- Мінерал магматичного походження
- Порівняння твердості за шкалою Мооса
- Використання в промисловості
- Кристали для надточної різання
- Штучні кристали надвисокої твердості
Про твердість алмаза ходять легенди. Тут з ним не може зрівнятися жоден з природних речовин на Землі. Всупереч широко поширеній думці, основна частина алмазів використовується в промисловому, а не ювелірному виробництві. Завдяки своїй кристалічній решітці і міцності, камінь затребуваний в гірничодобувній і важкої промисловості. Його використовують при виготовленні інструментів, здатних вгризатися в корінну породу Землі і різати інші тверді речовини.
Мінерал магматичного походження
Алмаз - найтвердіший з усіх мінералів природного походження. Його кристали представлені атомами вуглецю, з якого також складаються не мають високої міцності графіт і кам'яне вугілля.
Згідно з найбільш поширеною гіпотезою, в стародавні часи на нашій молодій планеті відбувалися тектонічні процеси, в ході яких розігріті до максимальних температур породи під високим тиском викидалися за межі мантії. Утворювалися так звані кімберлітові трубки діаметром до одного кілометра, заповнені породою кимберлитом.
Найчастіше ця речовина не доходило до поверхні, застигаючи на глибині від декількох до сотень кілометрів. Під дією високих температур і тиску знаходиться в Кімберлі вуглець створював кристалічну решітку, перетворюючись в найтвердіша з усіх речовина світу.
Коли кімберлітові трубка доходила до поверхні Землі, вода і вітер руйнували її породу. Більш тверді кристали не руйнувалися і накопичувалися в природних розсипах, звідки їх добували в далекій давнині.
Порівняння твердості за шкалою Мооса
Твердість алмазу пояснюється тим, що атоми вуглецю під дією надвисоких температур і тиску займають місце в кубічної решітці, створюючи дуже міцну хімічний зв'язок. У природних умовах кристал може існувати необмежено довго, а в природі матеріалів твердіше його немає взагалі.
У 1811 році німецький мінералог Фрідріх Моос створив таблицю твердості мінералів, в якій розподілив відомі і легко одержувані речовини на десять груп по рівню опору оцарапиванію.
У цій таблиці алмаз зайняв найвищу десяту позицію, як речовина, здатне при зіткненні з іншими матеріалами наносити на них подряпини без шкоди для себе.
Випробовуваний камінь потрібно було подряпати еталоном з шкали Мооса. Якщо на ідеалі з'явилася подряпина, то його твердість нижче зразка, якщо немає, то навпаки.
Таблиця твердості природних мінералів по Моосу:
Визначення міцності природних каменів за шкалою Мооса використовується до сих пір, але поява штучних сплавів зробило її незручним.
У промисловості прийнято визначати твердість металів та їх сплавів по Роквеллу.
На початку XX століття далекі родичі Х'ю і Стенлі Роквелл запропонували використовувати для визначення твердості металів конусоподібний кристал алмазу. Його потрібно було протягом декількох секунд вдавлювати в випробовуваний сплав.
Виготовили спеціальний верстат New Dearture Manufacturing, за допомогою якого протягом короткого часу визначали міцність сталевих сплавів, що використовувалися при виробництві автомобілів компанією General Motors.
Верстат нагадує звичайну швейну машинку, тільки замість голки встановлений алмазний конус.
Тиск, який чиниться на випробовуваний матеріал, має бути постійним і витримуватися протягом 3-6 секунд. Для початкового випробування використовується навантаження в 10 hrc (кілограм сили), після чого вимірюється діаметр вм'ятини і зіставляється зі шкалою твердості по Роквеллу.
У разі повторного випробування навантаження збільшують до 100 або 150 кгс, після чого вимірюють глибину вм'ятини, визначаючи твердість сталевого сплаву по Роквеллу.
Залежно від глибини сліду шкала твердості по Роквеллу має 11 позицій, які охоплюють латинськими буквами A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.
Використання в промисловості
Алмази активно використовуються в гірничодобувній промисловості, де високо цінується міцність цього твердого матеріалу.
Виготовлені з алмазів наконечники дозволяють бурити отвори навіть в породах, які міцніше граніту і базальту. Алмазні різці використовувалися для буріння нафтових і газових вишок, а також для геологорозвідувальних шурфів, що дозволяють виявляти поклади інших корисних копалин.
Жоден камінь земної кори не може протистояти впливу алмаза, і руйнується в результаті тривалого тертя об його поверхню.
Ще одним дивовижну властивість цього каменю є те, що при зіткненні з металом на відкритому повітрі на його поверхні утворюється тонка плівка адсорбованого газу, значно знижує тертя. Це властивість застосовується в машинобудуванні.
Алмазна мастило знижує коефіцієнт тертя металевих частин одна об одну до показника 0,1, значно продовжуючи термін їх служби. При цьому сам камінь практично не руйнується.
Кристали для надточної різання
Найвища твердість кристалів дозволяє використовувати їх і в інших галузях техніки, включаючи надточне виробництво. Алмазні інструменти, включаючи ножі, свердла, різці і точильні диски застосовуються для виготовлення деталей малого розміру, нанесення позначок і гравіювань, а також в ювелірному виробництві.
Огранений діамант вважається найдорожчим каменем світу, які мають природне походження. Шахраї періодично роблять спроби продавати вироби з фальшивими кристалами, виготовленими зі скла.
Визначити підробку дуже легко, оскільки алмаз легко дряпає скло, яке легко руйнується під дією високого тиску.
Саме ця властивість використовується при виготовленні алмазних інструментів для різання скла.
Твердість алмазів широко затребувана в ядерній промисловості та мікроелектроніці, де з них виготовляють напівпровідникові прилади і надпровідники.
Штучні кристали надвисокої твердості
Можливість створювати надвисокі тиск і температуру дозволили вченим розробити технологію штучного вирощування алмазів.
Всі природні мінерали мають в структурі порожнечі, тріщини і включення інших хімічних елементів. Штучні кристали таких дефектів не мають, чому і мають більш високу твердість, а деякі з них по своїй міцності навіть перевершують алмази.
Більшої твердістю, ніж природні матеріали мають штучно створені в лабораторних умовах:
- субоксід бору (B6O);
- диборид ренію (ReB2);
- борид магнію-алюмінію (AlMgB14);
- бор-вуглець-кремній;
- карбід бору B4C (B12C3);
- нітрид вуглецю-бору;
- Наноструктуровані к'юбон;
- вюртцітний нітрид бору;
- лонсдейліт;
- фуллерит.
Якщо показник твердості у природного алмазу становить близько 11 ГПа, то у наведених вище речовин коефіцієнт коливається від 45 до 310 ГПа.
У перспективі такі кристали замінять в промисловості природні кристали, але через свою дорожнечу поки зробити це не здатні. Тому природні і штучні алмази залишаються найбільш затребуваним матеріалом, з якого виготовляються міцні і гострі інструменти.
Крім того, діаманти залишаються елітними і дуже дорогими прикрасами, підкреслюючи жіночність і красу їхніх власниць, а також аристократизм і багатство власників.
Поставте клас, якщо інформація виявилася для вас цікава і корисна.
Поділіться статтею з друзями в соціальних мережах.
А якими алмазними інструментами користуєтеся ви?
А якими алмазними інструментами користуєтеся ви?