Свойства алмазов и их использование. Как и где применяется алмаз в технике. Как он используется в медицине
В этой статье:
Если говорить о драгоценных камнях, то самые универсальные из них и при этом самые дорогие - алмазы. Это подтверждается тем, что делают из алмазов на сегодняшний день, поскольку камни применяются не только в ювелирной отрасли, но еще и в промышленности. Минералы даже классифицируют по применению: на промышленные и драгоценные экземпляры. При этом промышленные алмазы могут быть как натуральными, так и синтетическими.
Качество алмазов
Алмаз обладает хорошими физико-химическими свойствами. Минерал имеет уникальное строение кристаллической решетки, которое является наиболее компактным в природе. Именно этим фактором и обеспечивается максимальная твердость вещества. А еще камень хрупкий, что позволяет его превратить в алмазную пыль.
Кольца с бриллиантами
Плотность камня находится в рамках таких показателей: 3,4-3,5 г/см3. А вот теплопроводность алмаза высокая, что нехарактерно для других драгоценных камней. Важными характеристиками выступают низкий коэффициент сжатия и высокий модуль упругости.
У минерала высокая температура плавления - 4000 градусов Цельсия, а если процесс проводить без доступа кислорода, то камень расплавится при температуре 2000 градусов и превратится в графит. После этого изменения, которые происходят с алмазом, аномальны и не поддаются классификации. Поэтому не может быть сомнений в уникальности свойств этого камня.
В ювелирной сфере камень превращают в бриллиант. Процесс обработки алмаза - кропотливое дело, требующее точности, он проходит в несколько этапов:
- распил экземпляра на части;
- придание формы камню;
- огранка алмаза.
Каждая деталь в производстве имеет значение, поскольку результат зависит именно от профессионализма мастера. Можно испортить алмаз, а можно, наоборот, придать ему идеальную форму, скрыть недостатки и дефекты с помощью огранки специалистом. Обработка выполняется на специальных заводах и крупных фирмах, которые скупают сырье. Ювелирное дело по-прежнему удерживает лидирующие позиции по потреблению алмазов.
Перед тем как приступить к третьему этапу огранки, нужно продумать и нарисовать схему готового камня со всеми размерами. От точности огранки и размеров рундиста, короны и павильона зависит стоимость камня. Готовый бриллиант проходит стадию оценки по четырем параметрам:
- чистота камня, наличие или отсутствие дефектов;
- огранка - разновидности формы, а также экономность процесса (минимизация отходов);
- вес - параметр, который измеряется в каратах;
- цвет - от голубоватого до желтоватого оттенка.
В дальнейшем камень продают или же оправляют в изделие. Стоимость камня растет с каждым последующим этапом обработки и в итоге алмаз вырастает в цене не менее, чем в три раза. Бриллиант станет украшением любого драгметалла и любого вида изделия: сережек, кулонов, браслетов, колец. Размер и характеристики следует подбирать исходя из стоимости изделия. А также не забывайте проверять все сертификаты и другие документы, подтверждающие подлинность камня.
Использование в промышленности
Промышленное применение алмазов также распространено благодаря их свойствам. В таких случаях используются натуральные камни, добытые в природе и имеющие недостатки, которые не позволяют провести огранку. А также применяют минералы, полученные в лабораториях, - так называемые синтетически бриллианты. При этом стоимость алмазов значительно дешевле за счет низкой стоимости сырья.
Искусственные алмазы в промышленности
Использовать минерал выгодно, поскольку инструменты, которые имеют алмазное напыление, выполняют работу качественнее - на материалах не остается микротрещин. Минерал справляется с такими заданиями, как распилка бетона, измельчение щебня, резка гранита и мрамора. То есть ему поддаются даже твердые субстанции, поскольку минерал является самым твердым веществом на Земле.
А еще алмазы в том или ином виде используются:
- В обточке металла, поскольку твердость алмаза позволит провести процесс аккуратно и без изъянов.
- При покрытии инструментов: стеклорезов, пилок, сверл, фрез. Это нужно для того, чтоб увеличить долговечность приборов и обеспечить точность их работы.
- В медицине, в частности, изготовление хирургических инструментов (скальпелей, зажимов, ножниц), поскольку такой инструментарий аккуратно выполняет все надрезы и разрезы и при этом останется острым надолго.
- В телекоммуникациях минерал используют для изготовления кабелей, поскольку он сохраняет и позволяет передавать сигнал на большие расстояния, несмотря на перепады температур и напряжения. Фильеры из алмазов помогают добиться идеального сечения.
- Использование в космическом кораблестроении, оптике и технологиях с применением лазера.
- В процессе строительства туннелей, а также там, где есть взрывоопасная среда.
- В качестве детекторов ядерного излучения.
- В работе нефтедобывающих компаний, а также при добыче других полезных ископаемых, где используются сверла, буры и другая техника.
Применение алмаза происходит в разных формах, но чаще всего используется именно алмазная крошка. Это дешевое вещество, но оно доступно только производителям. В промышленности популярны такие формы, как.
Среди множества драгоценных камней существует один, обладающий уникальными свойствами и историей происхождения, которые выделяют его среди всех остальных. Алмаз - самый дорогой в мире самоцветов. Но его ценность не ограничивается использованием в ювелирных украшениях. О том, как выглядит алмаз, каковы его история и использование, и пойдет речь ниже. Развитие науки, современных технологий открыло многие замечательные свойства этого камня, прежде незнакомые людям.
Происхождение
Нет в мире самоцвета с более простым составом, чем алмаз. Камень, который стоит огромных денег, и простой кусок угля практически на сто процентов состоят из одного и того же элемента - углерода. Однако рождение алмаза - непростой процесс.
Самой общепринятой теорией его происхождения является магматическая. Согласно ей, алмаз образуется из атомов углерода на глубине свыше 200 км от земной поверхности под воздействием огромного давления в 50 000 атмосфер. На поверхность мелкие россыпи кристаллов выносят потоки магмы, где они и остаются в так называемых кимберлитовых трубках. На фото ниже - объект под названием «Мир», самая крупная по состоянию на 1950 год алмазоносная трубка в Якутии.
Существуют и так называемые вторичные месторождения на берегах рек в разрушенных породах.
Кроме того, есть алмазы, принесенные на Землю из космоса метеоритами. Некоторые ученые предполагают, что метеориты непосредственно могли стать причиной рождения самоцветов в результате удара о поверхность Земли с огромной скоростью.
Человек, не знающий, как выглядит алмаз, скорее всего, пройдет мимо невзрачного мелкого камушка с матовой или шероховатой поверхностью. Именно в таком виде его находят в горных породах.
Строение и свойства
Как уже говорилось выше, алмаз в основном состоит из чистого углерода. Специфическое строение атомов этого элемента и обуславливает удивительные свойства самоцвета.
Кристаллическая решетка имеет форму куба, в каждой вершине которого располагается атом углерода. Кроме этого, в центре находятся дополнительные четыре атома, что и служит причиной высокой плотности минерала.
Алмаз - драгоценный камень, который при этом является еще и самым твердым. По условной шкале Мооса он имеет максимальное значение среди всех минералов, выбранных для сравнения.
Самоцвет обладает свойством люминесценции при попадании в него заряженных частиц. Таким образом, камень служит индикатором, с помощью которого можно определить наличие радиоактивных веществ. При этом возникают вспышки света и электрические импульсы.
Алмаз совершенно невосприимчив к воздействию самых сильных кислот. Однако его можно окислить в щелочных растворах соды или селитры.
Алмаз - драгоценный камень, который можно поджечь с помощью обычного увеличительного стекла. Температура возгорания - от 700 градусов.
Добыча
Разработка алмазов - очень дорогостоящее и трудоемкое мероприятие. До XIX века драгоценные камни добывали преимущественно во вторичных месторождениях, образовавшихся в результате разрушения горных пород, где и скрывались алмазы. Лопатами загребали речной песок и просеивали в специальных ситах.
Более крупные запасы все же хранятся в первичных породах, в так называемых кимберлитовых трубках.
Добираются до залежей в два этапа. Взрывчаткой углубляются в землю на 600 м, а затем уже прокладывают шахты, чтобы достичь цели.
Добытую руду вывозят на фабрики, где ее промывают и измельчают. Требуется просеять и выбрать около сотни тонн породы, чтобы найти драгоценных камней на 1 карат. Затем происходит отбраковка с помощью воды и рентгеновского излучения, и необработанные алмазы отправляются огранщикам.
Месторождения
Человек, в детстве читавший увлекательный приключенческий роман «Похитители бриллиантов», уже знает, что в XIX веке алмазы добывали на территории Южной Африки. ЮАР и поныне входит в пятерку стран, лидирующих по добыче этих драгоценностей.
