Где применяют алмаз. Физические свойства алмаза

Алмаз представляет собой твердый минерал, имеющий природное происхождение. Кубическая модификация углерода, отличается стойкостью к высокому давлению. Название минерала означает «твердый». Существует множество интересных фактов и старинных легенд об этом драгоценном камне. Из нашего обзора вы узнаете о таких вещах, как происхождение алмазов, об удивительных свойствах минерала и особенностях применения.

История алмаза

Устаревшее название алмаза – адамант, которое происходит от греческого слова adamas. Оно переводится, как непобедимый.

Интересна и история алмаза. Первые упоминания об этом камне приходится на третье тысячелетие до нашей эры. Но ювелирные изделия с алмазами стали применять всего лишь 500 лет назад. Именно тогда мастера стали осваивать методику огранки, позволяющую получать бриллианты.

Камни алмазы особенно ценились императрицей Екатериной II. Она считала его наиболее прекрасным из всех минералов. К историческим фактам стоит отнести и приобретение Павлом I бриллианта красного цвета, стоимость которого была 100 тыс. рублей. В те времена за 5 рублей можно было купить корову.

Минерал долгое время оставался без внимания, так как не ограненный алмаз выглядит как кристаллический хрусталь, неопределенной конфигурации. Алмаз в природе может быть бесцветным или прозрачным.

Камень представляет собой самый твердый минерал, и тверже алмаза в этой сфере нет. Твердость материала зависит от состава кристаллической решетки.

Месторождения

Рассмотрим интересные факты про алмазы . Огромные залежи драгоценного камня находятся на территории Южной Африки, в Кимберли. Эти месторождения алмазов были обнаружены в 1866 году, на побережье Оранжевой реки.

Многие известные бриллианты, такие как Кох-и-Нор были найдены в Южной Индии. До 18- го столетия именно эта страна считалась основным местом добычи алмазов в мире. А затем крупнейшие месторождения алмазов были найдены в Бразилии. И в наши дни в этой стране находят небольшие минералы превосходного качества.

Кох и Нор

В 19-ом столетии основным источником месторождения алмазов в мире стала Южная Африка. Камни для промышленного назначения в основном добывались на территории Конго. Интересные варианты необработанных алмазов фантазийных расцветок поставляет Австралия. Драгоценные камни добывают и в США. Это территории таких штатов, как Колорадо и Арканзас.

Аллювиальные разновидности алмаза получают в Канаде, в провинции Квебек, на острове Святой Елены и в северо-западных территориях. Есть месторождения и в России, Сербии и Венесуэле.

Как образуются алмазы

Интересен и химический состав драгоценного камня, представляющий собой чистый углерод, такой же, как и графит. Известная твердость алмаза обусловлена особой кристаллической структурой, которая формируется в результате сильного давления и высокой температуры в верхних слоях земной поверхности.

Заслуживает внимания и образование алмазов, которое происходит на глубине 80-150 км. Так как камень состоит из углерода, то в кислороде он сгорает.

На месторождениях алмазов, камни находят в виде кристаллов в плоской форме и часто с искривленными гранями.

Обработку алмазов европейцы стали применять с 14-го столетия. Выполнялась обработка со срезом и методика роза для маленьких элементов. Обработанный алмаз до бриллианта появился только в 17-ом столетии. Со временем данная технология совершенствовалась.

В настоящее время разные виды огранки алмазов получают при помощи лазерной технологии. Это первый драгоценный камень, вес которого стали определять в каратах. В 1907 году была установлена точная мера, равная 0,2 гр. Данные минералы характеризуются идеальной кристаллической конфигурацией и симметрией.

Существуют разные теории по поводу того, как образуются алмазы. Магматическая теория утверждает, что атомы углерода под воздействием высоких температур меняют свою структуру. При извержении вулканов драгоценные камни вместе с магмой выходят на поверхность.

Существует и теория о метеоритном происхождении камней. Согласно ей кристаллы сформировались на падающих метеоритах.

Месторождения минералов, имеющих внеземное происхождение, находили в Гранд-Каньоне в США, куда 30 тыс. лет назад упал огромный метеорит. Месторождение, возникшее в результате падения метеорита, есть и в Сахе в Якутии, как добывают алмазы в этой местности можно узнать более подробно.

Как выглядят алмазы

Природный алмаз без обработки может показаться слишком округлым. Но ограненный алмаз отличается дисперсией и блеском. Бриллиантовая огранка способствует тому, что грани минерала отражает большое количество падающего света.

