МОРФОЛОГИЯ КРИСТАЛЛОВ АЛМАЗА 9 страница

Дефектные кристаллы алмаза иногда раскалываются при нагре­вании. Однако совершенные кристаллы можно нагревать до темпе­ратуры 1800-1850° С и мгновенно охлаждать; при этом они не раз­рушаются, а наоборот, по данным некоторых исследователей, упроч­няются в связи с частичным снятием напряжений.

Полиморфный переход алмаза в графит в вакууме при нормаль­ном давлении происходит при температуре около 1900° С, при этом в связи с большим увеличением удельного объема кристаллы алмазы разрушаются. В одной из своих работ Сиил (Seal, 1958) отметил, что при нагревании в вакууме до 1800° С кристалл алмаза весь по­чернел и на нем появились трещины, а при 2000° С он рассыпался па мелкие осколки. Характер преобразования кристалла алмаза в результате его перехода в графит почти по всему объему исследо­вался нами при нагревании алмазов в вольтовой дуге; в результате ноздействия высокой температуры кристаллы сильно графитизируются, вспучиваются и растрескиваются.

Графит, развивающийся по алмазу в результате аллотропного превращения, представляет собой смесь α- и β-форм. Ось [0001] графита ориентирована параллельно оси [111] алмаза [Титова, Футергендлер, 1962; Grenville–Wells, 1952). На основании этого было установлено, что клифтонит не является псевдоморфозой по алмазу (Londsdale, Milledge, 1965).

В литературе иногда указывается, что графитизация алмаза на­чинается при более низких температурах, так как наблюдается по­чернение его поверхности уже при 1000-1200° С. Однако нужно иметь в виду, что в данном случае полиморфный переход под влия­нием температуры не происходит, а только образуется пленка гра­фита на поверхности алмаза под воздействием кислорода. Такого вида «графитизация» алмаза может происходить даже при 650° С, что описывается ниже в разделе, посвященном химическим свойст­вам алмазов. Подробные данные о переходе алмаза в графит и дру­гих термических свойствах алмаза можно получить из специальных работ, посвященных этому вопросу (Bridgman, 1941; Evans, James, 1964; Berman, 1965).

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛМАЗОВ

Алмазы стойки по отношению ко всем кислотам; последние He-оказывают никакого действия на их кристаллы даже при высоких температурах. С другой стороны, в расплавах щелочей, различных кислородных солей и металлов они сравнительно легко травятся. Опыты по травлению алмазов в этих средах проводились многими исследователями с различными целями: моделирование форм растворения, исследование фигур травления, воспроизведение скульптур, наблюдаемых на природных алмазах, исследование скоростей трав­ления различных граней и др.

Минимальная температура, при которой наблюдалось травление алмазов, была отмечена Пателом и Раманатаном (Patel, Ramanathan, 1962), производившими обработку алмазов в NaCl0₄ и КС1О₃, т. е. в очень сильных окислителях. При большой экспозиции (181 час) образование треугольных фигурок травления на гранях (111) в их опытах происходило при 380° С.

Некоторые исследователи производили травление алмазов в рас­плавах кимберлитов (Luzi, 1892; Frank, Puttick, 1958). Вполне оче­видно, что в расплавах других пород алмазы также будут травить­ся в связи с воздействием на них кислорода, освобождающегося в результате термической диссоциации, а также частичного растворе­ния углерода алмаза в силикатной среде. Алмазы травятся при вы­соких температурах в некоторых газовых средах: О. СО, СО₂, Н, пары воды, Cl (Frank, Puttick, 1958).

Большой практический и научный интерес имеют данные, полу­ченные при исследовании реакций алмаза с кислородом при высо­ких температурах. Известно, что алмазы сгорают в струе кислорода при 720° С и на воздухе при 850° С. Однако при нагревании алмазов в системе с низким вакуумом (порядка 10^-2 — 10^-5 мм рт. ст.) под воздействием остаточного кислорода на их поверхности образуется черная плотная пленка графита, которая легко удаляется при кипя­чении в НС1О₄. Совместно с А. В. Бочко нами производилось иссле­дование поверхностной графитизации алмазов под влиянием ката­лизирующего воздействия остаточного кислорода, сохраняющегося в системе при вакууме порядка 3 · 10^-4 — 2 · 10^-5 мм рт. ст. Алмазы на­гревались в интервале температур 1100-1500° С. Исследовались два прозрачных обычных кристалла алмаза и два алмаза с темно-зеле­ной оболочкой (coated diamonds).

Было проведено четыре опыта последовательного нагревания ал­мазов в вакууме 5 · 10^-4 — 2 · 10^-5 мм рт. ст. при температурах 1100, 1200, 1300 и 1500° С.

В результате температурной обработки отобранные алмазы в ва­кууме покрывались с поверхности черной, плотной графитовой плен­кой, которая не удалялась царской водкой. После обработки алма­зов измерялось сопротивление, относительно характеризующее сте­пень (толщину) развития поверхностной графитовой пленки, обла­дающей проводимостью в отличие от алмаза. После промывки в кон­центрированной НС1О₄ поверхностная пленка полностью удалялась и сопротивление, как и до опыта, становилось равным бесконечно большой величине. Суммарно во всех четырех опытах алмазы после­довательно нагревались при температуре от 1100 до 1500° С в тече­ние 19 час. При этом потери в весе каждого кристалла составили ничтожные величины (мг): 0,152 (0,393%), 0,033 (0,082%), 0,036 (0,111%) и 0,017 (0,055%). Суммарно все четыре алмаза потеряли лишь 0,238 мг (0,237%). После четырех опытов все алмазы сохра­нили блестящую поверхность. Обычные кристаллы были совершенно прозрачны, как и до опыта, несмотря на длительную высокотем мературную обработку. Два кристалла IV разновидности (алмазы г оболочкой), имевшие первоначально темно-зеленый цвет, уже пос­ле нагревания при t = 1100° С оставались темными даже после уда­ления поверхностной черной пленки графита. После нагревания при t = 1200° С они стали совершенно черными. Однако черный цвет был вызван не графитизацией кристаллов по всему их объему, а почер­нением алмаза только вокруг микровключений, находящихся в большом количестве в пределах внешней зоны. Как установлено М. Сиилом (Seal, 1966), с включениями в оболочках кристаллов, этой разновидности тесно ассоциирует кислород. Очевидно, при вы­сокотемпературной обработке алмаз графитизируется частично только на участках, граничащих с включениями, под воздействием этого кислорода. Между микровключениями алмаз сохраняет свой цвет; остается совершенно прозрачным и само внутренее ядро кри­сталла, что хорошо видно в шлифах, сделанных из этих алмазов после их обработки.

Таким образом, в результате нагревания алмазов при темпера­турах до 1500° С наблюдалась только лишь самая незначительная поверхностная графитизация алмаза, происходящая под влиянием воздействия незначительного количества кислорода, сохраняющего­ся в системе нагрева даже при высоком вакууме, равном 10^-4 — 10^-5 мм рт. ст.; при более низком вакууме образуется относительно более толстая пленка, однако при сравнительно высоком парциаль­ном давлении кислорода черная графитовая пленка сгорает, так как скорость ее образования становится меньше скорости окисления (выгорания).

Глава 7

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: