Застосування алмазу: як люди використовують дорогоцінний камінь

При слові «алмаз» більша частина з нас представляє високоміцний прозорий мінерал або ювелірні вироби з діамантами, блиск та гру світла яких не сплутаєш з жодним відомим каменем. Але невже цим і обмежується сфера застосування мінералу? Що роблять із алмазів ще?

Де використовується алмаз

Виявляється, сфера застосування мінералу величезна. Алмази обробляють, отримуючи не тільки камені різної форми та розміру, але й крихту та алмазний пил. Фактично немає галузі промислового виробництва, науки, у яких виключалося б застосування алмазу. Докладно розглянути всі аспекти використання мінералу неможливо, але скласти загальну картину і зрозуміти, для яких цілей застосовується алмаз, цілком реально.

Медицина

Основний цільовий напрямок – виробництво високоточного хірургічного обладнання з алмазним напиленням. Тонкі та гострі порожнинні надрізи дозволяють хірургам максимально ефективно проводити найскладніші операції у сфері серця та інших життєво важливих органів. Хірургічний інструмент має гарну зносостійкість і практично не тупиться.

Діамант є хорошим провідником, і ця властивість дозволяє застосувати мінерал у складі медичного лазера. Найтонше алмазне напилення дає можливість використовувати вказане обладнання у різних напрямках медицини.

Застосування алмазної дермабразії у косметології дозволяє провести шліфування обличчя. Алмазна коригування делікатно видаляє ороговілий шар шкіри, усуває пігментні плями, акне. Потім полірування доводить епідерміс до ідеального стану.Процедура настільки ніжна та делікатна, що дозволяє працювати зі шкірою навколо очей та губ.

Як людина використовується алмаз в інноваційних технологіях сучасної медицини? Розробки вчених із Санкт-Петербурга відкрили нову сторінку медичної алмазної діагностики. Синтетичні ультрадисперсні алмази (УДА) знаходять застосування у новітніх тест-системах для діагностики інфекційних захворювань. Маркери-антигени закріплюються на спеціальних наноносіях, до яких і належить УДА. Наприклад, на склі змішується УДА, сироватка крові хворого та антиген-збудник сифілісу, через 15 хвилин чітко видно наслідки реакції аглютинації. Чутливість методики сягає 95%, а специфічність – 100%.

Американські фахівці використовують синтетичні наноалмази у стоматології для захисту кореневих каналів після видалення нерва та пульпи. Швидкість одужання пацієнтів у разі істотно зростає.

З отриманням нових структур з урахуванням алмазів спостерігається розширення меж використання мінералу у медицині.

Промисловість

Застосування алмазів у промисловості досить багатогранне. І це велику роль зіграли їх особливі властивості: твердість, теплопровідність та інших.

Приладобудування та промислове обладнання

При створенні особливо складних деталей для будь-якого обладнання використовуються фрезерувальні, токарні та інші верстати. Ножі по металу, фрези, шліфувальне обладнання випускаються з алмазним напиленням. Тривалий термін служби та висока точність виконаної роботи – головна особливість насадок та блоків з алмазним напиленням.

Донедавна бурові коронки та долото виконувались лише із застосуванням алмазу.Нині вони витіснені іншими, дешевшими матеріалами чи синтетичними монокристалами.

Висока твердість алмазу обумовлює його використання в соплах верстатів гідроабразивного різання та фільєрах для виробництва полімерних волокон.

Верстат гідроабразивного різання

Алмазні ковадлі дозволяють досліджувати поведінку різних сполук при високих тисках (до 100 ГПа).

Алмаз застосовується в літакобудуванні, космічній промисловості для створення надміцних покриттів повітряних та космічних кораблів, здатних витримувати високі температури та навантаження.

Електроніка та оптика

Застосування алмазів у промисловості тісно пов'язане з такими напрямками, як оптика та електроніка. Це алмазні транзистори, детектори іонізуючих випромінювань на алмазі, матричні УФ-фотоприймачі, полікристалічні алмазні плівки. Складне вузькоспеціальне обладнання допомагає людині у різних напрямках життєдіяльності.

Будівельні та оздоблювальні роботи

Хто хоча б раз займався ремонтом чи будівництвом, знає, що просвердлити отвір у бетоні чи розрізати керамограніт звичайними інструментами проблематично. Це довга, монотонна праця, з великою витратою фізичних сил і не завжди хорошим результатом.

Алмазний абразивний диск

Але, як тільки в справу вступають так звані алмазні свердла та диски, робота виконується за лічені хвилини. Отвори виходять акуратні, потрібної глибини та розміру, а зріз – рівним, без сколів. І неважливо, де виконуються роботи: в рамках квартири або величезної будівлі, алмазне напилення в шліфувальних інструментах — гарантія високої якості виконаних робіт. Мінералу під силу робота з будь-якими матеріалами: бетон, граніт, мармур та ін.