Стоит отметить и другие типы огранки. Это панделок, кушон, круглая и фантазийная обработка. Мелкие камни применяются для декорирования вставок. В процессе обработки может потеряться большая часть от массы камня. Обработка материала выполняется с применением разных методик. Шлифовка позволяет убрать разные изъяны. Полировка помогает создать зеркальную поверхность. Огранка производится с помощью специального диска из чугуна.

Стоимость бриллиантов зависит от таких параметров, как окраска и прозрачность.

Свойства алмаза

Известны и уникальные свойства алмаза, выгодно выделяющие его на фоне других минералов:

Высокая плотность алмаза позволяет его применять в промышленных отраслях.
Камень является самым твердым из всех минералов на планете.
Повышенная прочность алмаза способствует продолжительной и затратной обработке.
При проникновении в кристалл заряженных частиц образуются электрические импульсы.
Высокое сверхпреломление способствует яркому блеску и разноцветной игре ограненной поверхности.

К важным характеристикам алмаза стоит отнести и устойчивость к серной, азотной и плавиковой кислоте. Но горение алмаза возможно при воздействии щелочных расплавов. Расплавления можно добиться при температуре свыше 700 градусов, а при 1000 минерал полностью сгорает.

Кристаллическая решетка камня представляет собой куб, в каждой вершине которого размещается атом. Дополнительные атомы есть и внутри куба. Подобная формула алмаза способствует плотному соединению атомов.

Минерал может иметь разный цвет или быть бесцветным. Камень может быть окрашенным во всевозможные оттенки коричневого, красного, зеленого, желтого и голубого. Окраска часто распределяется неравномерно.

Относительная твердость минерала по шкале Мосса равняется 10. А абсолютная превышает показатель кварца в 1000 раз, а корунда в 150.

При этом минерал характеризуется хрупкостью и может легко расколоться.

Лечебные свойства

С давних времен считалось, что алмаз обладает лечебным эффектом и высоким энергетическим потенциалом.

Позитивное воздействие этого минерала помогает справиться с некоторыми недугами:

Устранение воспалительных процессов.
Лечение болезней кожи.
Профилактика заболеваний мочевого пузыря, желудка и бронхов.
Нормализация психического состояния и избавление от бессонницы, тревожности и раздражительности.
Стабилизация состояния при гипертонии.

Считается, что минерал создает вибрации, которые помогают в лечении гинекологических недугов.

Магические свойства

Алмаз пользуется популярностью и благодаря магическим свойствам. Камень усиливает ауру своего владельца и придает силы. И человек может впитать все блага, которые сулят алмазные изделия. Считается, что он помогает в личной жизни и приносит успех на работе.

Алмаз в старину представлял собой оберег, который защищал своего хозяина от разного магического влияния. У древних египтян считалось, что камень способен защитить своего обладателя от действия ядов.

Стоит отметить и магические свойства камня, в которые верят и в наши дни:

Для улучшения положения в любовной сфере украшения с драгоценностью носят на левой руке.
Для проведения разных обрядов применяются камни желтого цвета.
Идеальным оберегом считается белый алмаз.
Для удачи в бизнесе подходит комбинация бриллианта с золотом.

Кому подходит алмаз

Согласно зодиакальному гороскопу, знак Овна и Весов находятся под защитой именно этого драгоценного камня. Характер овна предполагает постоянную борьбу, и розовый минерал придаст данному знаку сил и энергии.

Весы испытывают постоянные сомнения при принятии решения, и камень синего цвета придаст решительности и приведет к победам.

Цвета алмаза

Классификация алмазов определяется и цветовой палитрой. Оттенок зависит от примесей, входящих в состав. Химические реакции, протекающие при формировании минерала, также влияют на цвет. Необыкновенной красотой отличается и прозрачный камень, не имеющий какого-либо оттенка.

Желтые камни получаются, когда атомы углерода меняются на азотные элементы. Особой ценностью обладают минералы темно – желтых тонов. Они превосходно смотрятся в обрамлении чистого золота.

Стоимость драгоценного камня зависит от насыщенности оттенка. Особенно ценятся материалы коричневого цвета. Их находят на большой глубине в месторождениях Австралии. Цветовая палитра варьируется от коньячного тона и до темного кофе.

Синий оттенок может проявиться при облагораживании. Подобный цвет может иметь и природное происхождение. В этом случае формула представляет собой атомы бора, которые появляются вместо углерода.

Голубые камни отличаются редкостью. Чаще всего найденные минералы выставляют на аукционах. Существуют и специальные технологии, позволяющие получить красивый оттенок из минералов желтого цвета.

Зеленые алмазы встречаются не так часто. Подобный оттенок получается под воздействием радиации природного характера. Минералы темно-зеленого оттенка особенно ценятся среди коллекционеров.

Красные камни также считаются редкими. Подобную разновидность алмаза добывают в шахтах Австралии. Природные камни с естественным красным оттенком встречаются в единичных случаях.

Розовый алмаз

Чаще находится розовый алмаз. Почему камень имеет такой оттенок, ученым объяснить не удалось. В кристаллической структуре не наблюдается посторонних атомов.

Искусственные алмазы

Искусственный алмаз имеет множество преимуществ по сравнению с настоящим минералом. Он практически ни в чем не уступает оригиналу. Синтезированные камни легче поддаются обработке и превосходят настоящие минералы по чистоте и твердости. Искусственные аналоги не имеют дефектов – вкраплений, мутностей и миниатюрных трещин. И, кроме того, они дешевле натуральных материалов.

Известные аналоги природных алмазов

Стоит отметить существующие экземпляры, которые применяются вместо бриллиантов:

Фианиты впервые были разработаны в России.
Муассаниты – заменитель камня, который сложно отличить от оригинала.
Алмазы Asha имеют поверхность, покрытую прослойкой углеродных атомов.

Близкий родственник алмаза – это минералы ВДВТ. Их получают искусственным путем.

Как отличить настоящий алмаз от подделки

Развитая химическая промышленность способствует распространению искусных подделок и всевозможных имитаций. Важно знать, как отличить алмаз природного происхождения от некачественных аналогов.

Существуют разные способы, подсказывающие, как отличить настоящий от поддельных камней:

Алмаз это минерал, обладающий свойством рассеивания светового потока. Если при направлении луча через поверхность он не поменяет направления – это является признаком подделки.
Разные виды алмазов светятся под влиянием лучей ультрафиолета.
Настоящий минерал не подвергается истиранию. Поэтому если на поверхности можно рассмотреть потертости и другие дефекты, камень является фальшивым.
Нужно попробовать провести по граням маркером, если линия не расплывается, камень настоящий.
Оригинал не запотевает, если на него подышать.
При помещении камня в кислоту с ним ничего не случится.
Грани настоящего бриллианта четкие и имеют острые очертания.
Если на поверхность имитации нанести каплю жира, он сначала разделится на мелкие частицы, а затем соберется. На настоящем алмазе капля останется без изменений.

Чтобы отличить настоящий минерал от искусственного, следует обратить внимание на число граней. У бриллианта их количество равняется 57, а у подделки граней будет намного меньше.

Что такое синтетические алмазы

Потоковое производство и использование алмазов синтетического типа начала американская компания «General Electric». Были разработаны технологии, позволяющие получать минералы желтых, коричневых, голубых и красных оттенков.

В мире алмазы синтетического происхождения стали активно применяться с 1993 года. Их используют не только в ювелирной сфере, но и в области медицины, техники и науки. Синтетические минералы бывают разных категорий. Например, обычной, повышенной и высокой прочности. Стоит выделить и монокристаллические изделия.

В год мировая добыча алмазов составляет примерно 27 тонн. ЗА это же время производится около 200 тонн синтетической продукции.

Синтетические минералы задействуются в производстве высокотехнологичной техники. Стоит выделить следующие области применения алмаза:

Актуальны оптические свойства минерала. Его используют в оптике, производстве синхротронов и микроэлектронике.
Синтетические элементы подходят для изготовления лазеров огромной мощности в оборонной промышленности и в области медицины.
Созданные кристаллы алмаза используют для компьютерных технологий. Данные элементы способны выдерживать более высокие температуры, чем чипы из кремния.
Алмазный порошок используют в металлургии, машиностроении и для оборонных предприятий.
Специальные пасты из кристаллов применяют при изготовлении деталей особой точности.
Синтезированные кристаллы задействуют при изготовлении режущих и шлифовальных инструментах.
Медицинские инструменты делаются с применением синтетической продукции. Скальпели из алмаза характеризуется особой прочностью и идеально ровным лезвием.
Хрусталики из алмаза отличаются высоким коэффициентом преломления и поэтому их применяют в медицине.

Технология производства искусственных минералов основана на синтезе кристаллов из углерода при повышенном давлении. Выращивание кристаллов отличается кропотливостью процесса.

Искусственные алмазы реагируют на магниты. Чтобы отличить синтетические элементы от оригиналов применяются всевозможные методики. С помощью спектроскопического анализа можно выявить линии металлов в кристаллах, полученных методом выращивания. Флуоресцентный анализ помогает определить синтезированные кристаллы.

Для имитации бриллиантов применяются такие материалы, как сапфир, циркон, горный хрусталь и стекло.

Уход за алмазными изделиями

Как и другие драгоценные камни изделия из алмазов требуют специального ухода. Украшения необходимо чистить регулярно. Если этого не делать, может появиться белесый налет. И чтобы его убрать понадобится обратиться в мастерскую для шлифовки изделия.

Уход за алмазными изделиями заключается в проведении простых процедур:

Во время очистки изделия необходимо надевать перчатки, так как камень отличается чувствительностью к жиру, покрывающему кожный покров.
Для процедуры очищения можно использовать мягкую ткань без ворса. Чтобы убрать грязь с помощью влажной чистки, нужно применять мягкий бархатный материал.
Оптимальное средство для чистки – мыльный раствор низкощелочного типа. В жидкости можно подержать изделие в течение нескольких минут, а затем протереть его насухо.
Нельзя проводить процедуру с применением высоких температур. Раствор должен быть прогрет не более, чем на 40 градусов.
Для высушивания не рекомендуется использовать фен.
Нельзя камни на долгое время оставлять под прямыми солнечными лучами.

Для процедуры очистки можно применить водку или медицинский спирт, который предварительно нужно соединить с водой. После обработки минерал натирается бархатной тканью. Для очищения украшений нельзя использовать некоторые виды средств, которые причинят вред не только камню, но и оправе. Не рекомендуется применять соду, которая может повлиять на внешний вид изделия. Оно потеряет свой блеск и станет тусклым или матовым. Перекись водорода, марганец и уксус способствуют окислению золотого обрамления и тусклости бриллианта.

Под воздействием йода золото может изменить цвет. Хлорка также сильно влияет на оттенок золота и обесцвечивает его. Нельзя применять для водных процедур чистящие бытовые средства, в которых содержится большой процент абразивных и щелочных материалов. Абразивные компоненты могут поцарапать поверхность золота или привести к тусклости камня. Украшения можно очищать и с помощью зубной щетки, но только с мягкой щетиной.

Грязь часто скапливается в застежках, замках и в местах крепления камня. Нельзя пытаться убрать загрязнения с помощью иглы. Это может спровоцировать появление царапин.

На чистоту бриллианта оказывает влияние качество обработки и цвет изделия. Это показатель зависит от наличия дефектов. Цена на минерал среднего качества составляет от 500 долларов за карат. Стоимость ювелирных изделий зависит от веса, цвета, чистоты и огранки. Используя полезные рекомендации по определению оригинала, можно подобрать качественный минерал. А простые советы по уходу позволят на долгое время сохранить привлекательный внешний вид, не прибегая к шлифовке поверхности.

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

Свойства материала

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

Необработанный алмаз

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

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

Использование алмазов

Применение алмазов востребовано в таких сферах:

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

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

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

Ювелирные украшения с ограненными алмазами - бриллиантами

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

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

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

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

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

Алмазное напыление на сверле

Преимущества использования алмазов в строительстве:

точность работы, филигранность;
скорость;
малый шум процесса.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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 пиле

Природный 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.

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

Природные и не только особенности минерала

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

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

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

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

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

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

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

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

Какие характеристики более востребованы

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

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

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

Классификация по качеству

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

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

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

Где востребованы борты

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

Алмаз применяется и в других сферах:

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

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

Индийская тайна: методика обработки самых твердых минералов

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

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

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

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

Сверление и резка: принцип работы и преимущества

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

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

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

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

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

Альтернативные области использования

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

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

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

Медицинская сфера использования

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

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

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

Мы рады в очередной раз приветствовать вас, дорогие наши читатели! Алмазы всегда отличались от других минералов. Причем не только тем, что из них получаются красивые и ограненные бриллианты, но и своим широчайшим и разнообразным применением в промышленности, стоматологии, лазерной медицине и других отраслях производства. Свойства алмаза позволяют сделать все это.

