Енциклопедія Технологій і Методик

Домашні промисли

Ювелірна справа

Виробництво штучних дорогоцінних каменів

Історія і технологія отримання алмазів

Найбільшою популярністю серед всіх коштовних каменів вже багато століть користується алмаз, особливо після того, як стала відома діамантове ограновування алмазу, при якій найбільш яскраво проявляються його оптичні властивості. Прекрасні гра кольорів і блиск алмазу, але все-таки найбільш чудове його властивість - твердість і стійкість. Відносна твердість мінералів зазвичай визначається за шкалою Мооса, в основу якої покладено здатність мінералів дряпати один одного. Шкала має градацію від 1 до 10 у відповідності з твердістю 10 мінералів, які прийняті в якості стандартів. В порядку зростання твердості це: тальк (1), гіпс (2), кальцит (3). флюорит (4), апатит (5), польовий шпат (6), кварц (7), топаз (8), корунд (9), алмаз (10). Наприклад, якщо камінь дряпається кварцем, але сам дряпає польовий шпат, то його твердість 6,5. Скло зазвичай відноситься до числа твердих матеріалів, проте його твердість усього лише 5, а твердість мідної монети взагалі тільки 3. Скло легко дряпається кварцем, так що якщо читач зумів зробити подряпину на вікні, то це зовсім не означає, що в його руці алмаз. Однак в шкалі Мооса не знаходить відображення унікальна твердість алмазу. За іншою шкалою, шкалою Кнооп, алмаз більш ніж в 5 разів твердіше сапфіра (твердість 9), а сапфір тільки на 30% твердіше топазу (твердість 8). Можна сказати, що алмаз в тій же мірі твердіше стали, в якій сталь твердіше масла.

Важко собі уявити, що алмаз, що володіє настільки високою твердістю, є однією з форм вуглецю, інша форма якого - графіт. Все-таки дивно, що графіт і алмаз мають один і той же хімічний склад, хоча алмаз найбільш твердий з усіх природних матеріалів, а графіт використовується для виготовлення олівців. Ще більше вражає зіставлення алмазу і аморфних (некристалічних) форм вуглецю: деревного вугілля, коксу і сажі. Величезна різниця у властивостях графіту і алмазу обумовлена ​​Різним просторовим розташуванням атомів вуглецю в цих Двох мінералах. У алмазі, що має кубічну кристалічну структуру, кожен атом вуглецю оточений чотирма такими ж атомами, що утворюють правильну чотиригранну піраміду. Дуже міцні хімічні зв'язки між симетрично розташованими атомами пояснюють високу твердість алмазу. Графіт ж має шарувату структуру, де найбільш міцні зв'язки між атомами вуглецю існують всередині шару, в якому атоми утворюють гексагональну сітку. Зв'язок же між окремими шарами дуже слабка, тому сусідні шари можуть легко ковзати відносно один одного. Це властивість графіту дозволяє використовувати його в якості мастила.

Ще в XVII в. Роберт Бойль показав, що на алмаз впливає полум'я, а Г. Аверані і К. А. Тарджіоно з Флорентійської академії в Італії в 1694 р продемонстрували за допомогою запального скла, що алмаз горить, якщо його нагріти до досить високих температур. У 1772 р Антуан Лавуазьє встановив, що при згорянні вуглецю утворюється його двоокис (СО2). Доказ же того, що алмаз - одна з форм вуглецю, належить англійському хіміку смітсоніт Теннант. Вирішальний експеримент був виконаний в 1797 р, коли Теннант спалив алмаз в закритому золотом посудині і встановив, що вага утворилася двоокису вуглецю точно такий, яким він і повинен бути, якщо алмаз складається з чистого вуглецю. При спалюванні рівних кількостей (по вазі) алмазу, графіту або сажі утворюється однакова кількість двоокису вуглецю.

Після цього відкриття вчені поступово прийшли до думки, що алмаз така форма вуглецю, яка утворюється при високому тиску, т. Е. Для того, щоб перетворити дешевий графіт в самий твердий і найбільш чарівний продукт природи, необхідно атоми вуглецю тісніше притиснути один до одного. Досі тривають дискусії про походження алмазу в природі. Зараз вже встановлено, що високі тиску і температури, необхідні для утворення алмазу в природних умовах, існують лише на глибинах понад 100 км нижче поверхні Землі. Деякі вчені вельми неохоче допускають, що алмази можуть вціліти в подорожей з таких великих глибин, і висувають теорії про освіту їх на порівняно високих горизонтах. Найбільш правдоподібне пояснення полягає в тому, що алмази утворюються на великих глибинах, в мантії Землі, можливо, в розплавлених перідотітах-породах, які в порівнянні із середнім складом земної кори містять більше оксидів заліза і магнію і менше оксидів алюмінію, кремнію, натрію і калію . Умови для росту алмазів можуть зберігатися тривалий час до тих пір, поки наростаючий тиск газоподібної двоокису вуглецю не викидає алмази на більш високі рівні. У більшості випадків алмази не відразу досягають поверхні, а залишаються в області високих температур, де має місце їх часткове розчинення. Коли ж, нарешті, алмази потрапляють на земну поверхню, вони або залишаються на місці, в породі, або під дією вітру і дощу витягуються з неї і накопичуються в алювіальних відкладеннях, іноді дуже далеко від місця виходу алмазсодержащего породи. Алмази, які виявлені не в аллювии, зустрічаються в трубках, складених блакитним породою, званої кімберлітів. Ясно, що кимберлит не застигла лава, так як при температурі лави під час відсутності високого тиску алмаз повинен згоріти. Склад кимберлита, звичайно ж, не той, що у початкового алмазсодержащего розплаву, так як останній змінювався при підйомі до поверхні і затвердінні, яке сталося понад 100 млн. Років тому. Кімберлітові трубки, відомі головним чином в Південній Африці, не такі вже й рідкісні, і висока ціна на алмаз до недавнього часу підтримувалася тільки ретельним контролем над видобутком і торгівлею.

Перший успіх.

Розвиток досліджень по створенню апаратів високого тиску, необхідних для синтезу алмазів, пов'язане з ім'ям піонера досліджень в області високих тисків, лауреата Нобелівської премії, професора Гарвардського університету П. У. Бріджмена, який розглядав синтез алмазу як виклик своїй винахідливості і технічною майстерністю і, як кажуть, в експериментах прагнув кожен раз використовувати нову техніку, яка збільшувала б максимальний тиск.

Бриджмен був не тільки видатним вченим і винахідником, а й цікавим письменником. Він писав про синтез алмазів "Спроби домогтися успіху в цій захоплюючій проблемі оголили весь спектр людства: люди, від блискучих вчених до відвертих шарлатанів і шахраїв, дарували їй свій розум і пристрасті". Бриджмен відзначав, що на протязі 25 років в середньому 2-3 людини в рік заявляли про те, що знає таємницю синтезу алмаза, і пропонували увійти в частку при розподілі прибутків в обмін на фінансування будівництва апарату для практичної реалізації ідеї.

Так само як і Парсонс, Бриджмен швидко зрозумів, що одне тільки високий тиск не здатна перетворити графіт в алмаз.

Відповідно до теорії, алмаз являє собою стабільну кристалічну форму вуглецю вже при тисках приблизно 20 000 атм, проте в дослідах Бриджмена, при тисках в 425 000 атм при кімнатній температурі і 70 000 атм при температурі червоного розжарювання, перетворення графіту не відбувалося. У той же час алмаз при нормальному атмосферному тиску поводиться як цілком стабільна фаза. Моя дружина поки не поміняла діамант в кільці, яке я подарував їй на заручинах, на гранат більшого розміру, не хотіла вірити в те, що в один прекрасний день алмаз може перетворитися на графіт, нехай навіть графіт більш стабільна фаза, ніж алмаз, при повсякденних температурах і тисках. При низькому тиску алмаз метастабільний, так само як графіт може залишатися метастабільною формою навіть в умовах, при яких стабільний алмаз.

Перетворення алмазу в графіт може бути здійснено при нагріванні приблизно до 1500 ° С, і це дозволило припустити, що для зворотного перетворення при високому тиску необхідні температури того ж порядку. У 1941 р за фінансової підтримки компаній "Нортон" і "Дженерал електрик" Бриджмен приступив до здійснення проекту по синтезу алмазів при високих температурах. Попередньо прожарений при 3000 ° С графіт поміщали в спеціальну посудину 1000-тонного преса. Усередині циліндра знаходився терміт, який використовується для реакції, що створює температуру до 3000 ° С протягом декількох секунд одночасно з тиском в 30 000 атм. Досліди тривали чотири роки, але алмази так і не було отримано. Апаратуру перевезли на завод компанії "Нортон", де її використовували для продовження експериментів та інших робіт.

Нарешті, проблему синтезу алмазів починає вивчати дослідна лабораторія компанії "Дженерал електрик", яка в 1955 р представляє перший звіт про успіх групи в складі Френсіса Банді, Трейсі Холла, Герберта Стронга і Роберта Уенторфа. Хоча пізніше група дослідників зі Швеції заявила, що вона синтезувала алмази ще в 1953 р, результати її робіт не були опубліковані, тому співробітникам "Дженерал електрик" заслужено належить світовий патент. Успішний синтез з'явився результатом чотирирічних досліджень. Повідомлення про синтез алмазів збільшило вартість акцій "Дженерал електрик" за один день більш ніж на 300 млн. Доларів, а акції гірничорудної корпорації "Де Бірс" впали на кілька пунктів, хоча і відновилися на наступний День. У той час, коли з'явилося повідомлення, штучні алмази були дуже дрібні, і говорили, що якби хто-небудь чхнув в невідповідний момент, це призвело б до втрати всього світового запасу!

Людиною, якому пощастило першому здійснити синтез алмазу, був Трейсі Холл. Хол прийшов в лабораторію "Дженерал електрик" в 1948 р і з 1951 р став членом невеликої дослідницької групи, що займається "Проектом надтиску", як були закодовані роботи по синтезу алмазу. Хоча Хол був хіміком, він зрозумів, що головна перешкода на шляху успішного Рішення проблеми синтезу алмаза - відсутність обладнання високого тиску, і розробив ескізний проект системи, згодом названої "халфбелг". Це був тільки перший крок до успіху, але він намітив шлях до нової, що стала знаменитою конструкції "белт". Свій перший апарат Холл створював на основі неофіційною домовленістю з друзями з механічної майстерні. Таким же чином були виготовлені найважливіші деталі апарату з карбіду вольфраму. Застосування твердого сплаву дозволило створити тиск в 120000 атм при 1800 ° С і витримувати ці параметри кілька хвилин. Близько року дослідника переслідували невдачі, але 16 грудня 1954 р виготовлені найважливіші деталі апарату з карбіду вольфраму. Застосування твердого сплаву дозволило створити тиск в 120000 атм при 1800 ° С і витримувати ці параметри кілька хвилин. Близько року дослідника переслідували невдачі, але 16 грудня 1954 р прийшов перший успіх. Хол пізніше писав: "Руки мої тряслися. Прискорено билося серце, я відчув слабкість в колінах і змушений був сісти. Мої очі впіймали блиснувши, світить світло від дюжин дрібних трикутних граней октаедричних кристалів ... і я зрозумів, що нарешті-то алмази зроблені людиною" . Цей експеримент був виконаний при тиску 70000 атм і температурі 1600 ° С з використанням графіту і троіліта (FeS). Алмази прилипли до танталові диску. який використовується для підведення електричного струму при нагріванні зразка. Тантал, крім того, відновлював FeS до металевого заліза, так як присутність однієї сірки не може викликати перетворення графіту в алмаз.

Синтез алмазу був підтвердили 31 грудня 1954 р Х'ю Вудбері, і 15 лютого 1955 року про це було повідомлено в пресі. Це було саме те чітке підтвердження незалежним дослідником, якого так бракувало в шведському (ASEA) експерименті.

Апарат для синтезу алмазу, запропонований Холом, називався "белт" (пояс) (див. Малюнки зліва), тому що центральна частина, де відбувається синтез алмазів, підтримувалася кільцем з карбіду вольфраму з бандажем з високоміцної сталі. Два конічних поршня наводилися в рух за допомогою великого гідравлічного преса з зміцненої сталі. Головні труднощі при створенні апаратів високого тиску і температур полягає в тому, що стали і інші конструкційні матеріали швидко втрачають свою міцність при нагріванні. Цю проблему можна вирішити шляхом нагрівання тільки внутрішнього робочого об'єму і відповідної термоізоляції для запобігання надмірного нагрівання поршнів і пояса. Група "Дженерал електрик" з успіхом використовувала зустрічається в природі мінерал пірофілліт, матеріал м'який, досить добре передає тиск і в той же час володіє високою температурою плавлення. У порожнину, утворену поршнями і поясом, поміщали осередок з пирофиллита з вмонтованою електропіччю у вигляді графітової трубки, за допомогою якої досягалася необхідна температура. Зазори між поршнями і поясом ущільнювалися металевими і пірофіллітовимі прокладками, які виконували також роль тепло- і електроізоляторів.

На відміну від дослідів Тарсонса і Бріджмена в цих експериментах використовувався каталізатор, зокрема залізо, що і зумовило успішне вирішення поставленого завдання. В даний час відомо, що каталізатор грає роль розчинника, в якому графіт спочатку розчиняється, а потім кристалізується у вигляді алмазу. Без металевого розчинника швидкість перетворення графіту в алмаз дуже мала. Відповідно до патенту "Дженерал електрик", типова шихта в реакційній камері є сумішшю 5 частин графіту, 1 частини заліза, 1/3 частини марганцю і 1/3 частини пятиокиси ванадію. Цю суміш запечатувала і нагрівали до 1700 ° С під тиском 95 000 атм протягом 2 хв, потім охолоджували до 1500 ° С За 8 хв. З тих пір проведені численні дослідження з підбору розчинників, особливо Уенторфом. Зараз як розчинник найчастіше використовують суміш нікелю і заліза, що дозволяє здійснити синтез алмазу при менш жорстких умовах.

Ювелірні алмази.

Не слід думати, що виробництво синтетичних алмазів в настільки величезних обсягах спрощує завдання отримання алмазів таких розмірів і такої якості, які дозволяють віднести їх до Дорогоцінним камінню. Головна перешкода спробам отримати великі кристали - маленький обсяг, в якому можна підтримувати екстремальні умови тиску і температури. До того ж для вирощування великих кристалів потрібен тривалий час. Способи отримання ювелірних алмазів НЕ патентованих до 1967 року, коли Роберт Уенторф, нарешті, домігся успіху у вирощуванні алмазу на затравки. Виявилося, що початковий кристал необхідний для запобігання кристалізації графіту навіть тоді, коли умови досвіду відповідають області кристалізації алмазу. Найбільш важка проблема при вирощуванні великих кристалів алмазу високої якості полягає в необхідності підтримки таких умов в області його стабільності, при яких швидкість кристалізації буде невелика. У використовуваної Уенторфом методикою початковий кристал містився в холодну частину розчину при температурі близько 1420 ° С, а дрібні кристали мали в нижній частині при температурі 1450 ° С. Інтервал тисків становив від 55 000 до 60000 атм. Однак краще, якщо початковий кристал поміщають в нижній частині, тому що деякі утворюються поза затравки дрібні кристали спливають в гарячу зону і там розчиняються, а не ростуть навколо затравки.

У деяких дослідах Уенторфа живить алмазний матеріал перекрісталлізовивают в графіт, і такі експерименти розглядалися як дорога аварія! Однак дослідники зіткнулися і з більш серйозною проблемою: максимальна швидкість, з якою кристали можуть стабільно зростати, повинна зменшуватися в міру того, як кристал стає крупніше. Встановлено, що для кристала діаметром 1мм найбільш висока швидкість стабільного зростання становить 0,2 мм на годину. Коли ж розмір кристала досягає 5 мм. стабільне зростання може відбуватися тільки зі швидкістю 0,04 мм на годину, тому для вирощування кристала такого розміру потрібно кілька днів. Ця проблема стане ще більш серйозною, якщо намагатися вирощувати алмази більшого розміру. В даний час найбільший синтетичний алмаз має 6 мм в діаметрі і важить 1 карат (0,2 г). Оскільки для вирощування великих кристалів більш сприятливі низькі швидкості росту, а підтримка високих температур і тисків протягом тривалого часу вимагає значних витрат, великі алмази значно дорожче природних кристалів порівнянних розмірів. Ця різниця в ціні може бути ліквідована лише з розвитком нового обладнання, що дозволяє отримувати високі тиску і температури більш економічним способом, ніж при сучасній технології. Проте великі кристали Уенторфа представляють велике досягнення як надихаючий приклад вирощування кристалів в важких умовах. Ці синтетичні кристали - найбільш чисті алмази в світі!