Тем не менее районы добычи алмазов разбросаны по всему свету. Одним из крупных месторождений является Фукаума. Благодаря этому Ангола занимает пятое место в мире по этому показателю.
Однако лидер среди всех стран по количество алмазных шахт - это Ботсвана. Промышленную разработку здесь начали в середине прошлого века.
Не отстают от африканских стран и северные государства. Канада ежегодно добывает алмазов на полтора миллиарда долларов. Главным месторождением страны является Экати.
Каждый житель России наслышан о знаменитых якутских алмазах. Кроме этого, крупные месторождения находятся в Архангельской и Пермской областях. Всего РФ разрабатывает алмазной продукции на 2 млрд долларов каждый год.
Когда-то много месторождений было в Австралии. Однако большинство из них истощены. Но в шахте Аргиль добывают очень редкие розовые камни.
Технический алмаз
Не всякий самоцвет пригоден для использования в ювелирных целях. Камни, имеющие дефекты, посторонние примеси, вкрапления, считаются техническими.
Также они отличаются более мелкими размерами, неправильной формой, не позволяющей превратить самородок в сверкающий бриллиант.
Применение
Алмаз - камень, который невозможно обработать никаким иным материалом. Самый твердый металл даже не сможет оставить царапину на драгоценном камушке. Лишь диски, покрытые алмазной пылью, способны огранить благородный минерал и превратить его в бриллиант.
Твердость минерала - качество, незаменимое для строительных работ. Алмазные сверла, режущие диски, абразивные шлифовальные круги позволяют обрабатывать бетон и самые твердые природные камни без повреждения их структуры.
Бурный скачок в развитии электроники еще более увеличил спрос на алмазы.
Их уникальные оптические свойства делают их незаменимыми при изготовлении высокоточных приборов, микросхем.
Широкое применение находят камни и в медицине. Чтобы причинить как можно меньше вреда тканям человека, толщина скальпеля должна быть минимальной. Кроме того, широкие перспективы имеет применение медицинских лазеров, где используют кристаллы алмазов.
Инертность драгоценного камня и невосприимчивость к действию кислот делают его отличным материалом для изготовления емкостей, используемых в химических экспериментах.
Повторяя природу
Бурное развитие техники, промышленности требует все большего количества алмазов. Также никогда не падает спрос на бриллианты, используемые при изготовлении ювелирных украшений. Однако природные месторождения самоцветов истощаются с каждым годом. Остается единственный выход - производство синтетических камней.
Существует два основных способа, в результате которых можно получить искусственный алмаз. Первый повторяет условия, при которых камень образуется в природе. В специальных камерах, способных выдержать экстремальные параметры, воссоздается высокая температура и давление в 50 000 атмосфер. При этом графит вступает в реакцию с металлом, служащим катализатором, и осаждается на мелком кристалле алмаза, который является основой для будущего синтетического камня. Процесс выращивания занимает в лаборатории до 10 суток.
Второй известный способ - метод осаждения.
В герметично закрытой камере полностью выкачивают воздух и разогревают пары водорода и метана микроволновым излучением. Углерод выделяется из метана и оседает на основе. Этот способ незаменим при изготовлении оборудования и инструментов с несколькими слоями.
Тем не менее искусственный алмаз получить не так просто, все эти методы довольно дорогостоящие.
Различные виды
Существует множество разновидностей этого драгоценного минерала. Когда человек представляет, как выглядит алмаз, на ум сразу приходит бесцветный камень. Однако природа окрасила благородный самоцвет в самые разные цвета.
Самые распространенные алмазы имеют желтоватые оттенки. Чем ярче выражен цвет - тем дороже камень.
Частицы бора могут придавать алмазу синий оттенок. Такие самоцветы встречаются очень редко и стоят баснословных денег.
Часто камни окрашивают искусственным способом.
Зеленые минералы ассоциируются в первую очередь с изумрудами. Однако под воздействием радиации окрашиваются в этот цвет и алмазы.
Воздействуя на распространенный желтый самоцвет высокой температурой и давлением, можно получить голубой камень. Такие алмазы высоко ценятся и быстро расходятся на аукционах
Самыми дорогими и редкими являются красные камни. В природе они встречаются только в одном месторождении в Австралии.
Алмаз и бриллиант
Одним из главных достоинств драгоценных камней в ювелирном деле является игра света, блеск. Необработанные алмазы довольно невзрачны на первый взгляд. Чтобы превратить шероховатый невзрачный камушек в роскошный бриллиант, требуется отдать его в руки огранщика.
Именно после обработки раскрывается вся красота самоцвета. Существует несколько способов огранки. Все зависит от формы исходного образца.
Для круглых камней используют бриллиантовую огранку. Ступенчатый способ характерен для прямоугольных образцов. Метод, когда от основания грани сходятся к вершине, называется розой. В любом случае целью огранщика является обработать алмаз таким образом, чтобы свет, попадая в бриллиант, не выходил наружу и играл всеми цветами радуги на его гранях.
Как не нарваться на подделку
Высокая стоимость драгоценных камней привлекает мошенников всех сортов. Коллекционеров волнует вопрос о том, как отличить алмаз от искусно выполненной подделки. С помощью простых способов подлинность самоцвета можно определить и в домашних условиях.
Бриллиант сильно рассеивает свет. Если направленный через камень яркий луч света сохраняет свою интенсивность, значит, это подделка. Также натуральный камень светится в ультрафиолетовом излучении.
Алмаз практически неистираем. Следует тщательно рассмотреть его грани через увеличительное стекло. Если они стерты, сглажены, то подлинность камня сомнительна. Разумеется, не должно быть никаких царапин, трещин.
Явную фальшивку легко определить, просто проведя фломастером или маркером по грани драгоценного камня. На подлинном линия ровная, с четко очерченными границами. Расплывчатые края, прерывистые линии - все это признаки подделки.
Алмаз обладает высокими теплопроводными свойствами. Если подышать на него, то на нем не останется следов запотевания.
Подлинность самоцвета можно определить, опустив его в какой-либо кислотный раствор. Настоящий камень перенесет это испытание без каких-либо последствий.
Сверхъестественное
Знатокам не нужно рассказывать, как выглядит алмаз - сначала необработанный, а потом ограненный. Мистическая игра света в гранях бриллианта завораживает, от камня невозможно отвести взгляд. В прошлом подобное явление вызывало целую серию примет и суеверий.
Древние египтяне верили, что самоцвет способен спасти его обладателя от ядов. Он также является оберегом, который защищает хозяина от действия черной магии.
Чтобы шли удачно дела в бизнесе, требуется сочетание бриллианта и золота. Перстень с камнем на среднем пальце приносит удачу в игре. Мужчины, желающие привлечь внимание противоположного пола, просто обязаны носить амулет с бриллиантом на мизинце.
Алмаз - драгоценный камень в полном смысле этого слова. Если стоимость других самоцветов может колебаться в зависимости от капризов моды, то спрос на бриллианты стабильно высокий. А уникальные физические свойства минерала делают его незаменимым для современных технологий.
На современном этапе развития техники многие отрасли промышленности не могут обойтись без применения алмазов. Без алмазного инструмента невозможно изготовление деталей из сверхтвердого материала со сложной конфигурацией. Установлено, что при заточке твердосплавного инструмента алмазами его стойкость увеличивается в два раза. Экономия средств от применения алмазов
в отдельных отраслях промышленности исчисляется многими сотнями тысяч рублей.
Российская промышленность в свое время испытывала острый недостаток в технических алмазах. Уральские месторождения не могли обеспечить достаточным количеством сырья, а иностранные государства накладывали всевозможные запреты на продажу Советскому Союзу алмазов. Поэтому у нас широко использовались различные заменители из твердых сплавов, которые удорожали продукцию и не давали нужного эффекта обработки.
Открытие уникальных месторождений алмазов в Якутии и организация производства искусственных алмазов создали условия для широкого внедрения их в промышленность. Теперь наша промышленность обеспечена алмазным сырьем в достаточном количестве и имеется возможность полностью перейти от твердосплавного к алмазному инструменту.
В связи с широким внедрением алмаза в промышленность в нашей стране организовано всестороннее изучение его физико-химических свойств . Разрабатываются пути и методы его технического применения.
С помощью алмазов производится: обработка инструментов и деталей машин из металлокерамических твердых сплавов; бурение геологоразведочных и эксплуатационных скважин в твердых и абразивных породах; обработка изделий из высокотвердых и жаропрочных материалов - керамики, синтетического корунда , кварца , стекла, полупроводниковых материалов - германия и кремния и облицовочно-строительных материалов (гранита, мрамора и т. д.); правка шлифовальных кругов;
точение деталей машин из мягких и цветных металлов и сплавов, пластмасс и т. д.; волочение тонкой проволоки из золота , платины , серебра , меди , вольфрама, молибдена и др.; контроль твердости, точности, чистоты поверхностей деталей машин и инструмента. Для каждой области применения требуются кристаллы определенного качества, размера и веса.
