэффициент сжатия и высокий модуль упругости. Плавление алмаза происходит при температуре 2000 градусов Цельсия без доступа кислорода, а если камень плавить на воздухе, то процесс начнется при 800–1000 градусах.

Алмаз горит и полностью переходит в углекислый газ. Если процесс происходит без кислорода, то он превращается в графит. Обратное перевоплощение гораздо сложнее.

Использование алмазов

Применение алмазов востребовано в таких сферах:

• ювелирной отрасли;
• обрабатывающей промышленности;
• горной промышленности;
• электротехнике;
• нанотехнологиях.

В ювелирной отрасли используется только треть добытых алмазов, которые обладают привлекательным видом. В камне должно быть минимальное количество микротрещин, дефектов, включений в структуру. Минерал должен обладать прозрачностью. В качестве включений иногда наблюдаются облачка или минерал приобретает желтоватый с серым оттенок из-за примесей в почве. Именно по этим критериям внешнего вида, а также с учетом размера камня оценивается стоимость алмаза.

Обработанные алмазы называются бриллиантами. После прохождения оценки у геммолога камень выставляется на аукцион, где его приобретает либо ювелир, либо бизнесмен, предприниматель. Иногда аукционы закрыты для покупателей, а минералы приобретают компании по производству украшений. Со временем минерал можно оправить в золото, платину или серебро. Любой благородный металл будет выглядеть в композиции с бриллиантом роскошно.

Ювелирные украшения с ограненными алмазами - бриллиантами

Бриллиантами украшают серьги, кольца, подвески, броши, браслеты. Такие изделия приобретают, как правило, девушки, поскольку бриллиант подходит им по энергетике. Камень долговечен и не требует особенного ухода.

Те алмазы, которые не проходят огранки и обрамления в драгметалл, то есть технические камни, отправляются на производство промышленных инструментов. Спрос на технические алмазы высокий, поэтому разрабатываются месторождения, а также совершенствуются технологии по поводу синтеза искусственных минералов. Такими способами можно покрыть потребности промышленности.

Обрабатывающая промышленность использует в основном твердость элемента. Разные виды работ вроде сверления или резки проходят быстро и без образования микротрещин на поверхности материала. С помощью алмазов происходит обточка металла. Буры, которые сверлят скважины с нефтью, также имеют покрытие крошкой из минерала.

У него высокая износостойкость, что позволяет покрывать алмазной крошкой любые инструменты. Это продлевает их срок действия и увеличивает производительность. Например, только в России существует более 1200 инструментов с покрытием алмазной крошкой:

• сверла;
• фрезы;
• стеклорезы;
• ножницы по металлу и по камню;
• шлифовальные инструменты.

Алмазное напыление на сверле

Преимущества использования алмазов в строительстве:

• точность работы, филигранность;
• скорость;
• малый шум процесса.

Алмазная резка существует нескольких типов: с помощью буры или сухая алмазная резка. Конечно, инструменты с напылением алмазной крошки дороже, чем обычные, но их стоимость окупается качеством процесса. Например, стоимость резки бетона с помощью алмазов полностью себя оправдывает. А еще от работника при использовании специальной аппаратуры не требуется больших физических усилий.

Актуально бурение скважин с помощью алмазов, особенно если диаметр должен быть небольшим. Сейчас появилась отрасль в строительстве под названием алмазная резка. При сверлении, например, бетона, отсутствует вибрация, пыль. Алмазное сверление сделает отверстия для следующих коммуникаций:

• систем водоснабжения, кондиционирования, сточных и канализационных трубопроводов;
• интернета и других каналов передачи данных;
• взятия бетонных проб на монолитных конструкциях скальных пород.

А вот алмазная резка также актуальна, поскольку она после себя оставляет идеальный срез, без сколов или трещин на материале. Диски, на которых есть алмазное покрытие, выдерживают большие температуры и перепады давления.

Алмазы используются в космической промышленности для покрытия приборов, улучшения их прочности. А на земле камень применяется при проведении работ, например, прокладке туннелей во взрывоопасных зонах.

В медицине также приветствуется использование алмазных покрытий, в особенности в хирургических инструментах. Таких, например, как медицинские скальпели, стоматологическая аппаратура, ножницы и зажимы. Ведется разработка медицинского лазера, на кристаллах которого будет алмазное покрытие, и минерал выступает в качестве проводника.

Применение алмаза также оправдано в телекоммуникациях и электронике. Камни используются для передачи сигналов по кабелям. Конечно, такие технологии требуют материальных вложений, зато соответствующие кабели способны выдерживать перепады температуры. А еще алмазам не страшны скачки напряжения. Применяют минерал вместе с рубином и при изготовлении сверхчувствительных элементов.

Алмаз используется в оптике для астрономов. Эксперименты из области физики и химии требуют применения алмазов для изобретения новой оптики, усовершенствования лазерных технологий, исследования космоса. Камни выступают в роли защитного элемента, который не может повредить плавиковая кислота.

На производстве, помимо природной породы, применяются камни, добытые в лаборатории. Ювелирные экземпляры добываются в кимберлитовых и лампроитовых трубках, отдельно от технического алмаза. А количество синтетических камней в промышленности достигает 97 %. Существует три технологии синтеза на сегодняшний день:

1. CVD - chemical vapor deposition, или химическое осаждение из пара.
2. HPHT - high pressure high temperature, метод с участием высоких температур и давления. Технология, в которой используется алмаз-затравка, а также графит, и в специальном пространстве создаются условия для образования новых ковалентных связей.
3. Синтез с подрывом, имитирующий условия, наиболее близкие к природным (взрывчатка с углеродом в составе).

Все эти технологии слишком затратные, но альтернативы в добыче алмазов пока нет. Поэтому ученые продолжают работать в направлении искусственного синтеза. Применение минералов в промышленности не останавливается, в последнее время разрабатываются нанотехнологии, поэтому стоимость сырья не падает. Камни в составе украшений также актуальны и востребованы на рынке драгоценностей.