1. Фізичні властивості алмазу
2. Кристалічна решітка алмаза
3. Фазові рівноваги алмазу з металами
4. Подвійні системи вуглець-метал. Система C-Fe. Освіта алмазу

Алмаз (adamas, adamant, diamond). Стара назва алмазу - адамас. Грецьке слово "адамас" (αδαμας) означає "непереможний", "нездоланний". Спочатку старовинна назва алмазу "адамас» не означало дорогоцінний камінь; грецькі літописці використовували його, описуючи дуже міцні метали і сплави (зокрема, сталь), які здавалися непохитними в порівнянні з бронзою. В англійській мові використовуються слова, які походять від старої назви алмаза "адамас", це: adamant (1 - алмаз; 2 - непохитний), adamantine (дуже твердий), adamantly (категорично). Перша згадка терміна "адамас" як назви алмазу, з характерним описом каменю і його цінності, було знайдено у поета Марка Манилия (епоха імператора Августа).

© ІЦМ (www.modificator.ru)

Алмаз - типовий ковалентний кристал, що володіє рядом унікальних властивостей: найвищими серед відомих матеріалів твердістю, міцністю при стисканні, трещиностойкостью. Бездомішкові алмази є одними з кращих ізоляторів і прозорі практично для будь-яких довжин хвиль.

Алмаз відрізняється винятковою хімічної стійкістю і інертністю до агресивних середовищ.

Завдяки таким цінним властивостям алмаз все ширше застосовується в різних галузях промисловості і сучасної техніки як інструментальний і конструкційний матеріал.

Фізичні властивості алмазу

З усіх відомих дорогоцінних каменів алмаз є найпростішим за своїм хімічним складом, він складається з одного елемента - вуглецю. Дивно, що з одного і того ж елемента вийшло два настільки різних вещест: алмаз і графіт . Загальні фізичні властивості алмазу і графіту представлені в порівняльній таблиці.

Алмаз - винятковий технічний матеріал. При цьому для технічних цілей цінні все властивості алмаза: абразивні, термічні, електричні, оптичні і ін.

за десятибальною шкалою твердості Мооса алмаз є еталоном найвищої твердості і має значення 10.

Для докладного вивчення фізичних властивостей алмазу рекомендується вивчити спеціальну літературу [1,2].

© ІЦМ (www.modificator.ru)

У кристалі алмаза крім вуглецю завжди присутня деяка кількість домішок, що становлять не більше десятих часток відсотка, але іноді доходять до 5%. Основні хімічні елементи-домішки в алмазі - азот, кисень, водень, залізо, титан, марганець, кремній, алюміній, рідше зустрічаються і деякі інші. Азот є однією з характерних домішок, що роблять істотний вплив на ряд властивостей алмаза, зокрема на його люмінесценцію (світіння). Залізисті домішки надають алмазу оранжево-жовті відтінки.

Кристалічна решітка алмаза

Алмаз кристалізується в кубічної системі, що відповідає самій щільній упаковці атомів і містить всього 18 атомів вуглецю. У кристалічній решітці алмазу кожен атом пов'язаний з чотирма найближчими сусідніми атомами, розташованими в вершинах правильного тетраедра. Відстань між двома сусідніми атомами решітки 0,154 нм. Постійний розмір кристалічної решітки алмазу 0,356 нм.

© ІЦМ (www.modificator.ru)

Алмаз утворюється при високому тиску і температурі, як правило - в земних надрах, на великій глибині. Ці висновки геологів були використані дослідниками, які працюють над проблемою штучного отримання алмазів. Отримання штучних алмазів має довгу історію, детально зупинятися на цьому ми зараз не будемо. Акцентуємо увагу лише на способі, який першим запропонував Анрі Муассан (першовідкривач фтору, 1852-1907)). Розплавлений в дугового печі, перенасичений вуглецем чавун Анрі Муассан миттєво охолоджував водою. Кірка застиглого чавуну, стискаючись за рахунок охолодження, з жахливою силою здавлювала ще гаряче ядро, усередині якого створювалося високий тиск. Таким способом Анрі Муассан зумів отримати дрібні тверді кристали щільністю 3,5 г / см3, які сучасники довгий час вважали алмазами. Пізніше спосіб Анрі Муассана піддався критиці і сумніву. Проте ця теорія отримання алмазу не згасла, а навпаки надихнула багатьох вчених на подальші дослідження. В даний час продовжують розроблятися гіпотези процесів формування алмазу в чавуні. Пропонуємо вашій увазі статтю Давидова С.В. Кристалізація кулястого графіту в розплаві високоміцного чавуну ), А також статтю про "гексагональний алмаз" - лонсдейліт .

© ІЦМ (www.modificator.ru)

Фазові рівноваги алмазу з металами

Добавка деяких металів або сплавів дозволяє здійснити перехід Г → А ( графіт -алмаз) при більш низькому тиску і температурах, ніж в разі прямого переходу. [...] На відміну від прямого переходу в цьому випадку можливе утворення алмазу в умовах, близьких до рівноважних. Для кожного металу існує нижня межа температур, нижче якого метал не надає позитивного впливу на освіту алмазу. Верхня межа температур освіти алмазу в присутності будь-якого з металів близький до рівноважної температурі А↔Г.

Подвійні системи вуглець-метал. Система C-Fe. Освіта алмазу

Стабільна діаграма C-Fe при атмосферному тиску подібна до діаграмами C-Ni і C-Co, також утворює евтектики γ + Г ↔ Ж (T = 1426 K, молярна частка вуглецю 0,171), відрізняючись тільки в області сплавів, багатих на залізо, в зв'язку з поліморфізмом останнього, що несуттєво з точки зору рівноваг вуглецю. Крім стабільної, відома метастабільна діаграма цієї системи з утворенням цементиту Fe3C і евтектикой γ + Fe3C ↔ Ж при температурі 1420 K і молярної частки вуглецю 0,1728. [...]

При підвищенні тиску стабілізується цементит [...], вище 8 ГПа стабілізується карбід Fe7C3 [...]. На рис.12 показана залежність характерних точок діаграми C-Fe від тиску. Згідно з цими даними, освіту алмазу з розплаву можливо при тисках вище 6,4 ГПа і температурах вище 2120 K (тиск і температура більш високі, ніж в системі C-Ni). Однак експериментально алмаз був отриманий при тиску 5,3 ГПа і температурі 1600 K або 4,7 ГПа і 1580 K. У зв'язку з цим висловлено припущення, що цементит плавиться при більш низькій температурі [...]. Інше припущення полягає в тому, що алмаз може утворитися при плавленні метастабільною евтектики γ + Г.

Пояснення: А - алмаз, Г - графіт, К - карбід, Ж - рідина

Автор: Корнієнко А.Е. (ІЦМ)

література:

1. Довідник "Фізичні властивості алмазу" Під ред. Новікова Н.В. - Київ: Наукова думка, 1987. - 188 с. УДК 539.2: 549.211
2. Васильєв Л.А., Білих З.П. Алмази, їх властивості та застосування. М., Недра, 1983. 101 с. УДК 553.81: 549.211: 679.89
3. The natural history, ancient and modern, of precious stones and gems, and of the precious metals. By CWKing, MA, - London: Bell and Daldy, 1865.