Применение алмаза в технической промышленности
На современном этапе развития техники многие отрасли промышленности не могут обойтись без применения алмазов
. Без алмазного инструмента невозможно изготовление деталей из сверхтвердого материала со сложной конфигурацией. Установлено, что при заточке твердосплавного инструмента алмазами его стойкость увеличивается в два раза. Экономия средств от применения алмазов в отдельных отраслях промышленности исчисляется многими сотнями тысяч рублей.
Большой экономический эффект получается и от применения алмазного инструмента при сверлении, точении, шлифовании, протяжке проволоки, резке и т. д. Обработанные алмазом детали отличаются исключительно высоким качеством, кроме того, алмазным инструментом можно изготовить детали из сверхтвердых материалов, которые отличаются долговечностью.
Алмазные инструменты широко применяются в машиностроительной, авиационной, автомобильной, станкостроительной, радио- и электротехнической промышленности.
Инженер Леон Девис в 1955 г. писал, что «для такой современной технически развитой страны, как США, значение технических алмазов не может быть переоценено. В США ежегодно потребляется 12 миллионов каратов алмазов стоимостью 50 млн. долларов. Подсчитано, что если бы эта страна была отрезана от источников снабжения алмазами, ее промышленный потенциал за очень короткий срок упал бы наполовину.
Наша отечественная промышленность испытывала острый недостаток в технических алмазах. Уральские месторождения не могли обеспечить достаточным количеством сырья, а иностранные государства накладывали всевозможные запреты на продажу Советскому Союзу алмазов. Поэтому у нас широко использовались различные заменители из твердых сплавов, которые удорожали продукцию и не давали нужного эффекта обработки.
Открытие уникальных месторождений алмазов в Якутии и организация производства искусственных алмазов создали условия для широкого внедрения их в промышленность. Теперь наша промышленность обеспечена алмазным сырьем в достаточном количестве и имеется возможность полностью перейти от твердосплавного к алмазному инструменту.
В связи с широким внедрением алмаза в промышленность в нашей стране организовано всестороннее изучение его физико-химических свойств. Разрабатываются пути и методы его технического применения.
С помощью алмазов производится:
- обработка инструментов и деталей машин из металлокерамических твердых сплавов;
- бурение геологоразведочных и эксплуатационных скважин в твердых и абразивных породах;
- обработка изделий из высокотвердых и жаропрочных материалов - керамики, синтетического корунда, кварца, стекла, полупроводниковых материалов - германия и кремния и облицовочно-строительных материалов (гранита, мрамора и т. д.);
- правка шлифовальных кругов;
- точение деталей машин из мягких и цветных металлов и сплавов, пластмасс и т. д.;
- волочение тонкой проволоки из золота , платины , серебра, меди , вольфрама, молибдена и др.;
- контроль твердости, точности, чистоты поверхностей деталей машин и инструмента.
Для каждой области применения требуются кристаллы определенного качества, размера и веса.
- Алмазные круги для шлифования и доводка изделий из твердых сплавов, минералов, стекла
- Алмазные диски для резки минералов, стекла, твердых сплавов Мелкоалмазные буровые коронки
- Алмазно-металлические карандаши
- Алмазы в оправах для правки кругов
- Алмазные иглы для правки резьбошлифовальных кругов Алмазные волоки Алмазные резцы Алмазные наконечники для определения твердости Алмазные наконечники к профилометрам для определения чистоты поверхности Алмазные сверла Алмазные подшипники Алмазные стеклорезы Алмазные порошки для шлифования, доводки и полирования часовых и технических камней, шлифования и полирования алмазных и твердосплавных волок, шлифования и доводки (огранки) алмазных инструментов и бриллиантов и др.
Алмазная обработка твердых сплавов
Одной из основных областей применения алмазных инструментов является обработка твердых сплавов: заточка и доводка твердосплавных режущих инструментов, алмазное шлифование твердосплавных деталей штампов, измерительного инструмента и других деталей машин и приборов. На эти цели расходуется большое количество алмазов. К концу семилетки свыше 60% технических алмазов будет использовано на шлифование твердых сплавов и других высокотвердых материалов.
На Горьковском автомобильном заводе, например, стойкость инструмента, доведенного алмазом, повысилась в 2-2,5 раза; затраты времени при доводке режущих инструментов алмазными кругами уменьшились в 5-7 раз по сравнению с доводкой пастой карбида борта и т. д. (Алмазные инструменты, 1962).
При заточке твердосплавного инструмента алмазными кругами исключается возможность нарушения поверхности и режущих инструментов, улучшается микрогеометрия поверхностей и предупреждается образование трещин на пластинках твердых сплавов в процессе заточки.
Твердосплавный инструмент, заточенный и доведенный алмазными кругами, изнашивается примерно в два раза медленнее, чем заточенный абразивами.
Подсчитано, что если вдвое повысить стойкость твердого сплава, то скорость резания увеличивается на 15%, что, в свою очередь, обеспечивает рост производительности оборудования на 7%.
Общая экономия от применения алмазов в твердосплавной промышленности с учетом всех факторов по подсчетам определяется суммой около 60 млн. руб. в год. Кроме того, достигается большая экономия за счет повышения культуры производства, снижения брака и применения алмазного инструмента на таких работах, где твердосплавный инструмент применен быть не может.
Особенно большой экономический эффект получается от применения синтетических алмазов при заточке и доводке твердосплавного инструмента.
Обработка твердосплавных инструментов производится алмазными кругами. На их изготовление предполагается расходовать свыше 60% всех технических алмазов.
Алмазный круг состоит из дюралюминиевого, стального или пластмассового корпуса с алмазоносным кольцом, В состав этого кольца входит алмаз и связка (металлическая или органическая). Связка служит для закрепления алмазов на корпусе и образования рабочей поверхности круга. Правильный выбор материала для связи имеет большое значение для работы алмаза. Она определяет наиболее эффективное использование (расходование) алмазов в инструменте. В 1958 г. при посещении одного завода алмазного инструмента в Антверпене на вопрос о составе связки хозяин фирмы ответил: «Вот это самый главный секрет фирмы». В нашей стране для органической связки используется смола пульвербакелит, а наполнителем служит древесная мука, минералы и металлический порошок. Наполнитель необходим для того, чтобы создать для алмаза жесткую и прочную опору в связке. Металлическая связка служит для создания более прочного крепления для алмаза. В настоящее время применяются металлические связки на вольфрамо-кобальтовой, железо-никелевой и медно-оловянной основе. Между алмазоносным кольцом и корпусом кругов на металлической связке имеется промежуточный слой, необходимый для крепления связки с корпусом и отвода тепла, образуемого при работе круга. Кольцо к корпусу крепится методом запрессовки.
Круги на органической связке применяются для доводки режущего инструмента с твердым сплавом, для шлифования твердосплавных деталей, приспособлений и машин, некоторых видов керамики, стекла, а также высокопрочных и хрупких материалов. Алмазными кругами на металлической основе проводятся чистовое шлифование и заточка инструмента из твердых сплавов. Следовательно, сначала инструмент обрабатывается алмазными кругами на металлической основе, а затем доводится кругами на органической основе.
При алмазной заточке и доводке твердосплавного режущего инструмента стойкость его повышается в два раза, значительно улучшается чистота поверхности, а трудоемкость заточки снижается. Затраты времени на доводку инструмента уменьшаются в 4-5 раз по сравнению с доводкой пастой карбида бора.
Расход алмаза на обработку изделия значительно ниже расхода других шлифующих материалов. Например, при заточке резцов с пластинами из твердого сплава на съем 1 г твердого сплава расходуется от 2 до 18 г карбида кремния, а алмаза в среднем до 5 мг, т. е. в 400-3600 раз меньше. На доводку одного резца расходуется 100 мг карбида бора, а алмаза лишь 0,5-0,7 мг, т. е. в 150-200 раз меньше. Это объясняется также и тем, что, кроме значительной разности по твердости, содержание алмаза в кольце по объему не превышает 25% и в среднем равно 12%, в то время как у кругов из карбида кремния содержание абразивных зерен равно 60-70% важной особенностью алмазных кругов на органических связках является их способность к самозатачиванию, что способствует успешному использованию в процессах автоматизации и механизации изготовления инструмента и других деталей.
При эксплуатации кругов имеет значение алмазная концентрация круга, которая определяется содержанием алмаза в 1 мм3 алмазоносного кольца. За 100%-ную концентрацию принято содержание в 1 мм3 0,878 мг алмаза, или 0,00439 карата. Алмазные круги изготовляются 25, 50 и 100%-ной концентрации.
Алмазные пилы
использование алмаза в пилеПриродный камень издавна являлся наиболее ценным материалом в строительстве монументальных зданий и сооружений. Большинство исторических памятников, дошедших до нас, сделано из природного камня. Эти сооружения и сейчас поражают наше воображение первозданной прочностью и красотой. Природный камень широко применяется в строительстве зданий. Достаточно упомянуть такие уникальные сооружения, как метро в Москве, Ленинграде, Киеве, Московский университет на Ленинских горах, Дворец Съездов в Кремле и др., где в качестве облицовочного материала широко применен природный камень (гранит, диабаз, песчаник, сланец, мрамор, известняк, яшма), керамика, огнеупоры, стеклопластика и др. Изготовление из них различных деталей, облицовочных плит и т. д. требует высокоустойчивых инструментов, которыми можно было бы быстро и экономично резать эти материалы.
Наиболее высокоэффективным для этой цели является алмазный инструмент: алмазные пилы и алмазные отрезные круги.
Алмазные пилы изготовляются двух видов: продольные и дисковые. Продольные пилы с рабочей длиной от 2,6 до 4,5 м применяются для распиловки больших каменных плит со скоростью от 250 до 500 мм/час в зависимости от твердости камня. Дисковые алмазные пилы применяются для резки твердых каменных пород, а также стекла и керамики. Размер пил различный: от нескольких сантиметров до 2 м и более.
Пилы изготовляются по количеству в них алмазов следующих трех типов:
- пилы с небольшой концентрацией алмазов - используются для распиловки мрамора, стекла, фарфора, керамики, натурального кварца и других;
- пилы со средней концентрацией алмазов - применяются для распиловки гранита, бетона, сплавленного кварца, полутвердых шлифовальных материалов, изделий из огнеупорных глин и т. д.;
- пилы с высокой концентрацией алмазов - используются для распиловки особо твердых материалов.
Режущая часть пилы имеет не сплошное покрытие поверхности алмазным материалом, а состоит из отдельных изолированных один от другого сегментов длиной около 5 см каждый. На 1 м пилы закрепляется 10 режущих сегментов. Такая пила распиливает окремненный песчаник примерно с такой же скоростью, как ручная пила из стали обычное дерево.
Для резания природного камня также применяются преимущественно сегментные (прерывистые) отрезные круги.
Алмазный отрезной круг (алмазная пила) состоит из тонкого стального диска и режущей части. По конструкции режущей части различают два вида отрезных кругов: со сплошной режущей кромкой и прерывистой. Для резания природного камня преимущественно применяются сегментные (прерывистые) отрезные круги.
Режущая часть круга изготовляется методом порошковой металлургии и прикрепляется к стальному диску с помощью пайки, сварки или механическим способом. В качестве связки применяются металлические порошки. Для режущего слоя используются алмазные порошки различной зернистости.
Резка неметаллических материалов алмазными пилами имеет ряд преимуществ перед другими способами резки. При резке высокотвердых материалов, стекла, кварца , искусственных материалов на основе кремния и других, благодаря высокой стойкости алмазных отрезных кругов, сокращается время на отрезку и достигается высокое качество поверхности реза. При резке полупроводниковых материалов (германия и кремния) достигается высокая размерная точность отрезаемых элементов и сокращаются потери ценного материала в шламе за счет уменьшения ширины реза. При резке природного камня алмазными пилами скорость резки и производительность процесса увеличиваются по сравнению с абразивными кругами в 3-4 раза.
Производительность резания по данным НИИАлмаза следующая:
Проведенные в НИИАлмазе расчеты показывают, что если весь камень, добытый в 1963 г. в нашей стране (без стенового), резать алмазными пилами, то годовая экономия составит 40 млн. руб., или 40 руб. на 1 карат использованного алмаза. Расход электроэнергии при резании камня снижается в 20 раз. Стойкость инструмента при резании камня средней твердости составляет от 6 до 18 месяцев при работе в три смены, тогда как стойкость пил из карбида кремния всего лишь 2-4 часа.
Алмазный инструмент обеспечивает резание больших блоков камня на плиты и заготовки точных размеров. Мощность карьеров по добыче камня и заводов увеличивается при использовании алмазных пил в 10 раз и во столько же раз снижается стоимость изделий из камня.
Внедрение алмазного инструмента в строительную индустрию значительно повысит технический уровень, резко увеличит производительность и улучшит условия труда, снизит стоимость строительства.
Обработка поверхностей отверстий
Алмазный инструмент применяется также для обработки поверхностей отверстий различного диаметра и длины. Этот процесс называется хонингованием. Основными инструментами для этого служат алмазные бруски (хоны) и притиры.
Принцип хонингования заключается в совмещении возвратно-поступательного движения хонинговальной головки и вращательного движения обрабатываемой детали. В результате этого внутренняя поверхность детали окончательно отделывается и исправляются все погрешности геометрической формы отверстий.
Хонинговальный инструмент изготовляется следующим образом.
Из связки и алмазных зерен делаются бруски, которые напаиваются на стальные державки. Затем эти бруски собираются в хонинговальную головку, шлифуются и притираются.
Применение алмазного хонинговального инструмента дает большой экономический эффект. Стойкость алмазных брусков в 100-120 раз выше абразивных. Например, при обработке отверстий деталей диаметром 27 мм алмазный брусок работает 117-200 ч, а абразивный только 1,0-2 ч. При обработке отверстий деталей диаметром 9,5 мм алмазный брусок работает 50-80 ч, а абразивный 20-40 мин. Точность геометрической формы отверстий и чистота поверхности деталей при алмазном хонинговании достигается очень большая.
Высокая режущая способность, стойкость, а следовательно, и высокая производительность алмазных брусков позволяют автоматизировать процесс хонингования.
Для получения поверхности высокого класса чистоты за хонингованием следует притирка. Для этой операции применяются алмазные притиры, которые изготовляются таким же образом, что и хонинговальные бруски. Притиры бывают плоские, круглые и трех-гранные.
Применение алмазных притиров значительно облегчает труд рабочего и повышает производительность труда.
История алмазного бурения
Начало развития алмазного бурения относится к глубокой древности. По свидетельству английского ученого В. М. Флиндерса Петри, египтяне использовали для обработки наиболее твердых пород бронзовые инструменты с наконечниками, армированными алмазами. 
В Европе первый алмазный бур был предложен швейцарским часовщиком Георгом Лешо в 1862 г. Он представлял собой трубу, торцовая часть которой была армирована черными алмазами. Труба присоединялась к металлической пустотелой штанге, приводимой во вращательное движение. Очистка забоя от выбуренной породы и охлаждение коронки осуществлялось водой, которая подавалась к забою через пустотелую штангу.
Разработку конструкции станка для алмазного бурения продолжил сын Георга Лешо - Рудольф Лешо, который совместно с механиком Пиге построил станок для алмазного бурения. Этот станок бурил в известняке со скоростью около 2 м/ч. В дальнейшее совершенствование ручных буровых станков для алмазного бурения большой вклад внес французский инженер Перре, который сконструировал первую алмазную буровую машину и демонстрировал ее на Всемирной выставке в Париже в 1867 г.
Первые буровые станки для алмазного бурения с механическим приводом (от паровой машины) были применены в 1864 г. при проходке тоннеля между Францией и Италией. Станок для алмазного бурения предложил в 1867 г. М. Буллок. Он приводился в действие от паровой машины и вращал алмазную коронку со скоростью около 250 сб/мин. В 1870 г. появились буровые станки с паровой машиной мощностью 5-7 л. с., которая вращала алмазную коронку со скоростью около 300 об/мин. В 1872 г. англичанин Бьюмонт сконструировал станок для алмазного бурения и в 1875 г. пробурил с помощью этого станка скважину глубиной 697,5 м.
В 1878 г. в США Альберт Холл сконструировал станок для алмазного бурения («Сулливан»), нашедший в дальнейшем широкое практическое применение. Несколько позже, в 1884-1885 гг., в Швеции инженер Крелиус разработал буровой станок для алмазного бурения, отличающийся большой простотой, удобством обслуживания и небольшим весом. Станки типа «Крелиус» получили широкое распространение и послужили
основой для разработки ряда буровых машин аналогичного назначения в Германии и Австралии.
В 1889 г. русский инженер С. Войслав разработал конструкцию ручного бурового станка для алмазного бурения, который отличался простотой и имел ряд преимуществ перед заграничными станками.
С первого момента своего появления станки для алмазного бурения нашли широкое применение для разведки месторождений различных полезных ископаемых. Первая алмазнобуровая скважина глубиной 230 м была пройдена в 1880 г. в Поттсвиле (Пенсильвания, США) при разведке угольного месторождения. В дальнейшем глубины скважин алмазного бурения возросли и в конце XIX века достигли 2000 м. На руднике «Хелен» в Канаде алмазами была пробурена скважина рекордной глубины -1770 м. В США наиболее глубокая скважина, пройденная алмазным инструментом, имеет глубину 1820 м.
Наиболее глубокие скважины алмазного бурения при разведке твердых полезных ископаемых были пробурены в Южной Африке. Одна из них на месторождении золота Витватерсранд имеет глубину 4200 м. В США при разведке жидких и газообразных полезных ископаемых применялось алмазное бурение на глубину до 800 м.
Алмазное бурение в России
В России алмазное бурение в небольших размерах нашло применение при разведке полезных ископаемых в конце XIX века. На Урале в 1890-1898 гг. проводилось алмазное бурение на Луньевском угольном месторождении: в 1893-1894 гг. на Высокогорском руднике было пройдено ручным алмазным бурением шесть скважин, помимо того, алмазное бурение велось на Пышменско-Ключевском и Богословском рудниках. В Донбассе примерно в эти же годы производилось алмазное бурение в Макеевке и на Благовещенском антрацитовом руднике. В конце XIX и в самом начале XX века алмазное бурение применялось при проходке двух скважин на Курской магнитной аномалии, а также при разведке полиметаллических медных месторождений в Казахстане, на Алтае, Урале и в Восточной Сибири.
В 1923-1925 гг. алмазное бурение широко использовалось в районе Курской магнитной аномалии, а также на Урале, Украине, Алтае, Сибири, на Кавказе и в Казахстане. Перед Великой Отечественной войной в связи с недостатком алмазов бурение алмазным инструментом применялось только на подземных работах в горнорудной промышленности. Колонковое бурение в крепких породах производилось победитом и чугунной дробью.
С открытием богатых алмазных месторождений создалась возможность более широкого внедрения алмазного бурения в практику геологоразведочных и горных работ.
Алмазное бурение - наиболее эффективный и экономичный способ бурения горных пород. Расчеты геологов и экономистов показывают, что при запланированных объемах бурения применение алмазного инструмента по сравнению с дробью дает большую экономию средств.
Об эффективности алмазного инструмента, например, при глубоком и сверхглубоком бурении на нефть и газ дает представление.
Существует следующий алмазный буровой инструмент: керновые коронки для бурения скважин с отбором керна, керновые коронки для бурения нефтяных скважин, алмазные долота для бурения скважин сплошным забоем, алмазные долота для бурения нефтяных глубоких скважин и алмазные расширители для восстановления требуемого диаметра скважины.
В Советском Союзе выпускаются однослойные, многослойные и импрегнированные коронки. В однослойных коронках используются крупные алмазы 20-60 зерен на карат, в многослойных - мелкие 60-200 зерен на карат. Однослойные коронки применяются для бурения малоабразивных пород VII-X категорий крепости. Из отработанной коронки алмазы можно извлечь и использовать для бурения абразивных пород XI-XII категорий крепости. В этих коронках кристаллы расположены в алмазоносном кольце несколькими слоями, алмазы каждого слоя почти полностью срабатываются. Импрегнированные коронки применяются для бурения крепких абразивных пород.
Алмазная коронка по своему устройству представляет собой полый стальной цилиндр, на одном конце которого имеется алмазоносное кольцо, в котором с помощью различных связок закреплены в определенном порядке кристаллы алмаза.
Долгое время для бурового инструмента в разных странах применялись крупные алмазы весом 1-2 карата типа «баллас» и «карбонадо». Но с развитием алмазного бурения повысился спрос на технические алмазы, в связи с чем цены на них значительно выросли. За 15 лет, например, с 1940 по 1955 г. на мировом рынке технические алмазы подорожали в 24 раза. Потребители алмазов для буровых коронок стали искать выхода из создавшегося положения. Широкое развитие получили мелкоалмазные коронки, для которых используются мелкие алмазы весом от 0,016 до 0,0025 карата.
На переход к мелким алмазам кроме цен оказало влияние и то, что крупных алмазов в мире добывается меньше, чем мелких.
Алмазное бурение широко стало применяться у нас в стране после организации промышленной добычи алмазов в Якутии. На Выставке достижений народного хозяйства в Москве экспонируются алмазные долота, изготовленные из якутских алмазов. Эти долота очень эффективны и экономичны. Долотом АДУ-2 при бурении крепких известняков и алевролитов пройдено 181,2 м, что в 38 раз превышает бурение обычными долотами. Установлено, что одно алмазное долото заменяет 19 обычных. Испытания алмазных колонковых долот показали, что проходка на одно такое долото в 20-35 раз выше, чем на обычное, при одинаковых скоростях бурения, а стоимость 1 м бурения на 25-40% ниже.
Алмазная правка шлифовальных кругов
Абразивная обработка деталей машин и инструмента широко применяется в промышленности, и от ее дальнейшего развития зависят точность и качество выпускаемых механизмов, машин и приборов.
Значение процесса правки шлифовальных кругов определяется его влиянием на технику и экономику абразивной обработки.
Практика шлифовальных работ и научные исследования показывают, что важнейшие параметры процесса шлифования (производительность, точность и качество обрабатываемых изделий, стойкость круга) неразрывно связаны и зависят от процесса правки, методов и режима правки, конструкции правящего инструмента и его износостойкости.
Алмазная правка шлифовальных кругов относится к числу важнейших областей применения алмазов в машиностроении. Операция эта необходима для восстановления точности формы и режущей способности шлифовальных кругов.
Алмазная правка шлифовальных кругов обладает существенными преимуществами по сравнению с другими способами правки. Благодаря весьма малой поверхности контакта алмаза со шлифовальным кругом достигаются максимальные усилия при работе, которые в сочетании с высокой износоустойчивостью алмаза создают условия для получения высокой точности геометрической формы круга, а отсюда и высокой точности и чистоты поверхности у шлифуемых изделий.
Высокая износостойкость алмазного правящего инструмента создает возможность автоматизации процесса правки.
Алмазные инструменты для этой операции применяются в виде алмазно-металлических карандашей, алмазов естественной формы, закрепленных в оправах, ограненных алмазных инструментов (резцы, иглы) и алмазных роликов. Наиболее широкое применение, имеют алмазно-металлические карандаши и алмазные зерна в оправах. Остальные виды алмазного инструмента применяются для правки и профилирования шлифовальных кругов в основном при специальных видах шлифования.
Алмазно-металлические карандаши представляют собой металлические цилиндры, в которых запрессованы вставки с расположенными в определенном порядке кристаллами алмаза. Преимущество этого вида инструмента состоит в том, что он выпускается по стандарту и не требует перестановки алмазов до полного их износа. Для алмазно-металлических карандашей используются дешевые и невысокие по качеству алмазы.
Алмаз в оправах представляет собой кристалл, прочно закрепленный в металлической оправе не менее чем на 3/4 своей длины. Он изготовляется из более качественных алмазов и поэтому имеет большую износостойкость.
Кроме этих двух видов инструмента, применяемых для правки шлифовальных кругов, имеются еще ограненные алмазные инструменты, используемые для правки кругов сложного профиля, которые изготовляются в виде резцов с различным профилем алмаза.
Новыми перспективными инструментами для автоматической правки являются алмазные ролики. Ролик состоит из алмазных частиц, скрепленных связкой из порошкообразного металла. Правка таким инструментом производится методом шлифования (врезанием) или с продольной подачей.
По сравнению с обычными методами правка абразивных кругов алмазными роликами методом шлифования имеет следующие преимущества:
- а) резко сокращается время на правку и профилирование (придание правильного профиля) абразивных кругов, так как правка осуществляется методом врезания по всему профилю круга и может производиться без прекращения процесса шлифования;
- б) размерная износостойкость в 50-100 раз превышает износостойкость обычных алмазных инструментов, в связи с чем упрощается автоматизация процессов правки;
- в) для алмазных кругов можно применять алмазное сырье мелких размеров, являющееся наименее дефицитным и наиболее дешевым.
Правка кругов алмазными роликами методом шлифования создает благоприятные условия для решения вопросов комплексной автоматизации процессов шлифования.
Широкое применение алмазной правки позволит на 25-50% повысить коэффициент полезного использования шлифовальных кругов, что при широких масштабах применения абразивного инструмента имеет важное народно-хозяйственное значение.
Алмазное точение
Для современного машиностроения характерны широкая автоматизация процессов обработки деталей и приборов, использование новых высокопрочных, износостойких и температуростойких сплавов и материалов с минимально возможными припусками для механической обработки, обеспечение высококачественной обработки поверхности деталей, позволяющих создавать сложные и весьма точные, с хорошими эксплуатационными свойствами машины, механизмы и приборы.
Осуществление этих задач возможно лишь при условии создания такого режущего инструмента, который бы обладал высокой размерной стойкостью в работе и обеспечивал в течение длительного времени получение весьма высокой точности обрабатываемых поверхностей изделий без подналадок или смены инструмента.
Этим требованиям удовлетворяет алмазный режущий инструмент.
