Алмаз: самый твердый и крепкий минерал в мире. Твердость алмаз

Твердость алмаза

15 мая 2015

Твердость алмаза можно определить с помощью нескольких известных ранее шкал. Твердость минералов — такой показатель, измерения которого лучше избегать, если такая возможность существует. Чтобы проверить твердость, нужно царапать минерал различными материалами. Фридрих Моос — известный ученый-минералог — в 1811 году предложил использовать для определения твердости камней специальную шкалу, придуманную им. Впоследствии ее назвали шкалой Мооса.

Ограненный алмаз

Что же такое твердость? Простыми словами, это сопротивление, которое оказывает минерал, когда его пытаются поцарапать другим минералом или материалом. Фридрих Моос разработал шкалу с коэффициентом твердости от 1 до 10, где 1 — это тальк, а 10 — алмаз. Ученый взял в свою эталонную шкалу легкодоступные минералы и построил их в линейку по возрастанию сопротивления другим минералам. Числа твердости, указанные Моосом, не определяют истинную твердость минерала.

Необработанный алмаз Алмаз — самый твердый в мире минерал естественного происхождения, по шкале Мооса его показатель равняется 10. Корунд имеет показатель, равный 9. Ученый удалось синтезировать карборунд, который превосходит по твердости корунд, но алмаз он все равно не царапает. Сталь по твердости намного уступает алмазу, ее твердость находится в диапазоне от 5,5 до 7,5 в зависимости от сплава. Тверже алмаза сплав стали сделать не удалось. Но твердость стали определяется с помощью алмазных пластин: насколько пластинка или пирамидка вдавится в образец стали, такая и будет твердость. Сейчас все чаще на производстве алмазы заменяются стальными шариками специальных сплавов.

Прочность алмаза, или почему алмаз такой твердый

Очень давно, когда на Земле еще не было жизни, а сама планета была молодой, на поверхности происходили природные процессы. Тектоническая порода находилась в расплавленном состоянии, она перемешивалась под действием высоких температур и паров различных испарений, а потом медленно остывала. Все эти процессы привели к формированию самого твердого камня, который сейчас называется алмазом.

Происхождение названия данного камня уходит своими корнями в глубокую древность, почему его стали называть именно алмазом, до конца остается неизвестным, но существует ряд предположений:

Элементы огранки алмаза

Слово алмаз пришло из Греции. «Адамас» — «твердый», «несокрушимый».
«Ал-ма» от персидского «твердый».
Название камня происходит от женского имени Элиза или Элайза. Полная форма этого имени Елизавета, означает «Божья милость». По легенде была девушка, которая обладала даром исцеления людей. Имя ее было Элиза. Она была крепка душой и телом, могла своим умением поднять на ноги даже самого тяжелобольного человека. Однажды Элиза влюбилась в прекрасного юношу, он ответил на ее чувства, их любовь была прекрасна, но длилась недолго. Элиза отправилась в дальний путь, чтобы пополнить запасы целебных трав. В это время ее возлюбленный тяжело заболел. Когда Элиза вернулась, он был уже мертв. Девушка жила в горах, она зашла в одну из пещер горной местности и горько заплакала. Это были самые первые ее слезы, они обратились в камни, которые потом стали называть алмазами.

Твердость алмаза и графита

Интересным фактом является то, что алмаз — самый крепкий минерал, а графиту по шкале Мооса соответствует число 1, что означает, что он самый мягкий.

Алмаз и графит состоят из одинаковых атомов одного и того же химического элемента — углерода. Тогда почему одно вещество самое мягкое, а другое — самое твердое? Ответ очень прост. Все дело в химических связях или кристаллических решетках этих минералов. Атомы углерода по-разному связаны между собой, поэтому они проявляют разные химические и физические свойства: имеют различный внешний вид, твердость, пластичность, блеск и другие параметры. Графит имеет слоистую структуру. Атомы углерода между собой связаны слабо, это и объясняет то, что графит очень мягкий.

Лонсдейлит — синтетический алмаз

В природе нет материала тверже алмаза, но наука не стоит на месте. Ученым удалось синтезировать вещество, которое является на 58% прочнее алмаза. Название этого материала — лонсдейлит. Он может выдержать давление на 55 ГПа больше, чем самый твердый природный минерал. Но его использование почти невозможно, потому что его очень трудно получать. Стоимость получения не оправдывает затраченных средств, а в его применении нет особой необходимости. Назван лонсдейлит в честь кристаллографа Кетлин Лонсдейл, которая была родом из Британии.

Автор:

Иван Иванов

Поделись статьей:

Оцените статью:

Загрузка...

Твердость алмаза и другие его характеристики

В этой статье:

Многие знают, что алмаз самый твердый в мире природный материал. Некоторые слышали или, возможно, сталкивались с таким понятием, как алмазное напыление или алмазные головки режущих инструментов. Но что на самом деле представляет собой такое понятие, как твердость алмаза, и с чем она связана?

Алмазы

Понятие твердости и ее измерение долгое время оставалось довольно спорным вопросом. Очень долго не могли разработать методику, по которой можно было бы определить количество этого параметра. Пока Моос не придумал измерять этот параметр путем пробы поцарапать один минерал другими минералами. Если один из них поддавался царапанию другим, то ему автоматически присваивалось более низкое значение твердости. Приняв за каждую единицу какой-либо эталон, он разработал собственную шкалу твердости с показателями от 1 до 10.

За 10 баллов отвечала твердость алмаза, эталоном для одного балла твердости стал тальк. Другой распространенный драгоценный камень — корунд, который делится на рубины и сапфиры имеет показатель 9. Таким образом была закреплена такая самая распространенная шкала и соответствующие значения.

Почему алмаз имеет такой высокий показатель твердости? Как оказалось, химическая структура алмаза представляет собой чистый углерод. Тот же самый углерод, который в нормированном состоянии является графитом и твердость по шкале Мооса которого равняется единице.

Почему же тогда они имеют такие разные свойства, если состоят из одного и того же атома? Это происходит за счёт химических связей и строения решетки кристалла. Атомы углерода в этих двух веществах по-разному между собой связаны, что дает разное строение структуры.

Как известно, в природе нет материала, который был бы тверже алмаза. Но недавно учеными было разработано синтетическое вещество, которое, по их заявлению, имеет такой показатель на 58% больше. Это вещество получило название лонсдейлит. Лонсдейлит может выдержать давление, которое на 55 ГПа превышает давление, которое может выдержать самый твердый алмаз. Его использование практически невозможно из-за высокой стоимости. В применении такого материала особой необходимости нет.

Другие характеристики

Если алмаз самый твердый минерал, означает ли это, что если его невозможно сломать? К сожалению, это не так. Дело в том, что в разных направлениях кристалла его твердость неодинакова. На этом свойстве как раз и основана его огранка, шлифовка и распиловка.

Поэтому прочность алмаза невелика, от сильного удара он может расколоться на части. Это несколько ограничивает его применение. Высокая твердость обуславливает его высокую износостойкость и сопротивление стиранию, но не гарантирует, что алмаз не сломается.

Кажется, что если алмаз имеет такую высокую твердость то как минимум должен быть очень плотным. На самом деле его плотность составляет всего около 3,5 грамма на сантиметр кубический. Это в три раза больше, чем воды, но, например, в шесть раз меньше, чем у золота.

Тем не менее для камня такая плотность является достаточной, можно даже сказать большой, что также влияет на его прочность. Бриллианты имеют характерный блеск и игру цвета, которые объясняются таким параметром, как показатель преломления. Показатель преломления бриллиантов составляет примерно 2,4, что является наибольшим значением для драгоценного камня. Еще одним важным параметром является дисперсия. Дисперсия представляет собой различие показателей преломления в зависимости от длины волны применяемого освещения.

Шкала Мооса

Чем больше показатель дисперсии, тем сильнее выражена игра цветов. У алмазов этот показатель высокий, что и дает ему уникальное сияние. Сочетание преломления и дисперсии, а также твердости минерала, которая позволяет отполировать его без малейшего изъяна или трещины, составляют вместе тот необходимый набор, который делает этот камень самым дорогим в мире.

Алмаз имеет еще одно интересное свойство — он характеризуется самой высокой теплопроводностью, которая является наибольшей среди всех твердых тел. Это позволяет рассматривать его в качестве перспективного полупроводника для применения в электронике. Однако это возможно только при условии, что научатся синтезировать дешевые алмазы. Кремниевые полупроводники могут работать при температуре до 100 градусов по Цельсия в то время, как микросхема на алмазах будет выдерживать намного большие температуры.

Алмаз не растворяется в кислотах и щелочах. Обладает низким коэффициентом трения в воздухе, что происходит за счёт образования пленок абсорбера на поверхности камня. Температура плавления составляет 3500-4000 градусов Цельсия при определенных условиях давления. Если он находится на воздухе при температуре около 860 градусов, начинается процесс горения. Если его нагревать до высокой температуры без доступа кислорода, он переходит в углерод за несколько минут.

Структура кристаллической решетки

В конце XVIII века была обнаружено, из чего состоит алмаз. После этого было сделано огромное количество попыток, чтобы получить его в лабораторных условиях. Для этого были проведены эксперименты с техническими условиями, так как долго не могли понять при каких именно он образуется.

Как оказалось, алмаз состоит из атомов углерода, которые соединяются между собой в пространстве в особом порядке. Такой порядок называется кристаллической решеткой. Расположение частиц и тип такой решетки как раз и задают плотность алмаза и его твердость. Каждая ячейка имеет форму куба, поэтому кристаллическая решетка называется кубической.

Атомы расположены в порядке тетраэдра, между которыми действуют ковалентные связи. Каждый атом связан с четырьмя другими и поэтому имеет наивысший возможный показатель валентности для углерода. Последнее приводит к тому, что все связи заняты и не взаимодействуют со сторонними веществами. Именно такой тип решетки и объясняет высокую твердость алмазов.

Ещё известны две разновидности кристаллического вещества, которые состоят из атомов углерода: углерод и лонсдейлит, который был описан выше. Такой минерал встречается в останках метеорита. Графит же можно увидеть на каждом шагу. Отличия в кристаллической решетке между графитом и алмазом приводит к тому, что графит имеет очень мягкую структуру и легко слоится, тогда как алмаз почти ничем нельзя поцарапать.

У графита решетка имеет гексагональный характер. Частицы углерода расположены слоями, дистанция между которыми больше, чем между атомами в одном слое. Это обуславливает такие основные свойства графита, как электропроводность и поглощение света.

Расстояние между атомами кубической решетки алмаза везде имеет одинаковое значение — этим объясняется прозрачность минерала и его способность оказывать сопротивление и не проводить электрический ток. В минерале могут содержаться такие металлы в виде примесей:

магний;
алюминий;
кремний;
гранит;
кальций.