Пряме перетворення графіту в алмаз.

Для прямого переходу графіту в алмаз необхідні ще більш екстремальні умови в порівнянні з методикою, що використовує метал-розчинник. Це пов'язано з великою стійкістю графіту, яка спричинена дуже міцними зв'язками його атомів. Результати перших експериментів за прямим перетворенню графіт - алмаз, виконаних П. Де-Карлі і Дж. Джеймісоном з "Аллайд кемікл Корпорейшн", були опубліковані в 1961 р Для створення тиску використовувалося вибухову речовину великої потужності, за допомогою якого протягом приблизно мільйонної частки секунди (однієї мікросекунди) підтримувалася температура близько 1200 ° С і тиск порядку 300000 атм. У цих умовах в зразку графіту після досвіду виявлялося кілька алмаза, щоправда у вигляді дуже дрібних частинок. Отримані кристалітів за розмірами = 10 нм, (або одна стотисячна частка міліметра) можна порівняти з "Карбонад", яке трапляється в метеоритах, освіту яких пояснюється впливом потужної ударної хвилі, що виникає при ударі метеорита об земну поверхню.

У 1963 р Френсісу Банді з "Дженерал електрик" вдалося здійснити пряме перетворення графіту в алмаз при статичному Тиску, що перевищує 130000 атм, Такі тиску були отримані на модифікованій установці "белт" з більшою зовнішньою поверхнею поршнів і меншим робочим об'ємом. Для створення таких тисків треба було збільшення міцності силових деталей установки. Експерименти включали іскровий нагрів бруска графіту до температур вище 2000 ° С. Нагрівання здійснювалося імпульсами електричного струму, а температура, необхідна для освіти алмазу, зберігалася протягом декількох мілісекунд (тисячних часток секунди), т. Е. Істотно довше, ніж в експериментах Де-Карлі і Джеймісон. Розміри новоутворених частинок були в 2-5 разів більше в порівнянні з зображеннями, що виходять при ударному стисненні. Обидві серії експериментів дали необхідні параметри для побудови фазової діаграми вуглецю, графічно показує області температур і тисків, при яких стабільні алмаз, графіт і розплав.

Зростання в метастабільних умовах.

В останні роки пильну увагу привернули пропозиції по отриманню алмазів в умовах, при яких стабільний графіт, а алмаз метастабільний (метастабільній алмаза означає, що він може в даних умовах залишатися незмінним необмежений час без зворотного переходу в графіт). Для перетворення графіту в алмаз необхідно, щоб атоми вуглецю були порушені до стану, що характеризується високою енергією. Зазвичай це досягається додатком високого тиску і температур. Альтернативна ідея заснована на тому, що якщо вдасться отримати атоми вуглецю з високим енергетичним рівнем, то при переході в твердий стан найімовірніше освіту метастабильного алмаза, ніж стабільного графіту. Цьому сприяє застосування затравочних кристалів алмазу, які допомагають атомам вуглецю розташовуватися в порядку, відповідному алмазної, а не графітової структурі.

Ймовірно, найбільш перспективний метод пов'язаний з розкладанням вуглець містять газів при досить низькому тиску. Обволікаючи дрібні кристали алмазу, газ розкладається, і атоми вуглецю осідають на поверхню затравочних кристалів. На початку 60-х років цей метод незалежно один від одного розробили В. Еверсол з фірми "Лінде" в США і Б. Дерягин і Б. Спіцин з Інституту фізичної хімії в Москві. Спочатку Дерягин і його колеги використовували тетраіодіт вуглецю (СI4), а Еверсол користувався метаном (СН4), який до цих пір залишається найбільш широко застосовуваним в цьому методі газом.

Знадобилося чимало часу, перш ніж наукова громадськість повірила в можливість отримання алмазу цим методом, однак зараз обгрунтованість цього процесу більш ніж достатня.

