Как это сделано, как это работает, как это устроено

20.10.2019

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.

Образец ценного минерала – аллотропное изменение углерода. У каждого человека есть возможность стать обладателем его частички. Это графит обычного простого карандаша. В графит преобразуется 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:

плотность – до 3,4–3,5 г/куб.см;
проводимость тепла – до 2,3 тыс. Вт;
показатель трения по металлической поверхности – 0,1;
верхний слой — плёнка газа в адсорбированном состоянии;
при снятии верхнего слоя (плёнки) повышается коэффициент трения до 0,5;
низкий коэффициент показателя возможности выдерживать сжатие;
высокий модуль структурной упругости.

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.

Полярный круг. Надо быть странным, чтобы захотеть сюда приехать. И надо быть сумасшедшим, чтобы хотелось здесь жить. Однако, это один из самых северных форпостов цивилизации. В этом разбитом взрывами уголке северной Канады температура опускается ниже минус 45 градусов по Цельсию. Это одно из самых неприветливых мест планеты. Так зачем люди сюда приезжают? На этом суровом арктическом острове есть вулкан. В основании вулкана зарыто огромное количество алмазов. Это алмазные копии Дьявик (Diavik Diamond Mine). Так как извлечь алмаз из под замерзшего вулкана? Как это делают?

Все начинается очень шумно. Каждую неделю полмиллиона тонн камня взрывом выбивают из этого кратера. А из этих осколков каждую неделю добывают столько алмазов, сколько умещается в шахтерской каске. Когда-то этот вулкан мощно извергался, но постепенно он превратился в богатейшее месторождение любимых женщинами камней. Жилы в вулканической породе называют Кимберлитовыми трубками.

Кимберлитовая трубка – это круглая труба лавового потока, который поднимался много миллионов лет назад. Он прокалывал старый вулкан. Но добыть алмазы из вулкана нелегкая задача. После того, как взрыв отрывает очередной кусок вулканического кратера, работать начинают большие грузовики. Эти громадные машины весят по 235 тонн каждая, и большинством из них бережно управляют… женщины! Говорит одна из них: «Когда я в первый раз в него села, было страшновато, но потом привыкла».
Грузовики осторожно ползут по ледяной дороге, которая вырезана в склоне кратера, чтобы доставить драгоценный груз на обрабатывающую фабрику. Это похоже на груду щебня, но в каждом грузовике алмазов в среднем на 70.000 долларов!

Большая часть добываемых в мире алмазов предназначена для промышленных нужд, но камни из вулкана Дьявик, в основном, оказываются на шеях или пальцах счастливиц. Чтобы добраться до драгоценных камней тысячи тонн вулканической породы надо перемолоть и превратить в кусочки размером меньше 25 миллиметров. Проблема в том, как разбить породу на мелкие кусочки не повредив находящиеся внутри алмазы.

На огромной фабрике Дьявик вулканическая порода проходит через ряд дробилок. Эти гигантские устройства так отлажены, что воздействуют на более мягкие камни, оставляя алмазы целыми. Пока алмазы отделяются от породы, оператор за пультом управления следит за возможными неполадками. Кусочки камней постепенно уменьшаются в размере, и камни с алмазами отсортировываются. Затем камни промывают водой и едким составом, называемым магнитно-масленым абразивом. Он состоит из битума, песка и глины.

После этого от больших камней отделяются драгоценные камни. Пока они скреплены с кусочками бросового камня. Теперь эти тысячи мелких камней под вооруженной охраной перевозят на 300 километров южнее, в один из самых укрепленных комплексов Северной Америки. Чтобы полностью отделить алмазы от камней, нужно нагреть породу, а потом обработать такой сильной кислотой, что для выполнения этой операции используются роботы.

После этого их можно взвесить и отправить на резку и полировку. Чтобы превратить алмаз в бриллиант каждый камень изучает начальник цеха. Он архитектор бриллианта, и тщательно анализирует каждый камень, высматривая изъяны и особенности. Он решает, как грань камня обработать, чтобы получить самый изящную симметричную форму, потеряв при этом как можно меньшую часть алмаза. Ему помогает компьютер, который видит камень насквозь. После разметки камень отправляют на обработку.

Следующий вопрос состоит в том, как резать самый твердый минерал, известный человеку. Алмаз режется алмазом. Стальной резец с алмазной кромкой вращается со скоростью 12.000 оборотов в минуту и режет камень медленно и осторожно. Один камень могут обрабатывать 12 часов. После обрезки алмазы отправляют в другой цех для оттачивания. Для этого два алмаза трутся друг об друга. После того, как полировочные машины закончили свое дело, драгоценный камень гранят.

На этом этапе алмаз превращается в бриллиант. Его полируют, чтобы он сверкал, словно звезда на ночном небе. Это делается с помощью устройства, которое называется Полоз. Его прижимают к чугунному диску, покрытому алмазной пылью, вращающегося со скоростью 35 оборотов в минуту. После полировки бриллиант поступает на последний контроль качества. Говорит сотрудница центра «Мне нравится думать, что кто-то будет носить камень, обработанный моими руками».

Следующая остановка – шикарный ювелирный магазин, где камни будут радовать женщин и разорять мужчин. Понятно, почему эти камешки так дороги. Они проделали удивительный путь. Их просеивали, крошили, резали, полировали и окунали в кислоту. И этот удивительный путь начался с дыры в земле.

Сегодня поговорим о прекрасном - об алмазах. Посмотрим, как они обрабатываются, научимся различать камни по различным факторам и немного поговорим о ценах на них.

Оказывается, Амстердам уже более 400 лет считается городом алмазов. Качество огранки камней здесь безупречно, именно поэтому амстердамские ювелирные фирмы широко известны по всему миру.

Одна из них - фабрика Гассан Даймондс (Gassan Diamonds), на которой мне удалось побывать и подробнее познакомиться с самыми твёрдыми минералами на Земле.

Расскажу коротко о процессе их обработки. Сырой камень обычно находится в форме двойной пирамиды (верхний слева на фото ниже).

Чтобы из сырого алмаза получить бриллиант необходимо провести три стадии обработки. Сначала камень пилится на две части, одна из которых получается побольше, другая - поменьше (верхний ряд в центре на фото сверху). Распиливается он с помощью машины с фосфорно-бронзовой шайбой, пропитанной оливковым маслом и посыпанной алмазной пудрой.

На втором этапе алмазам придаётся округлая форма. Достигается это в процессе трения камней друг об друга.

Для того чтобы камень заиграл светом, необходимо нанести грани и отполировать его, что и делается на третьем этапе обработки. Нанесение граней производится с помощью чугунной шайбы

Шлифовщик закрепляет алмаз на специальном держателе

и в процессе надавливания на шайбу наносит грани. Кстати шайба также пропитана оливковым маслом и посыпана алмазной пудрой. Крутится она со скоростью примерно 3600 оборотов в минуту.

Шлифовщик начинает с 9 граней (5 на верхней стороне и 4 на нижней). Потом он увеличивает количество граней до 17. Эта форма используется также для очень маленьких алмазов. Чтобы получить форму бриллианта необходимо нанести в общей сложности 57 граней (33 на верхней и 24 на нижней стороне).

В процесе обработки теряется более 70% веса камня.

Несколько лет назад на фабрике была разработана новая форма Gassan 121. Название говорит само за себя - камень имеет 121 грань.

С обработкой разобрались. Теперь поговорим о характеристиках. Алмазы различаются по четырём факторам, так называемым 4С: Carat Colour Clarity Cut (вес, цвет, чистота, форма).

Пойдём по порядку. Вес измеряется в каратах (1 карат = 0,2 граммам), в кругах ювелиров используют пункты (1 карат = 100 пунктам). Ну и, естественно, чем больше алмаз, тем больше и цена.

Вес сам по себе не является основополагающим фактором, очень важным является цвет камня. Различают цвета от белых с голубоватым оттенком (Ривер, River), насыщенно белых (Топ весселтон, Top Wesselton), белых (Весселтон, Wesselton) до камней с желтоватым оттенком (Топ кристал, Top Crystal) до жёлтых (Кристал кейп еллоу, Crystal Cape Yellow). Есть и другие цвета, которые называются Фэнси-колорс или фантазийные цвета. Они градации не подвергаются. Самым дорогим и самым редким является Ривер.

Третьим фактором является чистота. Так как алмаз - это кристаллизированный углерод, то в процессе кристаллизации в камне могут возникать различные включения, что в конечном итоге сильно сказывается на цене. Градация по чистоте: Perfect, V.V.S. (very very small inclusions), V.S. (very small inclusions), S.I. 1 (small inclusions 1), S.I 2 (small inclusions 2), PIQUE 1, PIQUE 2, PIQUE 3. Если при чистоте V.V.S. c помощью лупы с трудом можно обнаружить включения, то при PIQUE 3 включения видны уже невооружённым глазом.

Ну и наконец, форма. Здесь нужно для себя чётко уяснить, что бриллиантом называется только гранёный алмаз круглой формы. Камни других форм, а их достаточно много, уже называются своими собственными именами: принцесса, груша, овал, маркиз, сердечко и т. д. Итак, алмаз - это общее понятие, а бриллиант - это форма огранки алмаза.

А теперь о ценах.

Бриллиант в 17 пунктов (около 3,5 грамм) цвета Топ кристал и чистотой Пика 1 будет стоить около 250 евро.

Если несколько таких камней посадить в оправу получится колечко с ценой чуть более 1000 евро.

Выращивание искусственных камней – задача, над которой многие годы бьются коллективы учёных. «Народные умельцы» тоже давно задаются вопросом о том, как вырастить алмаз в домашних условиях. Некоторые даже нашли способы его получения.

Создание искусственных алмазов

В природе алмаз образуется под воздействием высоких температур (более 1600 °С) и высокого давления (60-100 тысяч атмосфер). В естественных условиях формирование алмазов происходит сотни тысяч, а то и миллионы лет. Искусственные алмазы, по своим физическим характеристикам полностью соответствующие натуральным, можно вырастить за несколько месяцев. Для этого необходимо воссоздать естественные условия их образования.

Дома создать аппарат, поддерживающий настолько высокую температуру и нужное давление, пока ещё никому не удавалось. Но некоторые «мастера» делятся советами о том, как всё-таки можно это сделать. Например, советуют взять толстостенную трубу, графит и тротил. Затем сложить тротил и графит в трубу и заварить её. Утверждается, что если взорвать тротил, а потом суметь отыскать остатки трубы, то в них вы найдете малюсенькие алмазики. На практике же шанс покалечиться в сотни раз превышает вероятность получить таким образом алмаз.

Другие «умельцы» предлагают более безопасный метод создания алмазов. Для него понадобится только карандаш, провод, вода (лучше жидкий азот) и источник высокого напряжения (например, сварочный аппарат). Достаньте из карандаша грифель и привяжите к обоим его концам провод. Грифель с проводом положите в контейнер с водой и заморозьте (или используйте для этих целей жидкий азот). Достаньте грифель из морозильника, присоедините провода к сварочному аппарату. Считается, что как только вы пропустите через свою конструкции сильный разряд тока, грифель практически моментально превратится в алмаз. Конечно, такой метод можно опробовать в целях эксперимента, но всерьёз рассчитывать на получение искусственного алмаза не стоит.

Создание искусственных драгоценных камней

В отличие от алмазов, многие другие драгоценные камни можно вырастить дома. Для этого вам надо изготовить или купить аппарат Вернейля и запастись реагентами. Для создания искусственного рубина, например, пригодится соль двуокиси алюминия, имеющая незначительную примесь оксида хрома. Поместите её в накопитель горелки и расплавьте, наблюдая, как за несколько часов прямо на ваших глазах вырастет «рубин». Используя в качестве реагентов разные соли, вы сможете получить и другие виды драгоценных камней.

