Для чего используют алмазы
Применение алмаза
Знали ли вы, что многие камни, даже самые ценные и драгоценные, часто применяются не только в ювелирной промышленности, но и в других областях? Например, алмаз, помимо вставки в украшения, может использоваться совсем в разных сферах. Такое применение тесно связано с одной из характеристик минерала — высокая твёрдость. В этом плане конкурентов у алмаза нет, он считается самым твёрдым самоцветом на планете Земля. Где же ещё можно встретить не только самый ценный камень, но и самый востребованный в промышленности?
Применение алмаза, основанное на его твердости
Благодаря высокой твёрдости алмаза, которая оценивается в 10 баллов по шкале Мооса, его можно использовать практически в любых областях.
Медицина
В медицине алмаз применяется для изготовления инструментов для внутриполостных исследований. Когда самоцвет проходит обработку, от него осыпается пыль, которая так и называется — алмазная. Её наносят на скальпели, которые используются в таком точном направлении как нейрохирургия. Алмазное напыление позволяет как можно точнее провести разрезы, и при этом инструмент сохраняет свою остроту.
Также минерал используется при изготовлении специального белья. За счёт воздействия мельчайшей крошки, он способствует насыщению клеток и сосудов кислородом, улучшает кровообращение, участвует в очищении крови и в общем положительно влияет на процесс кроветворения.
Также камень нашёл широкое применение в стоматологии.
Строительство
Не все алмазы, найденные в природе, годятся для огранки и изготовления бриллианта. Большинство самоцветом считаются техническими за счёт низкого качества. Такие минералы называют техническими. Но и они нашли широкое применение. Благодаря им стали доступны покрытия с алмазным напылением, например, на пилы, свёрла. Пожалуй, практически каждый слышал такие понятия, как «алмазная резка» или «алмазное бурение».
С помощью таких инструментов проводятся такие работы:
Алмазная резка способна справиться с резкой практически любого покрытия, в том числе и самого твёрдого и прочного.
Ядерная энергетика
Известно, что когда ион поступает в алмаз, то происходит вспышка света. Именно благодаря этому свойству, минерал используют в виде измерителя ядерного излучения. Кроме того, в ядерной энергетике минерал часто используют для изготовления различных высокоточных приборов.
Алмазные детали часто можно встретить в часах, микроэлектронике и даже компьютерах.
Химическая и физическая промышленность
Ещё одно преимущество камня — невосприимчивость к кислотам и другим веществам. В данном случае использование самоцвета позволяет провести сверхточные исследования и опыты. Сверхпрочный минерал выдерживает любые воздействия агрессивных разрушающих веществ.
Также это позволяет использовать алмаз в таких отраслях:
Ювелирное дело
Конечно же, самое главное и самое важное применение алмаза — ювелирная промышленность. Самые качественные агрегаты самоцвета проходят тщательную проверку по многим показателям, и только при наивысшей оценке попадают на стол специалистов для обработки, шлифовки и огранки. При оценке алмаза как ювелирного камня учитываются такие показатели как чистота, блеск, оттенок, наличие включений, размер.
Огранка — самый важный этап обработки самоцвета. Именно благодаря особой форме и определённому количеству граней раскрывается вся красота камня и его особый блеск и чистота. При малейшей ошибке мастера можно лишиться всего минерала и тогда он уже будет не пригоден для дальнейших работ.
С алмазом создают самые разные украшения:
На удивление, это не все отрасли, где используется алмаз. Он также встречается в оптике, телекоммуникациях, при добыче полезных ископаемых и прочее. Применение камня, основанное на его твёрдости, настолько широкое, что его можно встретить практически в любой отрасли. Это позволяет назвать алмаз не только ценным ювелирным самоцветом, но и особо ценным во всех сферах промышленности.
Описание, свойства и использование алмазов
Алмазы сегодня используются не только в ювелирном деле, но и в промышленности. Камень обладает свойствами, которые с успехом применяются во многих отраслях. Материал по характеристикам не удается заменить, поэтому, узнавая, что делают из алмазов, не стоит удивляться, если в этот список попадут не только украшения.