Для дослідів Еверсола характерні наступні умови: температура в інтервалі 600-1600 ° С, загальний тиск газу - одна атмосфера - концентрація метану в газовій суміші від 0,015 до 7%. Затравки мали розмір всього лише 0,1 мкм (десятитисячна частка міліметра) в діаметрі, що забезпечувало більшу поверхню для осадження алмазів. На жаль, крім алмазу в газовій фазі утворювалися також скупчення графіту, які осідали разом з алмазом на поверхні затравочних кристалів. Якщо час від часу не зупиняти процес для видалення графіту, його концентрація настільки зростає, що перешкоджає осадженню алмазу. Для цього в методі Еверсола передбачалося періодичне витяг алмазів, які потім поміщалися в посудину високого тиску (від 50 до 200 атм) з воднем і прожарюють при температурі 1000 ° С. Водень вступає в реакцію з графітом набагато швидше, ніж з алмазом, тому така процедура очищає поверхню затравочних кристалів для подальшого зростання.

Група Дєрягіна прийшла до висновку, що новоутворення графіту вигідніше окисляти киснем повітря при атмосферному тиску. Перевага цього способу в тому, що процес синтезу і видалення графіту здійснюються в одному і тому ж реакторі, який в окисну стадію процесу заповнюється повітрям. Типові умови, що використовуються в даний час для вирощування алмазу, характеризуються температурою 1020 ° С і тиском метану 0,07 мм рт.ст.

Найбільші швидкості зростання становлять приблизно 0,1 мкм на годину, що забезпечує утворення в повному обсязі реактора близько одного карата алмаза в годину. Вібрація запалів сприяє збільшенню поверхні зіткнення кристалів з метаном і веде до поліпшення властивостей наращиваемого шару. Ще більші швидкості досягаються при опроміненні поверхні алмазів світлом газонаповненої ксенонової лампи високої напруги. Лампа працює в пульсуючому режимі, сприяючи швидкому зростанню алмазу і в значній мірі запобігаючи зародження кристалітів графіту. Повідомлялося, що в таких умовах швидкості росту досягають декількох мікрометрів в годину. Іноді при використанні цього методу починають рости алмазні "вуса" - тонкі нитки, що виступають з різних місць поверхні затравочного кристала. Причини такої дивної форми зростання поки не ясні.

Метод Еверсола в США розвивався в основному Дж. Ангусом і його співробітниками в університеті штату Огайо. Використовувані ними умови зростання: температура 1000 ° С, тиск метану (в суміші з воднем) 0,2 мм рт. ст.- близькі до умов експериментів, що проводяться групою Дєрягіна. Приріст ваги становить зазвичай 6% за 20 год, що відповідає лінійної швидкості росту тільки 0,001 мкм / сут. Більш високі швидкості спостерігаються в початковий період процесу, що, ймовірно, пов'язано з напругою, зумовленими невеликими відмінностями відстаней між атомами вуглецю в плівці і кристалі-підкладці. Можливо, що дуже високі швидкості росту, про які повідомлялося радянськими вченими, також характерні тільки для початкової стадії процесу.

У ранніх експериментах алмази, отримані за допомогою такого методу, мали світло-сірого забарвлення.

Цікаве з геммологической точки зору повідомлення міститься в недавно вийшла зі статтею, в якій вказується, що алмази протягом декількох циклів нарощування - очищення змінюють майже біле забарвлення на світло-блакитну. В даний час ще не вдається отримати великі кристали алмазу нарощуванням на затравки в газовій фазі, так само як немає доказів того, що "алмазні шари" можуть рівномірно наростати на відносно великі камені. Проте цілком можливо, що вдосконалення методу дозволить покривати ограновані алмази шаром високоякісного матеріалу, може бути навіть з певними присадками, наприклад з бором, щоб отримати нові колірні ефекти.

Інша методика, що дозволяє використовувати елементарний вуглець замість його з'єднань, заснована на повідомленні прискорення іонів вуглецю до високих енергій в електричному полі. Спочатку при електричному розряді в умовах низького тиску газу отримують позитивні іони вуглецю, які розганяють і направляють магнітним полем через вузьку щілину в камеру з дуже низьким тиском. Сюди іони вуглецю надходять з дуже високою швидкістю (еквівалентної температурі в десятки тисяч градусів) і вдаряє або в затравочние алмазні кристали, або в металеві голки, які використовуються в якості реєстраторів. До сих пір не підтверджено, що поверхневі шари утворюються алмазом. Можливо, обложений матеріал - аморфний. Слід зауважити, що описаний вище метод має ряд альтернативних рішень, частина з яких запатентована. Їх короткий опис можна знайти серед геммологических патентів і в оглядах.