Применением алмазных резцов достигаются исключительно высокая точность обработки и чистота поверхности детали.
После обработки детали алмазным резцом не требуется проводить шлифование и полирование. Новым, очень перспективным путем эффективного расширения области алмазной обработки является освоение процесса выглаживания металлических поверхностей.
Основными инструментами для точения являются алмазные резцы, которые представляют собой металлические стержни с напаянными или механически закрепленными ограненными кристаллами алмаза. По форме кристаллы должны быть октаэдрами, ромбододекаэдрами или переходными видами. Кристалл должен иметь плотную структуру без дефектов.
Обработка цилиндрических поверхностей ведется на токарных станках, а плоских поверхностей - на строгальных. Алмазный инструмент устанавливается в резцедержателе станка и имеет те же движения, что и обычный резец. Процесс протекает без снятия стружки при давлении вдоль оси инструмента порядка 15 кг. Этим инструментом можно обрабатывать наружные и внутренние поверхности изделий из различных марок стали, меди , алюминия, латуни и других металлов.
Кроме того, алмаз широко применяется при обработке таких твердых и склонных к хрупкому разрушению материалов, как керамика, синтетический корунд, карбид бора, кварц, стекло, полупроводниковые материалы - германий, кремний и т. д. Изделия из этих материалов наиболее эффективно обрабатывать алмазным инструментом, а во многих случаях их вообще невозможно обрабатывать без алмаза.
Для резцов используются кристаллы алмазов весом 0,2-0,6 карата и более.
Алмазные резцы применяются для расточки и обточки деталей из различных
цветных металлов и пластмасс в машиностроении, приборостроении и других отраслях промышленности.
При обработке бронзовых и латунных деталей стойкость алмазных резцов в 100 раз выше стойкости твердосплавных, а при обработке деталей из пластмасс стойкость алмазных резцов выше стойкости твердосплавных в 150-200 раз.
Проведенные на отечественных заводах испытания показали, что на расточном станке алмазным резцом можно обработать без подналадок 9000 шатунов. Стойкость резца равнялась 45 сменам работы, или свыше 300 ч, что соответствует 1000 км пройденного пути вместо 10 км при работе твердосплавными резцами.
Применение алмазных резцов в промышленности дает большую технико-экономическую эффективность.
При испытании на твердость
Для измерения твердости металлов и сплавов используются алмазные наконечники. Наконечник представляет собой закрепленный в стальной оправе при помощи серебрёной пайки алмазный конус с углом 120°, вершина которого переходит в полусферу радиусом 0,2 мм. Вес применяемых алмазов составляет 0,18-0,6 карата.
Стойкость алмазных контактных наконечников выше стойкости твердосплавных примерно в 50 раз, а стальных - в 1000 раз.
Приборы с алмазными контактными наконечниками почти не требуют переналадок.
Значение алмаза в техническом прогрессе огромно. Сегодня не существует ни одной отрасли промышленности, в которой природные и синтетические алмазы не применялись бы как высокоэффективный, сверхтвердый материал. Их роль особенно велика в отраслях, где необходимы такие уникальные свойства алмаза как: теплопроводность, прозрачность в широком диапазоне длин волн, стойкость к агрессивным средам, электрические свойства. Алмаз занял особое положение при конструировании и изготовлении теплоотводов для миниатюрных полупроводниковых источников излучения, окон в специальной оптической аппаратуре, детекторов ионизирующего излучения и других устройств, в которых используется полупроводниковый характер температурной зависимости электропроводности одного из типов алмазов.
В соответствии со статистическими данными до 80% добываемых в мире алмазов используются в промышленности и только 20% – в ювелирном деле. К техническим принадлежат природные алмазы, которые не пригодны для ювелирного производства: темноцветные кристаллы, кристаллы, имеющие трещины и другие дефекты, двойники, сростки, отколы. Однако в отдельных видах особо ответственного инструмента и изделий используются алмазы и ювелирного качества.
Синтетические алмазы применяются, в основном, для технических нужд. Наиболее распространенными формами использования технических алмазов являются:
а) алмазы, подвергающиеся обработке с целью получения зерен определенной геометрической формы. Такие алмазы идут на изготовление резцов, сверл, наконечников для измерения твердости, наконечников для измерения чистоты поверхности, стеклорезов, контактов, подшипников;
б) необработанные кристаллы алмазов, используемые для различных инструментов (буровых коронок, алмазо-металлических карандашей, оправ для правки, контактов);
в) абразивные алмазы – мелкие кристаллы, имеющие значительные дефекты (трещины, включения, пустоты) и пригодные только для измельчения в порошок. Из них готовят шлифовальные круги, отрезные диски, пасты, буровые коронки, порошки для доводки и полировки, инструмент для зубопротезирования.
Среди капиталистических стран первое место по переработке алмазов в бриллианты и производству алмазных инструментов занимает Бельгия, которая ежегодно ввозит 25-27% мировой добычи алмазов. Бельгийские фирмы «Сосьете Аноним», «Диаман Боарт» и «Ателье Жак Денбитцер» являются основными предприятиями по производству алмазного инструмента. Фирмы «Сосьете Аноним» и «Диаман Боарт» изготавливают алмазные инструменты из необработанных кристаллов и дробленых алмазов и выпускают алмазные круги, пилы, буровые коронки, бруски, притиры, зубоврачебные инструменты. Фирма «Ателье Жак Денбитцер» производит алмазный инструмент из монокристаллов и дробленых алмазов. Продукция этих фирм вывозится, главных образом, в США, Великобританию, Францию и ФРГ.
Крупные предприятия по производству алмазного инструмента организованы также в США, Израиле и ФРГ. США – основной потребитель технических алмазов в капиталистическом мире и потребитель алмазного инструмента, его производством заняты фирмы: «Нортон компани» и «Корборундум». Филиалы этих предприятий имеются в Великобритании, Франции, ЮАР, Австралии и Канаде. В США потребление технических алмазов растет из года в год. Так (в млн карат): 1955 г. – 11,0; 1960 г. – 13,5; 1965 г. – 15,0; 1970 г. – 21,0; 1974 г. – 25,0; 1975 г. – 26,0. После 1975 года публикаций нет. При этом использование алмазов на различные технические нужды составляет:
а) шлифование, заточка и доводка инструментов и деталей машин из твердых сплавов – 60-70%;
б) оправка шлифовальных кругов – 10-12%;
в) бурение – 10%;
г) волочение проволоки – 10%;
д) резка и шлифование изделий из стекла, керамики, мрамора, сверление и доводка твердосплавных деталей, обработка часовых и ювелирных изделий – 10-12%.
2.1. Использование абразивных свойств алмазов. Основными параметрами, которые определяют абразивные свойства алмазов, являются: высокое поверхностное натяжение, исключительная твердость кристаллов, большая теплопроводность. Эти физико-механические свойства обеспечивают исключительно высокую износостойкость алмазов на истирание. Она выше чем у корунда в 90 раз. При шлифовании твердых сплавов расходуется в 600-3000 раз меньше алмазного порошка, чем другого абразива.
Алмазные порошки . Алмазный порошок с одинаковым размером частиц обладает лучшими абразивными свойствами. Его изготавливают путем проведения операций:
а) стадийного дробления с рассевом;
б) очистки от примесей термической обработкой до 500 о С, промывкой в растворах минеральных кислот.
Алмазные порошки подразделяются на две группы – шлифпорошки и микро-порошки различных марок. При написании марок используются обозначения: АС – алмаз синтетический, В – высокопрочный, П – прочный, О – обычный, А – алмаз природный. Так, марка АСВ обозначает порошок из алмаза синтетического, высокопрочный. Алмазные порошки никогда не применяют в сухом виде, т.к. это вызывает огромную потерю массы (у алмаза очень большая «прыгучесть»). Их смачивают жидкостями: керосином, бензином или жирными кислотами.
Алмазные пасты. Готовятся из переизмельченного материала, образующегося при изготовлении алмазных порошков. Крупинки частиц в пасте имеют размеры меньше 10 мкм. Применяются на доводочных операциях для получения зеркальных поверхностей. Алмазные пасты готовятся на основе субмикропорошков, затираемых на оливковом масле с добавлением жирных кислот, способствующих получению однородной и вязкой массы. Инструменты из алмазных порошков имеют различное значение.
Алмазные диски и пилы. Используются алмазные порошки разной зернистости, а также различные наполнители и связывающие вещества. Зерна алмазов впрессовываются в поверхность дисков из красной меди, большая вязкость которой обеспечивает закрепление алмазных частиц. В качестве связки применяется щелочная фенолформальдегидная смола, а в качестве наполнителя – различные сыпучие материалы: карбид бора, железный порошок и др.