Свойства материала
Алмаз по своей природе является аллотропной модификацией углерода. Углерод также можно найти в других веществах вроде графита или угля, но именно алмаз из всего ряда прославился своими качествами. Материал имеет самую большую твердость среди всех элементов, 10 из 10 по шкале Мооса. Правда, это не подтверждает его прочности, материал очень хрупок, если подвергать резким воздействиям, например, ударам.
Плотность алмаза 3,4–3,5 г/см3. А теплопроводность высокая и составляет до 2300 Вт. Камень не нагревается в руках. А еще важными характеристиками в промышленности является низкий коэффициент сжатия и высокий модуль упругости. Плавление алмаза происходит при температуре 2000 градусов Цельсия без доступа кислорода, а если камень плавить на воздухе, то процесс начнется при 800–1000 градусах.
Алмаз горит и полностью переходит в углекислый газ. Если процесс происходит без кислорода, то он превращается в графит. Обратное перевоплощение гораздо сложнее.
Использование алмазов
Применение алмазов востребовано в таких сферах:
В ювелирной отрасли используется только треть добытых алмазов, которые обладают привлекательным видом. В камне должно быть минимальное количество микротрещин, дефектов, включений в структуру. Минерал должен обладать прозрачностью. В качестве включений иногда наблюдаются облачка или минерал приобретает желтоватый с серым оттенок из-за примесей в почве. Именно по этим критериям внешнего вида, а также с учетом размера камня оценивается стоимость алмаза.
Обработанные алмазы называются бриллиантами. После прохождения оценки у геммолога камень выставляется на аукцион, где его приобретает либо ювелир, либо бизнесмен, предприниматель. Иногда аукционы закрыты для покупателей, а минералы приобретают компании по производству украшений. Со временем минерал можно оправить в золото, платину или серебро. Любой благородный металл будет выглядеть в композиции с бриллиантом роскошно.
Ювелирные украшения с ограненными алмазами — бриллиантами
Бриллиантами украшают серьги, кольца, подвески, броши, браслеты. Такие изделия приобретают, как правило, девушки, поскольку бриллиант подходит им по энергетике. Камень долговечен и не требует особенного ухода.
Те алмазы, которые не проходят огранки и обрамления в драгметалл, то есть технические камни, отправляются на производство промышленных инструментов. Спрос на технические алмазы высокий, поэтому разрабатываются месторождения, а также совершенствуются технологии по поводу синтеза искусственных минералов. Такими способами можно покрыть потребности промышленности.
Обрабатывающая промышленность использует в основном твердость элемента. Разные виды работ вроде сверления или резки проходят быстро и без образования микротрещин на поверхности материала. С помощью алмазов происходит обточка металла. Буры, которые сверлят скважины с нефтью, также имеют покрытие крошкой из минерала.
У него высокая износостойкость, что позволяет покрывать алмазной крошкой любые инструменты. Это продлевает их срок действия и увеличивает производительность. Например, только в России существует более 1200 инструментов с покрытием алмазной крошкой:
Алмазное напыление на сверле
Преимущества использования алмазов в строительстве:
Алмазная резка существует нескольких типов: с помощью буры или сухая алмазная резка. Конечно, инструменты с напылением алмазной крошки дороже, чем обычные, но их стоимость окупается качеством процесса. Например, стоимость резки бетона с помощью алмазов полностью себя оправдывает. А еще от работника при использовании специальной аппаратуры не требуется больших физических усилий.
Актуально бурение скважин с помощью алмазов, особенно если диаметр должен быть небольшим. Сейчас появилась отрасль в строительстве под названием алмазная резка. При сверлении, например, бетона, отсутствует вибрация, пыль. Алмазное сверление сделает отверстия для следующих коммуникаций:
А вот алмазная резка также актуальна, поскольку она после себя оставляет идеальный срез, без сколов или трещин на материале. Диски, на которых есть алмазное покрытие, выдерживают большие температуры и перепады давления.
Алмазы используются в космической промышленности для покрытия приборов, улучшения их прочности. А на земле камень применяется при проведении работ, например, прокладке туннелей во взрывоопасных зонах.
В медицине также приветствуется использование алмазных покрытий, в особенности в хирургических инструментах. Таких, например, как медицинские скальпели, стоматологическая аппаратура, ножницы и зажимы. Ведется разработка медицинского лазера, на кристаллах которого будет алмазное покрытие, и минерал выступает в качестве проводника.
Применение алмаза также оправдано в телекоммуникациях и электронике. Камни используются для передачи сигналов по кабелям. Конечно, такие технологии требуют материальных вложений, зато соответствующие кабели способны выдерживать перепады температуры. А еще алмазам не страшны скачки напряжения. Применяют минерал вместе с рубином и при изготовлении сверхчувствительных элементов.
Алмаз используется в оптике для астрономов. Эксперименты из области физики и химии требуют применения алмазов для изобретения новой оптики, усовершенствования лазерных технологий, исследования космоса. Камни выступают в роли защитного элемента, который не может повредить плавиковая кислота.
На производстве, помимо природной породы, применяются камни, добытые в лаборатории. Ювелирные экземпляры добываются в кимберлитовых и лампроитовых трубках, отдельно от технического алмаза. А количество синтетических камней в промышленности достигает 97 %. Существует три технологии синтеза на сегодняшний день:
Все эти технологии слишком затратные, но альтернативы в добыче алмазов пока нет. Поэтому ученые продолжают работать в направлении искусственного синтеза. Применение минералов в промышленности не останавливается, в последнее время разрабатываются нанотехнологии, поэтому стоимость сырья не падает. Камни в составе украшений также актуальны и востребованы на рынке драгоценностей.
Что делают из Алмазов и в каких сферах он применяется?
Применение алмаза началось более двух веков назад. До середины XX века их использовались как материал для изготовления ювелирных изделий. Интересно то, что для гранения одного алмаза берут другой алмаз. Особая прочность материала не позволяет работать над ним с помощью кристаллических образований других минералов. Учёные минералоги, физики и химики долгое время изучали свойства породы. Они выявили все предельные характеристики, нашли возможность применения камней в различных производственных сферах.
Свойства и показатели
Образец ценного минерала – аллотропное изменение углерода. У каждого человека есть возможность стать обладателем его частички. Это графит обычного простого карандаша. В графит преобразуется алмаз при определённом повышении температуры. Если ставит камень в таблицу твёрдости Мооса, он займёт самую верхнюю строчку, 10. Выше твёрдости наукой не выявлено и пород крепче алмаза ещё не нашли. Другие особенности минерала:
Кристалл возможно расплавить, если достичь уровня давления в 11 ГПа, показатель плавления – 4 тыс. градусов. Камень начинает гореть при t — от 800-тысячи градусов, процесс проходит на воздухе. Алмаз сгорает, не оставляя остатка, но образуя углекислый газ.
Пламя при горении голубое. Другой результат получается при нагревании без доступа воздушных масс. Температура – 2 тыс. Самоцвет преобразуется в графит, распадается, издавая звуки, похожие на хлопок. Термодинамика отличается в этом случае аномальным характером.
Учёные нашли применение алмазов в современных сферах индустрии и развивающихся технологиях.
Сферы применения
Областей использования свойств материала достаточно много. Можно перечислить основное и наиболее популярное.
Строительные работы
Сложные работы с объёмными конструкциями из бетона требуют соединений. Кроме этого в них часто устанавливают крепления и дополнительные устройства. Сверление, резка и демонтирование требуют прочных деталей. Кристаллические устройства легко справляются с самыми прочными материалами. Свёрла разного диаметра способны сделать аккуратные отверстия. Применяется алмаз не только для работ по бетону, он режет гранит, мрамор, перемалывает щебень.
