Этот многоликий алмаз

Геологический факультет 

Кафедра общей  геологии и геодинамики 

РЕФЕРАТ 

по теме 

"Этот многоликий  алмаз" 

Новочеркасск 2011 

Оглавление 

Введение 

1. Свойства алмаза 

2. Образование  алмазов 

3. Добыча алмазов 

4. Идентификация  алмазов 

5. Синтетические  алмазы 

Заключение 

Литература 

Введение 

Драгоценные камни  с давних времен были спутниками человека. Издавна человек стал замечать, что  не все они похожи. Конечно, необработанный камень невзрачен, но часто их обрабатывает сама природа - при помощи ветра, песка, воды. Уже тогда человек стал делать украшения из натуральных камней. Правда, в давние времена человек мог обработать только мягкие минералы. Такие, как гагат, янтарь, кварц. Однако уже в середине 15 века ювелир бургундского герцога Людвиг ван Беркем впервые огранил алмаз, а в 17-м веке алмазы научились распиливать. Они и сейчас служат прекрасным материалом для изготовления бус, колец и прочей дорогой бижутерии. Но драгоценные камни - это не только красивый внешний вид. Камни олицетворяли собой мощь, красоту и силу. Поэтому люди наделяли их сверхъестественными свойствами. Многие камни становились предметом религиозного поклонения. Из красивых кристаллов вырезали фигурки богов, делали амулеты, хранили как талисманы. Люди верили, что камни способны оберегать своих владельцев от болезней и других всевозможных напастей. Вид камней, особенно их цвет, как полагают люди, влияет на характер, здоровье, а часто и судьбу человека. Драгоценные камни использовали и для приношений богам. Золотисто-желтые камни, например, преподносили богу здоровья, красные камни - богу войны; богине плодородия и любви предназначались зелёные камни. Также определённые камни вставляли в статуэтки, изображающие божества. 

Несомненно, алмаз  по праву считался самым популярным и дорогим драгоценным камнем в мире. Символом роскоши, богатства и великолепия уже давно стал ювелирно обработанный алмаз -- бриллиант. В истории человечества фигурировало множество алмазов, которые в силу своих больших размеров и неповторимой красоты привлекали к себе всеобщее внимание. Самые известные из них получили даже собственные имена. 

1. Свойства алмаза 

Этот удивительный минерал известен людям уже более 5000 лет. Описывая алмаз, десятки раз  употребляют слово "самый" - самый  твёрдый, самый блестящий, самый  износостойкий, самый дорогой, самый редкий, самый теплопроводный… Название алмаз произошло от искажённого греческого адамас - неодолимый, несокрушимый. 

Алмаз кристаллизуется  в кубической сингонии. В тоже время  в зависимости от способа компенсации  магнитных моментов выделяют от двух до четырёх структурных разностей. Кроме того, симметрия структуры может изменяться от изоморфных примесей, входящих либо на место центрального атома углерода в тетраэдре, либо в его вершины, что приводит к гемиморфности структуры и снижению симметрии. Это сказывается на габитусе кристаллов в развитии лишь половины октаэдрических граней. Установлен также гексагональный политип алмаза - лонсдэлеит с вюртцитовой структурой. 

Для алмаза характерны кривогранные формы октаэдроиды, додекаэдроиды, гексаэдроиды, тетраэдроиды, на гранях которых наблюдается параллельная, вальцеобразная или сноповидная штриховки, микрослоистость, пирамидальные и каплевидные холмики, ямки травления, дисковая и черепитчатая структуры. Иногда алмазы имеют каналы травления, покрываются тончайшими приповерхностными трещинами, создающими матовость при коррозии, несут следы механического износа. Внутреннее строение монокристаллов алмаза чаще зональное или волокнистое, устанавливается невооружённым глазом или специальными исследованиями. Распространены и пластически деформированные кристаллы. Детально изучая морфологию и внутреннее строение кристаллов алмаза, можно восстановить историю его образования. 

Кроме монокристаллов, алмазы часто образуют закономерные и незакономерные сростки. Первые разделяются на двойники и параллельные сростки. Иногда встречаются двойники, образующие многолучевые звёзды. Незакономерные сростки весьма типичны для алмаза. Срастаться могут два-три индивида различной или одинаковой величины или множество индивидов, образующих различные поликристаллические агрегаты. Выделяют несколько их разновидностей: борт, баллас и карбонадо. 

Борт - это мелкозернистые неправильной формы агрегаты беспорядочно ориентированных кристаллов, различимые невооружённым глазом или под микроскопом. Тёмная окраска объясняется присутствием графита. Выделения борта могут достигать нескольких сотен граммов. Борт встречается практически на всех месторождения алмазов. В технике бортом часто называют низкокачественные алмазы с большим числом трещин и включений, монокристаллы алмаза пониженного качества и агрегаты. 

