Как гранят алмазы

Огранка алмаза – процесс придания кристаллу формы и нанесение фацетов (граней). Смысл обработки заключается в отсечении неправильных или дефектных частей, а также в придании алмазу способности максимально эффективно отражать падающий свет. Количество и угол нанесения граней рассчитывается исходя из математической обоснованности. Грань получают путем шлифовки кристалла на диске с алмазным покрытием со скоростью 4000 оборота в секунду.

Задача ювелира выбрать оптимальный вид огранки для конкретного камня, ведь именно критерий качества обработки в дальнейшем будет влиять на стоимость камня. Огранку начинают в следующем порядке:

1. подшлифовка площадки бриллианта;
2. гранят павильон (нижняя часть камня);
3. формируют шип;
4. наносят клинья;
5. чистовая полировка площадки;
6. огранка короны (верха бриллианта).

При осуществлении всех подготовительных и основных манипуляций ювелир должен учитывать специфические свойства камня, чтобы не причинить вред чрезмерным воздействием либо некорректно заданным углом. Правильно ограненный алмаз будет сверкать и переливаться даже при небольшом источнике света. А вот нарушение закономерностей при огранке приведет к тому, что знаменитый бриллиантовый блеск не проявится, камень будет выглядеть тускло.

Строение кристалла и способ образования

Кристаллы адаманта в природе образуются глубоко в недрах земли. Обязательным условием становится высокая температура и давление, заставляющее атомы углерода сжаться в кристаллическую решетку с прочными связями. Алмаз – это кристаллическая модификация углерода кубического типа. Он может образовываться в естественных и искусственных условиях. Кристаллы алмаза могут иметь форму:

• куба;
• ромбододекаэдра;
• тетраэдра;
• октаэдра.

Чтобы запустилась кристаллизация алмаза в естественных условиях требуются давление порядка 40000 атмосфер, что соответствует глубинам около 140 км. Температура на такой глубине достигает порядка 900 °С.

Важно: для кристаллизации алмаза свободному углероду требуется малое количество кислорода. Иначе реакция приведет к образованию окиси или закиси углерода. В процессе роста кристалл алмаза может захватывать молекулы окружающей среды – минералы или флюиды. Такие включения оказывают влияние на окраску итоговую алмаза.

Какой тип кристаллической решетки у алмаза

Алмаз кристаллизуется в кубической системе. Это самая прочная из существующих систем, что и определяет уникальные свойства алмазов. Ему присуща атомная кристаллическая решетка.

• Каждый атом связан с четырьмя соседними самой прочной ковалентной сигма-связью.
• Все атомы углерода в алмазе расположены в центре тетраэдра.
• Одна элементарная ячейка алмаза по размеру равна около 0,36 нм.
• Минимальное расстояние между соседними атомами в решетке алмаза - 0,15 нм.

При образовании кристалла в составе могут оказаться посторонние примеси – алюминий, бор, кальций, газы. Присутствие постороннего элемента снижает показатели чистого алмаза, в основе которого исключительно углерод. Именно поэтому участки примесей стараются удалить во время огранки. Если инородные вкрапления располагаются на поверхности камня, их убирают. Если же дефект оказался внутри кристалла и избавиться от него нельзя, алмаз переходит в категорию промышленного. Его ценность будет значительно ниже, чем у ювелирного образца.

Физические и химические свойства

Атомарная кристаллическая решетка алмаза образована углеродом, потому химическая формула обозначена исключительно как «С». Так как связи между атомами очень прочные, между ними нет свободного места, алмаз остается химически инертным, не вступая в реакции с другими химическими веществами. Он устойчив к щелочам и кислотам, в частности, даже агрессивная плавиковая кислота не сможет повредить кристалл адаманта.

• Кристалл алмаза относится к диэлектрикам – электрический ток он не проводит совсем, либо очень слабо.
• У него высокая способность преломлять и отражать свет. Именно ее важно учитывать при осуществлении огранки – чем больше света камень отразит, тем ярче его блеск.
• У алмаза высокая теплопроводимость. Это свойство используют, когда нужно отводить избыточное тепло, чтобы избежать перегрева.

