Aplicarea diamantelor în industrie. Domeniul de aplicare al diamantelor. O piatră cu o istorie străveche

De mai bine de două sute de ani bijuterie folosit de oameni. Aplicația sa este departe de a fi limitată la a crea frumos Bijuterii, care sunt destinate exclusiv frumuseții. Utilizarea diamantului în stadiul actual este dezvoltată în domeniul medicinei, industriei și altor ramuri ale activității umane, unde aduce beneficii enorme.

Proprietăți utile ale diamantelor

Deoarece caracteristicile tehnice și proprietățile acestor pietre sunt unice, nu este surprinzător faptul că utilizarea diamantelor devine din ce în ce mai largă. Diamantul este o modificare a elementului chimic carbon și este cea mai dură substanță din lume . Conform scalei Mohs general acceptate în gemologie, are cel mai mare rating de zece puncte. Cu toate acestea, nu ar trebui să uităm de fragilitatea crescută a diamantelor. Orice produs realizat din acestea nu trebuie scăpat brusc sau manipulat cu neglijență.

Datorită conductivității sale termice ridicate, diamantul se încălzește încet . În plus, are proprietăți atât de valoroase precum elasticitate ridicată Și procent redus de compresie . Se topește la 2000°C sub o presiune de 11 GPa și arde la o temperatură de aproximativ 800°C. Când este ars, carbonul care formează diamantul devine dioxid de carbon, iar dacă arderea are loc într-un mediu fără oxigen, substanța devine grafit. În ceea ce privește posibilitatea procesului invers, totul este mult mai complicat aici și este greu folosit în practică.

Utilizarea diamantelor în bijuterii

Oricât de ciudat ar suna pentru oamenii obișnuiți, nu toate pietrele extrase sunt folosite în bijuterii. Dacă este de înaltă calitate și frumos decor, el trebuie să fie foarte Calitate superioară: de preferință cu un minim de microfisuri și incluziuni străine. Mineralul care se folosește la realizarea bijuteriilor trebuie să fie transparent, cu o cantitate minimă de nuanțe cenușii.

Cum sunt tăiate diamantele pentru a produce străluciri și cu ce? Sunt lustruite și lustruite doar cu aceleași diamante. Această tehnică simplă a fost descoperită în India când unul dintre bijutieri, după ce a frecat un diamant de altul, a descoperit că ambele au început să strălucească și să strălucească puternic. Fapt interesant este că tehnica de șlefuire a diamantelor a fost ținută secretă foarte mult timp. Ludwig Berkem a devenit primul european care, independent de indieni, a început să prelucreze pietre în același mod.

Taierea cu diamant este o tehnica care a aparut mult mai tarziu decat slefuirea si taierea. La început, bucăți de sârmă de oțel au fost folosite pentru tăiere, dar acest lucru a durat foarte mult timp. Metodele moderne de tăiere a diamantelor folosind freze de bronz accelerează și facilitează semnificativ procesul. Acest cutter contine o emulsie speciala cu praf de diamant.

Diamantele care au fost prelucrate sunt numite strălucitoare. Ulterior, acestea sunt evaluate de gemologi, iar pietrele sunt trimise la licitații.

Aplicarea diamantelor în producție

Nu toate pietrele sunt folosite în producție. Acele diamante care sunt extrase în zăcăminte naturale sunt foarte scumpe, așa că utilizarea lor în cantități industriale mari este imposibilă și nu se justifică.

În stadiul actual, diamantul artificial este produs prin trei metode:

• din abur, prin depunere chimică;
• sub presiune și temperatură ridicată;
• sinteza subversivă cu imitarea condiţiilor naturale (se detonează un exploziv care conține carbon).

Din ce sunt făcute diamantele? Toate proprietățile pe care le are o piatră de diamant sunt la fel de bune atunci când este folosită, dar pentru sectorul industrial factorul decisiv este duritatea pietrei. Când tăiați sau găuriți cu așchii de diamant, materialul este tăiat cu mare atenție și nu se formează microfisuri în el. Orice unealtă acoperită cu așchii de diamant are o productivitate mai mare și o calitate excelentă de tăiere.

