для чего используются алмазы
Описание, свойства и использование алмазов
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.
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:
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:
Алмазное напыление на сверле
Преимущества использования алмазов в строительстве:
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:
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:
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.
Применение алмаза в промышленности, хозяйстве и жизни человека
Среди натуральных камней алмаз занимает наивысшее место. Его применяют на протяжении сотен лет в разных отраслях. И все из-за того, что он обладает уникальными свойствами, которых нет в других камнях.
Полезные свойства самоцвета
Алмаз – это самое твердое вещество в мире. Он представляет собой модификацию химического элемента под названием углерод. При высоких показателях температуры алмаз изменяется на графит, но если нет доступа кислорода. В обычной среде камень начинает плавиться уже при температуре 800°С. Без поступления кислорода этот процесс происходит при 2000°С.
Список характеристик:
Также следует отметить, что последний показатель может увеличиваться в 5 раз. Это происходит в том случае, если на поверхности самоцвета будет отсутствовать пленка из адсорбированного газа.
При поступлении кислорода и высокой температуре воздуха алмаз переходит в углекислый газ.
Применение алмаза в ювелирном деле
Для изготовления драгоценных изделий используют не все виды алмазов. Камень должен иметь как можно меньше микротрещин и не быть мутным. Также обращают внимание на присутствие оттенков. Качественный материал тот, у которого не наблюдается серый цвет.
Для придания камню невероятного блеска его изначально обрабатывают. Шлифуют поверхность с помощью такого же алмаза. Только подобным образом получают желаемый результат. Данная техника обработки материала была открыта в Индии одним ювелиром. С того времени ее используют во всем мире.
Что касается распилки, то ранее делали это с помощью стальной проволоки. Результат был хорошим, но для того чтобы разделить камень на части, требовалось много времени. Поэтому со временем распилку начали проводить бронзовой фрезой. В ее состав входит эмульсия и алмазная пыль.
Использование в производстве
В производстве используют алмазы не все. Качественный материал имеет высокую цену, поэтому применять в больших масштабах нерационально. В производстве чаще всего используют искусственные алмазы.
Несмотря на преимущества, алмаз – довольно хрупкий камень.
Их добывают несколькими способами:
Те камни, которые не прошли огранку, относят к техническим алмазам. Они также используются для изготовления инструментов.
Благодаря таким деталям, происходит качественная обточка металла. Также крошкой покрывают буры для сверления нефтяных скважин.
Применение самоцветов в промышленности
Широкое применение алмазы получили благодаря невероятной прочности. Детали, которые покрыты крошкой, имеют длительный период эксплуатации. К преимуществам относят также небольшой шум во время работы, высокую скорость выполнения заданий и невероятную точность распила. После себя камень не оставляет трещин, сколов и других деформаций на поверхности.
Для изготовления инструментов и комплектующих к ним
В нынешнее время используют алмазные инструменты для сверления бетона. При обработке такой поверхности не появляется пыль, и отсутствует вибрация.
Зачастую сверла с алмазной крошкой применяют для:
Также данный драгоценный материал нашел применение в космической сфере. Алмазом покрывают различные приборы, чтобы они приобрели высокую прочность и прослужили как можно дольше.
Телекоммуникации
Данный вид кристалла помогает проводить через один кабель несколько линий связи разной частоты. Он не поддается резким перепадам температуры и не реагирует на скачки напряжения. Камень также используют в фотоэлементах и деталях для оптических приборов.
Для того чтобы получить желаемый результат, достаточно использовать частицу камня, которая будет незаметна даже человеческому глазу.
Медицина
В данной области алмаз является незаменимой вещью. Хирургические скальпели обрабатываются подобным камнем. Благодаря ему, острые лезвия дают тонкие разрезы, что важно в медицине.
Последняя разработка ученых – медицинский лазер. Основная составляющая его – именно алмаз, который выступает в виде проводника.
Ядерная промышленность
В этой сфере алмаз используется для создания ядерных излучений. При заряжении частицы в камне образуется вспышка, от которой появляется импульс тока. Подобную реакцию не вызывает какой-либо другой самоцвет.
