ПРОБЛЕМА ПОЛУЧЕНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ АЛМАЗОВ
14/03/11 13:35
Проблема получения алмазов искусственным путем интересовала многих ученых и изобретателей в течение оолее 125 лет.
Первые попытки получения искусственных алмазов были оснс ваны на предположении, что если алмаз при нагревании без доступа воздуха до 2000е переходит в графит, то вс зможен и обратный переход графита в алмаз
Этот принцип опробовали ученые- русский — В. Н. Каразин 1823 г.) и французские — Каньяр де ля Тур и Ганналь (1828 г.). Они получили кристаллики какого-то вещества, но не алмазы.
Англичанин Хэнней (1880 г.) пытался получить алмазы путем нагрева смеси углеводорода, бобового масла и лития до темпера туры красного каления в герметически закрытых трубках из кованого железа. В процессе нагревания пять трубок из восьми взорвались. Хэнней получил таким путем мелкие зерна удельного веса 3,5 J содержанием 97,85% углерода, не это был карборунд.
В 1893 г. известный французский ученый Муассан получил крупинки размером 0,75 мм, которые имели оптические свойства алмаза, а при сгорании полностью переходили в углекислоту. Для получения этих крупинок Муассан брал чистое железо и углерод, полученный сухой перегонкой сахара, которые помещались в графитовый тигель электродуговой печи, где железо кипело при 2000°, растворяя в себе углерод. Затем кипящее железо выливалось в холодную воду или в расплавленный свинец. Затвердевая с поверхности, железо сжималось и оказывало большое давление на внутреннюю часть расплавленного железа, что вызывало кристаллизацию углерода в виде мелких крупинок, которые затем отделяли от железа путем растворения егс в кислотах.
В том же году русский профессор К, Д. Хрущев получил путем кристаллизации углерода из расплавленного серебра прозрачные и темные осколки, которые при сжигании также сгорали в углекислоту и д?же царапали наиболее твердый после алмаза минерал
КО{. I нд.
Многие ученые, воспроизводившие впоследствии опыты Муас-сана и Хрущева, получали в результате не алмазы, а карбщы или шпинели. Ни те, ни другие пои сжигании не сгорают, >но шпинели обладают одинаковой с алмазом преломляемостью света.
Эти опыты породили великое множество патентов, которые в разных вариантах по существу воспроизводили методы ЭДуас-сана и Хрущева по схеме: углерод -> расплавленная масса растворителя углерода -у высокая температура высокое давление. ■
Указанная схема вытекает из гипотезы образования алмазов в земной коре. Термодинамические расчеты показывают, что алмаз-Kas 'эчза углерода стабильна в пределах давления 42 000— 105 000 кг/cm* и саширащр Z32ss2ZfiQc
r.ru
Над достижением максимальных в этих пределах давлений и температур в настоящее время работают многие исследователи. При этом проводится большая работа по созданию материалов и конструированию аппаратуры, способных работать в этих условиях длительные периоды времени, так как, помимо давления и температуры, фактор времени также играет большую роль.
Имеются сведения о том, что исследовательской лаборатории компании Дженерал Электрик (США) в 1955 г. удалось получить искусственные алмазы мелких размеров весом до 0,1 карата и длиной до 1,59 мм. Как указывается, эти алмазы были проверены на твердость, горение и лучепреломление. Оказалось, что они при царапании оставляют следы на естественных алмазах'и тем более на других твердых материалах, при горении они сгорают в углекислоту, оставляя 14—15% несгораемой неорганической золы. Рентгеновские лучи дают в них характерное только для алмазов преломление. Остальные физические и химические испытания также подтвердили тождественность искусственных алмазов с естественными.
Указанная выше лаборатория получила искусственные алмазы, применив температуру более 2000° и давление порядка 58 000 кг/см2, которое было осуществлено ступенчатым гидравлическим прессом. Пуансон пресса производил давление на спекшуюся массу карбида, заключенную в особо прочную матрицу, в течение 16 час. Мелкие алмазы получались за более короткое время. Размеры матрицы и примененное давление не позволяют получать искусственные алмазы весом более 0,25 карата.. Изготовление же матриц большего размера и применение давлений порядка 100 000 кг/см2 пока связано с большими трудностями по подбору соответствующих материалов.