Возведение здание начинается с прокладки траншей для кабелей и коммуникационных линий. Для таких работ предназначена специальная техника – проходческий комбайн. Прокладка проводится диском, на котором установлены лезвия с напылением из алмазной крошки.
Приборостроение
Из алмаза делают тысячи моделей устройств, деталей и видов инструментов. Их сложно перечислить. Основные и наиболее известные:
Медицина
Используется материал для изготовления медицинских скальпелей. Острые лезвия дают тонкий разрез. Представить действия хирурга без алмазного скальпеля сегодня практически невозможно. Учёные не завершили работы над твёрдым материалом. Медицинский лазер – одно из последних разработок. Минерал является проводником прибора. Новые научные изыскания могут появиться в любое время.
Телекоммуникации
Кристалл позволяет проходить через один кабель разно частотным линиям связи. Он не боится перепадов температуры, терпит скачки напряжения. Преимущества камня — его размеры. Невидимые обычным зрением частицы обладают максимально возможными свойствами. Самоцветы применяются в фотоэлементах, приборах для оптических техник. У астрономов все приборы, действуют, используя возможности минерала.
Химическая и физическая отрасль
Здесь природный материал – защитный компонент. Агрессивная среда повреждает многочисленные химические соединения. Твёрдая порода выдерживает воздействие кислот и других разрушающих составов. Сферы в промышленности, где минералы активно применяются:
Приборы не дают погрешность, позволяя достичь максимальных показателей точности.
Добыча полезных ископаемых
Приборы с твёрдой породой помогают сверлить, прокладывать трубы. Добыча нефти, разработка месторождений газа, пробивание каменных пластов, известковых отложений – возможности Самоцветов.
Фильеры
В радиоэлектронике использовано специальное металлическое устройство. Фильер – это пластинка из материала с тончайшими, невидимыми отверстиями для проволоки. Нити её создаются из металлов и сплавов. Они могут как обычным ножом разрезать другие материалы, только алмазные фильеры способны выдержать трение и давление острых металлических нитей.
Порошки
Из камня делают порошковые составы. Они использовались и получались после дробления прочных минералов. Искусственные алмазы также становятся основой порошка. Металлическим составом покрывают детали инструментов:
Свёрла создадут непросто тонкие отверстия, а прочные соединения, глубокие ёмкости.
Ювелирное мастерство
Для создания самоцветов высокого качества требуется специальное огранное оборудование. Порошок из прочной породы – активный компонент гранильных фабрик. Шлифовка позволяет сделать из обычного камня сверкающую драгоценность.
Ядерная промышленность
Ещё одно свойство минерала позволяет активно внедрять его для создания ядерных излучений. В камне заряженная частица даёт световую вспышку, от которой появляется импульс тока, чего не даст обычный самоцвет. Такое свойство учёные применили в счётчиках. Камень имеет преимущества перед газом и кристаллическими сетками других материалов.
Детали из прочной породы можно встретить в часах, компьютерах, микроэлектронике.
Виды минералов
Не всякий образец драгоценного камня станет материалом для промышленного использования. Лучшие виды уходят к ювелирам. Они дорогие, находятся в отдельных территориях планеты, поэтому отправлять их в другие отрасли невыгодно, расточительно и необоснованно. Бриллиантов не может быть много, поэтому в массовую промышленность они не идут.
Классификация строится на распределении породы по категориям. Первые две – ювелирные. Остальные семь – технические.
Для промышленного применения подходит синтетически созданный минерал. Статистические факты приводят интересные цифры. В промышленность направляются материалы в большинстве объёма искусственного происхождения, их 97%. Методы и технологии создания минералов:
Классификации основаны на принципах:
В каждой стране есть и свои индивидуальные требования: размер, полнота свойств.
Созданные производственным способом алмазы позволяют развивать технологические мощности, модернизировать и улучшать научные достижения.
Применение алмаза: как люди используют драгоценный камень
При слове «алмаз» бо́льшая часть из нас представляет высокопрочный прозрачный минерал или ювелирные изделия с бриллиантами, блеск и игру света которых не спутаешь ни с одним известным камнем. Но неужели этим и ограничивается область применения минерала? Что делают из алмазов еще?
Где используется алмаз
Оказывается, сфера применения минерала огромна. Алмазы обрабатывают, получая не только камни разной формы и размера, но и крошку и алмазную пыль. Практически нет области промышленного производства, науки, в которых исключалось бы применение алмаза. Подробно рассмотреть все аспекты использования минерала невозможно, но составить общую картину и понять, для каких целей применяется алмаз, — вполне реально.
Медицина
Основное целевое направление — производство высокоточного хирургического оборудования с алмазным напылением. Тонкие и острые полостные надрезы позволяют хирургам максимально эффективно проводить сложнейшие операции в области сердца и других жизненно важных органов. Хирургический инструмент имеет хорошую износостойкость и практически не тупится.
Алмаз является хорошим проводником, и это свойство позволяет применить минерал в составе медицинского лазера. Тончайшее алмазное напыление дает возможность использовать указанное оборудование в разных направлениях медицины.
Применение алмазной дермабразии в косметологии позволяет провести шлифовку лица. Алмазная корректировка деликатно удаляет ороговевший слой кожи, устраняет пигментные пятна, акне. Затем полировка доводит эпидермис практически до идеального состояния. Процедура настолько нежна и деликатна, что позволяет работать с кожей вокруг глаз и губ.
Каким образом человеком используется алмаз в инновационных технологиях современной медицины? Разработки ученых из Санкт-Петербурга открыли новую страницу медицинской алмазной диагностики. Синтетические ультрадисперсные алмазы (УДА) находят применение в новейших тест-системах для диагностики инфекционных заболеваний. Маркеры-антигены закрепляются на специальных наноносителях, к числу которых и относится УДА. Например, на стекле смешивается УДА, сыворотка крови больного и антиген-возбудитель сифилиса, через 15 минут четко видны последствия реакции агглютинации. Чувствительность методики достигает 95%, а специфичность — 100%.
Американские специалисты используют синтетические наноалмазы в стоматологии для защиты корневых каналов после удаления нерва и пульпы. Скорость выздоровления пациентов в данном случае существенно возрастает.
С получением новых структур на основе алмазов наблюдается расширение границ использования минерала в медицине.
Промышленность
Применение алмазов в промышленности достаточно многогранно. И в этом большую роль сыграли их особенные свойства: твердость, теплопроводность и др.
Приборостроение и промышленное оборудование
При создании особо сложных деталей для любого оборудования, используются фрезеровочные, токарные и другие станки. Ножи по металлу, фрезы, шлифовальное оборудование также выпускаются с алмазным напылением. Длительный срок службы и высокая точность выполненной работы — главная особенность насадок и блоков с алмазным напылением.
До недавнего времени буровые коронки и долото выполнялись только с применением алмаза. Сейчас они вытеснены другими, более дешевыми материалами или синтетическими монокристаллами.
Высокая твердость алмаза обуславливает его использование в соплах станков гидроабразивной резки и фильерах для производства полимерных волокон.
Станок гидроабразивной резки
Алмазные наковальни позволяют исследовать поведение различных соединений при высоких давлениях (до 100 ГПа).
Алмаз применяется в самолетостроении, космической промышленности для создания сверхпрочных покрытий воздушных и космических кораблей, способных выдерживать высокие температуры и нагрузки.
Электроника и оптика
Применение алмазов в промышленности тесно связано с такими направлениями, как оптика и электроника. Это алмазные транзисторы, детекторы ионизирующих излучений на алмазе, матричные УФ-фотоприемники, поликристаллические алмазные пленки. Сложное узкоспециальное оборудование помогает человеку в различных направлениях жизнедеятельности.
Строительные и отделочные работы
Кто хотя бы раз занимался ремонтом или строительством, знает, что просверлить отверстие в бетоне или разрезать керамогранит обычными инструментами проблематично. Это долгий, монотонный труд, с большой затратой физических сил и с не всегда хорошим результатом.