În Rusia, pe toată perioada în care a fost folosit diamantul în sectorul industrial, au fost fabricate aproximativ 1.500 de tipuri de unelte cu o astfel de acoperire. Acestea includ foarfece pentru tăierea metalului, tăietoare de sticlă și unelte de șlefuit. Ele se disting prin precizie ridicată de tăiere, iar viteza de lucru la utilizarea lor este mult mai mare.

Desigur, un astfel de instrument este destul de scump și poate apărea întrebarea de ce trebuie să-l cumpărați dacă puteți utiliza analogi mai ieftini. Cu toate acestea, practica arată că, de exemplu, un astfel de proces care necesită forță de muncă precum tăierea betonului fără o unealtă acoperită cu diamant poate dura mult timp, în timp ce echipamentele speciale facilitează foarte mult întregul proces.

La forarea puțurilor de petrol, burghiele cu diamant (sau burghiele) sunt utilizate pe scară largă, mai ales dacă este necesar să forați o gaură cu diametru mic. Forajul cu diamant este indispensabil în construcția sistemelor de alimentare cu apă și de canalizare.

Datorită faptului că diamantele artificiale sunt acum cultivate și utilizate pe scară largă, utilizarea lor este disponibilă în orice domeniu: de la industria grea la medicină și spațiu. În sectorul spațial, acoperirea cu diamant este utilizată pentru a crește rezistența. aeronave. Bisturiile chirurgicale sunt instrumente speciale care necesită o precizie sporită și o muncă de înaltă calitate, la fel ca echipamentele dentare. Prin urmare, acoperirea cu diamant a devenit de multă vreme indispensabilă pentru ei.

Diamantele sunt folosite ca elemente de protecție în domeniile chimiei și fizicii - în primul rând pentru că acidul poate dizolva orice altă substanță, dar diamantul rămâne intact atunci când este plasat în el. Acest lucru poate părea surprinzător, dar diamantele sunt folosite pentru a transmite semnale electrice prin cabluri în domeniul telecomunicațiilor și electronicii. Cablurile care conțin diamante sunt foarte rezistente la influențele mediului și au o rezistență ridicată la uzură.

Diamantele sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în optica astronomică - ca agent de protecție pentru instrumentele optice.

Domeniul de aplicare al diamantelor industriale este foarte larg și, datorită uimitoarelor și proprietăți benefice această piatră, se poate înțelege că a fost folosită de mult timp nu numai pentru a crea Bijuterii, dar aduce și beneficii pe scară largă oamenilor în diverse domenii ale activităților lor.

Utilizarea diamantului a început cu mai bine de două secole în urmă. Până la mijlocul secolului al XX-lea, acestea au fost folosite ca material pentru realizarea de bijuterii. Este interesant că pentru a tăia un diamant, ei iau un alt diamant. Rezistența specială a materialului nu permite lucrul asupra acestuia cu ajutorul formațiunilor cristaline ale altor minerale. Oamenii de știință, mineralogiștii, fizicienii și chimiștii studiază de multă vreme proprietățile rocii. Ei au identificat toate caracteristicile limitative și au găsit posibilitatea utilizării pietrelor în diverse zone de producție.

O probă dintr-un mineral valoros este o modificare alotropică a carbonului. Fiecare persoană are posibilitatea de a deveni proprietarul unei bucăți din ea. Acesta este grafitul unui creion obișnuit. Se transformă în grafit la o anumită creștere a temperaturii. Dacă puneți o piatră în tabelul de duritate Mohs, va lua linia de sus, 10. Știința nu a identificat încă o duritate mai mare și roci mai puternice decât diamantul nu au fost încă găsite. Alte caracteristici ale mineralului:

• densitate – până la 3,4–3,5 g/cc;
• conductivitate termică - până la 2,3 mii W;
• indicele de frecare pe o suprafață metalică – 0,1;
• stratul superior este o peliculă de gaz în stare adsorbită;
• la îndepărtarea stratului superior (film), coeficientul de frecare crește la 0,5;
• coeficient scăzut de capacitate de a rezista la compresie;
• modul ridicat de elasticitate structurală.

