Курсовая работа: Алмаз. Легенды и действительность
Алмазы издавна использовались в качестве самых изысканных украшений и большое валютное значение. Прозрачные бесцветные или красиво окрашенные кристаллы алмаза, пригодные для огранки, являются драгоценными камнями 1-го класса, так же как сапфир, рубин, изумруд, александрит, эвклаз. Ювелиры разделяют алмазы почти на 1000 сортов в зависимости от прозрачности, тона, густоты и равномерности окраски, наличия трещин, минеральных включений и некоторых других признаков.
С конца XIX века алмазы начинают применяться на производстве. В настоящее время экономический потенциал наиболее развитых государств в значительной мере связывается с использованием ими алмазов. Достаточно напомнить, что по оценкам западных экономистов промышленный потенциал США в случае отказа от импорта алмазов упадет в 2-3 раза. Применение алмазного инструмента существенно повышает чистоту обработки деталей, а производительность труда возрастает при этом в среднем на 50 %.
Массу алмазов принято измерять в каратах. Каратом в Древней Греции называли семена рожкового дерева, по форме напоминающие крупную горошину. После высушивания семена имели сравнительно постоянную массу - от 150 до 220 мг.
В промышленности используются преимущественно алмазы, непригодные для огранки: непрозрачные, с многочисленными включениями, трещинами, мелкозернистые сростки, алмазная крошка и т.п. Единой классификации технических алмазов не существует, поскольку каждая отрасль промышленности предъявляет свои требования к их сортировке.
Какие же свойства алмаза определяют его широкое использование в различных областях народного хозяйства? В первую очередь, конечно, исключительная твердость, которая, если судить по скорости истирания, в 50 раз выше, чем у корунда, и в десятки раз выше, чем у лучших сплавов, применяемых для изготовления резцов. Алмаз применяется для бурения горных пород и механической обработке самых разнообразных материалов.
Бурение скважин в толщах горных пород, слагающих земную кору, в широких масштабах применяется при поиске и разведке месторождений полезных ископаемых, а также при эксплуатации нефтяных и газовых залежей. Не обойтись без бурения и при выполнении всевозможных взрывных и инженерно-геологических работ, предшествующих возведению крупных зданий, плотин и многих других объектов.
В техническом отношении наиболее совершенным является вращательное алмазное бурение, которое осуществляется высверливанием скважин в толще горных пород с помощью буровых коронок, армированных алмазами. Коронки, армированные алмазами, повышают скорость бурения в 8-15 раз по сравнению с бурением, основанным на применении твердосплавных или дробовых коронок.
Наилучшими алмазами для бурения считаются тонкозернистые плотные карбонадо, поскольку они обладают повышенной твердостью и наименее подвержены раскалыванию. На втором месте стоят шаровидные балласы и небольшие монокристаллы алмаза округлой формы. На изготовление буровых коронок ежегодно расходуется около 0.6 тонны камней, что составляет примерно 10 % общего количества добываемых в мире технических алмазов.
Применение алмазных резцов и сверл на обработке цветных и черных металлов, твердых и сверхтвердых сплавов, стекла, каучука, пластмасс и других синтетических веществ дает огромный экономический эффект по сравнению с использованием твердосплавного инструмента. Чрезвычайно важно, что при этом не только в десятки раз повышается производительность труда, но одновременно значительно улучшается качество продукции. Обработанные алмазным резцом поверхности не требуют шлифовки, на них практически отсутствуют микротрещины, в результате чего многократно увеличивается срок службы получаемых деталей.
Совершенно незаменимы алмазы при вытачивании опорных рубиновых камней, используемых в часовых и многих других точных механизмах, а также при правке шлифовальных кругов.
Практически все современные отрасли промышленности, в первую очередь электротехническая, радиоэлектронная и приборостроительная, в огромных количествах используют тонкую проволоку, изготавливаемую из различных металлов. При этом предъявляются строгие требования к круговой форме и неизменности диаметра поперечного сечения проволоки при высокой чистоте поверхности. Такая проволока из твердых металлов и сплавов может быть изготовлена лишь с помощью алмазных фильер. Фильеры представляют собой пластинчатые алмазы с просверленными в них тончайшими (от 0.5 до 0.001 мм) отверстиями.
Широкое применение в промышленности находят и алмазные порошки. Их получают путем дробления низкосортных природных алмазов, а также изготавливают на специальных предприятиях по производству синтетических алмазов. Алмазные порошки используются в дисковых алмазных пилах, мелкоалмазных буровых коронках, специальных напильниках и в качестве абразива. Только с применением алмазных порошков удалось создать уникальные сверла, которые обеспечивают получение глубоких тонких отверстий в твердых и хрупких материалах. Такие сверла («алмазные жала») позволяют высверливать, например, в стекле отверстия диаметром 2 мм и длиной до 850 мм!
Алмазные порошки находят применение на гранильных фабриках, где все самоцветы, и в том числе алмазы, подвергаются огранке и шлифовке, благодаря чему невзрачные до этого камни становятся таинственно светящимися или ослепительно сверкающими драгоценностями, к неповторимой красоте которых никто не остается равнодушным.
С 50-х годов внимание ученых и конструкторов начинают привлекать другие физические свойства алмаза. Известно, что, попадая в кристалл, быстрые заряженные частицы выбивают электроны из его атомов, т.е. ионизируют вещество. В алмазе под действием заряженной частицы происходит световая вспышка и возникает импульс тока. Эти свойства позволяют использовать алмазы в качестве детекторов ядерного излучения. Свечение алмазов и возникновение импульсов электрического тока при облучении позволяет применять их в счетчиках быстрых частиц. Алмаз в качестве такого счетчика обладает неоспоримыми преимуществами по сравнению с газовыми и другими кристаллическими приборами.
Кристаллы алмаза, применимые в качестве счетчиков, крайне редки, поэтому цена их значительно выше, чем у равных по величине ювелирных камней. Некоторые кристаллы алмаза являются полупроводниками p- типа в широком диапазоне температур и давлений.
Использование алмазов в полупроводниковых и некоторых оптических приборах, а также в счетчиках ядерного излучения весьма перспективно, поскольку такие приборы способны работать в самых различных условиях, включая области низких и высоких температур, сильные электромагнитные и гравитационные поля, агрессивные среды и т.п. Следовательно, основанные на алмазах приборы могут оказаться незаменимыми при космических исследованиях, а также при изучении глубинного строения нашей планеты.
Алмазу с незапамятных времен отводилось особое место среди представителей минерального царства. Исключительность свойств алмаза порождала множество легенд, в которых наряду с чистейшим вымыслом встречались и описания некоторых реальных свойств камня.
В Индии, где много веков назад были найдены первые алмазы, накапливались и обобщались сведения о свойствах кристаллов алмаза и его месторождениях. Однако жрецы из религиозных и политических, а купцы из коммерческих соображений препятствовали распространению этих сведений и подменяли их всякого рода мистическими толками и суеверными выдумками.
По мнению древних индусов, алмазы образуются из «пяти начал природы»: земли, воды, неба, воздуха и энергии. При этом алмазы, как и люди, разделялись на четыре класса (Варны): «брахманов», «кшатриев», «вайшьев» и «шудр». «Брахманами» назывались бесцветные и белые, как градины, цвета «серебристых облаков и луны» шестивершинные или октаэдрические кристаллы алмаза, считавшиеся высшей степенью совершенства. Алмазы с красноватым оттенком относились к «кшатриям» , зеленоватые- к «вайшьям», а серые- к «шудрам». «Кшатрии» оценивались в 3/4, «вайшьи»- в 1/2, а «шудры»- в 1/4 стоимости «брахманов».
Многие индийские и, по-видимому, арабские легенды об алмазе были повторены в начале нашей эры в работе древнеримского естествоиспытателя Плиния Старшего «Естественная история ископаемых тел». Наряду с легендами и суевериями Плиний приводит довольно точные характеристики некоторых свойств алмаза. Так, в частности, он описывает использование алмазов при обработке других твердых материалов и отмечает, что сам алмаз может быть обработан только другим алмазом. На протяжении последующих веков воззрения Плиния считались незыблемыми и переходили из одного трактата в другой, обрастая все большим числом фантастических вымыслов.
В средние века были составлены даже специальные книги о происхождении, магических и целебных свойствах различных камней - лапидарии.
Такого же рода «лечебные» книги печатались и в России. Одна из них, опубликованная в 1672 году, называлась «Книга, глаголемая «Прохладный вертоград», избранная от многих мудрецов о различных врачевских вещах, к здравию человеческому пристоящих».
В известной сказке о путешествиях Синбада - морехода рассказывается о хитроумном способе добычи алмазов. Где-то в далекой стране есть необычайно глубокое ущелье, дно которого усеяно алмазами. Доступ к сокровищам преграждают несметные полчища огромных змей. Однако люди нашли способ извлекать драгоценные камни и отсюда. Для этого с окружающих гор они сбрасывали в ущелье большие куски мяса. Алмазы прилипали к мясу, и огромные орлы уносили его в свои гнезда. Смелые искатели добирались до орлиных гнезд и собирали сверкающие кристаллы.
Случайно или нет, но в этой сказке есть два момента, которые увязываются с практическими данными. Одним из них является способность алмаза прилипать к жирам, а второй - «посредническая» роль птиц при добыче алмазов. Какие-либо достоверные сведения об этом в древнеиндийских источниках отсутствуют, но мы располагаем многочисленными и вполне достоверными данными, относящимися к XIX веку. На раннем периоде истории алмазных разработок в Южной Африке считалось выгодным разводить домашнюю птицу. Птицы рылись в отвалах горных выработок и, завидев блестящие зерна, проглатывали их.
Зоб каждой зарезанной птицы тщательно осматривали, надеясь найти драгоценный кристалл. Надежды эти иногда оправдывались. Так, к примеру, документально засвидетельствовано, что в зобу одного голубя, убитого на территории алмазного рудника, было обнаружено 23 алмаза массой 5.5 карата.
Нашла отражение в легендах и исключительная твердость алмаза. Плиний отмечает «несказанную» твердость камня, который «так сопротивляется ударам на наковальне, что железо с обеих сторон разлетается и сама наковальня растрескивается».
Очевидно, что римский ученый не различал твердости и прочности веществ. Если бы он проверил справедливость своего утверждения и, положив алмаз на наковальню, ударил по нему молотком, то лишился бы своей драгоценности, поскольку камень разлетелся бы на куски.
В китайских легендах, относящихся к IV веку н. э., рассказывается, что в королевстве Фу- Нан добывают алмазы, которые могут резать яшму. По своему виду они напоминают плавиковый шпат и растут подобно сталактитам, на дне моря, на глубине сотен метров. Пловцы ныряют за ними утром и выплывают только к концу дня. При ударе по алмазу молотком алмаз остается неповрежденным, а молоток раскалывается. Однако если удар нанести бараньим рогом, то алмаз разломается, как лед. Очевидно, что авторы этой легенды беспорядочно смешали свойства нескольких минералов: алмаза, жемчуга и кальцита.
Легенды об алмазе и других драгоценных камнях включались в некоторые художественные произведения. Очень поэтичны описания самоцветов в произведениях
А. И. Куприна. Об алмазе говорится, что он «царь всех камней- камень шамир. Греки называют его адамас, что значит- неодолимый. Он остается невредимым в самом сильном огне. Это свет солнца, сгустившийся в земле и охлажденный временем. Он играет всеми цветами, но сам остается прозрачным, точно капля воды. Он сияет в темноте ночи, но даже днем теряет свой свет на руке убийцы».