Разновидность алмазов карбонадо была обнаружена в 1813 году. Название получила от португальского "carbonados" - карбонатизированный. Карбонадо  представляет собой скрытокристаллические образования из разупорядоченных индивидов алмазов размером 5-10 мкм, иногда в них присутствует аморфный углерод и графит. Форма образования неправильная, угловатая или округлая. Они непрозрачны, имеют тёмно-серый, чёрный, зелеоватый, серый или коричневый цвета, блестящую, эмалевидную, антрацитоподобную или матовую шлаковидную поверхность. Обычно их масса 0,1-1 карат, но встречаются и более крупные. Так, в 1825 году в Бразилии был найден камень массой 3167 карат. Карбонадо обладают очень большой прочностью, поэтому они используются для изготовления коронок, предназначенных для бурения особо твёрдых горных пород. Применяется карбонадо и для правящего инструмента. В Африке встречена разновидность карбонадо с магнитными свойствами, названная стюаритом. Его магнитные свойства обусловлены большим числом включений магнетита. 

Балласы, дробеобразный  борт, алмазы Кунца - под таким названием  известны поликристаллические образования  округлой, овальной или грушеобразной  формы с радиально-лучистым строением  кристаллитов размером 10-200 мкм. Диаметр агрегатов колеблется от нескольких миллиметров до 20 мм, реже более. Известны находки балласов массой до 75 карат. Балласы могут быть непрозрачными, полупрозрачными или просвечивающими, с сильным блеском или матовые, бесцветные, серые, чёрные или зеленоватые. 

В настоящее  время известна ещё одна разновидность  поликристаллических образований  алмаза ударно-взрывного происхождения. Такие алмазы приурочены к своеобразным кольцевым воронковидным структурам - астроблемам, которые получаются при ударе космического тела о земную кору. Возникшие при этом высокие температура и давление способствовали образованию алмазов. Размеры угловатых, неправильной формы агрегатов, как правило, 1-2 мм, размер кристаллитов - 20-40 мкм. Алмазы непрозрачные, чёрные, желтоватые или зеленоватые. Строение их слоистое или волокнистое. При рентгеновских исследованиях агрегатов, помимо алмаза, устанавливаются другие модификации углерода: графит, лонсдейлит и карбин. 

Твёрдость алмаза - 10 (по шкале Мооса), самая высокая среди всех минералов; микротвёрдость (в МПа) - 93 157 - 98 648. Однако у алмаза наблюдается анизотропия твёрдости, выражающаяся в том, что на разных гранях и в различных направлениях твёрдость несколько отличается. 

Наименее износоустойчивыми направлениями, по которым и обрабатывают алмаз, являются следующие: в плоской сетке куба - направления, параллельные сторонам кубических граней, в плоской сетке октаэдра - направления, соответствующие высотам треугольных граней. В свою очередь, твёрдость октаэдрических граней больше твёрдости ромбододекаэдрических, но ниже, чем кубических. Износостойкость алмазов колеблется в широких пределах, средняя её величина в несколько раз выше износостойкости широко известных абразивных материалов - карбида бора и кремния. Абразивная способность материала определяется отношением массы сошлифованного материала к массе израсходованного абразива. Если принять абразивную способность алмаза за единицу, то абразивная способность карбида бора составит 0,5-0,6, а карбида кремния - 0,2-0,3. 

Теоретическая плотность алмаза 3,515 г/см3. Однако встречаются  алмазы, у которых наблюдаются  значительные отклонения от этой величины, что связано с наличием различных  включений, трещин, пор, а также агрегативным строением. Наименьшую плотность имеют карбонадо (до 3,4 г/см3). Плотность балласов уменьшается от светлых разностей к тёмным. У монокристаллов с различимым невооружённым глазом зональным строением - "алмазов в оболочке" и графитизированных кристаллов плотность ниже среднего значения. Плотность прозрачных с зелёными пятнами пигментации или дымчато-коричневых алмазов несколько ниже, чем у бесцветных или жёлтых, но эти колебания выражаются в тысячных, реже сотых долях единиц плотности. 

Алмаз имеет  совершенную спайность по {III}, излом ровный, ступенчатый, раковистый. Модуль упругости алмаза равен 88 254 МПа, что объясняет деформацию алмаза при его воздействии на обрабатываемый материал. В связи с этим при алмазной обработке материалов удельное давление и температура должны быть в несколько раз ниже, чем при использовании других абразивов. Предел прочности на изгиб у алмаза 206-490 МПа, что в три-четыре раза меньше, чем у твёрдого сплава (1079-1471 МПа). Предел прочности алмазов при сжатии зависит от их формы и дефектности. В среднем он составляет 1961 МПа, что в два раза меньше предела прочности для твёрдых сплавов (3922-4903 МПа). Плотность на разрыв 7 746 740 МПа (теоретическая). Коэффициент сжатия алмаза и модуль сжимаемости в четыре раза меньше, чем у железа. 

Алмаз состоит  из углерода (96 - 99,8 %). В качестве примесей в нём установлены в различных количествах (от n*10-8 % до 0,3 %) более 25 элементов: H, B, N, O, Na, Mg, Al, Si, P, Ca, Sc, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Sr, Ba, Zr, TR, Pt, Au, Ag, Pb и другие. 

