Профессии алмаза

Алмаз-рабочий. Природные алмазы могут быть разного качества. Из тех, которые пригодны для ювелирной обработки, обычно изготавливают бриллианты. Менее качественные естественные алмазы уже считаются техническими и широко используются в промышленности. К техническим относятся примерно 2/3 алмазов, добываемых в природе.

Алмаз издавна применяют для обработки твердых материалов. Например, в Индии в древности были широко распространены инструменты с алмазными наконечниками, в частности ножи с алмазными режущими кромками. В Китае эти инструменты использовались для обработки нефрита. Существует мнение, что 6 тыс. лет тому назад алмазными инструментами пользовались египтяне при постройке пирамид. С помощью алмаза испокон веков шлифуют, полируют, сверлят, режут различные твердые материалы, которые просто невозможно обработать другими средствами.

В современной промышленности почти нет изделий, которых так или иначе не касался алмаз, особенно при тех операциях, когда необходимо высокое качество обработки, например очень точная обработка мелких деталей часов. Вышедшие из-под алмазного резца детали часто не нуждаются в дальнейшей полировке. Природные алмазы также используются при изготовлении инструмента, работающего в очень тяжелых условиях, например в буровых коронках и долотах. Алмазный буровой инструмент замечательно справляется там, где никакой другой инструмент не выдержал бы и короткое время. Так, он отлично показал себя при бурении древних кристаллических пород Кольской сверхглубокой скважины. Твердость алмаза используют металлообрабатывающие, каменотесные, керамические предприятия, заводы по производству железобетона и стекла. Все рабочие специальности алмаза даже невозможно перечислить.

Алмаз относится к числу абразивных материалов ("абразио" - соскабливание, сбривание). Абразивные материалы приготовляются из веществ, обладающих высокой твердостью, прочностью и износостойкостью, частицы которых пригодны для обработки деталей царапанием и истиранием. Кроме алмаза к абразивным материалам относятся, например, кубический нитрид бора, корунд, наждак, карбид кремния. Из абразивных материалов изготавливают порошки, которые используются для обработки как в свободном, так и в связанном состоянии в виде абразивного инструмента.

Абразивными называются инструменты, в которых большое число зерен, например алмаза, закреплено соответствующей связкой. Каждое зерно - режущий элемент, а в абразивном инструменте их много, и это обеспечивает инструменту высокую работоспособность. Даже если одно зерно тупится или вываливается из связки, оставшиеся продолжают свою работу. Связка всегда намного мягче абразивных зерен, и без них она мгновенно бы истерлась, но множество зерен алмаза предохраняют ее от истирания. Важным условием высокой работоспособности алмазного абразивного инструмента является плотное соединение связки с алмазным зерном. Если такого соединения нет, зерно легко вываливается, практически не поработав. Чтобы этого не происходило, на поверхность алмазов наносят различные переходные слои, цель которых надежнее соединить алмаз со связкой, увеличив сцепление между ними.

В алмазном инструменте, в зависимости от его назначения, используют различные связки. Вулканитовая связка на основе синтетического каучука с различными добавками предназначена для изготовления тонких гибких кругов, применяющихся при чистовых операциях. Керамическая связка (огнеупорная глина, полевой шпат, кварц и другие компоненты) используется во всех случаях, когда не страшна ее повышенная хрупкость и нет ударов. С бакелитовой связкой на основе формальдегидных смол изготавливаются инструменты, предназначенные для работы в условиях относительно низких температур. Инструменты на металлических связках нужны для работы в особо тяжелых условиях.

Советская промышленность выпускает около 2 тыс. разных типоразмеров алмазного инструмента, полностью удовлетворяя запросы техники. Например, алмазные шлифовальные круги предназначены для заточки резцов из твердого сплава и закаленной стали, для непосредственной обработки изделий на станках и автоматических линиях. Круги бывают плоские прямого профиля, плоские с выточкой, конические, с полукругло-выпуклым профилем и многие другие. Выпускаются алмазные цилиндрические головки для внутреннего шлифования, алмазные надфили и хонбруски, алмазные отрезные пилы, алмазные ленты, алмазные карандаши для правки абразивных кругов. Алмазы используются в промышленности и в быту: в галантерейных магазинах можно встретить алмазные пилочки для ногтей.

Содержание алмазов в разных изделиях различно. Так, чашечные круги (АЧК - алмазный чашечный круг) для заточки резцов из твердых сплавов выпускаются с 50%-, 100%- и 150%-ной концентрацией алмазов. Пусть вас не смущает концентрация алмазов, превышающая 100%. В конце концов все это условно: за 100%-ную концентрацию алмазов в инструменте принято считать содержание алмаза в количестве 4,4 карата в 1 см³ алмазоносного слоя, или 0,88 г/см³. Это соответствует 27 каратам в одном кубическом дюйме - соотношение, впервые принятое в США. Легко доказать, что при 100%-ной концентрации алмаз занимает 25% объема. Действительно, плотность алмаза 3,52 г/см³. Разделив 0,88 г/см³ на плотность алмаза, получим 0,25. Этот результат не зависит от вида связки.

Алмазный инструмент позволяет увеличить скорость и улучшить качество обработки всевозможных материалов, в том числе перспективных в новой технике, что нередко просто невозможно сделать без использования этих чудо-кристаллов. Поэтому уровень использования алмаза характеризует мощность и эффективность промышленного потенциала страны. В этой связи интересен расчет В. П. Бакуля, приведенный в его брошюре "Алмазы; их прошлое и настоящее". Он характеризует потребность страны в алмазах, исходя из их количества, используемого на 1 млн. т выплавленной стали. Согласно расчетам, при 100%-ном использовании алмазной обработки в уже освоенных отраслях промышленности необходимо 400 тыс. каратов на 1 млн. т выплавленной стали. В 1970 г. мировая (без СССР) выплавка стали составила 450 млн. т, так что требовалось 180 млн. каратов алмазов. Фактически же было использовано 45 млн. каратов, т. е. 25% возможного.

Кстати, что такое 450 млн. т стали и 45 млн. каратов алмаза? Представьте себе стальной куб со стороной около 400 м и алмазный кубик со стороной меньше 1,5 м. Их объемы различаются более чем в 20 млн. раз. Сейчас промышленность выпускает такие большегрузные самосвалы, каждый из которых способен увезти за один рейс годовой выпуск алмазов во всем мире.

О значении алмазов для индустрии говорит и заключение американских экономистов, считающих, что без использования алмазов промышленный и военный потенциал США снизился бы вдвое. Как видим, алмазы являются и стратегическим материалом.

Алмаз-исследователь. Замечательные свойства алмаза позволяют ему трудиться не только рабочим, но и исследователем. Он непременный участник работы высокоточных приборов: из алмаза делают камневые опоры в хронометрах высокого класса. Некоторые кристаллы алмаза очень чувствительны к радиации - это их свойство используется в алмазных дозиметрах.

Алмаз отлично чувствует тепло и холод. Термометры, работающие на основе алмаза, улавливают температурные изменения в тысячные доли градуса. Высокая теплопроводность алмаза пригодилась и в космических исследованиях. Специалисты по аэронавтике и исследованию космического пространства в США применили алмаз для измерения температуры звезд. Реактивный самолет поднимает в верхние слои атмосферы телескоп, который фокусируется затем на определенной звезде. На пути светового луча помещается тонкий, как бумажный лист, алмазный диск. Он чувствует неуловимые другими средствами изменения тепла и передает это специальному датчику, который уже позволяет измерить температуру далекого космического тела.

Но этим служба алмаза в космосе не ограничивается. Ведь алмаз - единственный материал, пропускающий инфракрасные лучи, и при этом способен выдержать и низкую температуру, и вакуум космического пространства, и невыносимую жару, и давления, в сотни раз превышающие обычное земное. Американские ученые снабдили зонд, исследующий агрессивную атмосферу Венеры (температура 500°С и давление 100 кгс/см²), алмазным окном. Через это прозрачное окно проходило инфракрасное излучение, и приборы смогли исследовать атмосферу этой планеты, и в частности уточнить состав густых венерианских облаков.

Алмаз-исследователь гораздо моложе алмаза-рабочего. Но у него большое будущее - ведь человек, познавая мир, изучая Землю и космос, все чаще и чаще сталкивается с загадочными явлениями, требующими для своего познания все более сложных, а главное, точных и чувствительных приборов. И здесь не обойтись без короля минералов, который уже сейчас совершенно незаменим во многих производственных и научно-исследовательских процессах.

Но к сожалению, в природе этот замечательный кристалл встречается крайне редко, добыча его обходится чрезвычайно дорого. Поэтому человек издавна стремился получить алмаз искусственным путем. Однако, прежде чем синтезировать чудо-минерал, пришлось начать длительную, утомительную осаду его природных тайн - осаду, которая, пожалуй, не снята и до сих пор. Мы стремимся понять до мельчайших тонкостей естественный механизм образования алмаза и попытаться точно воспроизвести движущие его процессы в лаборатории, а затем и на промышленном предприятии.

Что же узнали мы о природном алмазе?