От алмаза до бриллианта - Ваганов Валерий Иванович (читать книги без .TXT) 📗
К. Лонсдейл, учитывая, что свойства алмазов, якобы полученных Хеннеем, существенно отличаются друг от друга, допускала, что эти камни на самом деле естественного происхождения, даже из различных природных источников (месторождений). Существует версия, будто бы помощник Хеннея, которому надоело возиться с опасными опытами, подложил в одну из труб кристаллики настоящих алмазов. Вообще же тайна «алмазов Хеннея», покоящихся на черном бархате в витрине одного из залов Британского музея, до сих пор не разгадана.
Постепенно для ученых становилось все яснее, что главным параметром, определяющим успех синтеза алмазов, является давление. Но как повысить его в ходе опытов? Один из возможных способов — взрыв. Так, еще в 1897 г. итальянец Майорана поместил в обычную «нагревательную» трубу заряд пороха, считая, что в результате взрыва разовьются давления, достаточные для образования алмазов. Но алмазы так и не получились.
Другой способ получения высокого давления — давить прессом. Англичанин Ч. Парсонс в своих опытах довел давление до 980 МПа, а американец У. Бриджмен — до 41,65 ГПа, но, несмотря на это, им так и не удалось искусственно получить алмаз. Однако теоретические и практические работы У. Бриджмена, лауреата Нобелевской премии, основоположника современной техники получения высоких давлений, подготовили будущий успех в осуществлении синтеза алмазов.
В итоге разнообразных исследовательских работ было установлено, что для получения искусственных алмазов необходимы необычайно высокие температура и, главное, давление. Высокие — но какие? Нужно было получить несколько вполне конкретных цифр, для чего необходимо было решить задачу чрезвычайной сложности — расшифровать природные закономерности.
Именно это и было совершено советским ученым Овсеем Ильичом Лейпунским. В 1939 г. он опубликовал свою знаменитую теоретически рассчитанную диаграмму — диаграмму фазового состояния углерода в различных условиях. Из диаграммы следовало, что для перехода графита в алмаз необходимы температуры около 2000 °C и давления не менее 6 ГПа. Кроме того, О. И. Лейпунский обосновал необходимость применения специальных растворителей (жидких металлов) для ускорения перехода графита в алмаз. Сформулированное этим ученым рациональное сочетание трех условий, необходимых для синтеза алмазов (значения температуры, давления и наличие определенной среды), лежит в основе подавляющего большинства современных методов производства синтетических алмазов при высоких статических давлениях.
Итак, после публикации О. И. Лейпунского стало ясно, как превратить графит в алмаз. Осталось технически реализовать эту идею. И во многих странах мира закипела работа, однако с началом второй мировой войны она была почти везде практически свернута. И наверное, не случайно, что первой страной, где удалось получить синтетические алмазы, стала не участвовавшая в войне нейтральная Швеция, где в 1953 г. успеха добилась группа под руководством Б. Платена и Э. Лундблада, работавшая под эгидой Всеобщей шведской электрической компании (ASEA).
Однако компания столь тщательно засекретила свой успех, что о нем стало известно лишь спустя десять лет.
Параллельно аналогичные работы велись и в других странах. В США крупнейшая компания «Дженерал электрик» перед войной заключила договор с группой физиков, возглавляемых У. Бриджменом. Компания предоставила ученым полную свободу действий и неограниченные средства. В 1953 г. была изготовлена мощная установка «Белт», на которой достигалось давление в 20 ГПа при температуре 5000 °C. И после ряда неизбежных неудач 16 декабря 1954 г. на установке «Белт» были получены синтетические алмазы. «Дженерал электрик» запатентовала свое открытие и приступила к промышленному производству искусственных алмазов в 1955 г., опередив первооткрывателей шведов, слишком перемудривших с засекречиванием. В 1957 г. компания объявила, что изготовила 100 тыс. карат алмазных порошков и что стоят они чуть-чуть дороже порошков из природных алмазов.