Алмазные карандаши. Это прессованные вставки из алмазного порошка и порошка твердого сплава. Такие алмазно-металлические карандаши имеют массу алмазов от 0,5 до 1,0 карата.
Алмазные боры и диски для зубоврачебной практики. При сверлении алмазным бором исключен сильный перегрев зуба (у алмаза большая теплопроводность).
Инструменты из монокристаллов алмаза. Резцы, иглы, стеклорезы, фильеры и другие инструменты готовятся из отдельных кристаллов алмазов или их крупных частей. Здесь используются камни массой от 0,1 до 2,0 и даже до 5,0 карат.
Алмазные резцы. Резцы используются для резания разнообразных материалов – металлов, камня, мягкой и твердой резины, пластмасс и т.д. Производительность с их применением увеличивается, например при работе с пластмассами, в 900 раз. Для резцов используют алмазы от 0,31 до 0,85 карат (чаще 0,5-0,6 карат).
Алмазные иглы – это кристаллы с естественной острой вершиной или осколки с острым ребром и массой от 0,1 до 0,3 карат, закрепленные в металлических стержнях. Применяются для изготовления метчиков на резьбо-шлифовальных станках.
Стеклорезы. Используются кристаллы без дефектов массой 0,02-0,2 карата.
Фильеры – пластинки с просверленными в них тончайшими отверстиями, которые используются для волочения проволоки. Алмазы фильер должны быть прозрачными, без дефектов, трещин, раковин и посторонних включений, при массе кристаллов 0,1-3,5 карата. Отверстия сверлят ультразвуком с помощью алмазных игл и суспензии из 50% алмазного порошка и 50% воды. В последнее время стали использовать лазерный метод. Одна алмазная волока заменяет 245 волок из твердых сплавов, при увеличении скорости волочения в 2-3 раза.
Алмазные буровые инструменты . Алмазные коронки позволяют увеличивать производительность труда буровых работ в 1,5-2 раза. В настоящее время около 12% всех технических алмазов расходуется на изготовление алмазных коронок. Для их изготовления применяют алмазы массой 0,01-0,2 карата.
Другие области применения технических алмазов . Широкое применение алмазы находят при изготовлении подложек полупроводниковых схем, которые эффективно отводят тепло (в несколько раз быстрее чем медь), счетчиков ядерных частиц, термометров, измеряющих температуру в таких труднодоступных местах, как вращающиеся роторы турбин и др.
Слово алмаз произошло от греческого "адамас" - непревзойдённый. В вопросе о происхождении алмазов учёные так и не пришли к единому мнению. Согласно наиболее популярной гипотезе, минерал образовался в результате остывания силикатов мантии земной коры. А своим появлением на поверхности планеты он обязан серии мощнейших подземных взрывов.
Алмазы в природе являются включениями в горные , серпентины и . Кроме того, они иногда содержатся в речных и морских прибрежных галечных россыпях, куда попадают в результате разрушения вулканических пород. Для получения одного карата природных алмазов нужно обработать около 250 т алмазосодержащей руды. Учитывая то, что при огранке самородок теряет в среднем половину веса, количество необходимой руды можно удвоить.
По химическому составу - один из простейших минералов, представляет собой чистый углерод с незначительными примесями окисей кальция, магния и железа.
Физико-химические свойства алмаза
- Химическая формула - C (углерод).
- Цвет - бесцветный, с оттенками желтизны, реже - красный, оранжевый, зелёный, синий.
- Кристаллическая система - кубическая.
- Твёрдость 10 по шкале Мооса.
- Плотность, удельный вес - 3.52 г на см3.
- Излом - раковистый.
- Показатели преломления - 2.417.
- Спайность - совершенная, октаэдрическая.
- Габитус, форма кристаллов - октаэдральный, додекаэдральный.
- Плеохроизм - нет.
- Прозрачность - от прозрачного до не прозрачного.
Где и как добываются
Основные месторождения алмазов сосредоточены на территории Австралии, ЮАР, Конго и России. На эти страны приходится порядка 60% мировой добычи минерала. Значительными запасами обладают также Ботсвана, Ангола и Намибия. До конца XVII в. практически все алмазы добывались в копях Индии, но на сегодняшний день они практически полностью опустошены.
Легенда гласит, что для добычи алмазов в древности люди использовали хищных птиц. В глубокие расщелины с драгоценными россыпями бросали куски сырого мяса, к которым прилипали мелкие кристаллы. Почувствовав запах добычи, орлы спускались в эти расщелины, хватали пищу и уносили её в когтях. После оставалось проследить за птицей, незаметно подкрасться и выхватить мясо с налипшими на него драгоценностями. Второй способ предполагал поиски орлиных гнёзд, вокруг которых собиралось большое количество птичьего помёта. Люди подбирали его и доставали алмазные самородки, достигающие порой немалых размеров.
На самом деле в старину алмазы добывались только из речных и морских россыпей путём тщательного вымывания гальки и песка. Основными орудиями труда были лопата, сито и кайло. Альтернативой этому способу стало открытие в конце XIX в. - геологического тела вертикальной формы, образованного прорывом газов через кору земли. Кимберлит представляет собой вулканическую породу, в которой наряду с другими минералами встречаются кристаллы алмазов. Сегодня практически вся алмазодобывающая промышленность построена на использовании этого природного явления.
Цена алмаза
, которая включает в себя четыре основных критерия:
- 1. CARAT - вес камня;
- 2. CUT - качество огранки;
- 3. COLOR - цвет;
- 4. CLARITY - чистота.
Самое большое значение при определении цены камня имеет качество его огранки. Если алмаз огранён неправильно, то ни о какой игре света и красоте не может быть и речи. Ключевую роль в обработке играет отношение глубины и площади поверхности бриллианта к его диаметру. Пропорциональность камня оценивается по пятибалльной шкале GIA от доброкачественной до идеальной.
Правилами торговли предусмотрено, что бриллиантами можно называть только те алмазы, которые имеют ровно 57 граней. По мнению экспертов, именно такая огранка позволяет в полной мере оценить светопреломляющие свойства минерала. Экземпляры, обработанные с применением других технологий, следует именовать алмазами, дополняя формулировку указанием формы: маркиз, принцесса и прочие.
Следующим фактором, влияющим на стоимость бриллианта, является его цвет. Согласно положению, утверждённому Всемирным объединением алмазных бирж, специалисты различают девять цветовых групп алмазов. Из регулярно встречающихся наиболее дорогими будут бесцветные камни и те, которые имеют незначительный голубоватый оттенок. Их называют бриллиантами чистой воды. Однако самыми ценными считаются камни глубоких природных оттенков: красные, зелёные, синие, оранжевые и розовые. Такая окраска называется фантазийной.
Количество алмазов естественных насыщенных цветов не превышает нескольких десятков на миллион белых камней. Так, например, российский император Павел I отдал за небольшой алмаз красного цвета 100 тыс. рублей. Для сравнения: корова в те времена стоила 5 рублей. Невыразительные камни желтоватых и бурых тонов, присущих большинству самородков, ценятся на рынке гораздо меньше.
Под чистотой бриллианта подразумевается отсутствие различных дефектов снаружи и внутри камня. В понятие "дефекты" входят микротрещинки, царапины, щербинки, пузырьки воздуха и посторонние включения. Оценка чистоты осуществляется при десятикратном увеличении алмаза, которое даёт возможность подробно изучить его характеристики. По результатам осмотра камень причисляют к одной из одиннадцати групп чистоты. Бриллианты, не имеющие дефектов, входят в группу "внутренне безупречные". Те же, дефекты которые видны невооружённым глазом, относятся к категории "несовершенные".
Каждый алмаз обладает неповторимой структурой и характеристиками. Двух одинаковых камней, как и двух одинаковых отпечатков пальцев, не существует. Распространённый миф о том, что алмаз невозможно разбить, когда-то сыграл злую шутку со швейцарскими наёмниками короля Людовика XI. Во время одного из многочисленных междоусобных конфликтов они захватили драгоценности герцога Карла Смелого. Будучи наслышаны о необычайной твёрдости алмазов, войны решили проверить подлинность камней. Бриллианты не выдержали мощных ударов молота и рассыпались. Огромное количество драгоценностей было выброшено, потому что швейцарцы посчитали их фальшивкой. В конце XV в. эрцгерцог Австрийский, сомневаясь в положительном ответе невесты, прислушался к совету подкрепить свои намерения драгоценностями. С тех пор обычай сопровождать предложение руки и сердца бриллиантовым кольцом популярен во всём мире.
Как отличить подделки
Все без исключения покупатели бриллиантов боятся быть обманутыми. При этом они стремятся заплатить за камни наименьшую из возможных пен. На этих противоречивых чувствах успешно играют мошенники и нечистые на руку торговцы. Самая распространенная уловка злоумышленников - заменить драгоценные камни более дешевыми аналогами. Для имитации бриллиантов обычно используют прозрачный циркон, бесцветный сапфир или же обычный хрусталь. Чтобы определить фальшивку, нужно посмотреть сквозь камень на солнце. Ограненный бриллиант отражает лучи таким образом, что через него можно увидеть лишь яркую точку. Л имитаторы полностью пропускают свет.
