Природные алмазы

Алмаз – природное вещество, был известен в далеком прошлом и использовался для украшений, религиозно-культовых предметов, символов власти. До настоящего времени алмаз – один из самых дорогих драгоценных камней. Оптические свойства алмаза наряду с его высокой твердостью обусловили уникальность этого драгоценного камня. Естественный блеск максимально выявляется у бриллиантов (алмаз, которому придана специальная форма при огранке, т.е. обработке шлифованием и полированием, по определенным кристаллографическим плоскостям). Луч света, попадая в кристалл алмаза, претерпевает у противоположной поверхности кристалла полное внутреннее отражение; при обратном ходе разлагается на лучи, составляющие спектр, и дает радужную игру цветов ("игра" бриллианта). Этот блеск, получивший название алмазного, характерен только для алмаза. Природные алмазы чаще всего бесцветны, однако при наличии примесей кристаллы могут быть окрашены в разнообразные цвета – встречаются желтые, рубиново-красные, голубые и алмазы других цветов. К ювелирным алмазам относятся кристаллы высокого качества, совершенной формы, прозрачные или равномерно окрашенные, без трещин, включений (их доля в добыче около 20%).

Масса драгоценных камней измеряется в каратах (0,2 г). Алмаз массой в один карат имеет средний диаметр около 5 мм. Крупность кристаллов алмазов обычно невелика. Размеры зерен чаще всего колеблются от долей миллиметра до 5...10 мм в поперечнике. В некоторых месторождениях размер зерна алмаза составляет сотые доли миллиметра. Однако известны крупные алмазы величиной с грецкий орех, куриное яйцо и даже кулак. Эти редкие экземпляры получают собственные имена, их история обрастает легендами. Самый крупный алмаз размерами 100 х 65 х 50 мм и весом 3106 карат (621,2 г) был найден в Южной Африке и получил название "Куллиан" в честь президента алмазодобывающей компании. Известны крупные алмазы, найденные в Якутии, – 342,5; 53,5 карата и др.

Основная доля добываемых алмазов (80%) – технические, не имеющие ювелирной ценности. В технике реализуются уникальные свойства алмаза, в частности его высочайшая твердость и износостойкость. Для этих целей используют алмазы в виде обломков кристаллов, скоплений мелких зерен, сросшихся кристалликов – агрегатов. Эти алмазы имеют специальные названия.

Наиболее широкое применение в промышленности нашли алмазы типа "карбонадо" – скрытокристаллические или мелкозернистые непрозрачные образования неправильной формы различного цвета; "баллас" – поликристаллы овальной или шарообразной формы, бесцветные, серые или черные из-за включений графита; "борт" – неправильные мелкие сростки алмазов.

Синтетические сверхтвердые материалы (СТМ)

Развитие технологии высоких давлений позволило в середине 50-х гг. XX в. получить искусственные алмазы в целом ряде стран. Несколько позже, в 1960-е гг., был синтезирован кубический нитрид бора. В настоящее время синтез алмаза и кубического нитрида бора освоен во многих странах, в том числе и в России.

Синтез алмаза и нитрида бора выполняется в специальных камерах в условиях очень высоких давлений (свыше 5000 МПа) и температур (2500 °С и выше). Для синтеза алмаза требуются более высокие температура и давление, чем для синтеза нитрида бора. Синтезом получены кристаллы алмаза диаметром – 6 мм и кристаллы нитрида бора диаметром ~ 2,2 мм.

Для изготовления лезвийного инструмента используются в основном искусственные СТМ и реже природные алмазы. Элементами режущих инструментов из СТМ служат либо кристаллы, либо спеченные порошки в виде пластин различной формы.

Кристаллические заготовки СТМ запрессовываются в металлические вставки, которые затем механически крепятся к корпусу инструмента или запаиваются в него.

Большее распространение нашли материалы, получаемые спеканием порошков СТМ. Такая технология позволяет получить материалы с разными свойствами (различные связки, технологии спекания, соотношения между СТМ и связкой и т.д.) и заготовки больших размеров, которые легко крепятся к корпусам инструментов.

СТМ на основе нитрида бора получили название "композит". "Композит-01" (эльбор), "Композит-02" (белбор) и "Композит-09" (ПТНБ) – это поликристаллы. Композиты 05 и 10 (Гексанит-Р) получают спеканием частиц кубического нитрида бора (за рубежом СТМ на основе нитрида бора получают только по этой технологии).

В виде кристаллов используют алмазы марок АСПК (карбонадо) и АСБ (бнллас), названные так из-за идентичности их структуры соответствующим природным алмазам. Спеканием алмазных зерен получают СТМ марок СВБН и СКМ (карбонит). Основные свойства СТМ приведены в табл. 9.10.