Часто встречаются кристаллы с включением воды, углекислоты или других газообразных веществ.

Примеси неравномерно распределяются и больше всего их наблюдается на периферии кристалла. Такой тип кристаллической структуры встречается и у других элементов 4 группы с такой валентностью. Однако по мере увеличения атомной массы расстояние между ними растет и прочность ковалентной связи падает. Поэтому алмаз имеет самую высокую прочность, так как его атомы расположены ближе всего.

Благодаря своей прочности, алмаз находит применение не только в ювелирном деле, но и в промышленности. Например, используются в строительстве и когда нужно просверлить что-нибудь или обрезать в сложных конструкциях из бетона и стали. Кроме того, алмазные конструкции используются в ремонте для резки по граниту, мрамору и другим твердым материалам.

Используется минерал в точном приборостроении и для изготовления инструмента начиная от любительских пил и ножниц по металлу, стеклорезов, фрез, шлифовальных кругов и заканчивая инструментами хирурга и космическими носителями.

Строительство тоннелей и прокладка кабелей невозможны без этого материала. Проходческий комбайн, ножи которого покрыты тонким напылением алмазной крошки, применяются там, где невозможно построить туннель другим способом. В медицине применяются скальпели из алмаза, где невозможно использовать обычный. Ведутся активные разработки медицинского лазера, в котором он будет использоваться в качестве полупроводника.

В телекоммуникациях и электронике алмаз используют для прохождения сигналов разных частот по одному кабелю. В качестве защитного элемента используется в лабораторном оборудовании для физических и химических научных исследований.

Постоянно ведутся новые разработки возможности получения синтетических алмазов высокого качества и небольшой цены для того, чтобы широко использовать его во всех сферах промышленности. Твердость этого камня также влияет на его высокие показатели износостойкости при использовании в ювелирном деле.

Рекомендуем похожие статьи

okaratah.com

от чего зависит параметр камня

Здравствуйте, дорогие читатели. Как уже неоднократно отмечалось в наших статьях, алмаз имеет самую высокую твердость среди других минералов. Но какова же твердость алмаза? С чем она сравнивается и кто первым установил этот удивительный факт?

Вообще твердость – это такая величина, благодаря которой можно узнать сопротивление твердого вещества при попытках его повредить другим веществом. Для этого чаще всего экспериментальный образец царапают. Понятное дело, после такой «проверки» экспериментальный образец безнадежно испорчен, так что подобные процедуры проводят только в самых необходимых случаях.

Открытие твердости алмаза

Еще в начале 19 века (а именно в 1911 году) известный и талантливый ученый в области минералогии Моос Фридрих впервые разработал специальную шкалу для определения твердости, названную в его честь. По этой шкале этот параметр минералов определяется при помощи коэффициента твердости, который распределяется от 1 до 10. Очевидно, что у алмаза данный показатель составляет все 10 баллов. Хотя настоящую твердость данная шакала не определяет, однако является важным показателем.

За основу своей шкалы Моос взял самые доступные на тот момент минералы и сравнил их между собой путем царапания.

Есть ли минерал тверже алмаза?

На данный момент ученые экспериментируют в области создания камня или минерала, способного превзойти алмаз по своей прочности. На сегодня удалось, например, сделать карборунд. Это материал тверже корунда с твердостью 9, но все равно мягче алмаза. Это был самый твердый после алмаза минерал.

Сплавы сталей на сегодняшний момент также значительно отстают от рассматриваемого камня. Их твердости не превосходят 7,5 по шкале Мооса. Однако даже при таких условиях в некоторых производствах удается заменить алмаз на более дешевые сплавы сталей (для обработки различных деталей и т.п.).

Однако даже при этом факте прочность железа все равно определяют с помощью алмазных пластин, которыми врезаются в поверхность сплава. По создаваемой вмятине и определяют искомый параметр.

Но эксперименты продолжаются. Немногие слышали, но на данный момент есть так называемый лонсдейлит. Он был синтезирован учеными еще в 20 веке, хотя и встречается также в метеоритных останках и т.п. Этот материал (как ранее заявлялось) в полтора раза прочнее алмаза. Максимальное давление, выдерживаемое этой алмазной модификацией, якобы также на 55 ГПа больше. Но по факту это не так, хотя и есть способы сделать его даже в два раза прочнее алмаза.

Например, при нанокоструированни, можно создавать навнополикристаллы или нанокомпозиты. В результате таких работ как раз и можно добиться ранее упоминаемых результатов. Производители уже готовы предложить такие кристаллы размером около кубического сантиметра.

Однако тут есть и ложка дегтя – стоимость производства лонсдейлита настолько огромна, что практически нигде в наше время не оправдывается экономически. Происходит это из-за трудностей получения вещества, названного в честь британского кристаллографа Лонсдейл Кейтлин. Как минимум, шлифовать лонсдейлит практически нереально в силу его исключительной твердости (если говорить о предварительной специальной обработке, упоминаемой ранее).