Опромінені алмази.

Глава про алмаз була б неповною без інформації про використання ядерного опромінення для отримання забарвлених кристалів. Розвиток такого методу обробки викликано надзвичайною рідкістю кольорових алмазів, а між тим пофарбований алмаз хорошої якості більш ніж на 25% дорожче своєї безбарвної різновиди.

Англійський вчений сер Вільям Крукс виявив, що радіоактивне випромінювання радію перетворює безбарвний алмаз в зелену різновид. Пізніше було встановлено, що ця зміна забарвлення відбувається в результаті бомбардування кристала -частками, але захоплює тільки зовнішній шар алмаза через слабку проникаючу здатність частинок в тверде тіло. Не дуже приваблива зелене забарвлення може бути знищена повторної поліруванням каменю до видалення пофарбованого шару або нагріванням алмаза при температурі 450 ° С.

Метод обробки алмазу опроміненням перебував в забутті до розвитку в кінці 40-х років ядерної фізики. Тоді для прискорення дейтронів (ядер важкого водню-дейтерію, які складаються з протона, пов'язаного з нейтроном) стали використовувати циклотрон. Дейтронами бомбардували кристали алмазу. Алмаз залишався сильно радіоактивним протягом декількох годин, але і в цьому випадку офарблювався тільки зовнішній шар. Було встановлено, що бомбардування електронами з високою енергією призводить до фарбування алмаза в блідо-блакитний або зелений колір, але знову-таки офарблювався лише тонкий шар. А ось нейтрони, що володіють більш високу проникаючу здатність, можуть змінити забарвлення всього каменю. Після опромінення ними алмази стають зеленими, проте нагрівання в інертному газі при 900 ° С змінює їх колір спочатку на коричневий, а потім на золотисто-жовтий. Опромінені алмази золотисто-жовтого кольору набагато привабливіше, ніж зелені або коричневі, вони дуже популярні в Сполучених Штатах.

У деяких випадках реакція алмазів на опромінення більш різноманітна, і можна отримати кристали синього, червоного і пурпурного кольорів. Ця різниця в забарвленні обумовлено домішками, присутніми в алмазах. Більшість алмазів, так звані алмази типу I, містять в якості домішки азот, який впроваджується в кристал імовірно в проміжну стадію між освітою алмазу в надрах Землі і часом, коли він потрапляє в приповерхневих її ділянки. У більшості алмазів азот розподілений у вигляді найтонших пластин, але в одному з тисячі він розподілений рівномірно в усьому обсязі кристала.

Останній тип кристалів названий Іб, тоді як найбільш поширені віднесені до типу Іа.

Менш поширений тип II об'єднує чисті алмази, майже не тримають азоту. До нього відносяться найбільш великі камені, такі, як "Куллінан". Найбільш часто зустрічаються алмази цього типу класифікуються як тип IIа, а дуже рідкісні, що містять невеликі концентрації домішки алюмінію, як тип IIб. (Гексагональні "алмази" відносять до типу III.) Серед алмазів типів Іб і II зустрічаються кристали червоного і фіолетового кольорів, внаслідок чого вони дорожче алмазів звичайного типу.

Оскільки в наш час обробка алмазів для зміни їх забарвлення поширена досить широко, виникла нова проблема: як відрізнити опромінені камені від забарвлених напиленням тонкого шару якогось кольорового матеріалу?

Багато плутанини і суперечок пов'язано з визначенням опроміненого блакитного берилу, званого "берил Матчіш". Як це часто буває, коли властивості Дорогоцінні каміння змінюються в процесі їх обробки, перед фахівцями виникла проблема, як відрізняти берили Матчіш від Природних, що мають таку ж забарвлення.

Ненсі Кінг з "Нейшнл інкуайерер" досліджує іншу проблему, пов'язану з опроміненими камінням. Справа в тому, що деякі опромінені алмази протягом тривалого часу можуть залишатися радіоактивними в зв'язку з присутністю домішок довгоживучих ізотопів. Наскільки ця проблема серйозна - ще не ясно, але якщо деяка небезпека для власника опроміненого каменю існує, він повинен бути обізнаний про результати контролю на залишкову радіоактивність.

http://patlah.ru

© "Енциклопедія Технологій і Методик" Патлах В.В. 1993-2007 рр.