БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (АЛ)
Об уникальных алмазах СССР см. в ст. Алмазный фонд СССР .
В зависимости от качества (размера, формы, цвета, количества и вида дефектов) и назначения А. делятся на 7 категорий и 23 группы: 1-я категория — ювелирные А., 2-я — светлые А. разнообразного назначения, 3-я — А. для однокристального инструмента и оснащения измерительных приборов (например, для измерений твёрдости) и т. д. в соответствии с техническими условиями на природные А.
На мировом рынке различают 2 вида А. — ювелирные и технические. К ювелирным относятся А. совершенной формы, высокой прозрачности, без трещин, включений и др. дефектов. А., огранённые специальной «бриллиантовой» гранью, называются бриллиантами. Ювелирные А. обычно применяются в виде украшений. а в капиталистических странах и в качестве надёжного источника вложения капитала. К техническим относятся все прочие добываемые А., вне зависимости от их качества и размеров. Технические А. применяются в виде порошков, а также отдельных кристаллов, которым путём огранки придают нужную форму (резцы, фильеры и др.).
Физические свойства. Элементарная ячейка кристаллической решётки алмаза имеет вид куба. Атомы углерода С расположены в вершинах куба, в центрах его граней, а также в центрах 4 несмежных октантов (рис. 1). Каждый атом С связан с 4 ближайшими соседями, симметрично расположенными по вершинам тетраэдра, наиболее «прочной» химической связью — ковалентной (см. Ковалентная связь ). Соседние атомы находятся на расстоянии, равном 0,154 нм. Идеальный кристалл А. можно представить себе как одну гигантскую молекулу. Прочная связь между атомами С обусловливает высокую твёрдость А.
Структуру, подобную А., имеют и другие элементы IV группы периодической системы Si, Ge, Sn. Однако в последовательности С—Si—Ge—Sn прочность ковалентной связи убывает соответственно с увеличением межатомного расстояния. Кристаллическую решётку А. имеют также многие химические соединения, например соединения элементов III и V групп периодической системы (решётка типа сфалерита — ZnS). Структуры этих соединений (являющихся полупроводниками ) благодаря дополнительной ионной связи (помимо ковалентной), по-видимому, прочнее структур элементов 4-й группы, принадлежащих к тому же периоду системы элементов. Например, соединение азота с бором называется боразоном , по твёрдости не уступает А.
Благодаря особенностям кристаллической структуры (все 4 валентных электрона атомов С прочно связаны) идеальный кристалл А. (без примесей и дефектов решётки) должен быть прозрачным для видимого света диэлектриком . В реальных же кристаллах всегда имеется некоторое количество примесей и дефектов решётки, различное для разных образцов (см. Дефекты в кристаллах ). Даже в наиболее чистых ювелирных А. содержание примесей достигает 1018 атомов на 1 см3 . Наиболее распространены примеси Si, Al, Ca и Mg. Распределение примесей в А. может быть неравномерным, например на периферии их больше, чем в центре. Сильные связи между атомами С в структуре А. приводят к тому, что любое несовершенство кристаллической решётки А. оказывает глубокое воздействие на его физические свойства. Этим объясняются, в частности, расхождения данных разных исследователей. При общем описании свойств А. исходят из того, что максимальное содержание примесей составляет 5%, причём количество одной примесной компоненты не превосходит 2%.
В А. также встречаются твёрдые (оливин, пироксен, гранаты, хромшпинелиды, графит, кварц, окислы железа и т. п.), жидкие (вода, углекислота) и газообразные (азот и др.) включения.
Плотность А. у различных минералогических образцов колеблется в пределах от 3470 до 3560 кг/м3 (у карбонадо от 3010 до 3470 кг/м3 ). Вычисленная плотность А. (по рентгенограммам) ~3511 кг/м3 . А. — эталон твёрдости Мооса шкалы с числом твёрдости 10 (корунд — 9, кварц — 7, кальцит — 3). Микротвёрдость А., измеряемая вдавливанием алмазной пирамидки, составляет от 60—70 до 150 Гн/м2 [или от (6—7)´103 до 15—10 кгс/мм2 ] в зависимости от способа испытания (по Хрущеву и Берковичу ~104 кгс /мм2 ; корунд ~2´103 , кварц ~1,1´103 , кальцит ~1,1´102 кгс/мм2 ). Твёрдость А. на различных кристаллографических гранях не одинакова — наиболее твёрдой является октаэдрическая грань [(111) — см. Миллеровские индексы ). А. очень хрупок, обладает весьма совершенной спайностью по грани (111). Анизотропия механических свойств учитывается при обработке монокристаллов А. и их ориентировке в однокристальном инструменте. Модуль Юнга — модуль нормальной упругости Л. 1000 Гн/м2 (~1013 дин[см2 ), модуль объёмного сжатия 600 Гн/м2 (~6´1012 дин/см2 ). Тепловой коэффициент линейного расширения возрастает с температурой от 0,6´10-5 °С-1 в интервале 53—303 К до 5,7´10-6 в интервале 1100—1700 К. Коэффициент теплопроводности уменьшается с увеличением температуры в интервале 100—400 К от 6 до 0,8 кдж/м ×К (от ~14 до~2 кал/сек ×см ×С ). При комнатной температуре теплопроводность А. выше, чем у серебра, а мольная теплоёмкость равна 5,65 кдж/С кмоль ×К . А. диамагнитен (см. Диамагнетизм ), магнитная восприимчивость на единицу массы равна 0,49´10-6 единиц СГС при 18° С.
