От алмаза до бриллианта - Ваганов Валерий Иванович (читать книги без .TXT) 📗
Еще одна область, где алмаз просто незаменим, — это производство проволоки, точнее, операция волочения. Для того чтобы получить проволоку нужного диаметра, ее протягивают через ряд волок, или фильер, — твердых пластинок с отверстиями определенной величины. В наборе фильер диаметр отверстий постепенно уменьшается, и проволока, последовательно протягиваясь через них, утоняется, вплоть до получения требуемого сечения. В качестве фильер использовались либо стальные закаленные дощечки, либо пластинки из сапфира. Но они быстро истирались, и проволока теряла свое главное качество, определяющее сортность, — одинаковое по всей длине сечение. Применение алмазов позволило совершить в волочильном деле настоящую революцию.
Интересно, что в России применение алмазных фильер связано с именем прославленного режиссера и актера К. С. Станиславского (Алексеева). Его отец С. В. Алексеев руководил торговым и промышленным товариществом «Владимир Алексеев», которому принадлежала золотоканительная фабрика (ныне московский завод «Электропровод»). На фабрике, где до перехода в театр и работал К. С. Алексеев, инженер по образованию, изготовлялась канитель — тонкая золотая и серебряная проволока. В 1892 г. Константин Сергеевич в Париже увидел станки для алмазного волочения. Алмазные волоки были изготовлены из ювелирных камней массой 0,5 карата, вставленных в массивные стальные оправы. Такой станок был куплен, и в 1894 г. в России был создан первый цех алмазного волочения микропровода.
В скором времени широкое распространение электрических лампочек накаливания резко повысило спрос на проволоку сверхмалых диаметров, а также ужесточило требования к ее качеству. Ведь одинаковость толщины проволочной спиральки на всем ее протяжении — одно из главных условий долгой службы лампочки. А в настоящее время потребность в микропроводе стала огромной в связи с развитием современного приборостроения и электроники. Удовлетворить этот спрос можно, лишь применяя алмазные фильеры. Одна алмазная волока заменяет около 345 волок из твердых сплавов при увеличении скорости волочения в 2–3 раза.
Однако сквозь волоку протягивают не только различные металлы. Алмазная фильера оказалась неоценимой и при изготовлении парашютов. Волокна шелковой ткани, из которой шьют парашют, протягиваются сквозь алмазную фильеру, в результате чего шелковинки становятся настолько гладкими, плотными и скользкими, что ткань не слипается, и парашют раскрывается без помех.
Для изготовления алмазных волок используются обычно ювелирные алмазы массой 0,1–3,5 карата.
Главный потребитель технических алмазов и алмазного инструмента в капиталистическом мире — США, где производством таких инструментов заняты фирмы «Нортон компани» и «Карборундум», выпускающие практически все их разновидности. Эти фирмы имеют предприятия не только в США, но и в Канаде, Великобритании, Франции, ЮАР, Австралии.
Потребление технических алмазов в США постоянно растет. Оно составило в 1955 г. 11 млн. карат; 1960 г. — 13,5, 1965 г. — 15, 1970 г. — 21, 1975 г. — 25–26 млн. карат. Распределение алмазов по различным областям их применения примерно таково: шлифование и заточка инструментов и деталей из твердых сплавов — 60–70 %, правка шлифовальных кругов — 10–12 %, алмазное бурение — 10 %, волочение проволоки — 10 %, резка и шлифование деталей и изделий из стекла, керамики, мрамора, сверление твердосплавных деталей, обработка часовых камней и ювелирных изделий — 10–12 %.
В Западной Европе наиболее крупными потребителями технических алмазов являются Великобритания, Бельгия, ФРГ, Франция, Италия, Швеция и Швейцария.
Друзья-соперники
Наша книга посвящена алмазу как естественному природному образованию, но не коснуться хотя бы вкратце такого вопроса, как искусственное получение алмазов, невозможно. Ведь здесь слились воедино и опыт десятков исследователей, действовавших методом «проб и ошибок», и блестящий научный прогноз, и удивительное мастерство и упорство экспериментаторов, и, наконец, практический «результат», экономический эффект которого измеряется не в миллионах, а в миллиардах рублей.
Стоит человеку хотя бы приближенно уяснить, что представляет собой то или иное естественное вещество, как он тут же начинает соревноваться с природой, пытаясь получить то же вещество искусственно (из более дешевых исходных материалов и более экономичным путем). При этом конечная цель — превзойти природу, создать аналогичные вещества, но с новыми, необычными свойствами.
И алмаз в этом отношении не явился исключением. Как только опытами А. Лавуазье, С. Теннанта, X. Деви было установлено, что алмаз и графит химически суть одно и то же, а именно элемент углерод, и что алмаз переходит в графит при нагревании до 1500 °C без доступа воздуха, сразу же возникла мысль о возможности осуществления и обратного перехода, т. е. о получении искусственного алмаза из графита или какого-либо другого углеродсодержащего соединения. И начались опыты.
Дело казалось простым, ясным и беспроигрышным. Надо, представлялось широкому кругу лиц, только поместить углеродсодержащее вещество в какую-то герметическую емкость (лучше всего запаянные металлические цилиндры или трубы), затем нагреть ее как можно больше и резко охладить. Остается вскрыть емкость и извлечь оттуда образовавшиеся алмазы. Провести такой опыт может практически каждый. И неудивительно, что в экспериментаторов нередко превращались клерки и врачи, аптекари и коммерсанты — многие жаждали превратить такой дешевый материал, как уголь, в драгоценные бриллианты.
Аналогичные опыты в тех или иных вариантах проводили и настоящие ученые: французы Каньяр-Латур, А. Муассан, Ганкаль, чехи Фридлендер и Хасслингер, немцы Вольф и Баумень, англичанин Ченнел, русские исследователи В. Н. Каразин и К. Д. Хрущев.
Постепенно сложилось мнение, что в синтезе алмазов давление играет по крайней мере не меньшую роль, чем температура. Собственно говоря, эта мысль подспудно присутствовала и в более ранних опытах, так как при резком охлаждении расплавленного материала должны развиваться высокие давления.
Аналогичным образом рассуждал английский минералог Б. Хенней: алмаз образуется из углерод содержащих веществ в результате воздействия высоких температур и давлений; при этом углерод сначала растворяется в расплавленном металле, а затем в результате резкого охлаждения и возникающих при этом гигантских давлений кристаллизуется в виде алмаза.
В период с 1878 по 1880 г. Б. Хенней поставил ряд опытов. В толстостенную железную трубу, стянутую для прочности стальными кольцами, помещалась смесь из 90 частей парафина, 10 частей костного масла и 4 частей металлического лития. Ханней полагал, что при высоких температурах парафин и костное масло будут разлагаться с выделением свободного углерода, а последний будет тут же поглощаться расплавленным литием.
Заваренную трубу, набитую на 3/4 упомянутой смесью, Хенней поместил в печь и нагрел до темно-красного каления (характерно, что такую процедуру до конца выдержали только три трубы из 80), а затем резко охладил в баке, наполненном раскрошенным льдом. Одна из остывших труб была распилена, из нее извлекли черный спекшийся брикет. После необходимых аналитических процедур в данном брикете обнаружили 11 блестящих кристалликов, которые прекрасно резали стекло и не растворялись ни в каких кислотах.
Однако результаты Хеннея не вызвали особого интереса — слишком много в то время ходило сенсационных слухов о синтезе алмазов. После смерти исследователя его камни были переданы в Британский музей и помещены в застекленную витрину с этикеткой «Искусственные алмазы Хеннея».
Прошло свыше 60 лет, и вот в 1943 г. английские ученые Ф. Баннистер и К. Лонсдейл заинтересовались таинственными кристаллами Б. Хеннея. Проведенное этими учеными рентгенографическое изучение камней показало, что все они, без сомнения, являются алмазами. Так неужели же Хенней действительно впервые в истории получил искусственные алмазы? Баннистер и Лондсдейл решили повторить опыты Хеннея, пунктуально воспроизведя все их условия. Результаты были полностью отрицательными.
