Применение алмаза: для каких целей применяются бриллианты

С определенной стороны алмаз – это очень загадочный камень. Если мы говорим о бриллиантах, то сразу же вспоминается большое красивое кольцо с дорогим сверкающим на солнце камнем. Но немногие знают, что область применения алмазов очень широка и разнообразна. И все это благодаря тому, что кристаллы обладают огромнейшей твердостью. По шкале Мооса твердость бриллианта равна 10 – выше уже некуда. Для сравнения твердость обычного бетона составляет всего лишь 4…5 единиц. Для обычного человека удивительно, что технические алмазы имеют больший рынок сбыта, чем рынок бриллиантов ювелирного качества, однако мы сегодня с легкостью подтвердим эти слова.

Алмазный инструмент

Твердость кристаллов делает их просто идеальными для использования в режущих, полировочных и шлифовальных инструментах. Так алмаз применяется для обработки:

• искусственных и натуральных камней различной твердости. Алмазные диски для резки и полировки, фигурные ролики и пр.
• стекла – резка выполняется специальными алмазными резцами, которые доступны даже в быту.
• бетона. Отверстие от такого наконечника для бура получается очень аккуратный, а инструмент изнашивается медленно
• металлов (шлифование и другие виды обработки)

Также алмазный инструмент используется для нанесение рисунков на различные твердые поверхности.

Использование алмазов человеком в воздухе и космосе

Алмазы применяются даже для сверхзвуковых самолетов, космических кораблей и даже в боеголовках ракет. Как? Объяснение – в высокой теплопроводности материала, которая дает возможность максимально быстро отвести тепло от кока (передней части) самолета и от передней части крыльев. Но ведь там, наверху – холодно, не так ли? Все верно, холодно, даже минус, однако сверхзвуковые самолеты живут по своим законам и они вместо охлаждения активно нагреваются. А “остудить их пыл” как помогают покрытия, содержащие алмазную крошку.

Синтетический алмаз используется при создании высокоточной оптики телескопов в ведущих мировых обсерваториях.

Также алмазы используются для космических кораблей. Хорошим примером является станция Pioneer, запущенная в 1978 году с целью изучения Венеры. Только представьте: аппарат с алмазной поверхностью. Правда, алмаз синтетический и не для для украшения, а исключительно для отведения экстремальных температур, которые возникают в космосе. Кстати, именно благодаря такому инженерному решению корабль выдержал все испытания и успешно выполнил свою миссию.

Алмазы стойко переносят радиацию, поэтому их используют в приборах космического назначения (датчиках температуры, измерителях радиации, фотоаппаратах и т.д.)

Искусственный алмаз востребован даже в сфере телекоммуникаций. Кристаллы даже самого малого размера позволяют пропускание нескольких разночастотных сигналов через один кабель. При этом провод очень устойчив к перепадам температур и скачкам напряжения.

А что насчет графита?

Твердый, переливающийся на свету алмаз и непрозрачный крошащийся графит можно смело назвать родными братьями. Как же так получается? А это потому, что в составе и одного, и другого минерала лежит углерод. Так, почему же, имея общее происхождение, эти братья настолько различаются? Один – сверхтвердый материал, а второй – крошится от любого прикосновения.

Дело в том, что для материала важен не только состав, а и форма кристаллической решетки:

1. Связь между атомами алмаза невероятно прочная, что обусловлено их расположением относительно друг друга. Ячейки вещества – кубической формы, а частицы расположены в углах этих ячеек, на гранях и внутри. Такой тип называется тетраэдрическим. Подобная геометрия атомов обеспечивает их максимально плотное расположение, благодаря которому материал становится чрезмерно твердым и плохо поддается деформации.
2. У графита же иная структура. На атомном уровне он состоит из пластов, которые, в свою очередь, собираются из “атомных” шестиугольников, подобно сотам в улье. Связь между атомами внутри этих шестиугольников – очень крепкая, но в разных слоях (чешуйках) притяжение практически отсутствует, поэтому они как бы независимы друг от друга. След от карандаша (наиболее популярное применение графита) – это ни что иное, как легко отделяемые слои графита. Из-за особенностей своего строения графит имеет темную окраску и легко поглощает свет.

Кстати, алмаз метастабилен, то есть в обычных условиях он может неограниченно долго существовать в неизменном виде, если извне на него ничего не будет воздействовать.

А если поместить алмаз в специфические условия, к примеру, в вакуумную камеру, и подогреть, то при температуре 3600°С он превратится в графит.

Кстати, можно сделать искусственный алмаз из обычного грифеля карандаша. Нужно всего лишь температура 1800°С и давление в 120 тысяч атмосфер.

Где применяют графит?

