От алмаза до бриллианта - Ваганов Валерий Иванович - Страница 2

Алмазам, как и другим кристаллическим телам, свойственна анизотропия некоторых характеристик (т. е. вариации этих характеристик в различных кристаллографических направлениях), в том числе и анизотропия твердости, что обусловлено особенностями внутреннего строения кристаллов. Твердость меняется не только от грани к грани, но и нередко в пределах одной и той же грани кристалла, что необходимо учитывать при обработке алмаза и при работе с алмазным инструментом. Так, при обработке одного алмаза другим их следует так взаимно ориентировать, чтобы обработка производилась в направлении наименьшей твердости, а износ алмазного инструмента — в направлении наибольшей.

Необходимо подчеркнуть, что предел прочности на изгиб и на сжатие у алмаза сравнительно низок, поэтому он достаточно хрупок и при резком и сильном ударе может расколоться. Колется он по системе плоскостей, параллельных определенным граням кристалла. В минералогии такое свойство называется спайностью. Наличие плоскостей спайности позволяет при обработке алмаза вместо сошлифовки откалывать кусочки кристалла, которые имеют различные дефекты или мешают приданию требуемой формы бриллианту или какому-нибудь техническому изделию из алмаза. С другой стороны, повышенная хрупкость алмаза являясь, безусловно, «слабым местом» алмазного инструмента, обусловливает необходимость его оберегания от резких неожиданных ударов. Даже использование стальных щипцов при сортировке бриллиантов требует определенного навыка, иначе можно легко обломать острые края камней.

Надо отметить, что в древние времена эти два свойства алмазов — твердость и прочность — зачастую не различались. Римский историк и естествоиспытатель Гай Плиний Старший писал, что «алмаз так сопротивляется ударам молота на наковальне, что молот разлетается, а сама наковальня растрескивается». Проведи Плиний сам такой опыт, он бы убедился, что как раз молот и наковальня у него бы остались, а драгоценный камень превратился бы в пыль. Мнение о несокрушимости алмазов под мощными ударами было широко распространено в древности, что зафиксировано в письменных документах и устных легендах разных времен и народов.

Прочие физико-механические свойства. Важное значение имеет очень низкий коэффициент трения алмаза по металлу на воздухе — всего 0,1, что связано с образованием на поверхности кристалла тонких пленок адсорбированного газа, играющих роль своеобразной смазки. Когда такие пленки не образуются, коэффициент трения возрастает и достигает 0,5–0,55. Низкий коэффициент трения обусловливает исключительную износостойкость алмаза на истирание, которая превышает износостойкость корунда в 90 раз, а других абразивных материалов — в сотни и тысячи раз. В результате, например, при шлифовании изделий из твердых сплавов алмазного порошка расходуется в 600—3000 раз меньше, чем любого другого абразива.

Для алмаза также характерны самый высокий (по сравнению со всеми известными в природе материалами) модуль упругости и самый низкий коэффициент сжатия.

Термические свойства. Температура плавления алмаза составляет 3700–4000 °C. На воздухе алмаз сгорает при 850— 1000 °C, а в струе чистого кислорода горит слабо-голубым пламенем при 720–800 °C, полностью превращаясь в конечном счете в углекислый газ. При нагреве до 2000–3000 °C без доступа воздуха алмаз переходит в графит.

Рассматриваемый минерал обладает исключительно высокой теплопроводностью, что обусловливает быстрый отвод тепла, возникающего в процессе обработки деталей инструментом, изготовленным из него. Кроме того, для алмаза характерен низкий температурный коэффициент линейного расширения (ниже, чем у твердых сплавов и стали). Это свойство алмаза учитывается при вставке его в оправу из разных металлов и других материалов.