Связанные с твердостью алмаза факты

Как все мы знаем, графит и его родственник алмаз состоят из одного и того же уникального элемента – углерода. Но при этом минерал получил оценку 10 из 10 по шкале Мооса, а графит – всего лишь 1. Секрет такого распределения прост – все дело в структуре камня, его кристаллической решетке. Ведь стоит атомам распределиться несколько иначе, как мы получим некое вещество с абсолютно другими значениями твердости и других параметров.
Для графита характерна слоистая структура, а для алмаза кубическая.
Помимо твердости, в зависимости от вида связей атомов между самими собой, меняются также блеск, пластичность, даже внешний вид и многое другое. Тот же графит, например, обладает очень слабыми межатомарными связями.
Существует несколько предположений насчет названия камня, о свойствах которого уже очень давно знали наши предки. По одному из них «алмаз» происходит от греческого «адамас» («нерушимый»). По другой версии, от персидского «твердый» («ал-ма»). Ну а третья и вовсе отсылает нас к легенде об Элайзе, которая могла лечить людей от любых болезней, но своего возлюбленного спасти не успела. Из ее слез и появились алмазы, образованные от имени девушки.

Таким образом, на Земле на данный момент крайне трудно отыскать что-то столь же твердое как алмаз. Однако уже сейчас производятся материалы, превосходящие камень по своей прочности, способности к окислению и температурной устойчивости.

На этом мы прощаемся с вами, но надеемся еще не раз встретить вас на страницах ресурса. До скорых встреч, друзья.

Команда ЛюбиКамни

lubikamni.ru

Камень бриллиант - свойства | Физические свойства алмаза

Минерал алмаз по сути представляет собой одну из многочисленных модификаций углерода. Физические свойства алмаза определяются внутренним строением кристалла.

Как и другие минералы, физические свойства алмаза оцениваются по следующим критериям:

Твердость алмаза

По шкале Мооса твердость алмаза является максимальной и равна 10.

Данная общепринятая шкала Мооса дает относительные значения по твердости . Ее показатели говорят о том, что минерал с более высоким числом царапает минерал с более низким.

Следующим после алмаза по твердости в шкале идет корунд со значением 9. Но его абсолютное значение твердости в 150 раз меньше чем у алмаза – что говорит об абсолютном лидерстве алмаза в этом отношении.

Существуют и другие способы определения твердости, но оценка по Моосу (царапание минерала другим минералом-эталоном) оказалась наиболее простой и наименее разрушительной методикой, которая широко используется и в настоящее время.

Твердый — значит не сломать?

Твердость алмаза не одинакова в разных направлениях кристалла. На этом основана распиловка, огранка и шлифовка алмазов. Высокая твёрдость обусловливает исключительную износостойкость алмаза на истирание. Одновременно с твердостью, алмаз является достаточно хрупким, что несколько ограничивает его применение. Под воздействием сильного удара алмаз легко раскалывается по плоскостям, параллельным граням правильного октаэдра.

Плотность (удельный вес) алмаза

Удельный вес (плотность) алмаза находятся в промежутке 3,417-3,55 гр/см3. Это достаточно много, и высокая плотность в том числе влияет на прочность данного минерала.

Удельный вес тела есть отношение его веса к весу чистой воды равного объема.

Таким образом, при одинаковых объемах, алмаз весит примерно в 3,52 раза больше чем вода.

Коэффициент преломления и дисперсии алмаза

Характерный блеск и «огонь» ограненных и отполированных алмазов (бриллиантов) обусловлен очень высоким показателем преломления (от 2,417 до 2,421) и сильной дисперсией (0,0574).

Для справки: светопреломление – это отклонение направления светового луча при вхождении в другую среду, где свет резко меняет свою скорость. Дисперсия – это различия в показателе преломления в зависимости от цвета (длины волны) применяемого освещения.

Дисперсия является основой внутреннего «огня» алмазов.

Рис.1: Схематичное изображение дисперсии:

dispers-RUS

Рис.2: Игра «огня» в бриллианте

irga

Алмаз имеет показатель преломления 2,42, что является самым высоким среди всех драгоценных камней, используемых в ювелирном деле. Именно поэтому мы имеем удовольствие наблюдать такие свойства камня бриллиант, как сверкающий, алмазный блеск.

Уникальное сочетание дисперсии с высоким преломлением и твердостью алмаза, позволяющего отполировать его грани без малейших изъянов, составляет именно тот уникальный набор свойств, который позволил занять алмазу вершину в мире драгоценностей.

Другие физические свойства алмазов

Алмаз характеризуется аномально высокой теплопроводностью, которая составляет 900—2300 Вт/(м·К) и является наивысшей среди всех твердых тел. Это свойство позволяет рассматривать алмаз в качестве перспективного полупроводника (конечно, при условии, что будут разработаны достаточно дешевые методы производства синтетических алмазов). Существующие в настоящее время кремниевые полупроводники могут работать до 100°С, в то время как алмазные микросхемы будут работоспособны при гораздо более высоких температурах.

Из прочих свойств можно отметить, что алмаз не растворяется в кислотах и щелочах, является диэлектриком, обладает очень низким коэффициентом трения по металлу на воздухе (0,1) что объясняется образованием на поверхности алмаза тонких плёнок адсорбированного газа, играющих роль своеобразной смазки. Под действием дневного света и особенно ультарфиолетовых лучей большинство алмазов начинает светиться голубым, желтым и зеленым цветом, под действием катодных лучей проявляется люминесценция бледно-голубым цветом, под действием рентгеновских лучей – синеватым. Алмазы обладают свойством прилипать к некоторым жировым смесям. Это свойство широко используется для извлечения алмазов на обогатительных фабриках.

Температура плавления алмаза составляет 3700—4000 °C при давлении 11 ГПа. На воздухе алмаз начинает горение при 850°C. В струе чистого кислорода горит слабо-голубым пламенем при 720—800 °C, полностью превращаясь в углекислый газ. Нагревание алмаза без доступа воздуха приводит к его частичному переходу в графит при температурах выше 1500°С. При нагреве до 2000 °C без доступа воздуха алмаз переходит в графит за 15-30 минут.

ВСЕ КАМНИ — КАТАЛОГ | АЛМАЗЫ (БРИЛЛИАНТЫ) — КАТАЛОГ

Поделитесь статьей с друзьями

Лучшее от российских заводов. Представляем интернет-магазин нашего партнера:

juvelirum.ru

Алмаз. Описание, свойства, происхождение и применение камня

507-каратный алмаз Cullinan Heritage

Алмаз — самый твёрдый минерал, кубическая полиморфная (аллотропная) модификация углерода(C), устойчивая при высоком давлении. При атмосферном давлении и комнатной температуре метастабилен, но может существовать неограниченно долго, не превращаясь в стабильный в этих условиях графит. В вакууме или в инертном газе при повышенных температурах постепенно переходит в графит.

СТРУКТУРА

Кристаллическая структура алмаза

Сингония алмаза кубическая, пространственная группа Fd3m. Элементарная ячейка кристаллической решетки алмаза представляет собой гранецентрированный куб, в котором в четырех секторах расположенных в шахматном порядке, находятся атомы углерода. Иначе алмазную структуру можно представить как две кубических гранецентрированных решетки, смещенных друг относительно друга по главной диагонали куба на четверть её длины. Структура аналогичная алмазной установлена у кремния, низкотемпературной модификации олова и некоторых других простых веществ.Кристаллы алмаза всегда содержат различные дефекты кристаллической структуры (точечные, линейные дефекты, включения, границы субзерен и тп.). Такие дефекты в значительной степени определяют физические свойства кристаллов.

СВОЙСТВА

Неограненный алмаз

Алмаз может быть бесцветными водянопрозрачным или окрашенным в различные оттенки желтого, коричневого, красного, голубого, зеленого, черного, серого цветов.Распределение окраски часто неравномерное, пятнистое или зональное. Под действием рентгеновских, катодных и ультрафиолетовых лучей большинство алмазов начинает светиться (люминесцировать) голубым, зелёным, розовым и др. цветами. Характеризуется исключительно высоким светопреломлением. Показатель преломления (от 2,417 до 2,421) и сильная дисперсия (0,0574 ) обуславливают яркий блеск и разноцветную «игру» огранённых ювелирных алмазов, называемых бриллиантами. Блеск сильный, от алмазного до жирного.Плотность 3,5 г/см3. По шкале Мооса относительная твердость алмаза равна 10, а абсолютная — в 1000 раз превышает твёрдость кварца и в 150 раз — корунда. Она самая высокая как среди всех природных, так и искусственных материалов. Вместе с тем довольно хрупок, легко раскалывается. Излом раковистый. С кислотами и щелочами в отсутствие окислителей не взаимодействует.На воздухе алмаз сгорает при 850° С с образованием СО2; в вакууме при температуре свыше 1.500° С переходит в графит.

МОРФОЛОГИЯ

Морфология алмаза очень разнообразна. Он встречается как в виде монокристаллов, так и в виде поликристаллических срастаний («борт», «баллас», «карбонадо»). Алмазы из кимберлитовых месторождений имеют только одну распространенную плоскогранную форму — октаэдр. При этом во всех месторождениях распространены алмазы с характерными кривогранными формами — ромбододекаэдроиды (кристаллы похожие на ромбододекаэдр, но с округлыми гранями), и кубоиды (кристаллы с криволинейной формой ). Как показали экспериментальные исследования и изучение природных образцов в большинстве случаев кристаллы в форме додекаэдроида возникают в результате растворения алмазов кимберлитовым расплавом. Кубоиды образуются в результате специфического волокнистого роста алмазов по нормальному механизму роста.

Алмаз Куллинан разбитый на 9 частей

Синтетические кристаллы, выращенные при высоких давлениях и температурах, часто имеют грани куба и это является одни их характерных отличий от природных кристаллов. При выращивании в метастабильных условиях алмаз легко кристаллизуется в виде пленок и шестоватых агрегатов.Размеры кристаллов варьируют от микроскопических до очень крупных, масса самого крупного алмаза «Куллинан», найденного в 1905г. в Южной Африке 3106 карат (0,621кг).На изучение огромного алмаза было потрачено несколько месяцев и в 1908 году он был расколот на 9 крупных частей.Алмазы массой более 15 карат — редкость, а массой от сотни карат — уникальны и считаются раритетами. Такие камни очень редки и часто получают собственные имена, мировую известность и своё особое место в истории.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Хотя при нормальных условиях алмаз метастабилен, он в силу устойчивости своей кристаллической структуры может существовать неопределенно долго, не превращаясь в устойчивую модификацию углерода — графит. Алмазы, которые вынесены на поверхность кимберилитами или лампроитами кристаллизуется в мантии на глубине 200 км. и более при давлении более 4 Гпа и температуре 1000 — 1300° С. В некоторых меторождениях встречаются и более глубинные алмазы, вынесенные из переходной зоны или из нижней мантии. Наряду с этим, они выносятся к поверхности Земли в результате взрывных процессов, сопровождающих формирование кимберлитовых трубок, 15-20% которых содержит алмаз.

Алмазы встречаются также в метаморфических комплексах сверхвысоких давлений. Они ассоциируют с эклогитами и глубокометаморфизованными гранатовыми гнейсами. Мелкие алмазы в значительных количествах обнаружены в метеоритах. Они имеют очень древнее, досолнечное происхождение. Также они образуются в крупных астроблемах — гигантских метеоритных кратерах, где переплавленные породы содержат значительные количества мелкокристаллического алмаза. Известным месторождением такого типа является Попигайская астроблема на севере Сибири.

