Разработка методики выращивания алмазов и их свойства

Алмаз — это уникальный камень, который образовался в земной коре несколько миллионов лет тому назад. Его твердость оценена в максимальные 10 баллов из 10 по шкале твердости минералов Мооса. Самый высокий среди остальных камней показатель твердости алмаза обусловлен его структурой: каждый атом углерода находится по центру тетраэдра, вершины которого представлены четырьмя ближайшими атомами. Алмаз считается ценным сырьем для ювелирной промышленности, приборостроения и других сфер производства, но запасы этого минерала в природе достаточно ограничены. Это и стало причиной того, что человеку пришлось научиться синтезировать алмазы в лабораторных условиях, причем так, чтобы свойства искусственного камня были идентичными настоящему. Как делают алмазы?

Свойства выращенного камня

Во многих справочниках по минералогии можно встретить такое понятие, как «синтетический алмаз», которое обычно применяется по отношению к выращенным в лаборатории камням. Но такие камни некорректно называть синтетическими, потому что они имеют такую же структуру, состав и свойства, как и натуральные алмазы. Это еще и означает, что в составе выращенных камней нет каких-либо синтетических веществ.

как добывают алмазы

Добыча алмазов в России

Основы технологии выращивания алмазов были разработаны случайно, в ходе эксперимента, посвященного изучению свойств алмаза. Случилось это в 1694 году, когда итальянские ученые Дж. Аверани и К. Тарджони попытались сплавить несколько мелких кристаллов алмаза и сделать из них один крупный камень, который напоминал настоящий алмаз. Однако было выяснено, что при воздействии очень высокой температуры алмаз попросту сгорает, что характерно для угля.

В 1772 году французский ученый А. Лавуазье выяснил, что в процессе сгорания алмаза образуется диоксид углерода, что дало все основания для того, чтобы считать алмаз похожим на уголь и графит. Официально подобное сходство было доказано в 1814 году, когда М. Фарадей и Г. Дэви полностью изучили физико-химические свойства алмазов. Именно это достижение в области науки и создало предпосылки для выращивания алмазов в специально созданных для этого условиях.

Все же создание технологии выращивания алмазов потребовало более чем 100 лет. Разработка методики выращивания алмазов состоит из таких этапов:

  1. 1823 год: ученый и основатель Харьковского университета В. Каразин предпринимает первые попытки создания алмазов, которые полностью копируют настоящие камни. Каразин совершил сухую перегонку древесины при воздействии высокой температуры. Но вместо алмазов ученый получил твердые камни неопределенных свойств.
  2. 1879 год: ученый из Шотландии Дж. Хэнней в ходе научного эксперимента установил, что при вступлении в реакцию щелочных металлов (лития, к примеру) с органическими соединениями (парафином, порошком костей) образуется графитовая стружка. Было также установлено, что при высоком давлении углерод кристаллизуется как алмаз. После проведения независимой экспертизы было установлено, что полученный камень имеет все те же свойства, что и натуральный алмаз. Но в кругу ученых камень не был признан таковым, поскольку большинство деятелей науки не верили, что алмаз можно получить без воздействия режима высокой температуры и давления. В 1943 эксперимент был повторен, что подтвердило схожесть выращенного камня с алмазом, но профессор К. Лондслей усомнилась в реалистичности результата научной работы, поэтому обвинила ученого Хэннея в… мистификации.
  3. 1893 год: профессор К. Хрущов сперва соединил серебро с большим количеством углерода, а после получил кристаллы, твердость которых превышала показатель твердости корундов. Позже такая попытка по созданию выращенных алмазов была повторена А. Муассаном, но вместо алмазов ученый синтезировал карбид кремния, который в честь создателя получил название «муассанит». Сегодня этот камень используется в качестве заменителя алмазов. Зачастую муассаниты можно встретить как вставки в изделия из золота.
  4. 1939 год: советский физик О. Лейпунский рассчитал линию равновесия алмаз — графит, а полученные результаты позволили создать основу технологии выращивания смеси графита и металла внутри аппарата высокого давления.

Как делали алмазы?

Разработанная советским физиком технология выращивания алмазов и позволила дать ответ на вопрос, как сделать алмаз? Так, в 1953 году в Швеции в лаборатории фирмы АСЕА был создан первый аналог алмаза. По этой же методике был выращен алмаз и в США (1954 год), а также в СССР (1960 год). В СССР научным руководителем группы, трудящейся над синтезом алмазов, был Л. Верещагин. Годом позже в Институте сверхтвердых материалов (Киев, УССР) была создана промышленная технология выращивания алмазов.

Позже ученные получили ответ на вопрос о том, как вырастить алмаз, который можно было бы использовать для создания цветных бриллиантовых кристаллов. Технология окрашивания алмазов была создана английским ученым, сэром У. Круксом, который использовал ядерное облучение, позволявшее получать цветные камни.

Сегодня массовым изготовлением синтетических алмазов занимаются такие страны, как США, Россия, Великобритания и Германия. Сделанные в лаборатории камни применяются в ювелирной промышленности, приборостроении и науке.

Рекомендуем другие статьи