Астронет > Алмаз

Опубликовано: 04.09.2018

видео Астронет > Алмаз

How to make a Paper Cap? DIY

(тюрк. алмас, от греч. adamas - несокрушимый).

Аллотропная модификация углерода , кристаллическая решетка которой относится к кубической сингонии (см. ниже). Алмаз стабилен при высоких давлениях и метастабилен при нормальных условиях, хотя и может при них существовать неопределенно долго. При нагревании он переходит в графит (температура перехода составляет для синтетических микропорошков 450-500 , для кристаллов размерами от 0,6 до 1 мм - 600-700 и зависит от совершенства структуры, количества и характера примесей). Принято считать, что кристаллы природного алмаза сгорают в воздухе при температуре свыше 850 , в потоке О2 - свыше 750 .



Атомы углерода в структуре алмаза образуют четыре ковалентные связи с валентным углом (направление связей совпадает с осями L3 тетраэдра ). Среднее значение постоянной решетки а =3,56688 0,00009 (при температуре 25 и давлении 1 атм ) и возрастает при нагревании. Элементарная ячейка алмаза образована атомами, расположенными по вершинам куба, в центре его граней (рис. 1, атомы 1, 5, 7) и в центрах четырех несмежных октантов куба (атомы 6, 4, 2, 8). Каждый атом С находится в центре тетраэдра, вершинами которого служит четыре ближайших атома. В природе алмаз встречается в виде отдельных кристаллов , сростков, агрегатов (бесцветных или окрашенных), а также поликристаллических образований (баллас, карбонадо). Физические и механические свойства, окраска, скульптура поверхности обусловлены прежде всего дефектами кристаллической решетки , наличием примесей и включений, т. е. в конечном счете условиями роста кристаллов .


Star-Map Sequencer

Наиболее распространенная гипотеза генезиса природных алмазов утверждает их глубинное ( магматическое ) происхождение при давлениях свыше 4 ГПа и температурах более 1000 . Однако включения кальцита , кварца , барита , биотита, обнаруженные в алмазе, ставят под сомнение единственность этой гипотезы.


Coldstream Guards (Quick March)

Теоретические предпосылки получения алмазов искусственным путем были научно обоснованы в конце 30-х гг. 20 в. Синтетический алмаз впервые воспроизводимо получен в Швеции (1953), затем в США (1954) и СССР (1959). Наиболее распространен метод синтеза алмаза из графита при высоких статических давлениях. Синтез происходит в области термодинамической устойчивости алмаза, т. е. при давлениях 4 -10 ГПа и температурах 1000-2500 , в присутствии металлов , выполняющих роль растворителей - катализаторов , в течение времени от 10-15 с до 1 ч (размеры получаемых монокристаллов от 0,1 до 1,5 мм по ребру октаэдра ; более крупные алмазы - 8-10 мм - выращивают на затравку свыше 100 ч). По истечении времени синтеза для предотвращения обратного перехода алмаза в графит температуру резко снижают, и новая фаза фиксируется. Синтетические алмазы образуются также при действии динамического высокого давления около 30 ГПа и температуры 3000 и выше (размеры получаемых этим методом алмазов - 10-30 мкм ). В метастабильных для алмаза условиях при давлениях от нескольких сотен ГПа до нескольких Па и температурах 600-800 синтез ведут из газовой фазы ( метан , пропан , двуокись углерода и т. п.), как правило на затравку ( эпитаксиальное наращивание). При статическом давлении более 11 - 13 ГПа и температуре выше 2500 возможно превращение графит - алмаз без введения активирующих добавок, а также получение алмаза из расплава углерода (рис. 2). Синтетические алмазы выпускают в виде микропорошков, монокристаллов , поликристаллических структур (баллас, карбонадо), алмазных спеков и пластин с металлической подложкой.

Первая классификация алмазов , в основу которой положено содержание в нем азота , была предложена в конце 30-х гг. и уточнена в конце 50-х гг. В соответствии с этой классификацией большинство алмазов (~98%) относится к типу I - содержание азота до 0,2%. К типу II принадлежат алмазы, содержащие не более 10-3% азота. Алмазы I и II типов подразделяются на подгруппы. Алмазы подгруппы Iа содержат азот в непарамагнитной форме, А -дефекты и другие азотсодержащие дефекты сложного строения. Алмазы подгруппы Iб содержат одиночные замещающие атомы азота. Алмазы подгруппы Iа прозрачны до длин волн ~320-330 мкм, 1б - в области 500-550 мкм и имеют максимум поглощения при = 270 мкм. Алмазы II типа также делятся на две подгруппы: IIа (безазотные алмазы) и IIб (алмазы, содержащие примеси, ответственные за полупроводниковые свойства , в частности В ). Выделяют также алмазы типа III, к которому относят алмазы, характеризующиеся наличием В 1-дефектов. Алмазы этого типа поглощают излучение в области ~225-240 мкм. Алмазы I и III типов характеризует поглощение ИК-излучения в области ~1-11 мкм.

Физические свойства алмаза связаны с его структурой и содержанием примесей, количество которых в природных алмазах достигает 5%, в синтетических 8-10%. В качестве структурных примесей достоверно зафиксированы N , В , Ni . В процессе синтеза можно легировать алмаз путем введения в шихту различных добавок. Спайность граней алмаза по (111) совершенная. Критическое напряжение скалывания по (111) -10,5 0,1 ГПа, по (100) -13,5 0,1 ГПа. Предел прочности на сжатие кристаллов синтетических алмазов без видимых включений 17-17,5 ГПа. Алмаз имеет максимальную среди всех известных материалов твердость , которая превышает твердость корунда в 150 раз. Кристалл алмаза анизотропен , для разных граней его твердость различна (для грани (111) природного алмаза - 110 - 135 ГПа, для (100) - 56-60 ГПа; для грани (111) синтетического алмаза - 91-101 ГПа, для (100) - 60-68 ГПа].

Кристалл алмаза, имеющий минимальное количество примесей ( алмаз чистой воды ), прозрачен для излучения в видимой части спектра и встречается редко. Чаще всего алмазы окрашены в различные цвета - от желтого до серого и черного. Синтетические алмазы обычно зеленые. Введение примесей в исходную шихту позволяет изменять цвет синтетического алмаза.

Теплопроводность некоторых алмазов при комнатной температуре выше теплопроводности меди в 4 раза; средние ее значения при 180 ( Вт / м К ) для алмазов типа Iа - 800, для IIа - 1250, для IIб-1260, для синтетических монокристаллов - 660, поликристаллов - 400. Удельное электрическое сопротивление алмазов типа IIб ( полупроводниковые ) составляет 1 - 10s Ом см , алмазы других типов - до 1010 Ом см. Показатель преломления в пределах одного кристалла может быть различен; среднее значение его для природных алмазов 2,4165, для синтетических алмазов 2,4199 (для кристалла октаэдрической формы). Угловая дисперсия для природных и синтетических алмазов одинакова - 0,063. Отражательная способность 0,172. Кристаллы алмаза практически всегда обладают двулучепреломлением - вследствие различных деформаций кристаллов и особенностей текстуры .

Как правило, кристаллический алмаз люминесцирует под действием УФ-излучения , рентгеновского и гамма-излучения , а также пучков быстрых частиц.

Алмазы применяют в различных инструментах для обработки цветных металлов и сплавов , в буровой технике, камнеобработке, ювелирной промышленности. В физике и электронике используют полупроводниковые свойства алмаза, в аппаратах высокого давления - его твердость и прозрачность. В решетке типа алмаза кристаллизуются Si , Ge , серое олово , а также ряд соединений ( Cu F , Be S , Cu Cl , Zn S - решетка типа цинковой обманки).

rss