Алмазный абразивный диск
Но, как только в дело вступают так называемые алмазные сверла и диски, работа выполняется в считаные минуты. Отверстия получаются аккуратные, нужной глубины и размера, а срез — ровным, без сколов. И неважно, где выполняются работы: в рамках квартиры или огромного строящегося здания, алмазное напыление в шлифовальных инструментах — гарантия высокого качества выполненных работ. Минералу под силу работа с любыми материалами: бетон, гранит, мрамор и др.
Ювелирное дело
Всем известно, что при огранке можно сделать из алмаза бриллиант — неповторимый по красоте и игре света камень. Крупные бриллианты используются для украшения тиар или диадем царственных особ.
В тройку алмазов-лидеров по размерам входят:
Дальнейшая судьба этих подарков природы довольно стандартна: их раскалывают на более мелкие части и выполняют огранку, получая бриллианты. Высокое значение показателя преломления и дисперсии обуславливают игру граней всеми цветами радуги. Также следует знать, что поверхность бриллиантов не царапается и сохраняет характерный блеск.
Крупные бриллианты в виде отдельного камня или в составе украшения — хорошее финансовое вложение и гордость любого коллекционера:
Алмаз применяется для создания эксклюзивных ювелирных украшений. Красота в каждой детали, сочетание с другими драгоценными камнями и баснословная стоимость — особенности, присущие неповторимому камню.
Самые дорогие ювелирные украшения с бриллиантами:
Химическая и физическая отрасли
Не менее важно значение алмаза и в этих сферах. Создание новых перспективных материалов, например, ультрадисперсионного алмаза, позволило использовать его в качестве углеродного носителя при электролизе.
Алмаз является хорошим полупроводником, а высокая светочувствительность позволяет использовать минерал в оптических приборах.
Учеными-химиками разработаны технологии, позволяющие использовать синтетические алмазы в качестве гальванического покрытия на основе серебра, золота, хрома и т. п. Наноалмазы также применяются для создания полимерных композитов и твердых смазок.
Минералы, наряду с синтетическими рубинами и сапфирами, используются в составе часовых камней в кварцевых часах для повышения износостойкости и долговечности.
Основные свойства алмаза
Алмаз — это твердая аллотропная модификация углерода, которая имеет:
Наличие люминесценции позволяет минералу светиться различными цветами на солнце, что особенно заметно при огранке в бриллиант.
Большинство природных алмазов бесцветны или имеют желтый окрас, но встречаются минералы розовой, голубой и коричневой окраски.
Синтетические алмазы
В последние годы особую значимость и распространенность приобретают искусственные (СVD или HPHT) алмазы. Хотя термин «синтетические» в данном случае не вполне корректен. Физические свойства алмаза, как и структура, соответствуют натуральному аналогу, однако он выращен искусственно, хоть и не содержит инородных синтетических материалов. В промышленности до 97% (от общей массы используемых алмазов) приходится на искусственные кристаллы.
Смотреть всю коллекцию «ШОКОЛАД» в каталог SUNLIGHT
Попытки создания кристаллов были предприняты еще в XIX веке, но лишь в 1953 г. была сконструирована специальная установка и получены первые кристаллы.
Чем режут алмаз
Если для разрезания других твердых материалов используются инструменты с алмазным напылением, то как и чем можно разрезать сам алмаз?
Алмазы режут с их же помощью. Для этой цели применяется тончайшая дисковая пила с алмазным напылением. Процесс протекает по направлению меньшей твердости в течение нескольких часов. Скорость резки минимальна.
С появлением инновационных технологий все шире используется лазерная резка.
Алмаз, как и бриллиант на его основе, не только красивый, но и особый по свойствам минерал. Поэтому ювелирное направление — лишь небольшая функциональная составляющая его возможностей. Медицина, электроника, приборостроение и т. д. активно расширяют границы применения этого материала.
Современные технологии выращивания кристаллов и создание искусственных наноматериалов позволяют существенно раздвинуть область использования прочного и оптически деятельного минерала.