Алмазы

Алмазы редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. Промышленные месторождения алмазов известны всех континентах, кроме Антарктиды. Известно несколько видов месторождений алмазов. Уже несколько тысяч лет алмазы добывались из россыпных месторождений. Только к концу XIX века, когда впервые были открыты алмазоносные кимберлитовая трубка, стало ясно, что алмазы не образуются в речных отложениях. Кроме этого алмазы были найдены в коровых породах в ассоциациях метаморфизма сверхвысоких давлений, например в Кокчетавском массиве в Казахстане.

И импактные, и метаморфические алмазы иногда образуют весьма масштабные месторождения, с большими запасами и высокой концентрацией. Но в этих типах месторождений алмазы настолько мелкие, что не имеют промышленной ценности. Промышленные месторождения алмазов связаны с кимберлитовыми и лампроитовыми трубками, приуроченными к древним кратонам. Основные месторождения этого типа известны в Африке, России, Австралии и Канаде.

ПРИМЕНЕНИЕ

Хорошие кристаллы подвергаются огранке и используются в ювелирном деле. Ювелирными считаются около 15% добываемых алмазов, еще 45% считаются околоювелирными, то есть уступают ювелирным по размеру, цвету или чистоте. В настоящее время общемировой объем добычи алмазов составляет порядка 130 миллионов карат в год.Бриллиант (от франц. brillant — блестящий), — алмаз, которому посредством механической обработки (огранки) придана специальная форма, бриллиантовая огранка, максимально раскрывающая такие оптические свойства камня, как блеск и цветовая дисперсия.Совсем мелкие алмазы и осколки, непригодные для огранки, идут в качестве абразива для изготовления алмазного инструмента, необходимого для обработки твёрдых материалов и огранки самих алмазов. Скрытокристаллическая разновидность алмаза чёрного или тёмно-серого цвета, образующая плотные или пористые агрегаты, носит название Карбонадо, обладает более высоким сопротивлением истиранию, чем у кристаллов алмаза и благодаря этому особенно ценится в промышленности.

Мелкие кристаллы также в больших количествах выращиваются искусственным путём. Синтетические алмазы получают из различных углеродсодержащих веществ, главным образом из графита, в спец. аппаратах при 1200-1600°С и давлениях 4,5-8,0 ГПа в присутствии Fe, Co, Сr, Мn или их сплавов. Они пригодны для использования только в технических целях.

Алмаз (англ. Diamond) — C

Молекулярный вес	12.01 г/моль
Происхождение названия	От греческого, adamas, что означает «непобедимый» или «твёрдый».
IMA статус	действителен, описан впервые до 1959 (до IMA)

КЛАССИФИКАЦИЯ

Strunz (8-ое издание)	1/B.02-40
Dana (7-ое издание)	1.3.5.1
Dana (8-ое издание)	1.3.6.1
Hey’s CIM Ref.	1.24

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Цвет минерала	бесцветный, желтовато-коричневый переходящий в жёлтый, коричневый, чёрный, синий, зелёный или красный, розовый, коньячно-коричневый, голубой, сиреневый (очень редко)
Цвет черты	никакой
Прозрачность	прозрачный, полупрозрачный, непрозрачный
Блеск	алмазный, жирный
Спайность	совершенная по октаэдру
Твердость (шкала Мооса)	10
Излом	неровный
Прочность	хрупкий
Плотность (измеренная)	3.5 — 3.53 g/cm3
Радиоактивность (GRapi)	0
Термические свойства	Высокая теплопроводность. На ощупь холодный, поэтому алмаз называют на сленге «лед»

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Тип	изотропный
Показатели преломления	nα = 2.418
Максимальное двулучепреломление	δ = 2.418 — изотропный, не обладает двупреломлением
Оптический рельеф	умеренный
Дисперсия оптических осей	сильная
Плеохроизм	не плеохроирует
Люминесценция в ультрафиолетовом излучении	иногда синий или фосфоресцирующий

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Точечная группа	m3m (4/m 3 2/m) -гексоктаэдрический
Пространственная группа	Fm3m (F4/m 3 2/m)
Сингония	Кубическая
Двойникование	обычны двойники прорастания по шпинелевому закону

Интересные статьи:

mineralpro.ru 13.07.2016

mineralpro.ru

Алмаз: самый твердый и крепкий минерал в мире

Твёрдостью называется свойство какого-либо материала сопротивляться механическому воздействию другого материала. Причем речь идет о таком воздействии, как внедрение. Устойчивость к давлению называется прочностью, а к удару — хрупкостью. Существует много оценок степени твердости, но наибольшую популярность приобрела шкала Мооса. Самый твердый минерал по этой шкале — алмаз и его показатель по шкале ставляет 10. Состоит алмаз из самого простого углерода.

Многоликий углерод

Во вселенной углерод является одним из самых распространенных элементов. Эволюция некоторых классов звезд заканчивается образованием именно углерода. Природный круговорот этого элемента на Земле происходит при участии основного его соединения — углекислого газа. Именно он поглощается растениями в процессе фотосинтеза, а из атомов углерода складываются органические вещества. Этот же газ выделяется живыми организмами в процессе жизнедеятельности. Углеродные цепочки — основа жизни на Земле.

Характеристика химического элемента

В таблице Менделеева углерод имеет обозначение C (carboneum). Он имеет порядковый номер 6, а его атомная масса в среднем составляет 12, хотя в природе встречаются и изотопы 13 и 14: последний является продуктом нейтронной бомбардировки космическим излучением верхних слоев тропосферы. Нейтроны соединяются с атомами азота, в результате чего от их ядер отсоединяется протон. В результате получаются два новых элемента — углерод-14 и водород.

Поскольку в чистом виде углерод с древности использовался человеком как топливо, его так и назвали. Carboneum на латинском означает «уголь».

На внешнем уровне атома этого элемента находятся 4 электрона. Такое положение элемента между металлами и неметаллами дало ему возможность образовывать совершенно разные химические связи. Именно этим объясняется многообразие природных и искусственных форм существования углерода, а также тот факт, что именно он послужил основой для целого класса веществ, именуемых органическими.

Также рекомендуем прочитать:

Аллотропные модификации

Электроны на внешней оболочке атома углерода могут образовывать три типа гибридизации своих орбиталей — sp³ (тетраэдрическая), sp² (тригональная) и sp (дигональная). Исходя из этого различаются и типы химических связей, образуемых атомом углерода. Например, молекула метана образована первым типом гибридизации, а бензола — вторым. Кроме этих трех, существуют смешанные формы и те, где связь может и отсутствовать. Совокупность всех модификаций одного и того же элемента называют аллотропами. К тетраэдрическим аллотропам углерода относятся:

алмаз;
лонсдейлит.

Количество тригональных модификаций больше. Именно в этом классе аллотропов создаются новые, искусственные формы. К числу тригональных аллотропов принадлежат:

графит;
графен;
астрален;
фуллерен;
нанотрубки;
наноконусы.

Дигональная структура углерода образует карбин. В нем атомы углерода связаны в цепочки. Среди смешанных и аморфных форм этого элемента можно выделить:

уголь;
сажу;
нанопену;
стеклоуглерод;
нановолокна.

Каждая аллотропная модификация обладает своими физическими и механическими свойствами. Например, лонсдейлит имеет более «разряженную» кристаллическую решетку, и его твёрдость составляет 7−8 по Моосу, хотя показатель преломления тот же, что и у алмаза. Графит является мягким материалом: он отслаивается, что позволяет использовать его как карандаш.

На основе слоистой структуры графита были созданы графен и нанотрубки — однослойные кристаллические решетки с гексагональной структурой. Они имеют широкие перспективы использования в медицине и технике.

Свойства и применение алмаза

Алмаз — наверное, самая известная аллотропная форма углерода. Известность она получила за счет как своей уникальной твердости, так и по причине использования этого минерала в ювелирной промышленности.

Твердый минерал

Согласно современным теоретическим представлениям, тверже алмаза ничего в мире быть не может — такова у него кристаллическая решетка. Ею же обусловлен самый высокий модуль упругости и самая низкая сжимаемость. Можно сказать, что алмаз — самый крепкий минерал в мире. Из других рекордов можно отметить самую высокую теплопроводность и почти самый высокий показатель преломления — 2,4. Близко к алмазу из искусственных материалов подходит только тяжелый флинт — стекло с повышенным содержанием оксида свинца. Обгоняет же его только карбид кремния.

Плавится алмаз при высоких температурах, от 3700 до 4 тыс. градусов. Но еще раньше, при 850 градусах, он начинает гореть, а без доступа воздуха при достижении половины от температуры плавления превращается в графит.

Преломление света в кристалле алмаза уникально. Этот показатель зависит от двух характеристик — свойств среды и длины волны. Причем при высоких значениях показателя преломления, вторая характеристика очень наглядно демонстрируется, ведь свет представляет собой целый спектр волн разной длины. При пересечении границ сред они имеют разный угол преломления, из-за чего можно наблюдать дисперсию и в алмазе она максимальна. Это явление получило название «игра цвета».

Известно то, что в плотных средах скорость света становится меньше и при попадании в них волн невидимого человеческим глазом диапазона эти волны становятся видимыми. Явление это называется люминисценцией, причем алмаз способен сделать видимыми не только ультрафиолетовые волны, но и рентгеновские. Благодаря последним можно обнаружить алмазы в куче пустой породы: такой метод называется рентгенолюминесценцией.

История добычи

Алмазы не всегда были драгоценными камнями, имевшими ценность и шкалу стоимости. В природе этот камушек непривлекателен — простая шершавая стекляшка. Ценность ему придает огранка. Находки алмазов в древности были случайными и ценили некоторые экземпляры из-за их размеров или особенностей. Массового применения этот камень не находил, хотя его месторождения имелись.

Все изменилось в XIX веке, когда в Южной Африке около современного города Кимберли на ферме братьев де Бирс обосновались искатели алмазов. Камней на этих землях было много, но настоящая промышленная их добыча стала связана с именем Сесиля Родса. Он не разбогател на копании, как и все старатели, поэтому решил заработать на обслуживании этого процесса: он продавал старателям продукты, откачивал из шахт воду, для чего приобрел единственную в Африке помпу, торговал инструментом. В обмен Родс получал не деньги (их все равно не было), а участие в прибыли, добытые алмазы и земельные паи.

Вскоре Сесиль Родс стал монополистом на рынке алмазов, чему поспособствовали Ротшильды, а бриллианты стали потребительским товаром, доступным не только королям. Монопольное положение де Бирс пошатнулось только в середине XX века благодаря антимонопольному законодательству в США и началу массовой добычи в странах, где возможностей захвата рынка в принципе не было — например, в СССР.