Cristalul poate fi topit dacă se atinge un nivel de presiune de 11 GPa, indicele de topire este de 4 mii de grade. Piatra începe să ardă la o temperatură de 800 de mii de grade, procesul are loc în aer. Diamantul arde, fără a lăsa reziduuri, dar produc dioxid de carbon.

Flacăra când arde este albastră. Un rezultat diferit se obține la încălzirea fără acces la masele de aer. Temperatura - 2 mii. Bijuteria se transformă în grafit, se dezintegrează, scoțând sunete similare cu bumbacul. Termodinamica în acest caz este de natură anormală.

Oamenii de știință au descoperit utilizarea diamantelor în industriile moderne și tehnologiile în curs de dezvoltare.

Domenii de aplicare

Există multe domenii pentru utilizarea proprietăților unui material. Puteți enumera cele principale și cele mai populare.

Toată lumea știe utilizarea diamantelor în bijuterii pentru a crea bijuterii. Dar utilizarea sa nu se limitează la asta. Astăzi este indispensabil în industrie, medicină, astronomie și fizica nucleară. Și aceasta este doar o idee generală a oportunităților pe care le avem cu descoperirea acestui mineral. Citiți mai departe despre ce este o piatră, ce proprietăți are și ce dă lumii.

Caracteristici naturale și alte minerale

Cele mai multe dintre aceste pietre extrase în natură sunt diamante industriale. Și-au primit numele de la grecescul Adamas - indestructibil sau atotputernic. Diamantul este 99% carbon, cu 1% impurități. Ei sunt cei care influenteaza nuanta mineralului.

Diamantele pure nu se găsesc practic niciodată în natură. Culoarea lor se schimbă din cauza impurităților: crom, titan, vanadiu, mangan. Pietrele tehnice sunt cele care au orice defecte și nu sunt potrivite pentru prelucrarea bijuteriilor.

Diamantul este considerat cel mai dur mineral, iar densitatea lui este de trei grame pe cm cub. Este de 150 de ori mai dur decât corindonul și de 1500 de ori mai dur decât cuarțul.

Dar duritatea nu este sinonimă cu indestructibilitatea. Pietre naturale au adesea crăpături, ceea ce le face inadecvate pentru prelucrarea bijuteriilor. Deci, în secolul al XV-lea, a avut loc un incident neplăcut: în încercarea de a testa diamantele pentru rezistență cu un ciocan, mercenarii au distrus o colecție uriașă. Proprietarul său era Karl Îndrăznețul.

„Placă” și „pietre de apă curată”: caracteristici distinctive

Diamantele industriale, numite „boreți”, sunt folosite de oameni în multe zone. Vă vom spune despre asta mai târziu. Pietrele destinate bijuteriilor - diamantele - își dobândesc frumusețea numai după tăiere. Dar mineralele de calitate scăzută nu pot fi procesate.

Este logic să tăiați numai diamante care nu au defecte vizibile: fisuri, incluziuni evidente, schimbări bruște de culoare. Restul este folosit pentru a crea coliere, inele si alte bijuterii nu foarte sofisticate.

Natura nu a intenționat ca diamantul să fie o bijuterie. Dintre pietrele extrase, grosul este lateral. Tradus din franceză - „inferior”. Omologul său îmbunătățit este carbonado, un mineral durabil de culoare neagră și formă inestetică. Are cei mai avansati indicatori de rezistență și rezistență la uzură.

Ce caracteristici sunt mai solicitate?

Deci despre ce caracteristici vorbim? Toată lumea știe că diamantele sunt făcute din carbon. Dar la fel compoziție chimică la grafit. Cu toate acestea, domeniile sale de aplicare sunt complet diferite. Să ne dăm seama.

Diamantele sunt cele mai dure minerale de pe planetă, măsurând 10 pe scara Mohs.Și acesta este indicatorul maxim posibil. Mineralul are o conductivitate termică extrem de ridicată: 2300 W. În plus, coeficientul său de frecare este de numai 0,1.

