Бриллианты, рубины, золото, платина — драгоценности могут стать неплохим подарком на Новый год. Однако ювелирное дело далеко не единственная отрасль, где применяют камни и металлы из наших украшений. Старший преподаватель кафедры металловедения, термической и лазерной обработки металлов ПНИПУ Александр Юрченко рассказал, какие драгоценные камни и благородные металлы используют в промышленности, как создают искусственные алмазы и рубины, за какие свойства ценится золото в микроэлектронике и зачем платиной покрывают выхлопную систему автомобиля.

Алмаз на службе у человека

Графит — одна из модификаций углерода. Обычно он формируется в геологически стабильных районах континентов и залегает на глубине 100–200 км. Под воздействием высоких температур в диапазоне 1100–1300 °С и чрезвычайно сильном давлении в 35–50 килобар (35 000–50 000 атмосфер) графит превращается в алмаз, — рассказывает Александр Юрченко.

Воссоздавать такие условия человек научился в 50-е годы прошлого века. Сейчас нам известно несколько методов.

Первый способ: под давлением воды в 2–3 тысячи атмосфер происходит процесс предварительного сжатия графита. Затем вода замораживается и превращается в лед, это приводит к созданию давления до 20 тысяч атмосфер, что уплотняет графит еще сильнее. Далее подается мощный импульс электрического тока продолжительностью 0,3 секунды. После этого размораживают лед и вынимают алмазы. Полученные подобным образом алмазы имеют грязный цвет и пористую структуру, форма кристаллов тетраэдрическая (выглядит как пирамида с четырьмя гранями, представленными равносторонними треугольниками). Их используют для технических целей.

Второй способ заключается в наращивании кристаллов алмаза в среде метана (СН₄). Они приобретают черный цвет и кубическую форму (в отличие от природной тетраэдрической), однако прочность сопоставима с естественными алмазами.

Третьим способом получения является метод взрыва. В камеру на подогреваемую сковороду кладут графит, а сверху на него воздействуют высоким давлением, созданным за счет взрыва. Для этого используют взрывчатое вещество или подрыв проволоки большим импульсом тока. Кристаллы получаются бесцветные и чистые, но очень мелкие  — 30–50 мкрн (1 мкрн равен 10^-3 мм). Такие мелкие алмазы используют для производства заточных камней, абразивов.

Алмаз обладает самой высокой твердостью и отлично отводит тепло. Основная сфера его использования — изготовление инструмента для обработки и резки различных материалов, а также измерения их твердости. Например, алмазными кругами режут бетон, для заточки лезвийного инструмента из стали применяют алмазные инструменты, инденторы (конусообразный наконечник испытательной установки) с алмазными наконечниками используют для измерения твердости сталей после разной термической обработки, — объясняет эксперт Пермского Политеха.

В авиастроении также активно применяют алмазы. Их функция заключается в отведении экстремальных температур, поэтому поверхность деталей сверхзвуковых самолетов и космических кораблей покрывают алмазными частицами. Кроме того, они стойко переносят радиацию и используются в приборах космического назначения, например, датчиках температуры, измерителях радиации и фотоаппаратах.

Драгоценные камни, созданные человеком

Наравне с алмазами, промышленники научились производить синтетические рубины, изумруды и сапфиры.