Совершенно бесцветные алмазы довольно редки. Обычно у них наблюдается какой-либо оттенок. Встречаются интенсивно окрашенные алмазы жёлтого, оранжевого, зелёного, голубого, синего, розового, коричневого, молочно-белого, серого, чёрного цвета. Окраска алмазов связана с различными дефектно-примесными центрами в структуре кристаллов, а иногда - с включениями ряда минералов. Наиболее распространённая жёлтая окраска может иметь различное происхождение. Равномерная лимонно- или соломенно-жёлтая окраска прозрачных кристаллов октаэдрической или додекаэдрической формы обусловлена наличием дефектно-примесного центра N3 (интерпретируемого как донорно-акцепторная пара [N -Al] или три атома азота и вакансия), с которым связана система линий (головная 415 нм) в спектрах поглощениях. Жёлтая, янтарно-жёлтая окраска прозрачных кристаллов кубического габитуса и периферийной зоны "алмазов в оболочке" связана с одиночными атомами азота, изоморфно замещающими в структуре алмаза атомы углерода. В таких алмазах наблюдается поглощение с 550 нм. Зелёные пятна пигментации, окрашивающие поверхность кристаллов в зеленоватый или голубоватый цвет, появляются в результате природного радиоактивного облучения. При нагревании в процессе метаморфизма они становятся жёлтыми. Встречаются алмазы с синей и голубой окраской. Предполагается, что этот тип окраски обусловлен вхождением в структуру алмаза бора. Очень распространены дымчато-коричневые и реже розовато-сиреневые алмазы, окраска которых связана с дефектами на плоскостях скольжения. Молочно-белая окраска объясняется наличием мелкодисперсных включений граната во внешней части кристалла, а серая и чёрная - включениями графита. 

Алмаз при обычных  температурах химически инертен. Кислоты, даже самые сильные на него не действуют. При высоких температурах алмаз  приобретает химическую активность. При температуре выше 450-500о С (микропорошки) - 600-700о С (кристаллы) алмаз может окисляться кислородом, CO2, NO, водяным паром. При температурах 600-800о С и выше кристаллы алмаза травятся в расплавах щелочей, кислородосодержащих солей и металлов. 

Алмаз не смачивается  водой, но прилипает к жировым  смесям. Высокий показатель преломления (2,417) объясняет его яркий, алмазный блеск. Для лучей разного цвета  показатель преломления неодинаков: для красного - 2,402; жёлтого - 2,417; зелёного - 2,427; фиолетового - 2,465. Таким образом, дисперсия показателя преломления алмаза - 0,063, что намного выше, чем у других минералов. Высокой дисперсией объясняется "игра" бриллиантов. Угол внутреннего отражения для алмаза при n= 2,42 составляет 24о51/. 

Кристаллы алмаза оптически изотропны, однако довольно часто в них возникают упругие  напряжения, приводящие к появлению  аномального двупреломления. Узоры  двупреломления могут быть различными: полосчатыми, соответствующими зональному строению кристаллов или связанными с плоскостями скольжения; радиально-лучистыми, вызванными дислокациями роста кристаллов; звёздо- и крестообразными, связанными с неравномерным распределением примесей; в виде изоклин, вызванных объёмными напряжениями в алмазе; в виде фантомов, обусловленных напряжениями, направленными в разные стороны; вызваны включениями посторонних минералов; напоминающими рисунок соломенных ковриков. 

Под воздействием катодных, рентгеновских и ультрафиолетовых лучей некоторые алмазы люминесцируют, что вызвано дефектами их структуры. Цвет люминесценции различен - от зелёного и жёлтого до голубого или синего. Алмазы с различным свечением имеют разные физико-механические свойства. Так при статическом однородном сжатии наибольшей прочностью отличаются несветящиеся алмазы, затем голубые, зелёные, жёлтые и розовые. Самая большая динамическая прочность у кристаллов с розовым свечением, ниже у кристаллов с зелёным, жёлтым и голубым свечением. Наименьшая прочность на удар у несветящихся алмазов. При испытании алмазов с различным свечением на истирание наибольшая износостойкость установлена у алмазов, светящихся зелёным цветом, ниже - у голубых, жёлтых алмазов, с розовым свечением и у несветящихся. 

В 1934 году Р.Робертсон, Дж. Фокс, А. Мартин выяснили, что алмазы по физическим свойствам делятся на два типа. В 1959 году В. Кайзер и В. Бонд связали эти отличия с разным содержанием в них азота. В алмазах I типа оно достигает 0,25 %, в алмазах II типа не превышает 0,001 % . Алмазы I типа резко преобладают во всех месторождениях, однако в южноафриканских кимберлитовых трубках "Премьер", "Де Брис" и "Финч" много и алмазов II типа, а среди мелких кристаллов из трубки "Премьер" они составляют до 90 % от всей массы алмазов.