0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Свойства и методы производства искусственных алмазов

Свойства и методы производства искусственных алмазов

Минералы и полезные ископаемые имеют свойство заканчиваться в недрах земли. Но у людей есть потребность в использовании различных минералов, в том числе и алмазов. Поэтому с развитием технологий начинается разработка и переход на искусственную добычу камней. Искусственные алмазы практически ничем не отличаются на сегодняшний день от натуральных минералов. По виду камни сложно отличить даже геммологам, что свидетельствует о высоком уровне сходства.

История

Что такое искусственный алмаз, первым поведал миру француз Анри Муассан в начале ХХ века. Он открыл максимально схожий камень, обнаружив осколки метеора в кратере. И стал Нобелевским лауреатом.

Ещё один популярный аналог, синтезированный советскими учёными в 1976 году, называется фианит.

Бриллианты выращивают на основе высокоуглеродистых веществ – графита, очищенной сажи, угля. Существует два основных способа, поэтому различают НРНТ— и CVD—кристаллы.

Первозданный минерал и сотворённый двойник одинаково невзрачны на вид, оба сверкают только после огранки.

Эксперименты и результаты ученых

Пару лет назад ученым удалось под кратковременным воздействием лазерного импульса заставить углерод нагреться практически до 3800 градусов по Цельсию. После этой процедуры углерод быстро охлаждается. В результате этого американским ученым удалось получить пока что самую твердую форму углерода, названную Q-углеродом.

То есть практически такой камень можно получить при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре (при наличии лазера конечно). Самое интересное, что по результатам таких экспериментов, в Северной Каролине (а именно там проводились испытания) пришли к выводу, что данная форма углерода превышает по прочности алмаз.

Но и это еще не все – настоящий алмаз в наши дни можно сделать буквально за считанные минуты.

Правда понадобится еще и огромное статическое давление и температура порядка 2500 градусов. Но такие алмазы получаются (за счет поликристалличности) даже более твердыми, чем природные аналоги.

Но все эти способы хоть и хороши, однако требуют хотя бы частичного воспроизведения природных условий. Единственное, что ученым удалось «скостить» – это время, затрачиваемое на создание минерала. Также иногда получается уменьшить и температуру с давлением, но тут уже требуется специализированное оборудование, стоящее немалых денег и труднодоступное для обывателя.

Так возможно ли вырастить алмаз самостоятельно?

Эксперименты ученых по созданию алмазов

С момента открытия драгоценного минерала многие стремились найти секрет его создания. Многие века ученые умы бились над разгадкой. Только с XIX века физикам и химикам удалось осуществить удачный опыт по выращиванию алмазов. Хотя документальных подтверждений этому нет. В 1927 году советский физик О. Лейпунский смог совершить прорыв, выявив необходимые условия для процесса. Многие ученые США и Европы подключились к подобным опытам и до сих пор продолжают их.

Несколько лет назад учеными из Северной Каролины удался опыт. Они заставили углерод под кратковременным воздействием лазерного пучка нагреться до 3800°С, затем его резко охладили и получили наиболее твердую форму, именую Q-углеродом. Практически такой же кристалл можно получить при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении, конечно, если есть лазер в пользовании. Именно это исследование показало, что можно получить новую форму углерода, превышающую по прочности алмаз. Однако для ее создания необходимо соблюдение и иных требований:

  • огромное давление;
  • температура 2500°С;
  • специализированное оборудование.
Читать еще:  Как выращивать болгарский перец в домашних условиях?

Можно ли из графита получить алмаз

300 лет назад уголь, графит и алмаз и относились к совершенно разным веществам. В 17-м веке появились первые исследования, подтверждающие родство непохожих друг на друга предметов.

В Англии Теннант, занимавшийся химией, смог сделать опыт, выявивший, что все они состоят из углерода. Действительно, внешне ни о каком сходстве не может быть и речи.

  1. Темно-серый, блестящий, ближе к пастообразному, чем к твердому, состоящий из скользящих друг по другу чешуек – таков графит. Его твердость по шкале Мооса равна 2 баллам, где за 1 принят тальк. Применяется как смазка между скользящими друг по другу поверхностями и при изготовлении карандашей. Проводит ток.
  2. Уголь черный, на изломе может блестеть. Абсолютно непрозрачен. Твердость от 2 до 5 баллов из-за примесей кислорода и азота, вступающих в реакцию с углеродом, позволяющих сделать структуру более плотной.
  3. Алмазы – это эталон твердости среди камней, 10 из 10. Они прозрачны, применяются для резки стекла. Не проводят ток.

В 1955 году эксперимент увенчался успехом – путем воздействия температуры и давления слоистая кристаллическая решетка графита перестроилась до тетраэдрической алмазной.

Условия превращения графита в алмаз:

  • температура 1800 °С;
  • давление в 120 тысяч атмосфер.

Современные методы синтеза алмазов из графита

Искусственный алмаз можно сделать из богатых углеродом веществ (сажи, графита, сахарного угля и др.) при высоком давлении (более 50 тысяч атмосфер) и температуре выше 1200 °С с добавлением катализаторов. Кристаллы нарастают в метане.

Выпускаемые синтетические камни отличаются по прочности:

  • АСО – обычной прочности;
  • АСР – повышенной прочности;
  • АСВ – высокой прочности;
  • АСК и АСС – алмазы монокристаллические.

Сделать синтетический алмаз из графита можно путем соблюдения этапов сложного технологического процесса.

  1. Вначале в специальной камере создаются нужные условия для роста кристаллов. Каждый алмаз растет индивидуально. Одна лаборатория способна вырастить не более 200–300 алмазов в год.
  2. После выращивания камню придают цвет. Окраска лабораторного алмаза медово-желтая из-за азота. Для получения желтого, розового, зеленого, красного оттенка применяются технологии постростовой термобарической обработки (HPHT) – дополнительный отжиг минерала при высоких температурах и давлениях.

Самостоятельное получение алмаза из графита

Есть 2 основных способа, позволяющих вырастить довольно крупный алмаз в домашних условиях.

1-й способ

Чтобы своими руками быстро сделать алмаз из графита, потребуется:

  • источник тока, к примеру, сварочный аппарат;
  • графит из карандаша;
  • провод;
  • холодная вода или жидкий азот.

Суть процесса такова:

  • графит нужно соединить с проводом и опустить в емкость;
  • конструкцию нужно сильно охладить, сделать это можно жидким азотом либо путем замораживания в морозильной камере;
  • после охлаждения подать ток к проводу.

После прохождения электрического заряда графит преобразуется в алмаз. Нужно соблюдать меры предосторожности при работе с электроприборами. При пропускании тока емкость может представлять опасность.

По теме видеоролик:

2-й способ

Настоящий алмаз можно сделать из графита более безопасным способом. Для него необходимы:

  • дистиллированная вода (40 мл);
  • поваренная соль (100 гр.);
  • грифель из карандаша (12 гр.);
  • прочная нить.

Вначале нужно смешать сухие компоненты, затем залить дистиллятом и оставить на сутки. Далее образовавшийся раствор сливается в другую емкость, лучше – с узким горлом, но не выливается совсем, он еще пригодится.

На дне тары обнаруживаются кристаллы – основа будущего камня. Самый крупный привязывается к одному концу нити и опускается в слитый раствор. Второй конец привязывается на зубочистку, карандаш или любую деревянную палочку, расположенную сверху посуды с раствором.

При испарении воды на кристаллической основе будут оседать новые составляющие будущего камня. Если раствора много, то можно сделать несколько точек наращивания самоцвета одновременно. Для получения крупного камня раствор готовится повторно. Новая порция подливается по мере испарения предыдущей.

Для повторного получения жидкости можно растворить в теплой воде маленькие кристаллы, образовавшиеся на дне тары.

Чтобы сделать минерал успешно, нужно соблюдать условия:

  • в комнате не должно быть перепадов температур;
  • следить за уровнем жидкости – растущий камень не должен оказаться на воздухе.
Читать еще:  Как правильно выращивать рассаду петунии на начальном этапе?

Смотрите как на практике можно самому вырастить кристалл:

КАК НАЗЫВАЮТСЯ ИСКУССТВЕННЫЕ БРИЛЛИАНТЫ

По сложившемуся стереотипу «искусственный» — это нечто только внешне похожее на оригинал. Но имитация не всегда значит подделка.

Так как современные выращенные алмазы идентичны природным, маркетологи предлагают заменить прижившийся термин «искусственный алмаз» на формулировки, которые отражали бы природу происхождения этого камня более точно:

  • «созданные»;
  • «выращенные в лаборатории»;
  • «созданные в лаборатории».

Искусственно выращенные «бриллианты»

Есть и другие виды искусственных камней. Они близки по структуре к алмазам, но немного не дотягивают по характеристикам твердости и показателям преломления света.

  1. Муассанит. В природе он образует мелкие бесцветные кристаллы с алмазным блеском — карбид кремния. Но природный минерал встречается крайне редко. Поэтому когда речь идет о муассаните, обычно говорят об искусственном карбокорунде. Камень очень похож на алмаз (его показатель преломления даже более высокий: 2,65 — 2,69), а твердость лишь немного ниже (8,5-9,25 по шкале Мооса). Муассанит также отличается термочувствительностью (при нагревании выше 65°С меняет цвет).
  2. Нексус. Камень создают, соединяя углерод с другими компонентами. По прочности практически не уступает алмазу.
  3. Фианит. Создан учеными Физического института Академии наук СССР (ФИАН), в честь которого и был назван. Фианиты используются для имитации алмазов, с которыми их легко перепутать из-за сходного показателя преломления (2,15-2,25).

При переводе на иностранные языки фианит нередко называют цирконом или цирконием, что не является верным, так как циркон — минерал с отличающимися физическими показателями, а цирконий — химический элемент.

Имитации бриллиантов

Отдельно стоят кристаллы, имитирующие лишь внешний вид алмаза. Они значительно уступают по прочности и не имеют алмазного блеска (показатель преломления — меньше 1,9).

  1. Шпинель (дегуссит) . Натуральная шпинель редка и имеет малиновый цвет. Поэтому для имитации алмазов используют искусственные камни, которым можно придать любой цвет.
  2. Хрусталь — является высококачественным стеклом.
  3. Стразы Сваровски — небольшие камни с идеально равными гранями и различными оптическими эффектами.
  4. Белый сапфир — искусственный бесцветный сапфир с высокими показателями прочности.
  5. Рутил — его показатель преломления даже выше, чем у алмаза, однако из-за высокого эффекта двупреломления тыльные грани кристалла затуманены.

Советы для домашних экспериментов

Чтобы повысить вероятность успешного создания алмаза своими руками, потребуется соблюдать некоторые рекомендации:

  • брать дистиллированную воду — в жидкости не должно быть примесей;
  • при работе с химическими веществами надо использовать перчатки и специальную посуду;
  • лабораторный фильтр можно заменить марлей, ватой или бумагой;
  • вода для раствора должна быть теплой, но не очень горячей;
  • в комнате, где будет стоять емкость, должна поддерживаться постоянная температура, без резких перепадов, иначе кристалл вырастет быстро, но будет хрупким;
  • при добавлении нового раствора его температура и температура основного должны быть одинаковыми;
  • при выращивании прозрачных кристаллов не стоит торопиться — при ускоренном росте они становятся мутными.

Синтетические ювелирные камни обладают всеми достоинствами природных аналогов. Более того, полученные в лаборатории алмазы имеют даже большую твердость и чистоту. Пока ученые не придумали недорогие и доступные каждому способы получения самоцветов в домашних условиях, поэтому любители драгоценностей могут вырастить красивые разноцветные кристаллы из растворов соли или сахара и создать из них собственную коллекцию.