Выращивание кристаллов

Если вы рассматриваете возможность выращивания камней как интересный опыт, а не как способ обогащения, то можно пойти другим путём и вырастить не камни, а разноцветные кристаллы из соли, сахара или медного купороса.

Для выращивания солевых кристаллов сделайте насыщенный раствор, добавляя соль в стакан с тёплой дистиллированной водой до тех пор, пока она не перестанет растворяться. Для получения разноцветных кристаллов воду можно подкрашивать пищевым красителем. После этого подвесьте над стаканом на ниточке небольшой кристалл соли так, чтобы он был полностью погружён в раствор. Уже через несколько дней кристалл вырастет. Точно так же выращиваются кристаллы медного купороса.

В этой статье:

Бриллиант - это великолепный драгоценный камень, от красоты которого невозможно оторвать глаз. Но немногим известно, что эта драгоценность является результатом человеческого труда, поскольку бриллиант является качественно обработанным и ограненным алмазом. Поэтому многих интересует вопрос не только о том, из чего делают бриллиант, но и о том, как происходит процесс изготовления этого камня.

Сведения об алмазе

Алмаз - это сырье, из которого производят бриллианты, поэтому, чтобы узнать об особенностях изготовления, прежде всего следует разобраться в свойствах и видах алмазов. Этот самоцвет имеет наиболее простую, в сравнении с другими минералами, химическую формулу. Алмаз является углеродом (С), который в природе может сочетаться с примесями магния, железа и окисей кальция. В природе кристалл алмаза имеет форму куба и октаэдра. Плотность алмаза составляет 3,52 грамма на сантиметр кубический, что считается высоким показателем.

Так обрабатывают алмазы

Алмаз - это уникальный камень, сияние которого не идет в сравнение с любым другим минералом. Так, алмаз отражает весь свет, попавший на его поверхность. Этот камень оценен в 10 баллов по шкале твердости минералов Мооса, и благодаря этому самоцвет обладает безупречной износостойкостью. В отличие от других минералов, алмаз является мощным проводником тепловой энергии.

В природных условиях минералы встречаются в виде включений в графит, серпентины и горные оливины. Реже самоцвет можно найти в галечной россыпи реки или моря, особенно если эти водоемы находятся вблизи вулканических пород. Порода, в которой может содержаться алмаз, называется алмазосодержащей рудой.

Вес алмаза оценивается с точки зрения метрической системы карат, где 1 карат равняется 200 миллиграммам оцениваемого камня. Что касается среднего веса алмазов, встречаемых в природе, то он не достигает 15 карат. Если же этот показатель превышает число 15, то камень будет относиться к редким алмазам. Добыча алмазов - это трудоемкий процесс, поскольку для получения 1 карата минерала добытчикам необходимо обработать как минимум 250 тонн алмазной руды. Камень можно добыть на любом континенте Земли, но все же свыше половины общего объема добычи алмазов 50% приходится лишь на несколько государств. Это Россия, ЮАР, Намибия, Конго, Ангола, Боствана и Австралия.

Окрас алмаза определяется такими факторами, как интенсивность природного облучения радиацией, количества включений и примесей, наличия дефектов в структуре минерала и т. д. Зачастую в природе встречаются алмазы, которые сочетают в себе 2 цвета. К примеру, это желто-белый, серо-белый и золотисто-белый алмаз. Что касается цвета алмаза, то от этого критерия оценки камня будет зависеть сфера применения алмаза. Если камень имеет молочный, серый, бурый и черный окрас, то это не позволит использовать его с целью дальнейшей огранки и превращения алмаза в бриллиант. Непрозрачные камни темных оттенков - это 80% от общего объема добычи алмазов.

Что касается ювелирных камней: то именно они подходят в качестве сырья для производства бриллиантов. В природных условиях ювелирные алмазы встречаются в бледно-желтом, буро-коричневом, зеленоватом, розоватом, вишневом, винном, фиолетовом и голубоватом оттенке. Наиболее ценными считаются бесцветные прозрачные алмазы, но и они имеют слабовыраженный оттенок, который называется нацветом.