• грифели карандашей;
• смазочные материалы (да-да, так называемая твердая смазка);
• в технике приборостроения – для изготовления оптических поглотителей света.;
• в ядерных установках как щит для замедления нейтронов;
• как сырье для получения синтетических алмазов;
• изготовление электродов нагревательных элементов.

Чем обрабатывают алмазы

Изготавливая бриллианты, алмазы режут теми же самыми алмазами. Другого варианта нет. Кстати, распиливать камни научились только в XVII веке. Первые пилы имели форму железной проволоки, поверхность которой была обработана алмазным порошком для повышения ее твердости. Ранее обработка крупных алмазов длилось невероятно долго.

Известный алмаз «Регент», весивший 410 карат, пилили и обрабатывали около двух лет

Сегодня в промышленности, конечно, никто не делает ничего вручную. Нынче обработкой твердых поверхностей занимаются специальные станки. На инструмент устанавливают быстро вращающиеся бронзовые режущие диски толщиной 0,05−0,07 мм. В процессе резки на диск подается специальный алмазный порошок-суспензия (паста), которая активно помогает дискам резать материал. Также широко используются электроэрозионные, ультразвуковые, лазерные и другие современные технологии.

Вероятно, у вас сложилось впечатление, что алмаз – это безупречный камень без каких-либо недостатков? Это не так. Минерал химически активен с железом и никелем. При воздействии высоких температур алмаз входит в реакцию с этими видами металлов, поэтому обрабатывать сталь этим камнем, особенно на высоких скоростях резания, просто не получится. Нагреваясь в процессе резания, железо начинает постепенно растворяет углерод и постепенно как бы «съедает» материал камня.

Однако любой недостаток человек легко превращает в достоинство. Благодаря этому свойству алмазов их начали обрабатывать с помощью раскаленных резцов, чтобы придавать камням соответствующую форму.

Если потереть один алмаз о другой, их грани начинают шлифоваться, и оба камня начинают блестеть. Эту особенность заметили еще в древней Индии.

Именно по этой причине доводка камня (окончательная полировка) производится именно при помощи чисто алмазных инструментов.

Алмазы в ювелирном деле

А вы знаете чем бриллианты отличаются от алмазов? Мы вам раскроем тайну: алмаз – это необработанный камень, а бриллиант – это уже окончательно ограненный кристалл, который используют в украшениях.

Несмотря на большое количество технологий и активное развитие прогресса, обработка алмазов для ювелирных изделий – до сих пор чрезвычайно трудоемкая задача.

Чтобы автоматизировать подобный сложный процесс, многие заводы-изготовители ювелирных украшений стараются привлечь максимум современной техники для огранки камней. Такой подход вполне оправдан для искусственных алмазов, которые изготавливают изначально с идеальными «внешними данными». Однако с алмазами природного происхождения этот трюк не проходит. Как вы знаете, в настоящих камнях всегда встречаются включения, трещины и другие дефекты, которые нужно или скрыть, или аккуратно обойти. Сделать это правильно и грамотно можно только вручную, и только имея “ювелирный” опыт.

Другие сферы использования алмазов

Как вы уже поняли, про алмазы можно говорит очень много. Вот, например, вы задумывались, зачем бриллианты в часах? Имеются в виду не те камни, которые гордо украшают циферблат и корпус снаружи, а те кристаллы, которые являются частью механизма.

Для каких целей в часовой механизм ставят алмазы

Любой образованный часовщик легко ответит, что камни в часах нужны для того, чтобы снизить коэффициент трения между деталями, что увеличивает износостойкость всего механизма. Еще в начале XVIII века стало понятно, что, снижая коэффициент трения между деталями часов, можно значительно повысить их долговечность. И если в качестве такого камня взять алмаз, часы от этого только выиграют.

Из алмазов делают компьютеры

Разобраться в специфике работы этих перспективных суперкомпьютеров очень сложно. При объяснении ученые, как всегда, начинают переходят к высшим материям, на которых обычный человеческий мозг уже не работает. Но суть сказанного понятна: сегодня и российские, и заграничные ученые планируют сверхмощные суперскоростные (еще и миниатюрные) компьютеры, которые будут работать именно на алмазах.

Помощь хирургам и больным

В медицине алмаз используется для изготовления инструментов для внутриполостных операций. Высокоточные скальпели хирургов покрывают тончайшей алмазной пылью, что позволяет максимально точно проводить разрезы, а сами инструменты долгое время не тупятся. Особенно эти инструменты необходим в особо точных нейрохирургических операциях.

Другими словами, изготовление синтетических алмазов сегодня востребовано, как никогда. Ведь все, что мы перечислили в статье – это далеко не полный перечень применения алмазов. Благодаря своим выдающимся свойствам алмазы становятся просто незаменимыми во многих отраслях.