Химическая и физическая сфера
Так как алмаз, по сравнению с другими камнями и материалами, не поддается воздействию различных кислот, его используют как защитный элемент. Все детали, которые созданы на основе алмаза, не дают погрешностей и работают надлежащим образом многие годы.
Алмазы нередко применяют в электронике.
Алмаз применяется во многих отраслях, и все это благодаря высоким показателям самоцвета. При верном использовании даже малая частичка даст желаемый результат. Главное – соблюдать определенные правила обработки самоцвета и его применения в разных промышленных сферах.
Применение алмаза
Знали ли вы, что многие камни, даже самые ценные и драгоценные, часто применяются не только в ювелирной промышленности, но и в других областях? Например, алмаз, помимо вставки в украшения, может использоваться совсем в разных сферах. Такое применение тесно связано с одной из характеристик минерала — высокая твёрдость. В этом плане конкурентов у алмаза нет, он считается самым твёрдым самоцветом на планете Земля. Где же ещё можно встретить не только самый ценный камень, но и самый востребованный в промышленности?
Применение алмаза, основанное на его твердости
Благодаря высокой твёрдости алмаза, которая оценивается в 10 баллов по шкале Мооса, его можно использовать практически в любых областях.
Медицина
В медицине алмаз применяется для изготовления инструментов для внутриполостных исследований. Когда самоцвет проходит обработку, от него осыпается пыль, которая так и называется — алмазная. Её наносят на скальпели, которые используются в таком точном направлении как нейрохирургия. Алмазное напыление позволяет как можно точнее провести разрезы, и при этом инструмент сохраняет свою остроту.
Также минерал используется при изготовлении специального белья. За счёт воздействия мельчайшей крошки, он способствует насыщению клеток и сосудов кислородом, улучшает кровообращение, участвует в очищении крови и в общем положительно влияет на процесс кроветворения.
Также камень нашёл широкое применение в стоматологии.
Строительство
Не все алмазы, найденные в природе, годятся для огранки и изготовления бриллианта. Большинство самоцветом считаются техническими за счёт низкого качества. Такие минералы называют техническими. Но и они нашли широкое применение. Благодаря им стали доступны покрытия с алмазным напылением, например, на пилы, свёрла. Пожалуй, практически каждый слышал такие понятия, как «алмазная резка» или «алмазное бурение».
С помощью таких инструментов проводятся такие работы:
Алмазная резка способна справиться с резкой практически любого покрытия, в том числе и самого твёрдого и прочного.
Ядерная энергетика
Известно, что когда ион поступает в алмаз, то происходит вспышка света. Именно благодаря этому свойству, минерал используют в виде измерителя ядерного излучения. Кроме того, в ядерной энергетике минерал часто используют для изготовления различных высокоточных приборов.
Алмазные детали часто можно встретить в часах, микроэлектронике и даже компьютерах.
Химическая и физическая промышленность
Ещё одно преимущество камня — невосприимчивость к кислотам и другим веществам. В данном случае использование самоцвета позволяет провести сверхточные исследования и опыты. Сверхпрочный минерал выдерживает любые воздействия агрессивных разрушающих веществ.
Также это позволяет использовать алмаз в таких отраслях:
Ювелирное дело
Конечно же, самое главное и самое важное применение алмаза — ювелирная промышленность. Самые качественные агрегаты самоцвета проходят тщательную проверку по многим показателям, и только при наивысшей оценке попадают на стол специалистов для обработки, шлифовки и огранки. При оценке алмаза как ювелирного камня учитываются такие показатели как чистота, блеск, оттенок, наличие включений, размер.
Огранка — самый важный этап обработки самоцвета. Именно благодаря особой форме и определённому количеству граней раскрывается вся красота камня и его особый блеск и чистота. При малейшей ошибке мастера можно лишиться всего минерала и тогда он уже будет не пригоден для дальнейших работ.
С алмазом создают самые разные украшения:
На удивление, это не все отрасли, где используется алмаз. Он также встречается в оптике, телекоммуникациях, при добыче полезных ископаемых и прочее. Применение камня, основанное на его твёрдости, настолько широкое, что его можно встретить практически в любой отрасли. Это позволяет назвать алмаз не только ценным ювелирным самоцветом, но и особо ценным во всех сферах промышленности.
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:
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:
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?
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.