Введение

Алмаз - это природное вещество, драгоценный камень, техническое сырье. Он был известен в далеком прошлом, широко применяется в настоящем, велики перспективы его использования в будущем.

Человек узнал этот твердый, прозрачный, блестящий, играющий всеми цветами радуги камень еще на ранних стадиях развития цивилизации. И он стал собирать его, любоваться им, украшать им свое оружие и одежду, использовать его при изготовлении религиозно-культовых предметов и символов власти. Точно неизвестно в какой части света, какой народ, в какое время впервые обратил внимание на алмаз, стал его собирать, а потом специально искать и хранить. Вероятно, как и большинство важных для человечества открытий, а это, безусловно, важное открытие, люди сделали более или менее в одно и то же время независимо друг от друга в разных местах земного шара. Это произошло и в Индии, и в Африке, и в Южной Америке. С тех пор, как научились обрабатывать, шлифовать и полировать алмазы, они стали еще более блестящими, их цветовая игра усилилась, по существу до конца раскрылась природная красота камня - и алмаз, превращенный в бриллиант^*, стал еще больше цениться.

^* (Бриллиант - алмаз, которому придана специальная форма, так называемая бриллиантовая огранка, максимально выявляющая естественный блеск камня.)

С развитием техники, когда возникла необходимость в новых видах минерального сырья, в частности для обработки камня, металлов, а в последующем различных твердых синтетических материалов, алмаз приобрел как бы вторую жизнь. Были выявлены и изучены его высокие абразивные свойства, с которыми связаны возможности использования алмазов в промышленности. В настоящее время существование всей обрабатывающей промышленности и машиностроения (от создания мощных агрегатов до изготовления тончайших механизмов и приборов) практически немыслимо без применения алмазов в той или иной части технологического процесса. Вместе с тем и сейчас алмаз, как и раньше, остается одним из самых красивых и дорогих драгоценных камней, идущих на создание различных ювелирных изделий и украшений, многие из которых являются настоящими произведениями искусства.

Если в последние годы в промышленности все больше и шире используются алмазы как абразивный материал (абразивные порошки, пасты, шлифовальные круги, алмазные пилы, стеклорезы и т. д.), что основано прежде всего на их чрезвычайно высокой твердости, то в будущем с дальнейшим ростом научно-технического прогресса несомненно найдут применение и другие исключительные свойства такого вещества, как алмаз. Будут использованы его электрические свойства, и алмаз займет свое место среди полупроводников. Будут использованы также его замечательные оптические свойства, в первую очередь высокое светопреломление, Найдет применение его практическая амагнитность. Огромные, по-существу еще нераскрытые возможности алмаза как кристаллического вещества таит в себе особо плотная упаковка атомов углерода в его кристаллографической структуре. Кристаллы, которые в будущем станут накопителями и хранителями обширной информации и, очевидно, заменят когда-нибудь многоатомные фолианты библиотек, будут в первую очередь кристаллами алмаза. Ни один минерал, ни одно вещество так долго не сохраняется в первичнообразованном состоянии в условиях земной поверхности, как алмаз.

Алмазы образуются в земных недрах на больших глубинах при высоких давлениях и температурах, что обусловливает плотную упаковку атомов в структуре алмаза, на создание которой затрачивается большое количество внутренней энергии Земли. В поверхностных условиях вследствие исключительной химической устойчивости и крайне высокой твердости алмаз сохраняется неизменным в течение длительных геологических периодов, измеряемых многими сотнями миллионов лет. Поэтому многие алмазы, добытые человеком переживают своего первоначального владельца на сотни и даже тысячи лет, переходя из поколения в поколение в совершенно неизменном виде.

Алмаз унаследовал свое название от греческого слова "адамас", что значит "нерушимый", "непреодолимый". Изумительная красота прозрачных кристаллов алмаза, яркий блеск и непревзойденная твердость с древних времен снискали ему славу [10, 14, 15, 16].

В старину люди, не зная истинных свойств алмаза, относили его к дару небес и приписывали ему волшебные свойства. Они считали, что алмаз дает силу и твердость характера тому, кто его носит, сохраняет обладателю чудесного камня остроту ума, предохраняет от печали, колдовства и врачует многие болезни. Предполагали, что алмаз состоит из какой-то загадочной "алмазной земли".