Алмазы образуются под высоким давлением, приурочены их месторождения к зонам древнего вулканизма. Места прорыва магмы на поверхность, заполненные впоследствии породой, стали называться кимберлитовыми трубками — в честь города Кимберли. Сегодня крупнейшими добытчиками алмазов являются следующие страны (список в порядке убывания):

Россия.
Ботсвана.
Канада.
ЮАР.
Ангола.

Ювелирное дело и техника

В ювелирном производстве бриллиант — ограненный алмаз — считается самым дорогим камнем. Связано это не столько с его твердостью и трудностью огранки, сколько с лимитированной добычей. По сути, драгоценные металлы и камни никакой стоимости не имеют: их нельзя есть, они не греют, и их настоящие ценные качества никакого влияния на цену не оказывают. Само понятие «драгоценность» — не что иное, как мыльный пузырь, но этот пузырь поддерживается добывающими компаниями и ювелирами.

Существует несколько способов огранки алмазов, при которой они лучше всего проявляют такое свое свойство, как игру цвета. Играет свою роль и исходная форма камня, поскольку огранщик старается свести его потери к минимуму. Наиболее распространенными формами бриллианта являются:

круглая, 57 граней;
овальная;
«груша»;
«маркиза»;
радиант;
квадрат;
«принцесса».

Редким камням придают индивидуальную форму. Зачастую такие камни имеют имена.

Цвет алмаза, в отличие от других минералов, имеет оригинальную природу. Количество изоморфных включений в кристаллической решетке невелико — это могут быть азот, бор, кремний и железо. Последние 2 влияния на окраску не оказывают. Азот может придавать камню желтый цвет, а бор — голубой. Но главная причина цветной окраски — систематические дефекты решетки. В зависимости от особенностей ее структуры камень может быть коричневым, розовым и зеленым.

Отходы ювелирного производства массово применяются в промышленности для изготовления абразивного инструмента, сверел и резцов. Несмотря на свою низкую ударопрочность, в составе композитов алмаз показывает себя с лучшей стороны: другие материалы компенсируют его хрупкость.

Этот минерал имеет хорошие перспективы в микроэлектронике. У него высокие показатели пробивного напряжения, хорошая устойчивость к радиации и высокая теплопроводность, ввиду чего алмаз имеет преимущества перед кремнием в экстремальных условиях. Получены пленочные кристаллы с донорскими и акцепторными примесями в структуре — бором и фосфором.

Сравнение механических свойств

Какой минерал самый твердый, всем ясно — алмаз. Но если обратить внимание на другие его качества и сравнить с некоторыми искусственными материалами, то алмаз можно оставить далеко позади. Так, предел прочности на сжатие среди природных минералов у алмаза действительно высок — 1961 МПа. Но у твердых сплавов он выше и может достигать 4903 МПа. То же самое касается прочности на изгиб, которая составляет 206—490 МПа, что сравнимо с показателями для стали. У твердых сплавов этот показатель выше в 4 раза.

Слабое место алмаза — его хрупкость. Ударная вязкость этого минерала всего в полтора раза выше, чем у стекла; разбить его молотком труда не составит. Поэтому назвать алмаз самым прочным минералом нельзя.

Что касается твердости, то сравнить самый твердый минерал в мире с другими можно в таблице. В ней будут даны как относительные, так и абсолютные показатели этой величины, измеренные склерометром.

Твердость по Моосу	Абсолютная твердость	Эталон	Другие представители
1	1	тальк	графит
2	3	гипс	слюда, галит, хлорит
3	9	кальцит	золото, серебро, биотит
4	21	флюорит	цинковая обманка, доломит
5	48	апатит	красный железняк, лазурит
6	72	ортоклаз	рутил, опал
7	100	кварц	алюмосиликаты — турмалин, гранат
8	200	топаз	все виды берилла, в том числе изумруд, шпинель
9	400	корунд	рубин и сапфир, карбид вольфрама
10	1600	алмаз	эльбор

Близкая к алмазу модификация углерода — лонсдейлит — имеет твердость 7,5. Чуть тверже его один из искусственных камней — фианит. Часто именно он заменяет алмаз в ювелирных изделиях для удешевления. Другой заменитель — муассанит, представляет собой карбид кремния и его твердость приближается к таковой у алмаза — 9,25.

Что касается эльбора, то он представляет собой нитрид бора, BN. По твердости он приближен к алмазу максимально, но лишен такого его недостатка, как растворение в железе при нагревании. Поэтому как абразив эльбор более перспективен.

Иногда в быту твердость оценивают оконным стеклом. Оно в этой шкале находится между баллами 5 и 6. Таким образом, стекло может царапать апатит и все, что выше него, а ортоклаз и более твердые минералы сами царапают стекло. Стальным напильником можно обработать ортоклаз, а медью — кальцит. Поэтому ничего удивительного в строительстве египетских пирамид нет: известняк прекрасно пилился медным инструментом. Наконец, гипс и тальк можно крошить ногтями.

В последние годы нашли материал тверже алмаза. Его создали на основе другой модификации углерода — фуллерена, и назвали фуллеритом. Его структура представляет собой молекулярный кристалл, элементарная единица которого состоит из 60 атомов углерода, соединенных в сферу. Найти ему применение пока что не удалось, да и производить фуллерит сложно — для его синтеза требуется сверхвысокое давление.

kamen.guru

Алмаз / Центр Абразивов

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.

www.abrasive.ru