O astfel de frecare scăzută se datorează prezenței unei pelicule subțiri de gaz adsorbit pe suprafața diamantului. Dacă nu ar fi fost acolo, cifrele ar fi crescut de cinci ori. Puteți topi o piatră creând o presiune de 11 hPa și o temperatură de 4000 de grade. Diamond are cel mai mic raport de compresie cu cel mai mare modul elastic. Acest lucru ne permite să facem din el multe lucruri care sunt indispensabile în industrie.

Clasificarea calității

Diamantele de bijuterii sunt diamante mari frumoase, care nu au culoare sau deloc. Toate celelalte pietre sunt clasificate ca fiind tehnice. De regulă, acestea sunt mostre întunecate, defecte, care nu pot fi tăiate. Înainte ca oamenii să învețe să le folosească, până la 80% din minerale au fost aruncate în timpul exploatării.

Astăzi, ele sunt folosite în aproape toate sferele umanității. Dar, în funcție de calitatea inițială, acestea sunt împărțite în trei grupuri (clasificarea este foarte arbitrară). Prima categorie include diamantele cărora li se poate da o formă specifică. Mai târziu, acestea sunt folosite pentru a crea unelte de tăiere a metalelor.

Al doilea grup include pietre care nu necesită prelucrare. În acest caz, zona de aplicare a diamantelor este creioanele diamantate și burghiele. A treia categorie include cristalele abrazive care au defecte semnificative. Li se administrează sub formă de pulbere.

Unde se caută plăcile?

Utilizarea diamantelor este comună în industria metalurgică. Sfaturi pentru burghie și freze sunt făcute din ele. Acest lucru este necesar pentru frezarea și strunjirea fină a materialelor dure și super-dure. Datorită acestora, calitatea și productivitatea muncii crește de mai multe ori.

Diamantul este folosit și în alte domenii:

• industria bijuteriilor - pentru lustruirea pietrelor pretioase;
• fizică nucleară – pentru înregistrarea particulelor rapide în camere;
• astronomie – producerea de lentile ultra-sensibile;
• industria electronică – pentru izolare termică;
• astronomie – efectuarea de lucrări de cercetare.

Utilizarea diamantelor a făcut posibilă crearea de vârfuri pentru instrumente de măsurare de înaltă precizie. Sunt indispensabile atunci când tăiați sticla. Material inclus în fire metalice ca matrițe (plăci cu găuri).

Secretul indian: o tehnică de prelucrare a celor mai dure minerale

Pentru a crea un diamant, diamantul este prelucrat - tăiat. Dar, pietrele prețioase obișnuite sunt obținute numai după prelucrare cu ceva nu mai puțin greu. Specialiștii șlefuiesc și lustruiesc mostrele rezultate pentru o lungă perioadă de timp înainte de a le introduce în bijuterii.

Tehnica de tăiere a fost descoperită în India de unul dintre bijutieri. După ce a frecat un diamant de altul, a observat că pietrele au început să strălucească și să-și schimbe forma. Perioadă lungă de timp tehnologia a fost ținută secretă și India a fost singurul exportator de diamante.

În Europa, tehnologia de tăiere a devenit cunoscută abia în 1465, datorită lui Ludwig Berkem. A creat un diamant în formă de trandafir, dar astăzi această tehnică nu este folosită aproape niciodată. Dar maeștri moderni a învățat să găsească o piatră prețioasă pentru a grăbi munca.

Pentru tăiere se folosește o emulsie specială care conține praf de diamant. Anterior, diamantele erau tăiate cu bucăți de sârmă de oțel, ceea ce consuma mult timp.

Găurire și tăiere: principiu de funcționare și avantaje

Cele mai multe unelte diamantate sunt folosite pentru prelucrarea materialelor dure în scopuri industriale. Spaturile sunt împărțite în două grupuri. Primul este câmpul de foraj, iar al doilea este câmpul de tăiere.