Оптические свойства. Средний показатель преломления бесцветных кристаллов алмаза в желтом цвете равен примерно 2,417, а для различных цветов спектра он варьирует от 2,402 (для красного) до 2,465 (для фиолетового). Способность кристаллов разлагать белый цвет на отдельные составляющие называется дисперсией. Для алмаза дисперсия равна 0,063, Как показатели преломления, так и дисперсия алмаза намного превышают аналогичные свойства всех других природных прозрачных веществ, что и обусловливает в сочетании с твердостью непревзойденные качества алмазов как драгоценных камней. Высокое преломление в совокупности с чрезвычайно сильной дисперсией вызывает характерный блеск отполированного алмаза, названный алмазным.

Одним из важных свойств алмазов является люминесценция. Под действием видимого света и особенно катодных, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей алмазы начинают люминесцировать — светиться различными цветами. Под действием катодного и рентгеновского излучения светятся все разновидности алмазов, а под действием ультрафиолетового — только некоторые. Рентгенолюминесценция широко применяется на практике для извлечения алмазов из породы.

Электрические и магнитные свойства. Алмаз относится к изоляторам: его удельное электрическое сопротивление очень велико. Некоторые кристаллы, однако, имеют низкое удельное сопротивление и обладают свойствами полупроводников. Эти алмазы, как правило, голубого цвета. Они очень высоко ценятся, но, к сожалению, исключительно редки.

Алмаз относится к немагнитным минералам, но некоторые их разновидности имеют слабые парамагнитные свойства, которые в основном связаны с присутствием примеси азота. Иногда магнитные свойства придают алмазам и механические включения в них магнитных минералов — магнетита и ильменита. Это необходимо учитывать при извлечении алмазов из породы, так как при магнитной сепарации «магнитные» алмазы будут попадать в магнитную фракцию и могут быть пропущены.

Окраска. Большинство природных алмазов бесцветно, однако нередки также камни самых разнообразных цветов и оттенков. Наиболее часто встречаются алмазы со слабым желтоватым оттенком, а также зеленоватые. В месторождениях Южной Африки зачастую попадаются бурые алмазы; за счет значительных примесей аморфного углерода они могут приобретать совершенно черную окраску. А вот розовые, рубиново-красные, розовато-лиловые и синие очень редки. Что касается алмазов сапфирово-синего цвета, то это, как уже отмечалось, явление исключительное, и ценятся они соответственно очень высоко.

Поверхность алмазов из наиболее древних месторождений (возраст которых превышает 1 млрд. лет) имеет зеленую окраску, которая, однако, исчезает при механической обработке кристалла. Ученые объясняют возникновение зеленой «рубашки» на алмазах продолжительным воздействием на них естественного радиоактивного облучения. Сейчас это явление воспроизведено экспериментально.

В США, Великобритании и ряде других стран искусственное окрашивание природных алмазов производят в лабораторных условиях. Если «бомбардировать» алмаз электронами с энергией 1 МэВ, а потом с определенной скоростью охлаждать, то он приобретает синеватый цвет. Если энергия облучения достигает 1,5 МэВ, то алмаз становится сине-зеленым. Оттенок цвета зависит от продолжительности излучения. К сожалению, искусственно окрашенные голубые алмазы, в отличие от природных голубых, не приобретают полупроводниковых свойств.

При облучении нейтронами алмаз окрашивается в зеленый цвет, густота которого также определяется продолжительностью излучения. Гамма-лучи придают алмазу равномерную голубовато-зеленую окраску.

Прочие свойства. Алмаз — минерал весьма устойчивый. Он не поддается воздействию самых сильных кислот и их смесей (соляной, серной, азотной, плавиковой, «царской водки»), даже доведенных до температуры кипения. Не реагирует он и со щелочами. В то же время алмаз легко окисляется и сгорает в смеси соды с расплавленной натриевой или калиевой селитрой. Расплавленные карбонаты щелочей при 1000–1200 °C также окисляют алмаз. При нагревании до 800 °C в присутствии железа или сплавов на его основе алмаз растворяется, поэтому алмазные резцы не применяются при обработке стали и чугуна.