Алмаз

Визначення і загальна характеристика

АЛМА́З (турец. elmas, з араб., від грец. ἀδάμας — адамант) — найтвердіший мінерал, кри­сталічна форма чистого вуглецю з унікальними властивостями про­зорості, твердості, пружності, стійкості до агресивних середовищ. За фіз.-мех. властивостями А. — унікал. матеріал. Ковалент. звʼязок та питома вага атомів (3,51 г/см³) зумовлюють найви­значніші серед ві­домих матеріалів мех. властивості А. (модуль Юнга 1000 ГПа/м²). А. — типовий ді­електрик (питомий опір вище 10¹⁰ Ом/см), при насичен­ні атомами азоту (глибокий донор) або бору (акцептор) стає напів­провід­ником. Тепло­провід­ність А. при кімнат. т-рі у 2–5 разів вища, ніж міді та срібла. У найчистіших А. ювелір. якості вміст домішок парамагніт. азоту складає 10¹⁶–10¹⁷ атомів/см³. Домішки і структурні дефекти зумовлюють забарвле­н­ня кри­сталів А. Найкращі, якісні А. — без­барвні, про­зорі («чистої води»). Ві­домі також А. жовті, зелені, коричневі, червонуваті, чорні та ін. Роз­різняють А. природні та синтетичні.

А. природний кри­сталізується в різних регіонах світу в кімберліт. породах, що мають форму трубок, жил, шарів від сотень метрів до десятків кілометрів завдовжки, глибиною від десятків метрів до кількох кілометрів. Алмазоносні трубки магмат. походже­н­ня. Різновидами природ. А. є: баласи — кульової форми, радіально-промен. будови та не­про­зорі; карбонадо-не­про­зорі мікрокри­сталічні щільні алмазні агрегати. Бортом називають дрібнозернисті порошк. утворе­н­ня природ. А. Досконалі кри­стали А. мають прості морфол. форми (кубічна, октаедрична) та складні форми як комбінації простих (див. Рис.). Їх утворе­н­ня залежить від умов формува­н­ня: тиску, температури, складу середовища та часу кри­сталізації. Утворе­н­ня кімберліт. трубок від­носять до проявів вулканіч. діяльності в основному 300–400 млн рр. тому. Наймолодшим з них — 15–20 млн. рр. Прояви кімберліт. трубок знаходять у 20 ст. в багатьох рівнин. місцях, на які пере­творилися зони стародав. горо­утворе­н­ня. Це, зокрема, Якутія та регіон навколо Архангельська в Росії, Пд. Африка, Австралія, Приазовʼя в Україні. А. зна­йдено в метеорит. речовинах, зокрема в Сибіру (Росія) та Аризоні (США). Природні А., які добувають із корін­них та роз­сип. родовищ, мають роз­міри від 0,5 до 150 мм. Ві­домо не більш як 150 А., роз­міри яких пере­вищують 30 мм, кожен із них має власну назву — Кулінан, Зірка Африки, Шах, Орлов та ін. В Україні вперше А. зна­йдено в 60-х рр. 20 ст., але великих природних А. не виявлено, лише окремі кри­стали мають роз­мір 0,3–0,4 мм; є дрібнозернисті агрегати роз­міром до 0,25 мм (імпактні алмази). Пром. роз­робка А. в Україні не ведеться. Абсолютно про­зорі А. використовують в ювелірній справі для виготовле­н­ня діамантів.

А. синтетичні одержують шляхом кри­сталізації роз­чину вуглецю в роз­плавах металів та сплавів після екс­тремал. стискува­н­ня реакц. суміші в гермет. неметалевій чарунці та на­гріва­н­ня до високих т-р (див. Алмазна промисловість). Роз­плав із вуглецем утворюється при на­гріван­ні до 1450– 2000 К за рахунок пропуска­н­ня електроструму. Синтез А. шляхом пере­будови графіт. шарової структури вуглецю в щільну алмазну від­бувається за величез. тиску й температури. Синтет. та природні А. однакові за фіз. властивостями й кри­стало­графією. Перший синтез алмазу здійснено у Швеції (1952), а потім у США (1953). На основі лаборатор. від­кри­т­тя 1960 рос. вченими (Л. Верещагін та ін.) синтезу А. укр. вчені 1961 в Ін­ституті надтвердих матеріалів (Київ) під керівництвом В. Бакуля роз­робили ефективну пром. технологію. Згодом над цією про­блемою почали працювати також групи вчених з Ін­ституту про­блем матеріало­знавства ім. І. Францевича НАНУ, Ін­ституту фізики НАНУ, Ін­ституту фізики напів­провід­ників НАНУ, Донец. фіз.-тех. ін­ституту ім. О. Галкіна, Нац. наук. центру «Харків. фіз.-тех. ін­ститут» Харків. університету. Укр. ученим належить пріоритет у встановлен­ні особливих умов синтезу дрібних порошк. алмазів, одержан­ні щільних полікри­сталів та вирощуван­ні великих про­зорих досконалих монокри­сталів роз­міром 5–10 мм. Регулюючи домішки азоту та бору в процесі синтезу, укр. вчені вперше одержали кри­стали напів­провід­никових синтет. А. Такі природні кри­стали знаходять рідко. Викори­ста­н­ня А. — важл. складник НТП 20 ст. Заг. обсяг індустр. за­стосува­н­ня А. становив у серед. 90-х рр. бл. 120 т на рік. З цієї кількості 15–20 % — природні А. З великих алмаз. кри­сталів виготовляють коштовні прикраси — діаманти, дещо менші (1–2 мм) за­стосовують у високо­продуктив. буровому інструменті, для прецизійної обробки у машинобудуван­ні тощо.

Літ.: Лейпунский О. М. Об искус­ствен­ных алмазах // УХ. 1939. № 8; Семененко Н. П., Усенко И. С. Заключение по алмазоносности отдельных ра­йонов СССР: украинский кри­стал­лический мас­сив. К., 1954; Шафрановский И. И. Алмазы. Москва; Ленин­град, 1964; Орлов Ю. Л. Морфология алмаза. Москва, 1963; 1973; Палкина Е. Ю., Савченко Н. А. Первая находка рефейского алмаза на Украине // Зап. АН СССР. Сер. Б. 1976. № 5; Курдюмов А. В., Пилянкевич А. Н. Фазовые превращения в углероде и нитриде бора. К., 1979; Трофимов В. С. Геология местороджений природных алмазов. Москва, 1980; Федосеев Д. В. и др. Алмаз: Справоч. К., 1981; Васильев Л. А., Белых З. П. Алмазы, их свойства и применение. Москва, 1983; Драгоцен­ные камни. Москва, 1984; Бокий Г. Б. и др. Природные и синтетические алмазы. Москва, 1987; Синтетические сверхтвердые материалы. Т. 1. К., 1986; Новиков Н. В. и др. Физические свойства алмаза: Справоч. К., 1987; Вони ж. Синтез алмазов. К., 1987; Бартошинский З. В., Квасница В. Н. Кри­стал­ломорфология алмаза из кимберлитов. К., 1991; Квасница В. Н. и др. Природа алмаза. К., 1994; Ферсман А. Е. Кри­стал­ло­графия алмаза. Москва, 1995; Харькив А. Д. и др. История алмаза. Москва, 1997; J.-M. Leger, J. Haines. The search for superhard materials // Endeavour. 1997. № 21(3); D. M. Teter. Computational alchemy: the search for new superhard materials // MRS Bulletin. 1998. № 23(1); D. G. Clerc, H. M. Ledbetter. Mechanical hardness: a semiempirical theory based of screened electrostatics and elastic shear // J. of Physical and Chemistry of Solids. 1998. № 59; Щодо пер­спектив корін­ної алмазності України // Мінерал. ресурси України. 1998. № 1; Начальная Т. А. и др. Особен­ности строения и физико-механические свойства природных алмазов Украины // СМ. 2000. № 1.

М. В. Новиков

Завантажити статтю