Mineralul are rezistență ridicată la uzură și rezistență. Acoperirea sculelor cu așchii de diamant le mărește durata de viață și crește productivitatea. Pietrele sunt folosite pentru a face multe unelte:

• burghiu;
• freze;
• tăietori de sticlă;
• foarfece metalice;
• mașini de șlefuit.

Și datorită aplicării așchiilor de diamant pe unelte, precizia muncii lor crește. De asemenea, viteza procesului de lucru crește. Echipamentul face mai puțin zgomot, iar lucrătorii necesită mai puțin efort pentru a îndeplini sarcinile.

Datorită burghiilor și burghiilor cu diamant, puteți face cea mai precisă gaură fără teama de crăpături și așchii. Acest lucru este relevant atunci când instalați sisteme de alimentare cu apă, sisteme de canalizare și cabluri de internet. Indispensabil la prelevarea de probe din structuri monolit de beton.

Utilizări alternative

Oamenii îmbunătățesc în mod constant tehnologiile existente și dezvoltă domenii de aplicare pentru componentele vechi. Anterior, diamantele erau folosite doar în producția de bijuterii și pentru fabricarea uneltelor. Astăzi, cererea lor este mult mai mare.

Diamantele sunt folosite în electronică și telecomunicații, astfel încât diferite frecvențe pot fi transmise printr-un singur cablu. Datorită proprietăților mineralului, fibra optică nu se teme de schimbările de temperatură și de supratensiuni.

Diamantul este utilizat pe scară largă în chimie și fizică ca mecanism de protecție. Astfel, la crearea lentilelor optice, mineralul le protejează de distrugerea de către acidul fluorhidric. Acest lucru ne permite să atingem noi culmi în explorarea spațiului și planetar, fizica cuantică și îmbunătățirea tehnologiilor laser.

Domeniul de utilizare medical

Datorită calităților descrise mai sus, diamantul a devenit un material indispensabil în domeniul medical. Deși acest lucru este comparativ zona noua aplicarea sa (spre deosebire de industrie), este deja clar că este viitorul.

Până acum, principala zonă de aplicare a pulberii de diamant în medicină este crearea de instrumente de înaltă calitate. Un bisturiu acoperit special este folosit în chirurgie pentru a face tăieturile mai precise. Este indispensabil pentru operațiuni complexe. De exemplu, pe măduva spinării sau pe creier.

Pe lângă bisturii, diamantul este folosit pentru a crea foarfece și cleme. Materialul este utilizat la fabricarea echipamentelor dentare. Un proiect cu laser medical este în curs de dezvoltare, în care mineralul va acționa ca un conductor.

În acest articol:

Acum există un număr mare de soiuri de diamante. În literatură sunt date mai multe clasificări, bazate pe o varietate de principii. Unele dintre aceste clasificări se bazează pe o combinație de proprietăți ale materialelor - fizice și chimice. Ele sunt clasificate în funcție de locul de extracție, culoare și calitatea materialului. Varietatea de diamant poate include parametri precum greutatea, prezența defectelor, densitatea și uniformitatea nuanțelor.

Diamond in the Rough

Clasificarea diamantelor în funcție de greutate

Greutatea acestui mineral se măsoară în carate. În sistemul SI, un carat este de 0,2 grame. Caracteristica principală este greutatea dacă piatra este de dimensiuni mici. Pietrele mari sunt clasificate după nuanță, puritatea culorii și incluziuni. Există 3 tipuri, în funcție de masa lor:

• pietrele a căror greutate nu depășește 0,29 carate sunt considerate mici;
• pietrele medii cântăresc de la 0,3 la 0,99 carate;
• Toate mineralele care cântăresc mai mult de 1 carat sunt considerate mari.

Prețul pietrelor este proporțional cu pătratul greutății lor, dar acesta nu este singurul parametru care are impact.

Scopul aplicatiei

În funcție de domeniul de aplicare, diamantele extrase sunt împărțite în două categorii:

• varietate tehnică de diamant;
• bijuterii diamante.

• Placă - intercreșteri de cristal, fragmente și cristale nu sunt calitatea bijuteriilor. De obicei, sunt prea ușoare pentru a fi tăiate. În această categorie intră și alte cristale. De calitate inferioară, de exemplu, având o colorare slabă, defecte, fisuri sau numeroase incluziuni. O mărgele este un diamant nenatural care, pentru a fi folosit în bijuterii, este zdrobit în firimituri și folosit ca pulbere abrazivă.
• Balasele sunt sferulite sferice de diamant cu o coajă tare închisă la culoare care nu conțin incluziuni.
• Carbonado este practic cel mai mult celebru diamant. Numele înseamnă „carbonos” în portugheză. Această varietate de diamant apare ca agregate negre formate din granule neregulate sau cristale octaedrice mici. Au un coeficient de rezistență la abraziune mai mare decât diamantele tehnice convenționale.

Aproximativ 20% din diamantele extrase sunt bijuterii. Numărul lor este mai mare în depozitele aluviale. Astfel de diamante trebuie să îndeplinească anumite criterii: trebuie să fie transparente, fără fisuri mari sau incluziuni.

Ele sunt supuse tăierii, timp în care se pierde aproximativ jumătate din masă, dar toate calitățile mineralului sunt dezvăluite. Cea mai des folosită tăietură în acest scop se numește tăietură cu diamant. Dar pot fi folosite și altele, de exemplu, trepte, cabochon, pene și combinații ale acestora.

Diamant cu o greutate de 404 carate, extras în Angola

Separarea după culoare

Culoarea acestui mineral este dobândită din cauza impurităților și incluziunilor, a defectelor structurale și a influenței factorilor externi, cum ar fi radiațiile. Culoarea poate fi neuniformă și constă din mai multe culori. Există și diamante în care doar stratul superior are culoare. Cele mai comune sunt diamantele palide cu nuanțe.

Soiuri de diamante industriale, dintre care majoritatea (aproximativ 80% din toate pietrele extrase) au următoarele opțiuni de culoare:

• alb ca laptele;
• gri;
• negru.

Printre diamantele de calitate prețioasă se numără:

• diamante cu culoare și nuanțe gălbui;
• O varietate de diamante maro fumuriu.

Culorile rare ale mineralului sunt:

• albăstrui;
• verzui;
• mov.

Este foarte rar să găsești diamante care nu au culoare. Cele mai multe dintre ele au o nuanță subtilă numită nuanță. Un diamant transparent fără nuanțe se numește „diamond de apă pură”. Există mai multe versiuni ale originii acestui termen. Una dintre cele mai ridicole este că contrabandiştii ar fi ascuns pietrele în recipiente cu apă, în care nu erau vizibile.

Întreaga absurditate a acestei versiuni constă în faptul că, de fapt, se disting în apă. Pentru ca acest lucru să nu fie așa, trebuie să aibă un indice de refracție similar. Indicele de refracție al apei este 1, iar cel al diamantelor este de 2,5. Astfel, nu este greu să distingem această piatră în apă. Cel mai probabil, termenul este folosit pentru a desemna transparența inerentă a apei.

Care sunt cele mai valoroase nuanțe de diamant? Pe lângă cele transparente, diamantele care sunt pictate în culori strălucitoare, care, după cum am menționat deja, sunt numite fantezie, sunt, de asemenea, valoroase. Sunt extrem de rare. Acestea includ: diamante aurii și galben-vin, precum și altele culori rare, de exemplu, roșu, cireș, albastru, roz. Cele mai rare tipuri de diamante sunt cele cu următoarele culori: violet, verde strălucitor și negru, cu condiția să fie din varietatea bijuteriilor.

Exploatarea diamantelor

Până în secolul al XIX-lea, diamantele erau exploatate numai prin minerit în cariera deschisă. Cu toate acestea, după aceasta, s-au descoperit țevi de kimberlit și a fost necesar tehnologie nouă producție Filonul purtător de diamant pătrunde adânc în pământ și, în legătură cu aceasta, s-a decis să se dezvolte metode de exploatare subterană.

Există mai multe moduri de a extrage minereu.