2.1.1 Алмаз

Алмаз - бесцветное, прозрачное вещество, чрезвычайно сильно преломляющее лучи света. Он кристаллизуется в кубической гранецентрированной решетке. При этом одна половина атомов располагается в вершинах и центрах граней одного куба, а другая - в вершинах и центрах граней другого, смещенного относительно в первом в направлении его пространственной диагонали. Атомы углерода в алмазе находятся в состоянии sp^3 гибридизации, образуют трехмерную тетраэдрическую сетку, в которой они связаны друг с другом ковалентными связями. Расстояние между атомами в тетраэдрах равно 0,154 нм.

Из всех простых веществ алмаз имеет максимальное число атомов, приходящихся на единицу объема, атомы углерода "упакованы" в алмазе очень плотно. С этим, а также с большой прочностью связи в углеродных тетраэдрах связано тем, что по твердости алмаз превосходит все известные вещества. Поэтому его широко применяют в промышленности; почти 80 % добываемых алмазов используются для технических целей. Его используют для обработки различных твердых материалов и для бурения горных пород. Будучи весьма твердым, алмаз в то же время очень хрупок. Получающийся при измельчении алмаза порошок служит для шлифовки драгоценных камней и самим алмазов. Должным образом, отшлифованные прозрачные алмазы называются бриллиантами.

Ввиду большой ценности алмазов было предпринято много попыток получить их искусственными путями из графита. Однако долгое время эти попытки кончались неудачей. Только в 1955 г., применив очень высокое давление (порядка 1010 Па) и длительный нагрев при температуре около 3000 °С, американским и одновременно шведским ученым удалось получить синтетические алмазы. В Советском Союзе также был разработан метод получения синтетических алмазов, а в 1961 г. начато их промышленное производство. Кроме того, в 1969 г, в СССР синтезированы нитевидные кристаллы алмаза, причем их получают при обычном давлении. Нитевидные кристаллы, или "усы", имеют структуру практически лишенную дефектов, и обладают очень высокой прочностью. При прокаливании алмаза в кислороде, он сгорает, образуя диоксид углерода. Если сильно нагреть алмаз без доступа воздуха, то он превращается в графит.

2.1.1.1 Свойства алмазов

Физико-механические свойства.

Важное значение имеет очень низкий коэффициент трения алмаза по металлу на воздухе - всего 0,1, что связано с образованием на поверхности кристалла тонких пленок адсорбированного газа, играющих роль своеобразной смазки. Когда такие пленки не образуется коэффициент трения возрастает и достигает 0,5-0,55. Низкий коэффициент трения обусловливает исключительную износостойкость алмаза на истирание, которая превышает износостойкость корунда в 90 раз, а других абразивных материалов - в сотни и тысячи раз. В результате, например, при шлифовании изделий из твердых сплавов алмазного порошка расходуется в 600-3000 раз меньше,чем любого другого абразива.

Для алмаза также характерны самый высокий (по сравнению со всеми известными в природе материалами) модуль упругости и самый низкий коэффициент сжатия.

Термические свойства.

Температура плавления алмаза составляет 3700-4000 С.На воздухе алмаз сгорает при 850-1000 С, а в струе чистого кислорода горит слабо голубым пламенем при 720-800 С, полностью превращаясь в конечном счете в углекислый газ. При нагреве до 2000-3000 С без доступа воздуха алмаз переходит в графит.

Рассматриваемый минерал обладает исключительно высокой теплопроводностью,что обусловливает быстрый отвод тепла возникающего в процессе обработки деталей инструментом, изготовленным из него. Кроме того, для алмаза характерен низкий температурный коэффициент линейного расширения (ниже, чем у твердых сплавов и стали). Это свойство алмаза учитывается при вставке его в оправу из разных металлов и других материалов.

Оптические свойства.

Средний показатель преломления бесцветных кристаллов алмаза в желтом цвете равен примерно 2,417,а для различных цветов спектра он варьирует от 2,402 (для красного) до 2,465 (для фиолетового). Способность кристаллов разлагать белый цвет на отдельные составляющие называется дисперсией. Для алмаза дисперсия равна 0,063. Как показатели преломления, так и дисперсия алмаза намного превышают аналогичные свойства всех других природных прозрачных веществ, что и обусловливает в сочетании с твердостью непревзойденные качества алмазов как драгоценных камней. Высокое преломление в совокупности с чрезвычайно сильной дисперсией вызывает характерный блеск отполированного алмаза, названный алмазным.

Одним из важнейших свойств алмазов является люминесценция. Под действием видимого света и особенно катодных, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей алмазы начинают люминесцировать - светиться различными цветами. Рентгенолюминесценция широко применяется на практике для извлечения алмазов из природы.

Электрические и магнитные свойства.

Алмаз относится к изоляторам: его удельное электрическое сопротивление очень велико. Некоторые кристаллы, однако, имеют низкое удельное сопротивление и обладают свойствами полупроводников. Эти алмазы, как правило, голубого цвета. Очень высоко ценятся и исключительно редки. Алмаз относится к немагнитным минералам, но некоторые их разновидности имеют слабые парамагнитные свойства, которые в основном связаны с присутствием примеси азота. Иногда магнитные свойства придают алмазам и механические включения в них магнитных минералов- магнетита и ильменита. Это необходимо учитывать при извлечении алмазов из породы, так как при магнитной сепарации <магнитные> алмазы будут попадать в магнитную фракцию и могут быть пропущены.

Алмаз - минерал весьма устойчивый. Он не поддается воздействию самых сильных кислот и их смесей (соляной, серной, азотной, плавиковой, <царской водки>), даже доведенных до температуры кипения. Не реагирует он и со щелочами. В то же время алмаз легко окисляется и сгорает в смеси соды с расплавленной натриевой или калиевой селитрой. Расплавленные карбонаты щелочей при 1000-1200 С также окисляют алмаз. При нагревании до 800 С в присутствии железа или сплавов на его основе алмаз растворяется, поэтому алмазные резцы не применяются при обработке стали и чугуна.

Алмаз с чистой поверхностью гидрофобен, т.е. не смачивается водой. Из - за этого свойства он может проникать сквозь влажные слои гравийно-песчаных отложений и концентрироваться вместе с минералами значительно большей плотности гранатами, ильменитами. После называют минералами - спутниками алмаза: они помогают геологам отыскивать алмазные месторождения.

В то же время алмазы способны прилипать к некоторым видам жиров, на чем основаны некоторые способы извлечения алмазов из раздробленной алмазоносной породы.