Кроме этого, продавцы, подделок часто упоминают популярный миф о полной прозрачности бриллиантов в воде. На самом деле это вымысел. Эффект невидимости может быть достигнут между теми материалами, которые имеют одинаковый показатель преломления. Показатель преломления воды равен 1, бриллианта - 2,4. Из всех имитаторов алмазов наиболее близким по этой характеристике к воде является обычное стекло, показатель преломления которою составляет 1,5. Таким образом, настоящий камень, опущенный в стакан, продолжит сверкать, а фальшивый - нет.
Отличить природный алмаз от созданного в лабораторных условиях практически невозможно. Развито технологий позволяет синтезировать искусственные бриллианты весом до 15 карат. В такой ситуации покупателя должна смутить явно заниженная цена, которая может быть меньше реальной в десятки раз. Объективных причин для продажи бриллиантов за бесценок не существует.
Интересный способ выявления подделки придуман французским химиком Марго. Ученый предложил определять истинный алмаз, проведя по его поверхности алюминиевой палочкой, предварительно намочив камень водой. На фальшивых бриллиантах металл оставит четкую линию серебристого цвета, стереть которую очень сложно. А на природном алмазе никакого следа от алюминия видно не будет. Гарантию 100% подлинности алмаза способен дать лишь профессиональный оценщик. Общеизвестные советы и рекомендации помогут выявить лишь подделку низкого качества.
Обработка и использование
Самое широкое применение алмазы нашли в ювелирной отрасли. Но мало кто знает, что не каждый камень обладает ювелирным качеством. Для создания бриллианта подходят не более 15 % добываемых минералов, еще 45% самородков считаются условно пригодными для огранки. Оставшиеся 40% алмазов используются в качестве композиционных материалов и сверхтвердых элементов промышленного назначения. Самые распространенные формы огранки алмазов - бриллиантовая и роза. Первая применяется для обработки крупных самородков, вторая - для мелких алмазов.История
Впервые идея использовать алмазы родилась в Индии приблизительно в 3000 г. до нашей эры. Индусы верили, что камень объединяет все пять природных начал - землю, воду, воздух, небо и энергию. В те времена место минерала в иерархии было далеко не лидирующим. На территории современной России период "второстепенности" продлился вплоть до начала XVII века. В Европе украшения с алмазами стали популярны двумя столетиями раньше. Именно тогда уровень развития технологий позволил человеку подвергать этот минерал огранке. Мировая история бриллиантов (ограненных алмазов) насчитывает несколько десятков уникальных камней, ставших поистине знаковыми для их владельцев. У каждого из них - свое имя и судьба.
Один из самых известных обработанных самородков - "Кохинор". Название камня в переводе с индийского означает "гора света". Алмаз весом почти 800 карат был найден в 56 г. до нашей эры. Первыми хозяевами бриллианта были представители династии Великих Моголов. За свою долгую жизнь "Кохинор" побывал в руках нескольких персидских монархов, украшал браслет индийского царя, а после завоевания Индостана англичанами оказался на Туманном Альбионе, где был по-новому огранен. С 1911 г. "Кохинор" украшает малую Королевскую государственную корону Великобритании и считается самой известной драгоценностью страны.
Не менее царственная судьба и у другого легендарного алмаза, названного именем графа Орлова. Этот самородок также родом из Индии - его нашли в начале XVI в. После огранки в виде высокой розы вес камня составлял 300 карат. В течение последующих 30 лет он украшал трон шаха Надира, после чего был украден и переправлен в Европу. В 1773 г. на одном из рынков Амстердама потрясающей красоты бриллиант купил фаворит Екатерины II граф Григорий Орлов. Русская царица, которой предназначался "Дерианур", велела вставить камень в царский скипетр и дать ему новое имя. Сегодня золотой скипетр, увенчанный этим бриллиантом, хранится в Алмазном фонде России.
Еще один легендарный самородок, обладающий уникальным сапфирово-синим цветом, обрел славу рокового камня, приносящего несчастья своему владельцу.
Алмаз привезли из Индии во Францию в подарок королю Людовику XIV. Считается, что вместе с ним в Европу пришла эпидемия чумы. В разное время и по разным причинам все те, кто был хозяином камня, погибли. Французскую принцессу де Ламбаль убили во время революции, королеву Марию-Антуанетту казнили. Такая же участь была уготована членам семьи банкира Хоупа, последнего владельца бриллианта. Сын Хоупа был отравлен, а внук - полностью разорен. Названный именем богатого финансиста, этот камень - самый дорогой в мире. Эксперты оценивают его в 200 млн. долларов. При массе в 45,5 карата стоимость одной единицы веса обойдется потенциальному покупателю почти в 5 млн. долларов.
Камень в литературе и искусстве
Погоня за бриллиантами легла в основу сюжета множества художественных произведений. Достаточно вспомнить козни коварного кардинала Ришелье вокруг подвесок королевы в "Трех мушкетерах" Дюма или злоключения Кисы Воробьянинова в "Двенадцати стульях" Ильфа и Петрова.
Не меньшей популярностью пользуется этот камень и у кинорежиссеров. Все знают, что интерьер корабля в фильме "Титаник" практически полностью соответствует оригиналу. Но не многие зрители осведомлены, что в истории существует реальный прототип бриллианта из ожерелья главной героини.
Камень "Сердце океана" был выставлен на аукцион "Кристи" в1995 г. Цена эксклюзивного лота составила 7 млн. 791 тыс. долларов. Алмаз действительно обладает редкой синей окраской и огранен в виде сердца. Единственное отличие кинодрагоценности от её прототипа - в размере. Настоящее "Сердце Океана" весит чуть менее 14 карат, а бриллиант, украшавший шею главной героини фильма, на вид имеет массу, большую раз в 30.
Кинематографу также обязана своим появлением крылатая фраза о лучших друзьях девушек. Ведь изначально это строчка из песни, которую исполнила Мэрилин Монро в фильме "Джентльмены предпочитают блондинок". Камень, сверкающий на теле героини Монро, был подарен актрисе владельцем крупной ювелирной компании Мейером Розенбаумом. Целью презента было желание помочь девушке с продвижением картины на экран. В 1990 г. бриллиант был продан на одном из аукционов за 297 тыс. долларов.
Основные характеристики бриллиантов
В основу определения стоимости бриллианта легла система 4"C". Эта система значительно упростила задачу, создав строгие рамки для каждой составляющей: carat - вес камня, cut - качество огранки, color - цвет, clarity - чистота.Цвет бриллиантов
Несмотря на то, что бриллианты, в основном, имеют бесцветную окраску, некоторым из них присущи оттенки бледно-желтого, желтого или коричневого цветов различной интенсивности. Об абсолютно прозрачных бриллиантах говорят, что они "чистой воды". Камни, не обладающие каким-либо цветовым оттенком, за исключением голубоватого, ценятся наиболее высоко. 
Выше приведена таблица цвета и чистоты бриллианта. Разработана в институте GIA.
Чистота бриллиантов
Алмазы, как и большинство других минералов, имеют в своей структуре природные включения и дефекты. Чем их меньше, тем ценнее бриллиант. Абсолютно прозрачных бриллиантов в природе практически не встречается, можно говорить только о чистоте бриллианта при десятикратном увеличении. 
Распределение света в бриллианте в зависимости от пропорций, глубины его огранки.
Зачастую происходит так, что в погоне за весом, что немало важно, алмаз гранят без соблюдения строгих геометрических пропорций. В итоге получив больший по массе камень, получаем бриллиант с недостаточно красивой игрой света. Покупатель может и не придать этому внимания, соблазняясь на вес. Но выиграет от этого только продавец. Поэтому лучше стараться купить камень с максимально правильной геометрической пропорцией. Тем более, если речь идёт о бриллиантах весом более одного карата.
Формы огранки бриллианта
Существует целый ряд различных форм огранки бриллиантов. Наиболее распространенной является классическая форма - круглая с 57-ю гранями. Именно такой камень способен в наибольшей степени отражать практически весь попадающий на него свет, демонстрируя великолепную игру, свечение и мерцание.Все остальные формы огранки бриллиантов называют «фантазийными». В число наиболее популярных из них входят «маркиз», «принцесса», «овал», «груша», «изумруд», «сердце» и «багет».
Масса бриллианта
Масса бриллиантов измеряется с точностью до 0,01 карата. Камни весом менее этого предела считают крошкой. Массу бриллиантов измеряют на специальных каратных весах, а приблизительно ее можно определить по диаметру камня. 