После войны проблема получения искусственных алмазов чрезвычайно остро встала и в нашей стране. Поставки алмазного инструмента по ленд-лизу прекратились, отечественные природные алмазы пока еще не имели промышленного значения, а синтетические алмазы продавались американскими и шведскими фирмами по ценам, сопоставимым с ценами бриллиантов. Поэтому Академией наук СССР было поручено трем ученым — Л. Ф. Верещагину, Ю. Н. Рябинину и В. А. Галактионову — продолжить начатые еще перед войной работы по синтезу алмазов. И в 1958 г. были получены первые советские синтетические алмазы (из них были изготовлены сувенирные гравировальные карандаши, один из них преподнесен в дар академику П. Л. Капице). В 1960 г. на экспериментальной аппаратуре ученые добились стабильного получения искусственных алмазов.
Однако одно дело — получать синтетические алмазы на лабораторной установке, и совсем другое — разработать промышленную технологию и наладить производство алмазов в масштабах, обеспечивающих все потребности отечественной промышленности. Нужны были люди, готовые принять на себя большую ответственность по организации такого уникального производства. И такие люди конечно нашлись.
В том же 1960 г. в Москве встретились Л. Ф. Верещагин и В. Н. Бакуль, тогда возглавлявший Центральное конструкторско-технологическое бюро (ЦКТБ) твердосплавного и алмазного инструмента в Киеве. И уже на следующий день после этой встречи Л. Ф. Верещагин был в Киеве, а вскоре туда на двух 5-тонных грузовиках были доставлены две установки для синтеза алмазов.
Прошло 11 месяцев, и вот в октябре 1961 г. на Киевском вокзале в Москве с поезда сошел пассажир с портфелем. Его сопровождали двое молодых людей. Пассажиром был В. Н. Бакуль, а сопровождающими — его научные сотрудники. В портфеле же находились синтетические алмазы — первый промышленный выпуск синтетических алмазов в СССР.
На XXII съезде КПСС президент Академии наук СССР академик М. В. Келдыш сообщил делегатам о том, что советские ученые разработали метод получения синтетических алмазов. На стол президиума съезда лег пакет с содержимым пакета В. Н. Бакуля.
Прошли годы. Сейчас налажено производство синтетических алмазов в Советском Союзе, США, ЮАР, Ирландии, Японии, Швеции и ряде других стран. Синтетические алмазы почти полностью заменили природные в такой области, как изготовление порошков, паст и абразивного инструмента, на что ранее расходовалось свыше 70 % природных технических алмазов. Появилась возможность более рационально подойти к использованию последних.
На сегодняшний день искусственный алмаз — это прежде всего алмаз технический, алмаз-труженик. Как заявил в начале 70-х годов президент «Дженерал электрик» Артур Бьюч, «бизнес фирмы основан на производстве алмазов весом в одну тысячную карата». В этой области алмаз искусственный и алмаз природный — друзья, помогающие и заменяющие друг друга. А могут ли они стать соперниками? Другими словами, можно ли получить искусственные алмазы, способные конкурировать с природными в качестве ювелирных?
В 1970 г. в США был выращен синтетический алмаз ювелирного качества величиной 6 мм. Синтез этого алмаза длился семь суток, а стоимость в 8 раз превысила стоимость аналогичного по качеству природного алмаза такого размера.
Итак, уже сейчас принципиально возможно выращивание крупных синтетических алмазов ювелирного качества, годных для огранки в бриллианты. Однако стоимость их намного превышает стоимость аналогичных природных камней. Поэтому пока искусственные ювелирные алмазы имеют лишь чисто научное значение.
Будет ли так всегда? Вся история развития науки и техники позволяет однозначно утверждать: конечно, нет. Безусловно, пройдет время и алмазы самого разнообразного размера и качества будут без особых затруднений и затрат «выпекаться» в заводских цехах.
Но это вовсе не означает, что искусственный алмаз победит природный. Например, сейчас мы уже умеем выращивать достаточно крупные кристаллы кварца, аметиста, циркона, рубина, сапфира, даже изумруда, но, как это ни парадоксально, цены на природные камни от этого не упали, а, наоборот, возросли, причем тенденция к такому росту представляется довольно устойчивой. Нет никаких оснований ожидать, что алмаз явится исключением. Производство ювелирных синтетических алмазов будет означать лишь, что в истории алмаза открывается новая, еще более интересная страница.