Цвет и прозрачность А. различны. Встречаются А. бесцветные, белые, голубые, зелёные, желтоватые, коричневые, красноватые (разных оттенков), тёмно-серые (до чёрного). Часто окраска распределена неравномерно. А. изменяет окраску при бомбардировке а-частицами, протонами, нейтронами и дейтронами.
Показатель преломления А. равен 2,417 (для длины волны l = 0,5893 мкм ) и возрастает с температурой, дисперсия 0,063. Угол полного отражения равен 24°24'. Некоторые образцы А. обладают оптической анизотропией, например двойным лучепреломлением , обусловленным внутренними упругими напряжениями, связанными с неоднородностями строения кристалла. В большинстве А. наблюдается люминесценция (в зелёной и синей частях спектра) под действием ультрафиолетового и рентгеновского излучений, электронов, ot-частиц и нейтронов. Облучение А. нейтронами не сообщает ему стойкой радиоактивности, уменьшает плотность А., «разрыхляет» решётку (см. Радиационные эффекты в твёрдом теле ) и вследствие этого ухудшает его абразивные качества. Большинство А. избирательно поглощает электромагнитное излучение в инфракрасной области спектра (l ~ 8—10 мкм ) и в ультрафиолетовой (ниже 0,3 мкм ). Их называют А. 1-го типа. Значительно реже встречаются А. 2-го типа (обнаруженные впервые в 1933), не имеющие линий поглощения в области 8—10 мкм и прозрачные до ~ 0,22 мкм. Встречаются А. со смешанными признаками, а также обладающие в одних частях кристалла признаками 1-го типа, а в других — 2-го. Основные спектроскопические характеристики кристаллов хорошо коррелируются с количеством азота, содержащегося в решётке А., и, по-видимому, стойкими различиями кристаллического строения.
Предложено подразделение А. 2-го типа на 2а и2б, различающиеся электрическими свойствами. Удельное электрическое сопротивление А. 1-го типа r ~1012 —1014 ом ×м, типа 2а — r ~1012 ом ×м. А., принадлежащие к типу 2б, имеют r ~0,5—10 ом ×м, они являются примесными полупроводниками р-типа, обладают фотопроводимостью и при нагревании обнаруживают линии поглощения на длинах волн l > 6 мкм (они крайне редки, открыты только в 1952). Встречаются кристаллы А. с исключительно малым сопротивлением r~ 10-2 , которые могут пропускать большие токи. Среди неполупроводниковых А. 2-го типа иногда встречаются кристаллы, электропроводность которых резко возрастает при облучении a-частицами, электронами и g-лучами. Глубина проникновения a-частиц в А. не более 10 мкм, электронов (с энергией ~1 Мэв ) — 1 мм. Такие А. могут использоваться в кристаллических счётчиках . К достоинствам алмазных счетчиков относится способность работать при комнатной температуре, длительно работать в непрерывном режиме, выделять узкие пучки радиации. Их можно стерилизовать, что очень важно, например, для биологических исследований.
А. стоек к действию кислот и растворов щелочей (даже кипящих), растворяется в расплавах селитры (азотнокислого натрия или калия) и соды (t ~500°С). На воздухе А. сгорает при 850—1000°С, в кислороде — при 720—800°С. В вакууме или в инертном газе при 1400°С начинается заметная поверхностная графитизация А. При повышении температуры этот процесс ускоряется, и в области 2000 °С полное превращение происходит за 15—30 мин. При импульсном нагреве (за несколько мсек ) кристаллы А. сохраняются при 3400°С, но превращаются в графит при 3600°С и выше. Эти предельные для А. температуры отмечены на рис. 2 (граница между областями 5 и 3).