Добыча алмаза, пригодного для изготовления бриллианта, является достаточно редким явлением, поскольку лишь 15% общей добычи камня подходит для производства бриллиантов. Сам же алмаз в необработанном виде никак не относится к драгоценным самоцветам.

Бриллиант: как его делают?

Что такое бриллиант? Этот вопрос интересует многих людей, ведь практически все ассоциируют эту драгоценность с алмазом. Некоторые считают, что алмаз в природных условиях выглядит так, как бриллиант, предлагаемый в ювелирном магазине, но это не так. Алмаз неправильно называть бриллиантом, поскольку он должен пройти сложную обработку, прежде чем превратиться в драгоценный камень. Бриллиант - это граненный и шлифованный алмаз, который в соответствии с принятым стандартом имеет 57 граней. В процессе огранки алмаз становится на 60% легче.

Технология производства бриллиантов является достаточно сложной. Однако основы изготовления бриллиантов уже на протяжении сотен лет остаются неизменными. Все же техники огранки перманентно совершенствуются, что позволяет повысить производительность огранки алмазов и качество получаемых бриллиантов. Специалисты также постоянно трудятся над созданием новых форм и типов огранки камня.

Прежде чем приступить к огранке алмаза, эксперт должен тщательно оценить:

форму добытого камня;
количество и тип включений в минерал;
внутреннюю кристаллическую структуру камня.

Профессионал, занимающийся огранкой алмазов, всегда делает выбор в пользу качества камня, который получается в конце работы. Его же окончательный размер имеет второстепенное значение.

Алмаз и бриллиант

Для того чтобы получить бриллиант, необходимо поэтапно выполнить такую работу:

Предпроизводственное оценивание (анализ) бриллианта: эксперт-огранщик тщательно оценивает добытые кристаллы и определяет сферу их дальнейшего применения. На этом этапе внимание уделяется массе камней, их форме, наличию дефектов, включений в виде примесей других элементов. Также определяется, какой вес будет иметь готовый бриллиант и какой будет его стоимость. Ныне процесс оценки камня занимает немного времени и сил, поскольку параметры ювелирного алмаза оцениваются с помощью современных компьютерных программ. Также программы позволяют определить оптимальную форму будущего бриллианта. После утверждения формы бриллианта, внимание уделяется разметке алмаза.
Разметка: на данном этапе работы на камень наносятся линии, который создают плоскость распиливания алмаза, то есть предполагаемую плоскость бриллианта.
Распиливание: на этом этапе алмазное сырье делится на части (грани). Также внимание уделяется устранению натуральных дефектов камня. Распиливание, пожалуй, является наиболее трудоемким этапом.
Подшлифовка: выполняется, если алмаз не поддается распиливанию. Суть манипуляции заключается в удалении излишков массы кристалла. Подшлифовка позволяет получить полуфабрикат, который подвергается операции нанесения граней.
Обточка: это трудоемкий процесс, который требует максимальной аккуратности. Во время обдирки алмазу придается его базовая форма.
Огранка: нанесение фацетов, которые называются гранями, осуществляется методом трения заготовки о шлифовальный диск. В качестве вспомогательного средства также используется масло семян льна. В первую очередь огранщик работает с вершиной заготовки, создавая на ней площадку (эта манипуляция выполняется путем снятия большого гладкого фацета). После огранке поддается нижняя часть камня, что позволяет сформировать павильон, имеющий форму конуса. Верхние фасеты будут формировать корону бриллианта. Также огранщик должен нанести дополнительные грани на павильоне и короне. Каждая грань точится под определенным уголом. Почти готовый бриллиант также обводится рундистом, а на нижнюю часть павильона наносится калетта (шип), идущая параллельно площадке.

Огранка бриллианта сочетается с его полировкой, которая позволяет максимально очистить поверхность камня, тем самым повысив коэффициент светоотражения.