Многие исследователи, основываясь на древних легендах, считают, что этот редчайший минерал был найден в Индии за много тысяч лет до нашей эры (V-III тысячелетия до н.э.), хотя примерно в это же время он был найден, вероятно, и в других местах. Первое подробное описание алмаза дал в начале нашей эры римский естествоиспытатель Гай Плиний Старший в своей книге "Естественная история ископаемых тел". Он указывал на "несказанную" твердость алмаза и на его редкую встречаемость. Форма алмаза, как писал Плиний, напоминает "как бы две капли, соединенные вместе своими основаниями" (т. е. дает понятие о форме округленных алмазов). Плиний говорил и о техническом использовании алмазов. В своей работе он упоминает, что помимо Индии алмазы будто бы добываются и в ряде других стран, но, где именно, ему неизвестно. Плиний не избежал и фантастических вымыслов: "Алмаз уничтожает действие яда, рассеивает пустые бредни, освобождает от пустых страхов".

Некоторые сведения об алмазе дал в XV в. русский купец и путешественник Афанасий Никитин. Видно, что уже в то время понимали, что алмаз "родится" в "каменных горах".

С открытием способа шлифовки алмаза интерес к нему необычайно возрос. Продажа на мировом рынке ограненных алмазов- бриллиантов вызвала сенсацию. Огненный блеск, прекрасная игра всеми цветами радуги сразу же привлекли к ним всеобщее внимание. Редкость находок крупных алмазов, трудность их обработки, повышенный интерес к бриллиантам - все это способствовало поднятию цен на алмазы. Только правители богатых стран, да некоторые вельможи могли приобретать бриллианты. В России поклонение бриллиантам и приобретение особенно широко были распространены в царствование Екатерины II. Из-за высокой стоимости алмазов ученые редко получали алмазное сырье для изучения его природных свойств.

С развитием промышленности алмазы находят все большее и большее применение для технических целей. Согласно статистическим данным, до 80 % добываемых в мире алмазов используется в промышленности и около 20 % применяется как ювелирные.

Высокие абразивные качества, твердость и прочность алмазов позволяют повысить эффективность использования инструментов и оборудования. Подсчитано, что при внедрении 1 кар алмазов в промышленность достигается экономический эффект от 5 до 50 руб., а при использовании алмазов для обработки особо твердых и хрупких материалов - до 200 руб. Ценность технических алмазов для промышленности любой страны так велика, что многие видные экономисты в СССР и США рассматривают их как стратегический промышленный материал.

Поэтому большое внимание уделяется исследованиям алмазов. Центром таких исследований за рубежом является Иоханнесбургская алмазная лаборатория в Южно-Африканской Республике, основанная английской компанией "Де Бирс" в 1947 г., которая имеет шесть отделов: 1) физический, где проводятся рентгеновские, микроскопические, спектрографические и другие исследования; 2) металлургический, где решаются вопросы новой технологии извлечения алмазов из алмазсодержащих руд и песков; 3) химический, где исследуется вещественный состав исходного сырья, воды, реагентов, составляются связки для инструментов и занимаются извлечением алмазов из отходов; 4) механической обработки, где занимаются способами изготовления алмазного инструмента; 5) исследований в области улучшения огранки алмазов (резка, шлифовка и т. п.); 6) бурового алмазного инструмента. В области фундаментальных исследований эта лаборатория сотрудничает со многими учеными мира.

В СССР большие работы по созданию и использованию алмазных инструментов проводятся во Всесоюзном научно-исследовательском и конструкторско-технологическом институте природных алмазов и инструмента (ВНИИАлмаз). Исследованием физических свойств алмазов и изучением отечественного алмазного сырья занимаются ряд институтов АН СССР и различные учреждения Министерства геологии СССР. Ряд институтов страны работает в области техники и технологии обогащения алмазсодержащего сырья.

Технология производства синтетических алмазов в СССР разработана коллективом научных работников и специалистов Института физики высоких давлений АН СССР под руководством акад. АН СССР Л. Ф. Верещагина. Внедрение в промышленное производство алмазов осуществляется Институтом сверхтвердых материалов АН УССР и другими организациями страны.