Искусство
Языки
Языкознание
Вычислительная техника
Информатика
Финансы
Экономика
Биология
Сельское хозяйство
Психология
Ветеринария
Медицина
Юриспруденция
Право
Физика
История
Экология
Промышленность
Энергетика
Этика
Связь
Автоматика
Математика
Электротехника
Философия
Религия
Логика
Химия
Социология
Политология
Геология
Лекция 9 физическая классификация алмаза
 Скачать 49 Kb.
|
|
ЛЕКЦИЯ 9 ФИЗИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ АЛМАЗА Область применения природных алмазов со временем расширяется. Были проведены многочисленные исследования механических оптических, электрических, тепловых и других свойств алмаза. Выявлены влияние окраски и морфологических особенностей алмаза на качество теплоотводов, резисторов, счетчиков α, β, γ-лучей. Каждый кристалл алмаза неповторим. Оказалось, что некоторые кристаллы алмаза являются абсолютными диэлектриками, а другие обладали полупроводниковыми свойствами. Но по внешнему виду алмаза невозможно определить, какими же свойствами обладает конкретно данный кристалл. Как определять и отбирать алмазы для определенных целей? Требовалась система, классификация, с помощью которой определялось бы качество кристалла алмаза. Попытки классифицировать алмазы предпринимались с незапамятных времен. Так, древние индусы разделяли алмазы, как и людей, на четыре касты: брахманы, кшатрии, вайшии и шудры. К брахманам относились прозрачные высококачественные кристаллы, к кшатриям и вайшиям – камни низкокачественные алмазы серого цвета. Соответственно шудры оценивались в четверть, вайшии – в половину, а кшатрии – в три четверти стоимости брахманов. В настоящее время существует множество классификаций алмазов, основанных на различных принципах. В одних классификационных схемах сделаны попытки учесть все свойства алмазов, в других – в основу положен генетический принцип, т.е представления об условиях образования тех или иных – групп алмазов. Технологи по обработке алмаза в бриллиант и ювелиры разделяют алмазы почти на тысячу сортов в зависимости от прозрачности, тона, густоты и равномерности окраски. Некоторые зарубежные фирмы используют классификацию, в основу которой положены качество и ценность алмазов. В нашей стране принята классификация, где учитывается качество алмазов, их масса, размерность и сфера применения. По качеству выделяется девять категорий природного алмазного сырья. К категориям 1 и 2 отнесены ювелирные алмазы, к остальным—различные сорта технических алмазов. В свою очередь, категории подразделяются на группы с учетом массы и размеров кристаллов, а группы—на подгруппы с указанием области использования алмазов. Известно, что все реальные кристаллы имеют примеси и дефекты кристаллической решетки, создающие нарушения периодической структуры кристалла. Степень дефектности и качества природных кристаллов алмаза разного габитуса, окраски и размера зависит от колебания ТР-условий среды кристаллообразования, а также от режима постмагматического процесса кимберлитовых трубок. Вероятно, для «именных» алмазов весом более 20 кар существовали стабильные и длительные условия роста. «Именные» алмазы размером более 10 мм в основном октаэдрического габитуса, бесцветные, среди них редко встречаются дефектные кристаллы. Среди мелких кристаллов алмаза размером менее 1 мм часто обнаруживаются кристаллы неправильной формы, кубы, ромбододекаэдры, сростки, окрашенные и дефектные кристаллы. Мелкие и «именные» алмазы генетически связаны с глубинными породами, отличающимися по геохимическому и газовому составам, термодинамическим параметрам, т.е. для каждой породы (кимберлиты, лампроиты, эклогиты, тагамиты, щелочные базальты и др.) и каждой кимберлитовой трубки характерны специфические условия нахождения алмазов различного размера. Наличие дефектов кристаллической решетки в процессе роста существенно изменяет размер, габитус и физические свойства алмаза. Различные физические и морфологические классификации природных алмазов были предложены Робертсоном, Раманом, Гомоном, Гневушевым, Бартошинским, Кухаренко, Орловым и др. Эти данные позволили разделить алмазы на определенные типы по комплексу взаимосвязанных особенностей и свойств, зависящих от содержания в алмазе примесного азота. Таблица 1 Характерные особенности алмазов типа I и II
Первая попытка дать классификацию алмазов по их физическим свойствам была предпринята в 1934 году Робертсоном, Фоксом и Мартином. Далее данная классификация была расширена, дополнена другими исследователями. В результате изучения комплекса физических характеристик алмаза получен вывод о возможности разделения всех природных алмазов на два типа – по содержанию в кристаллической решетке алмаза примеси азота. Основные свойства алмазов этих двух типов сведены в таблице 1. Большая часть (98%) добываемых алмазов является азотсодержащей (до 0,2 вес. % N) и по физической классификации относится к типам Ia и Ib. Содержание азота в алмазах типа II существенно ниже (на два порядка), чем в алмазах типа I. В каком же виде примесь азота находится в структуре алмаза? Оказалось, что атомы углерода в структуре алмаза типа I частично размещены на атомах азота. Исследователями предложены следующие предположения о состоянии азота в структуре алмаза:
Алмазы обоих типов обладают способностью считывать быстрые частицы, однако механизм счета в них отличен. Алмазы типа IIb встречаются очень редко. Они обладают повышенной электропроводностью и применяются в электронной промышленности. С увеличением количества микропримесей, в том числе и азотосодержащих, изменяется совершенство внутренней и внешней структуры. В алмазах с совершенной структурой содержание микропримесей изменяется весьма незначительно (0,0005-0,01%). У таких кристаллов относительная интенсивность рентгенолюминесценции максимальна (0,5-2 у.е.). Отдельные кристаллы прозрачны в УФ-области (алмазы IIa типа), почти не двупреломляют. Механическая прочность алмазов, не содержащих микропримесей высокая. Исследователями установлено, что незначительное количество микропримесей (до 0,015%) не влияет на параметры кристаллической решетки алмаза и мало изменяет его оптические и механические свойства. С увеличением содержания микропримесей ухудшается качество кристаллов (окраска, различные включения, трещины и каналы травления). Для дефектных кристаллов уменьшается интенсивность рентгенолюминесценции, появляется желто-оранжевая фотолюминесценция и интерференционная окраска в скрещенных николях (аномальное двупреломление). Ухудшается прозрачность его в УФ-лучах и изменяется спектр фотолюминесценции. Снижается механическая прочность. Таким образом, к высококачественным алмазам относятся бесцветные кристаллы с минимальным содержанием микропримесей. За счет увеличение количества микропримесей ухудшается качество кристаллов, понижается механическая устойчивость, появляется окраска, внутренняя напряженность. Литература
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||