При этом адамант способен гореть, если температура поднимется свыше 721^оС и будет присутствовать кислород. А жар более 3700 ^оС способен кристалл расплавить.

К физическим свойствам алмаза можно отнести следующие характеристики:

• кристаллы преимущественно бесцветные, прозрачные, но допустимы оттенки – от желтоватого до бурого и черного, синие, розовые и красные;
• в УФ лучах алмаз люминесцирует;
• рентгеновское излучение способно ослабить силу связи между атомами;
• твердость – 10 баллов по шкале Моос (максимальный показатель);
• плотность алмаза - 3,5 г/см³;
• камень хрупкий, его спайность оценивается как «средняя» или «совершенная».

При огранке или необходимости расколоть самородный кристалл, ювелиры учитывают специфику спайности алмаза. Приложить силу для раскола необходимо так, чтобы она не стала избыточной, иначе можно получить массу мелких осколков.

Аллотропные модификации

Один и тот же химический элемент способен существовать в формах нескольких веществ. Это явление называется аллотропия. В кристаллической решетке алмаза основой выступает углерод. Но помимо адаманта есть другие кристаллы и вещества с аналогичным химическим составом. Различие в данном случае заключается в расположении атомов. Элементы с атомной массой большей чем у алмаза имеют большее расстояние между атомами, что делает их менее прочными.

К аллотропным модификациям относятся:

• уголь;
• графит – для него характерна гексагональная кристаллическая решетка и пи-связи, есть свободные электроны;
• карбин – искусственный кристалл, черный, с очень малым размером зерна, чаще всего представлен в виде порошка;
• фуллерены – также искусственная форма, кристаллическая решетка напоминает формой футбольный мяч с основой из восьмиугольников;
• углеродные нанотрубки;
• лонгсдейлиты – «метеоритные» алмазы с гексагональной кристаллической решеткой.

У всех аллотропных модификаций есть свойство преобразовываться в графит при воздействии температуры выше 1800 ^оС.

Синтетические алмазы

Так как в высококачественном алмазном сырье нуждается не только ювелирная промышленность, ученые много лет были в поисках решения проблемы создания алмазов искусственным путем. Решение задачи позволило бы сделать более дешевым не только производство украшений, но также удовлетворило бы спрос на электроннику, медицинское и научное оборудование. Во второй половине ХХ века проблему удалось решить, более того, с 2003 года искусственно были получены алмазы ювелирного качества, что произвело настоящий переворот в ювелирном секторе.

• Первый способ обращения графита как источника углерода в алмаз заключается в имитации естественных условий преобразования – сочетания высокого давления и температуры. Результат достигался посредством применения электрического тока и гидравлического пресса. Недостаток этого способа в высокой стоимости, хотя полученные камни соответствуют требуемым качествам.
• Второй способ – воссоздание взрыва. Здесь давление и нужная температура образуются в процессе резкого высвобождения энергии.
• Третий вариант – выращивание кристалла алмаза в безвоздушной метановой среде.

Важно: при искусственном взрыве камни получаются мелкими, а вот метановая среда позволяет получать кристаллы любого размера. Синтетические камни преимущественно идут на промышленные нужды. Графит – качественное и недорогое сырье, потому себестоимость таких алмазов значительно ниже, чем у природных собратьев. При этом важно понимать, что отличить искусственный алмаз от натурального «на глаз» практически нереально, определить синтетического двойника можно только в лаборатории.

Современная огранка алмазов осуществляется с помощью лазеров на стадии распила, но и шлифовка алмазными дисками остается актуальной. Возможно, в скором времени технологии изменятся – в процессе синтетического производства из углерода был получен камень, который назвали ACNR. Камень был открыт в 2005 году и показал твердость, превосходящую алмазную. Он может легко их царапать, а значит, может стать еще одним инструментом для проведения работ по огранке драгоценных камней.