Ювелірна справа

Всім відомо, що при ограновуванні можна зробити з алмазу діамант - неповторний по красі та грі світла камінь. Великі діаманти використовуються для прикраси тіар або діадеми царствених осіб.

У трійку алмазів-лідерів за розмірами входять:

• Куллінан (Південна Африка) - 3106, 75 карат;
• Sewelo (Ботсвана) - 1758 карат;
• Lesedi la Rona (Ботсвана) - 1109 карат.

Подальша доля цих подарунків природи досить стандартна: їх розколюють більш дрібні частини і виконують огранювання, отримуючи діаманти. Високе значення показника заломлення та дисперсії обумовлюють гру граней усіма кольорами веселки. Також слід знати, що поверхня діамантів не дряпається та зберігає характерний блиск.

Великі діаманти у вигляді окремого каменю або у складі прикраси – гарне фінансове вкладення та гордість будь-якого колекціонера:

• Золотий скарабей - золотисто-жовтого кольору, вагою 545 карат, належить королю Таїланду. Огранювання каменю тривало 2 роки.
• Рожева зірка — найдорожчий діамант, вагою 59,9 карат, продали невідомому покупцю на аукціоні за 71,2 млн доларів.
• Найчистіший російський діамант був отриманий з якутського алмазу та має вагу 51,38 карат.

Діамант застосовується для створення ексклюзивних ювелірних прикрас. Краса в кожній деталі, поєднання з іншими дорогоцінним камінням і нечувана вартість - особливості, властиві неповторному каменю.

• Кільце з блакитним (9 карат) та двома білими діамантами в білому золоті від Chopard вартістю 16,26 млн доларів.
• Кулон «Серце океану» з блакитним діамантом 15 карат — точна імітація кольє з фільму «Титанік». Щоправда, і вартість виробу також «титанічна» — 20 млн. доларів.
• Бікіні з діамантів загальною вагою 150 карат і вартістю 30 млн доларів.Ексклюзивний купальник призначений явно не для відпочинку на пляжі.

Хімічна та фізична галузі

Не менш важливим є значення алмазу і в цих сферах. Створення нових перспективних матеріалів, наприклад, ультрадисперсійного алмазу, дозволило використовувати його як вуглецевий носій при електролізі.

Діамант є хорошим напівпровідником, а висока світлочутливість дозволяє використовувати мінерал в оптичних приладах.

Вченими-хіміками розроблені технології, що дозволяють використовувати синтетичні алмази як гальванічні покриття на основі срібла, золота, хрому тощо. Наноалмази також застосовуються для створення полімерних композитів і твердих мастил.

Мінерали, поряд із синтетичними рубінами та сапфірами, використовуються у складі годинникового каміння в кварцовому годиннику для підвищення зносостійкості та довговічності.

Основні властивості алмазу

Алмаз - це тверда алотропна модифікація вуглецю, яка має:

• найвищу твердість за шкалою Моосу (10 із 10);
• високу теплопровідність - 900-2300 Вт/м К;
• низький коефіцієнт тертя - 0,1;
• високий модуль пружності та низький коефіцієнт стиснення;
• температуру плавлення 3700-4000 °С.

Наявність люмінесценції дозволяє мінералу світитись різними кольорами на сонці, що особливо помітно при ограновуванні в діамант.

Більшість природних алмазів безбарвні або мають жовте забарвлення, але зустрічаються мінерали рожевого, блакитного та коричневого забарвлення.

Синтетичні алмази

В останні роки особливої ​​значущості та поширеності набувають штучні (СVD або HPHT) алмази. Хоча термін «синтетичні» у разі не цілком коректний.Фізичні властивості алмазу, як і структура, відповідають натуральному аналогу, проте він вирощений штучно, хоч і не містить сторонніх синтетичних матеріалів. У промисловості до 97% (від загальної маси алмазів) припадає на штучні кристали.

Спроби створення кристалів було здійснено ще у XIX столітті, але лише 1953 р. було сконструйовано спеціальну установку та отримано перші кристали.

Чим ріжуть алмаз

Якщо для розрізання інших твердих матеріалів використовують інструменти з алмазним напиленням, то як і чим можна розрізати сам алмаз?

Алмази ріжуть з їхньою ж допомогою. Для цієї мети застосовується найтонша дискова пилка з алмазним напиленням. Процес протікає за меншою твердістю протягом декількох годин. Швидкість різання мінімальна.

З появою інноваційних технологій все ширше використовується лазерне різання.

Діамант, як і діамант на його основі, не тільки красивий, а й особливий за властивостями мінерал. Тому ювелірний напрямок — лише невелика функціональна складова його можливостей. Медицина, електроніка, приладобудування тощо. буд. активно розширюють межі застосування цього матеріалу.

Сучасні технології вирощування кристалів та створення штучних наноматеріалів дозволяють суттєво розсунути область використання міцного та оптично діяльного мінералу.