Мы рассмотрим их в этой краткой, информативной и, уверены, интересной статье. Следует отметить, что некоторые свойства этого камня можно применять и в домашних условиях, найдя тем самым выход из необычных и нестандартных жизненных ситуаций.

Давайте приступим к изучению такой интереснейшей темы. Желаем вам приятного прочтения, дорогие наши друзья!

Физические свойства алмаза

Давайте начнем с самых известных, а именно физических свойств, так как именно они позволили завоевать этому камню такую популярность. Рассмотрим следующие его «профессиональные» качества:

Твердость минерала

Практически каждый знает, что такой минерал, как алмаз, является самым твердым известным камнем в мире. Чем это обусловлено? Специфической кристаллической решеткой минерала. Связи между атомами углерода очень прочны.

Для оценки относительных значений по твердости минералов существует шкала Мооса, которая известна и принята во всем мире. Относительность (объясним как можно легче) бралась за основу следующая: царапание одного минерала относительно других эталонных. Например, алмазный кусок может «процарапать» все минералы, а его практически ничто. Вот и весь принцип, помогающий существенно упростить жизнь.

Алмазные осколки лидируют там с основательным преимуществом и имеют оценку 10. Для примера, самый ближайший к наитвердейшему минералу на Земле – это корунд. Он также оценивался по этой шкале и имеет оценку 9. То есть его значение меньше в 150 раз!

Только уже на основании этих чисел можно представить существенное преимущество самого твердого известного минерала. Один из ярких примеров – резка стекла с помощью стеклореза с алмазным наконечником. Стоит лишь провести не трясущейся рукой прямую линию, чуть надавить на другой конец стекла – и готово. С помощью других элементов и минералов этого сложно добиться.

Также следует отметить и применение твердости алмаза при копке и рытье шахт, подземельных углублений, новых веток метро и подводных каналов с помощью специальной установки, наконечники которой состоят из алмазов и позволяют прорезать даже самую сложную железно-гранитную породу.

Данный агрегат хоть и выходит дорого, но окупается по сравнению с выплатами рабочим, которые делали бы такой же объем. Тем более по временным характеристикам, установка существенно выигрывает. Если вы еще не представили, как она может выглядеть и работать, то можно почитать писателя Жюля Верна или посмотреть фильм «Экспедиция в преисподнюю» 2005 года.

Плотность, коэффициент преломления и дисперсионная характеристика камня

Уникальное построение кристаллической решетки объясняет и его большую плотность, которая также находит применение в различных областях. Твердость и плотность тесно связаны друг с другом. Чем выше один параметр, тем, как правило, выше и второй.
Коэффициент преломления и дисперсия наиболее ярко проявляются в бриллиантах – ограненных алмазах. Именно в них можно увидеть удивительную магию и игру света, непередаваемый блеск, которые вызовут восхищение у ценителей.

Алмаз настолько уникален, что лучи света, проходящие сквозь него, проходят согласно оптическим законам практически идеально, а высокий коэффициент преломления обеспечивает «внутреннюю яркость» и еще большую световую игру камня. Для большей наглядности и понимания, представленная ниже картинка гораздо лучше разъяснит вам то, что описано словами:

Характеристика, естественно, тоже нашла свое применение в самом известном для алмазов деле – ювелирном искусстве, где собираются самые потрясающие и лучшие бриллиантовые и алмазные образцы, добытые из недр нашей планеты Земля.

Уникальная характеристика камня – теплопроводность

Теплопроводность алмаза является самой большой среди известных твердых тел и составляет порядка 0,9-2,3 кВт/(м*K). Вследствие этого алмаз является отличным полупроводником, так как наиболее известные кремниевые полупроводниковые элементы в основном работают до температуры около 100 градусов по Цельсию.

Полупроводниковая техника на алмазных элементах позволяет работать при гораздо более высоких температурах, но, учитывая высокую стоимость, чаще всего это неоправданная роскошь. Есть и целесообразная им замена – синтетические алмазные полупроводниковые элементы, обладающие такой же высокой теплопроводностью, что и естественные камни, но стоящие гораздо меньше.

Остальные значимые свойства

Кроме вышеперечисленных свойств у алмаза еще очень много других, не менее значимых и полезных критериев. Одним из этих свойств является то, что алмаз – диэлектрик. Этот минерал не проводит электричество.

Данное свойство важно особенно в электронике, полупроводниковой, медицинской и лазерной технике. Эта особенность позволяет одновременно не проводить электричество (тем самым не вызывать короткое замыкание и пробой в системе) и передавать большой поток мощной энергии (к примеру, лазерные установки) не теряя ни своих качеств, ни своих характеристик, ни вес. Еще одна уникальная особенность алмаза.

Обязательно стоит отметить и немаловажное качество для промышленности – низкий показатель коэффициента трения по металлу при наличии воздуха.

Это происходит за счет образования тонкой пленки при воздействии нагрева. Эта пленка исполняет роль особого смазывающего две поверхности материала. Может вы замечали специальные алмазные диски, предназначенные для инструмента, который может разрезать бетонные плиты и основания, толстостенный металл и при этом долго служить в магазинах строительной тематики? Вот, пожалуйста, вам наглядное применение данного свойства, существенно упрощающего жизнь.

Высокая температура плавления (порядка 3700-4000 градусов по Цельсию при окружающем давлении в 11 ГПаскалей). В обычных условиях алмаз начинает гореть только где-то при 820-860 градусах по Цельсию.

Такое своеобразное и потрясающее свойство также находит свое применение, например, в тех запасных частях или элементах техники, которые подвержены постоянному воздействию таких температур и где их применение оправдано по сравнению с ценой и сроком окупаемости.

Если объединить все вышеперечисленные свойства алмазов, то можно сделать вывод, касающийся физических свойств алмаза – значение камня огромно, как в сфере ювелирного дела, так и в разнообразных сферах промышленности, электроники, оптики.

Магические свойства алмаза

Еще с самых древних времен считалось, что такой уникальный камень просто должен обладать сверхъестественными способностями. Достаточно вспомнить магические черепа из хрусталя и алмазов древнего и внезапно исчезнувшего народа майя, эпоху фараонов, где все цари и царицы просто были «облеплены» алмазами и дорогими украшениями из них же.

Алмаз всегда считался камнем сильных людей. Этот камень по многим поверьям придает силу, мужество, доблесть и отвагу. Не зря его называют «камней царей». Считается также, что это сильный оберег, позволяющий владельцу избежать негативных воздействий со стороны третьих лиц.

Следует отметить, что в древности магические свойства бриллианта могли обезвредить любой напиток от яда. Достаточно было лишь опустить туда камень и подождать несколько минут. (Не советуем это проверять).

Также магические свойства бриллианта известны в любовной сфере амура. В том же Древнем Египте считалось, что если подержать камень на кончиках пальцев или взять алмазный порошок, то такой обряд обещает безграничную и ответную любовь до последнего дня.

Алмаз – это камень, напрямую отражающий биополе владельца человека. Если оно хорошее, то камень будет способствовать появлению и сохранению денег, удаче, любви, силе и других положительных проявлениях. Также камень будетзащищать от завистников и плохих действий, направленных против владельца.

В случае плохой кармы обычно все наоборот. Но может существовать и вероятность того, что алмаз «вытянет» плохую энергию и позволит «возродиться» человеку.

Для наилучшего эффекта, следует носить алмазный камень так, чтобы он касался кожи. Например, на шее как кулон или на левой руке как браслет.

Также, нужно учесть еще три пожелания:

как правило, алмаз дарят человеку, а не покупают для себя самостоятельно. Тем самым показывается признание и почет человеку, что принимается алмазом как должное;
чем больше человек с в контакте с камнем, тем лучше, так как он может повлиять не только на самого человека, но и на его работу, личную жизнь, внутрисемейную атмосферу.
обращайте перед покупкой особое внимание на цвет. Красный относится к страстной и резкой стихии огня, синий – водное спокойствие, белый – нейтральный.

В конце можно немного поговорить о влиянии камня и знаков зодиака. Так как камень сильный, то и владеть им могут только сильные и властные знаки, например знаки огненной стихии.

А вот люди, родившиеся под знаком рыбы, должны постараться держаться от него подальше, так как он может даже вызвать негативное воздействие. Также следует обращать внимание на тот же цветовой оттенок алмаза или бриллианта.

Лечебная магия алмаза

Большой энергетический потенциал камня способен зарядить положительной энергией клетки человеческого организма и помочь ему справиться с различного рода негативными заболеваниями.

Особое влияние алмаз оказывает на психическое и психологическое состояние мозга, а также на регулирование нормальных биоритмов и отлаженную работу сердечно-сосудистой системы.

Команда ЛюбиКамни