Курсовая работа: Алмаз. Легенды и действительность
Сегодня мы с полным основанием можем сказать, что последняя фраза явилась пророческой. Менее чем за сто лет не только разгадали тайну образования природных алмазов, но и научились изготавливать синтетические алмазы в неограниченном количестве.
Природные алмазы в «сыром» виде довольно невзрачны. В большинстве случаев они представляют собой сравнительно мелкие (1-5 мм в диаметре) зерна с тусклой матовой или шероховатой поверхностью, нередко покрытые пленками, корочками и примазками посторонних веществ (бурых гидроксилов железа и т. п.) . И даже хорошо образованные прозрачные кристаллы алмаза с гладкими поверхностями граней не обладают блеском и «игрой», столь типичными для драгоценных камней, и поэтому обычно не привлекают внимания неспециалистов.
Подавляющая часть алмазов встречается в виде обособленных кристаллов; во всех месторождениях присутствуют сростки, образованные несколькими маленькими кристалликами, а также микро - и скрыто - кристаллические агрегаты, сложенные сотнями тесно сросшихся мельчайших зерен.
Обособленные кристаллы алмаза поражают многообразием форм и сложностью скульптурных образований на гранях. Наиболее характерной формой алмазных кристаллов является восьмигранник (октаэдр). Реже встречаются алмазы, имеющие форму куба, ромбододекаэдра и некоторые другие. Перечисленные формы ограничены плоскими или плоскоступенчатыми гранями.
Наряду с плоскогранниками во всех месторождениях присутствуют, а иногда и преобладают кристаллы с выпуклыми искривленными гранями. Кривогранные алмазы, как правило, имеют 12 граней. В отличии от сходных плоскогранных форм, они называются додекаэдроидами. В незначительном количестве среди кривогранных алмазов встречаются октаэдроиды и кубоиды.
Кроме отмеченных крайних типов в любом месторождении неизменно присутствуют все переходные разновидности от плоскогранных к кривогранным кристаллам алмаза. Превращение плоскогранных октаэдров в додекаэдроиды начиналось с притупления и постепенного округления вершин и ребер кристаллов. По мере развития процесса плоские октаэдрические грани постепенно замещались искривленными поверхностями, центральные зоны которых располагались на месте ребер октаэдра. Такие поверхности имеют вид выпуклых ромбов с неясно выраженным перегибом по короткой оси.
По вопросу происхождения кривогранных округлых кристаллов алмаза существуют две точки зрения.
Согласно одной из них, алмазы кристаллизовались в виде плоскогранников, а в дальнейшем из-за уменьшения давления частично растворялись. У кристаллов всех веществ вершины и ребра растворяются быстрее, чем грани, что приводит к округлению. Многие считают, что кривогранные формы возникают в процессе роста алмазов. Представления о происхождении округлых алмазов в итоге частичного растворения первичных плоскогранных форм, согласно книге Орлова Ю. Л. «Минералогия алмаза», наиболее обоснованы теоретически и подтверждаются экспериментальными данными.
Поверхность как плоскогранных, так и кривогранных алмазов редко бывает гладкой и блестящей. Почти всегда она покрыта многочисленными углублениями, бугорками, штриховкой, кольцевыми и ступенчатыми выступами, которые рассеивают свет, обусловливая тусклый или стеклянный блеск большинства природных алмазов в их естественном виде.
Цвет алмазов изменяется в широких пределах и имеет большое значение при оценке ювелирных, а иногда и технических камней. Наиболее обычны бесцветные, желтые, бурые, серые и черные алмазы. Реже встречаются разновидности с зеленоватыми, голубоватыми и розоватыми оттенками. Камни чистых ярких тонов синего, зеленого и красного цвета весьма редки.
Окраска у многих кристаллов распределена не равномерно, а концентрируется на отдельных участках. При нагревании некоторых бурых алмазов они приобретают золотистый оттенок, а бледно-розовые становятся густо-розовыми. Правда, через непродолжительное время первоначальная окраска восстанавливается. Поверхность камней самых древних (более1-1.5 млрд. лет) месторождений имеет зеленую окраску, которая исчезает при механической обработке кристалла. Возникновение зеленой «рубашки» на алмазах связано с продолжительным воздействием на них радиоактивного облучения. Образование темно-зеленой оболочки на бесцветном ядре кристалла алмаза под воздействием радиации наблюдалось и в лабораторных условиях.
Большинство добываемых алмазов представлено кристалликами, размеры которых исчисляются первыми миллиметрами. Масса каждого из них не превышает 1 карата. Вместе с тем встречаются алмазы, масса которых достигает нескольких сотен, и даже тысяч карат. Такие камни - большая редкость, и каждому крупному (более 50 карат) алмазу присваивается название.
Представление о встречаемости крупных камней и их доле в общем объеме продукции алмазных месторождений дает таблица1.
| Рудник | Средняя масса крупных кристаллов, карат | Отношение общей массы к общей продукции, % | Число крупных кристаллов на 100000 карат |
| «Кимберли» | 17.7 | 11.3 | 638 |
| «Де Бирс» | 18.7 | 11.6 | 620 |
| «Дютойтспен» | 20.1 | 17.1 | 846 |
| «Бюлтфонтейн» | 15.0 | 0.9 | 58 |
| «Весселтон» | 15.8 | 2.1 | 135 |
Следует отметить, что рудники поля «Кимберли» характеризуются весьма высоким содержанием крупных кристаллов, причем частота встречаемости крупных камней в отдельных рудниках этого поля различается в 20 раз. Значительно реже крупные алмазы встречаются в других районах. В качестве примера можно указать месторождения в штате Минас-Жерайс , Бразилия, где весьма редко встречаются камни массой свыше 7-8 карат. Не случайно здесь во времена рабства существовал обычай отпускать на свободу невольника, нашедшего алмаз более 17.5 карата.
При оценке алмазов массой более 1 карата со второй половины XVII и до конца XIX века использовалось правило Тавернье, согласно которому стоимость алмазов вычислялась как произведение квадрата массы камня в каратах на принятую цену одного карата алмазов данного сорта. При оценке выставленной на продажу партии алмазов расчеты проводились по установленной для данной партии средней цене за карат.
Для очень больших алмазов такой подход приводил к слишком высоким ценам, поэтому на рубеже XIX и XX вв. Было предложено несколько формул, имевших целью приближение расчетных цен на алмазное сырье к рыночным. Наибольшее распространение получила формула:
С=0.5 p ( p +2)Ц
где С - общая стоимость алмаза; p - масса кристалла в каратах; Ц - цена за один карат.
Стоимость самого крупного в мире алмаза «Куллинан», масса которого до обработки равнялась 3106 каратам оценивается по способу Тавернье в 290 млн. долларов, а по вышеприведенной формуле в 145 млн. долларов. Таким образом, алмаз, масса которого всего 621 грамм, равен по стоимости 188 т чистого золота!
Алмазы с редкой и красивой окраской ценятся особенно высоко. Так, Павел I купил бриллиант красно-розового цвета массой 10 карат за 100000 рублей. Густо-синий индийский алмаз «Гоппе» массой 44.5 карата является одним из самых ценных бриллиантов в мире.
Благодаря научно-техническому прогрессу во второй половине XX века стало возможным изменять окраску природных алмазов. Бомбардировкой кристаллов алмаза электронами, протонами, нейтронами и последующей термической обработкой удается окрашивать их в желтый, голубой, зеленый, коричневый и дымчатый цвета. Облученные в атомном реакторе алмазы приобретают зеленый и коричневый цвета, а помещенные в ускоритель элементарных частиц становятся синими или голубыми. В зависимости от характера и интенсивности облучения изменение окраски может происходить только в поверхностном слое или во всем объеме кристалла, она может исчезнуть через короткое, она может исчезнуть через короткое время или сохраняться без изменений годами.
Встречающиеся в природе кристаллы редко имеют форму правильных многогранников. Обычно их грани развиты неравномерно, имеют трещины, штрихи, наросты, нередки посторонние включения. Поэтому в природных кристаллах обычно нет игры света и до изобретения способа огранки и шлифовки алмазов они не имели той цены, которую приобрели впоследствии. В старину наиболее ценились прозрачные октаэдрические кристаллы алмаза с зеркально-гладкими гранями. Такими алмазами по преданию была украшена мантия Людовика Святого.
Еще в древней Индии было замечено, что при трении одного алмаза о другой грани их шлифуются и блеск возрастает. Спустя некоторое время в Индии, а позднее в Италии, Франции и Бельгии стала применяться огранка алмазов «площадкой» или «октаэдром». Для такой простейшей огранки брались природные восьмигранные кристаллы или выкалывались блоки соответствующей формы из алмазных кристаллов другой формы. Огранка заключалась в стачивании противоположных вершинок октаэдра до образования вместо одной из них новой широкой плоской грани, называемой «площадкой», а на месте второй - небольшой притупляющей грани, известной под названием «калетты».
В дальнейшем люди старались обрабатывать алмаз так, чтобы возможно большее количество лучей света, падающих на его грани, претерпевало поверхностное и внутреннее отражение. Для этого камня требовалось придавать форму многогранника с определенной взаимной ориентировкой граней.
Считается, что первым среди европейцев научился шлифовать алмазы Людвиг Беркем. Он заметил, что при трении одного алмаза о другой они полируются. В 1454 году он огранил свой первый алмаз, который впоследствии получил название «Санси». После смерти Беркема секрет шлифовки алмазов был утрачен, но вскоре был найден снова.
Настоящая красота, блеск и феерическая «игра» лучей света у алмазов раскрывается и достигается в результате специальной механической обработки природных прозрачных кристаллов, которые после этого называются бриллиантами. Крупные бриллианты называются солитерами. Обработка заключается в раскалывании или распиливании, последующей обточке и огранке кристаллов со всех сторон для придания им особой формы.
Раскалывание алмазов позволяет при незначительных потерях сырья и небольших затратах труда разделять кристаллы на части для более эффективного их использования, в частности освобождаться от участков кристалла с дефектами и посторонними включениями. Эта операция требует большого мастерства, так как даже при одном неосторожном ударе алмаз может быть превращен в осколки, непригодные для изготовления бриллиантов.
Распиливание необходимо для разделения природных кристаллов на части при переработке их в бриллианты. Оно применялось уже в XVII веке. В те времена для распиливания алмазов использовалась железная проволока, шаржированная алмазным порошком. Процесс распиливания крупных кристаллов длился по многу месяцев и при этом расходовалось большое количество алмазной крошки. Распиливание алмаза «Регент», весившего 410 карат, длилось около двух лет. Позднее, по-видимому в середине XIX века, появились алмазные пилы, существенно не отличающиеся от современных. Как говорит Шафрановский И. И. В своей книге «Алмазы», они представляют собой тонкий (0.1-0.5 мм) быстро вращающийся металлический диск, на который подается суспензия из мелкого алмазного порошка. В XX веке появились установки для резки алмазов ультразвуком, для электроэрозионной, лазерной и электронной резки кристаллов.
Обточка алмазов - одна из самых естественных операций в технологическом цикле изготовления бриллиантов. От нее в значительной мере зависит степень использования сырья и качество готовых камней. Цель обточки состоит в том, чтобы придать заготовке форму будущего бриллианта, подготовить его к огранке и вывести все или хотя бы часть дефектов.
До начала XX века алмазы обтачивались вручную. Вот как описывает этот процесс Епифанов В. И. в своей книге «Технология обработки алмазов в бриллианты»: «...Два алмаза закреплялись в специальных оправках, и обточка проводилась трением их друг о друга. На протяжении многих недель и месяцев человек с большим усилием обтачивал заготовку для будущего бриллианта. Однако таким способом даже при высоком мастерстве и трудолюбии работника обеспечить правильную геометрическую форму заготовки было чрезвычайно сложно».
В начале XX века был изобретен станок для обточки алмазов, в результате чего резко улучшилось качество обработки и возросла производительность труда. Рабочие органы первых станков приводились во вращение с помощью ножных педалей, а в дальнейшем от электродвигателя. Во второй половине XX века существенные изменения претерпевает и внешний вид станков.