В 1957 г. в этой же лаборатории Р. Винторфом получены кристаллы вещества, названного боразоном, который оказался тверже? алмаза и легко царапал алмаз. Боразон обладает еще тем преимуществом, что выдерживает температуру до 1900°, тогда как алмаз, сгорает при 770—900°.
Боразон получается из нитрида бора, имеющего гексагональную форму решетки кристалла. При давлении около 70 000 кг/см2' кристаллы нитрида бора принимают несвойственную им кубическую форму [53].
Искусственные алмазы, полученные этой лабораторией, представляют собой крупинки серовато-черного цвета.
По имеющимся сведениям в лабораториях и на заводах фирмы Дженерал Электрик Ко были .проведены испытания алмазных кругов, изготовленных из искусственных алмазов, на операциях обработки твердосплавных инструментов. Производственные испытания кругов из искусственных алмазов на бакелитовой и керамической связках показали, что они обладают лучшими режущими свойствами и более высокой производительностью. Это может быть объяснено тем, что искусственные алмазы имеют шероховатые гсян'и и поэтом v лепжатся r связке ппочнее и ш бота ют-
до полного износа. Кроме того, благодаря хрупкости искусственные алмазы легче раскалываются, образуя новые режущие кромки:
Однако искусственные алмазы вследствие малых размеров" и повышенной хрупкости не могут противостоять высокому удельному давлению, поэтому применение их пока ограничено.
Компания предполагает продолжить научно-исследовательские работы по получению более крупных алмазов и в том числе ювелирных.
Разрешение проблемы получения искусственных алмазов очень важно потому, что для получения естественного алмаза нужно вынуть породы в среднем в 50 000 000 раз больше веса самого алмаза.
Как видно из краткого обзора попыток получения искусственных алмазов, все они построены на воспроизведении процессов образования естественных алмазов в земной коре согласно существующей гипотезе.
Еели принять гипотезу образования естественных алмазов, то направления, принятые в настоящее время для получения искусственных алмазов, следует считать, очевидно, правильными. Однако возможно, что и другие методы — процессы сополимери-зации или кристаллизации углерода в особых условиях из растворов— также могут дать положительные результаты.
Первые попытки получения искусственных алмазов были оснс ваны на предположении, что если алмаз при нагревании без доступа воздуха до 2000е переходит в графит, то вс зможен и обратный переход графита в алмаз
Этот принцип опробовали ученые- русский — В. Н. Каразин 1823 г.) и французские — Каньяр де ля Тур и Ганналь (1828 г.). Они получили кристаллики какого-то вещества, но не алмазы.
Англичанин Хэнней (1880 г.) пытался получить алмазы путем нагрева смеси углеводорода, бобового масла и лития до темпера туры красного каления в герметически закрытых трубках из кованого железа. В процессе нагревания пять трубок из восьми взорвались. Хэнней получил таким путем мелкие зерна удельного веса 3,5 J содержанием 97,85% углерода, не это был карборунд.
В 1893 г. известный французский ученый Муассан получил крупинки размером 0,75 мм, которые имели оптические свойства алмаза, а при сгорании полностью переходили в углекислоту. Для получения этих крупинок Муассан брал чистое железо и углерод, полученный сухой перегонкой сахара, которые помещались в графитовый тигель электродуговой печи, где железо кипело при 2000°, растворяя в себе углерод. Затем кипящее железо выливалось в холодную воду или в расплавленный свинец. Затвердевая с поверхности, железо сжималось и оказывало большое давление на внутреннюю часть расплавленного железа, что вызывало кристаллизацию углерода в виде мелких крупинок, которые затем отделяли от железа путем растворения егс в кислотах.
В том же году русский профессор К, Д. Хрущев получил путем кристаллизации углерода из расплавленного серебра прозрачные и темные осколки, которые при сжигании также сгорали в углекислоту и д?же царапали наиболее твердый после алмаза минерал
КО{. I нд.
Многие ученые, воспроизводившие впоследствии опыты Муас-сана и Хрущева, получали в результате не алмазы, а карбщы или шпинели. Ни те, ни другие пои сжигании не сгорают, >но шпинели обладают одинаковой с алмазом преломляемостью света.
Эти опыты породили великое множество патентов, которые в разных вариантах по существу воспроизводили методы ЭДуас-сана и Хрущева по схеме: углерод -> расплавленная масса растворителя углерода -у высокая температура высокое давление. ■
Указанная схема вытекает из гипотезы образования алмазов в земной коре. Термодинамические расчеты показывают, что алмаз-Kas 'эчза углерода стабильна в пределах давления 42 000— 105 000 кг/cm* и саширащр Z32ss2ZfiQc
r.ru
Над достижением максимальных в этих пределах давлений и температур в настоящее время работают многие исследователи. При этом проводится большая работа по созданию материалов и конструированию аппаратуры, способных работать в этих условиях длительные периоды времени, так как, помимо давления и температуры, фактор времени также играет большую роль.
Имеются сведения о том, что исследовательской лаборатории компании Дженерал Электрик (США) в 1955 г. удалось получить искусственные алмазы мелких размеров весом до 0,1 карата и длиной до 1,59 мм. Как указывается, эти алмазы были проверены на твердость, горение и лучепреломление. Оказалось, что они при царапании оставляют следы на естественных алмазах'и тем более на других твердых материалах, при горении они сгорают в углекислоту, оставляя 14—15% несгораемой неорганической золы. Рентгеновские лучи дают в них характерное только для алмазов преломление. Остальные физические и химические испытания также подтвердили тождественность искусственных алмазов с естественными.
Указанная выше лаборатория получила искусственные алмазы, применив температуру более 2000° и давление порядка 58 000 кг/см2, которое было осуществлено ступенчатым гидравлическим прессом. Пуансон пресса производил давление на спекшуюся массу карбида, заключенную в особо прочную матрицу, в течение 16 час. Мелкие алмазы получались за более короткое время. Размеры матрицы и примененное давление не позволяют получать искусственные алмазы весом более 0,25 карата.. Изготовление же матриц большего размера и применение давлений порядка 100 000 кг/см2 пока связано с большими трудностями по подбору соответствующих материалов.
В 1957 г. в этой же лаборатории Р. Винторфом получены кристаллы вещества, названного боразоном, который оказался тверже? алмаза и легко царапал алмаз. Боразон обладает еще тем преимуществом, что выдерживает температуру до 1900°, тогда как алмаз, сгорает при 770—900°.
Боразон получается из нитрида бора, имеющего гексагональную форму решетки кристалла. При давлении около 70 000 кг/см2' кристаллы нитрида бора принимают несвойственную им кубическую форму [53].
Искусственные алмазы, полученные этой лабораторией, представляют собой крупинки серовато-черного цвета.
По имеющимся сведениям в лабораториях и на заводах фирмы Дженерал Электрик Ко были .проведены испытания алмазных кругов, изготовленных из искусственных алмазов, на операциях обработки твердосплавных инструментов. Производственные испытания кругов из искусственных алмазов на бакелитовой и керамической связках показали, что они обладают лучшими режущими свойствами и более высокой производительностью. Это может быть объяснено тем, что искусственные алмазы имеют шероховатые гсян'и и поэтом v лепжатся r связке ппочнее и ш бота ют-
до полного износа. Кроме того, благодаря хрупкости искусственные алмазы легче раскалываются, образуя новые режущие кромки:
Однако искусственные алмазы вследствие малых размеров" и повышенной хрупкости не могут противостоять высокому удельному давлению, поэтому применение их пока ограничено.
Компания предполагает продолжить научно-исследовательские работы по получению более крупных алмазов и в том числе ювелирных.
Разрешение проблемы получения искусственных алмазов очень важно потому, что для получения естественного алмаза нужно вынуть породы в среднем в 50 000 000 раз больше веса самого алмаза.
Как видно из краткого обзора попыток получения искусственных алмазов, все они построены на воспроизведении процессов образования естественных алмазов в земной коре согласно существующей гипотезе.
Еели принять гипотезу образования естественных алмазов, то направления, принятые в настоящее время для получения искусственных алмазов, следует считать, очевидно, правильными. Однако возможно, что и другие методы — процессы сополимери-зации или кристаллизации углерода в особых условиях из растворов— также могут дать положительные результаты.