Читать еще:  Какие сорта кукурузы выращивают в краснодарском крае?

Совет 2: Как определить алмаз

Стопроцентную точную информацию касательно подлинности камня вам может предоставить экстраординарно эксперт, ведающий толк в своем деле. Но все же случаются обстановки, когда подлинность в ювелирном магазине вам неотложно необходимо определить самосильно. Без соответствующего оборудования совладать с этим вряд ли удастся, впрочем существуют некоторые тесты, которые помогут ввам по крайней мере, выделить дюже очевидные подделки. Такие тесты базируются на том, что реальные алмазы могут, как проводить тепло, так и «крушить» свет.

Инструкция

1. Если вы пытаетесь «проверить» камень без оправы, то испробуйте легко положить его на всякий напечатанный текст. Если это подлинно алмаз, то буквы через камень вы не увидите. Алмаз слишком мощно ломает свет, так что в качестве увеличительного стекла не годится. Но через другие, менее дорогие камни, символы будут чудесно просматриваются.

2. Если просветить камень источником света, схожим на светодиод, то в примитивных камнях вы увидите точку света на иной стороне камня. Если это подлинный алмаз, то вокруг обода камня будет отражаться только ясное гало.

3. Испробуйте подышать на камень и сразу же посмотрите, затуманивается ли камень. Все камни на миг затуманятся, а вот достоверный алмаз неизменно будет оставаться чистым. Учтите, что камень, тот, что именуется муссанит, такой тест также восхитительно выдерживает, следственно для исключения ошибки отменнее каждого отправиться к отменному ювелиру.

4. Разглядеть камень также нужно небывало наблюдательно. В настоящих алмазах могут просматриваться маленькие частички других минералов, которые вдавились в камень в процессе его образования. Впрочем никаких пузырьков в реальном камне быть не может.

5. Посмотрите на краю камня – если они закруглены либо изношены, то это стекло. Если камень дюже чистый, без вкраплений, то это также не алмаз, а, скорее каждого, легкой кварц.

6. Немаловажно понять и тот факт, что достоверный алмаз не может стоить дешево и ни в коем случае не поддаваться соблазну приобрести «подлинный» алмаз за смешные деньги. Как водится, алмаз в ювелирном изделии вставляется так, дабы его задняя часть была открытой и доступной к осмотру.

7. Не проверяйте алмаз царапаньем по стеклу: да, данный камень крепкий, но повредить его таким методом абсолютно дозволено. А вот неестественные камни, которые теперь абсолютно благополучно «выращивают» на производстве, отличить будет нелегко даже эксперту.

Видео по теме

Где используется графит? Кроме изготовления грифелей карандашей, его применяют в следующих сферах и отраслях промышленности:

  • создание электродов и нагревательных элементов;
  • замедление нейтронов в ядерных реакторах;
  • изготовление плавильных тиглей;
  • создание деталей для атомно-силового и туннельного микроскопа;
  • тепловая защита космических аппаратов;
  • создание синтетических алмазов.

Синтетические алмазы также имеют широкую сферу применения:

  • Сверхтвердые режущие элементы. Поскольку алмазы являются самым твердым веществом, этим свойством пользуются при создании абразивных и режущих инструментов. Их даже используют для огранки натуральных, природных алмазов.
  • Оптические элементы. Синтетические кристаллы применяются в лазерах и гиротронах.
  • Топлопроводник. Благодаря высокой теплопроводности и низкой электропроводности алмазы используют как теплоотвод для лазерных диодов.
  • Электроника. В лабораторных условиях создают транзисторы на основе искусственных камней, однако широкого коммерческого применения эта разработка пока не получила.

Синтетические алмазы используют и в ювелирной промышленности, они составляют 2% рынка. Самый большой ювелирный искусственный бриллиант весит 10,02 карат. Он был выращен в течение 300 часов. Синтетические камни стоят дешевле натуральных минералов, путем добавки различных примесей или радиоактивного воздействия им можно придать разные оттенки — голубой, желтый, розовый или зеленый.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector