Легендарная твердость алмазов

Самый твердый камень на Земле

Про твердость алмаза ходят легенды. Здесь с ним не может сравниться ни одно из природных веществ на Земле. Вопреки широко распространенному мнению, основная часть алмазов используется в промышленном, а не ювелирном производстве. Благодаря своей кристаллической решетке и прочности, камень востребован в горнодобывающей и тяжелой промышленности. Его используют при изготовлении инструментов, способных вгрызаться в коренную породу Земли и резать другие твердые вещества.

Минерал магматического происхождения

Алмаз — самый твердый из всех минералов природного происхождения. Его кристаллы представлены атомами углерода, из которого также состоят не имеющие высокой прочности графит и каменный уголь.

Согласно наиболее распространенной гипотезе, в древние времена на нашей молодой планете происходили тектонические процессы, в ходе которых разогретые до максимальных температур породы под высоким давлением выбрасывались за пределы мантии. Образовывались так называемые кимберлитовые трубки диаметром до одного километра, заполненные породой кимберлитом.

Кимберлитовая трубка

Чаще всего это вещество не доходило до поверхности, застывая на глубине от нескольких до сотен километров. Под действием высоких температур и давления находящийся в кимберлите углерод создавал кристаллическую решетку, превращаясь в самое твердое из всех вещество мира.

Когда кимберлитовая трубка доходила до поверхности Земли, вода и ветер разрушали ее породу. Более твердые кристаллы не разрушались и накапливались в естественных россыпях, откуда их добывали в глубокой древности.

Сравнение твердости по шкале Мооса

Твердость алмаза объясняется тем, что атомы углерода под действием сверхвысоких температур и давления занимают место в кубической решетке, создавая очень прочную химическую связь. В природных условиях кристалл может существовать неограниченно долго, а в природе материалов тверже его нет вообще.

Фридрих Моос

В 1811 году немецкий минералог Фридрих Моос создал таблицу твердости минералов, в которой распределил известные и легко получаемые вещества на десять групп по уровню сопротивления оцарапыванию.

В этой таблице алмаз занял наивысшую десятую позицию, как вещество, способное при соприкосновении с другими материалами наносить на них царапины без ущерба для себя.

Испытываемый камень нужно было поцарапать эталоном из шкалы Мооса. Если на эталоне появилась царапина, то его твердость ниже образца, если нет, то наоборот.

Таблица твердости природных минералов по Моосу:

Таблица твердости природных минералов по Моосу

Определение прочности природных камней по шкале Мооса используется до сих пор, но появление искусственных сплавов сделало ее неудобным.

Определение твердости металлов по Роквеллу

В промышленности принято определять твердость металлов и их сплавов по Роквеллу.

В начале XX века дальние родственники Хью и Стенли Роквеллы предложили использовать для определения твердости металлов конусообразный кристалл алмаза. Его нужно было в течение нескольких секунд вдавливать в испытываемый сплав.

Изготовили специальный станок New Dearture Manufacturing, с помощью которого в течение короткого времени определяли прочность стальных сплавов, использовавшихся при производстве автомобилей компанией General Motors.

Проверка на прочность

Станок напоминает обычную швейную машинку, только вместо иглы установлен алмазный конус.

Давление, оказываемое на испытываемый материал, должно быть постоянным и выдерживаться в течение 3-6 секунд. Для первоначального испытания используется нагрузка в 10 hrc (килограмм силы), после чего измеряется диаметр вмятины и сопоставляется со шкалой твердости по Роквеллу.

При повторном испытании нагрузку увеличивают до 100 или 150 кгс, после чего измеряют глубину вмятины, определяя твердость стального сплава по Роквеллу.

В зависимости от глубины следа шкала твердости по Роквеллу имеет 11 позиций, обозначаемых латинскими буквами A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T.

Использование в промышленности

Алмазы активно используются в горнодобывающей промышленности, где высоко ценится прочность этого твердого материала.

Изготовленные из алмазов наконечники позволяют бурить отверстия даже в породах, которые прочнее гранита и базальта. Алмазные резцы использовались для бурения нефтяных и газовых вышек, а также для геологоразведочных шурфов, позволяющих обнаруживать залежи других полезных ископаемых.

Ни один камень земной коры не может противостоять воздействию алмаза, и разрушается в результате длительного трения о его поверхность.

Еще одним удивительным свойством этого камня является то, что при соприкосновении с металлом на открытом воздухе на его поверхности образуется тонкая пленка адсорбированного газа, значительно снижающего трение. Это свойство применяется в машиностроении.

Алмазные наконечники

Алмазная смазка снижает коэффициент трения металлических частей друг о друга до показателя 0,1, значительно продлевая срок их службы. При этом сам камень практически не разрушается.

Кристаллы для сверхточной резки

Высочайшая твердость кристаллов позволяет использовать их и в других отраслях техники, включая сверхточное производство. Алмазные инструменты, включая ножи, сверла, резцы и точильные диски применяются для изготовления деталей малого размера, нанесения отметок и гравировок, а также в ювелирном производстве.

Ограненный бриллиант считается самым драгоценным камнем мира, имеющим природное происхождение. Мошенники периодически предпринимают попытки продавать изделия с фальшивыми кристаллами, изготовленными из стекла.

Определить подделку очень легко, поскольку алмаз легко царапает стекло, которое легко разрушается под действием высокого давления.

Легко режет стекло

Именно это свойство используется при изготовлении алмазных инструментов для резки стекла.

Твердость алмазов широко востребована в ядерной промышленности и микроэлектронике, где из них изготавливают полупроводниковые приборы и сверхпроводники.

Искусственные кристаллы сверхвысокой твердости

Возможность создавать сверхвысокие давление и температуру позволили ученым разработать технологию искусственного выращивания алмазов.

Все природные минералы имеют в структуре пустоты, трещины и включения других химических элементов. Искусственные кристаллы таких дефектов не имеют, почему и обладают более высокой твердостью, а некоторые из них по своей прочности даже превосходят алмазы.

Искусственные прочнее натуральных

Большей твердостью, чем природные материалы обладают искусственно созданные в лабораторных условиях:

  • субоксид бора (B6O);
  • диборид рения (ReB2);
  • борид магния-алюминия (AlMgB14);
  • бор-углерод-кремний;
  • карбид бора B4C (B12C3);
  • нитрид углерода-бора;
  • наноструктурированный кубонит;
  • вюртцитный нитрид бора;
  • лонсдейлит;
  • фуллерит.

Если показатель твердости у природного алмаза составляет около 11 ГПа, то у приведенных выше веществ коэффициент колеблется от 45 до 310 ГПа.

В перспективе такие кристаллы заменят в промышленности природные кристаллы, но из-за своей дороговизны пока сделать это не способны. Поэтому природные и искусственные алмазы остаются самым востребованным материалом, из которого изготавливаются прочные и острые инструменты.

Элитные украшения

Кроме того, бриллианты остаются элитными и очень дорогими украшениями, подчеркивая женственность и красоту их владелиц, а также аристократизм и богатство владельцев.

Поставьте класс, если информация оказалась для вас интересна и полезна.

Поделитесь статьей с друзьями в социальных сетях.

А какими алмазными инструментами пользуетесь вы?

1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (4 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Пульс камня
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector