Главная | Случайная
Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






МОРФОЛОГИЯ КРИСТАЛЛОВ АЛМАЗА 7 страница




При различном возбуждении алмазы обнаруживают разное све­чение как по интенсивности, так и по спектральному составу. Ал­мазы, люминесцирующие под воздействием одного вида возбуж­дения, могут не обнаруживать свечения под воздействием другого вида возбуждения.

Фотолюминесценция. Наиболее детально исследовалась фото­люминесценция алмазов, т. е. свечение при облучении ультрафио­летовыми лучами. Для возбуждения фотолюминесценции пользу­ются различными источниками ультрафиолетовых лучей (лампы ПРК-2, ПРК-4, ГОИЛ, В-2, ГСВД, СВДШ-250 и др.), применяя обычно фильтр УФС-3, дающий максимум излучения в области 3650 А. Для проведения некоторых специальных исследований пользуются и другими фильтрами. При облучении ультрафиолето­выми лучами алмазы могут светиться голубым, синим, желтым, желто-зеленым, розовым, оранжевым, оранжево-красным и голу­бовато-белесым, иногда почти белым светом.

Спектры фотолюминесценции описывались и систематизирова­лись во многих работах (Mani, 1944; Nayar, 1941; Bishui, 1950; Przibram, 1953; Dyer, Matthews, 1958; Anderson, 1962; Clark, Thom­son, 1964; Гомон, 1966 и др.).

В алмазах, светящихся синим цветом, излучение происходит главным образом в интервале между 4150 и 5000 Ǻ (рис. 72, а), однако иногда очень слабый фон фиксируется и далее до 8300 Ǻ. В электронном спектре эмиссии при комнатной температуре выде­ляется головная линия 4156А, положение которой и ширина не­сколько изменяются в зависимости от температуры (4152 Ǻ при t = 80° К). Кроме этой линии наблюдается ряд более широких ли­ний, расположенных со стороны длинноволновой части спектра. Они располагаются эквидистантно, и разница их энергии равна приблизительно 0,08 эв. Имеются также еще более слабые про­межуточные линии, которые фиксируются при t = 80° К (Clark et al., 1956). Длины волн этой системы в спектре синей люминесценции приведены в табл. 14. Центры, ответственные за синюю люмине­сценцию, ориентированы вдоль <111>. Установлено, что в спектрах голубой люминесценции, кроме полосы с головной линией 415 нм, в некоторых алмазах проявляется еще одна широкая полоса с мак­симумом в области 470 нм (Dean, Male, 1964).

В спектрах эмиссии алмазов, люминесцирующих желтым цве­том, головной является линия 5038 Ǻ при t = 80° К, сопровождаю­щаяся системой линий 5119, 5208, 5287, 5367 и 5462 Ǻ, интервал между которыми равен приблизительно 0,04 эв (рис. 72 б) Центры ответственные за эту систему линий, ориентированы вдоль <110>. Г. О. Гомоном (1966) в спектре люминесценции некоторых алма­зов с интенсивным желтым свечением кроме системы полос со­провождающих линию 5032 Ǻ, выделена еще одна система около линии 5107 Ǻ с интервалом между соседними полосами ~ 0 04 эв

 

 

 

ТАБЛИЦА 14. Длина волн линий, наблюдаемых при t = 80°K в системе эмиссии 4150 Ǻ (по Dyer, Matthews, 1958)

 

Длина волн, Ǻ Описание линий Энергия, эв Нормальные отклонения, эв Интервал меж­ду последую­щими основны­ми линиями; эв
Основная главная Слабая промежуточная Главная Слабая промежуточная Главная Слабая промежуточная Главная Слабая главная То же 2,987 2,945 2,899 2,863 2,827 2,796 2,739 2,670 2,599 — 0,001 0,001 0,003 0,002 0,002 0,002 0,003 0,006 — — 0,088 — 0,072 — 0,088 0,069 (0,071)

 

В спектрах эмиссии двух алмазов им отмечена также система линии 4960 Ǻ с семью примыкающими к ней .полосами на расстоя­нии 0,04 эв.

Дайером и Мэттьюзом (Dyer, Matthews, 1958) в некоторых ал­мазах была обнаружена система с главной линией 6195 Ǻ и сопро­вождающими ее линиями: 6291, 6393 и 6494, с интервалом между последующими линиями приблизительно 0,03 эв. Эта система ли­ний наблюдалась при t = 80° К.

Г. К. Еременко и Ю. А. Полканов (1969) при описании люми­несценции алмазов из неогеновых россыпей Украины отметили в спектрах эмиссии систему эквидистантно расположенных полос с головной линией 5750 Ǻ (рис. 72, в). Эти полосы с максимальной интенсивностью при 5807, 5889, 5998, 6105, 6197, 6312, 6442 и 6547 в свою очередь имели неразрешающуюся сверхтонкую структуру. Алмазы, имеющие эти спектры, люминесцировали оранжевым, оранжево-красным и красным цветом.

У одних кристаллов алмаза спектры люминесценции могут быть сравнительно простыми: в них наблюдается какая-либо одна система линий: 4152 Ǻ (чистое синее свечение) или 5032 Ǻ (желтое свечение) с отдельными дополнительными линиями и полосами., У других кристаллов в спектрах эмиссии имеются обе системы с различным соотношением интенсивности этих систем и дополни­тельных линий (зеленоватое свечение). Нередко наблюдаются очень сложные электронные спектры с несколькими системами ли­ний и полос, соотношение интенсивности которых обусловливает различные цвета свечения, наблюдаемые визуально. Разного ха­рактера спектры люминесценции алмазов подробно описаны в монографии Г. О. Гомона (1966), исследовавшего люминесценцию большого количества кристаллов из уральских и якутских место­рождений.

Большое влияние на спектры эмиссии оказывает температура. При комнатной температуре часто в спектрах наблюдаются только отдельные, головные линии и бесструктурные полосы. При низкой температуре ширина линий уменьшается, они сдвигаются в корот­коволновую сторону, полосы разрешаются в структуры, а интенсив­ность люминесценции сильно возрастает. Увеличение интенсивно­сти свечения у алмазов различных типов неодинаково. Дайер и Мэттьюз (Dyer, Matthews, 1958) установили, что в алмазах типа I интенсивность повышается при t = 80° К на 31% (у системы 4152 Ǻ) и 34% (у системы 5032 Ǻ), тогда как в алмазах типа II на 170% (у системы 4152 Ǻ) и 160% (у системы 5032 Ǻ).

В некоторых кристаллах алмаза, особенно в выпиленных из них пластинах, хорошо виден зональный характер свечения. Зо­нальное свечение по октаэдру в виде полос, параллельных ребрам (110) описывалось А. А. Кухаренко (1954), Линдлеем (Lindley, 1937) и Рендаллом (Rendall, 1946). Отмечалось, что узоры люми­несценции совпадают с узорами двупреломления: наиболее сильно двупреломляющие зоны имеют наиболее интенсивное свечение (Denning, 1961; Dean, Male, 1964).

Относительная интенсивность линий чисто электронного пере­хода серии 4152 Ǻ (N3), 5032 Ǻ (НЗ) и 4958 Ǻ (Н4) спектров люми­несценции алмаза описана в работах В. Е. Ильина и др. (1969), Гальперина и Нави (Halperin, Nawi, 1967), Кровсера и Дина (Growther, Dean, 1967).

Согласно данным В. Е. Ильина и др., в спектрах люминесцен­ции алмаза наблюдаются значительные изменения относительной интенсивности линии чисто электронного перехода серии N3, что, по их мнению, обусловлено самопоглощением. Измерения, выпол­ненные по двум кристаллам, в которых влияние самопоглощения было незначительным, показали, что относительная интенсивность линии чисто электронного перехода (J) серии N3 в одном из них была равна 0,038 и в другом 0,032. Эти величины для серии НЗ в двух других кристаллах равны 0,016 и 0,018 для серии Н4 – 0,031 и 0,035.

Спектры фотолюминесценции зависят от спектров возбуждения. Так, например, кроме системы полос с головной линией 415 нк, в спектрах люминесценции может проявляться широкая полоса мак­симумов при 470 нк. Интенсивность этой полосы зависит от спект­ра возбуждения: она особенно велика вблизи края собственного поглощения алмаза (Ильин, Соболев, 1967; Dean, Male, 1964).

Вопрос о природе люминесценции алмазов рассматривался во многих работах, в которых описывалось это явление (Моргенштерн, 1951; Bishui, 1950; Raman, 1944, 1945, 1946, 1968; Mitchell, 1964; Clark, Thomson, 1964; Гомон, 1966; Elliott, 1960, Elliott et al., 1958 и др.). Одни исследователи считали, что люминесценция обус­ловливается колебанием самой решетки алмаза. Раман, основы­ваясь на своей теории о четырех структурных модификациях алма­за (Raman, 1945, 1968), полагал, что кристаллы, имеющие струк­туру Т4 и Т2, люминесцируют голубым цветом. Система 4152 Ǻ вы­звана колебанием решетки алмаза и сопровождается изменением в уровнях электронной энергии. Алмазы со структурой О4 и О2 не люминесцируют. Срастание модификаций Т и О обусловливает желтовато-зеленоватое свечение. Точка зрения Рамана была подвергнута критике многими исследователями как в отношении су­ществования четырех структурных модификаций, так и природы люминесценции. Высказывалось предположение, что люминесцен­ция вызывается дефектными центрами, связанными с дислокация­ми (Dean, Male, 1964). Однако большинство исследователей счи­тают, что центры люминесценции в алмазах образованы примеся­ми (Bishui, 1950; Mitchell, 1964; Clark, Thomson, 1964; Sutherland ct al., 1954 и др.). В последние годы было выявлено, что синяя лю­минесценция с головной линией 415 нк и сопровождающими ее другими линиями связана с примесью азота и алюминия, образую­щими донорно-акцепторную пару N—А1. Относительно других си­стем линий, наблюдающихся в спектрах люминесценции и пред­ставляющих собой электронно-колебательные серии с чистым электронным переходом 5032 Ǻ (система НЗ или 503), 4958 Ǻ (си­стема Н4), 5034 и 5107 Ǻ (система S4), высказаны предположения, что они связаны соответственно со следующими дефектными цент­рами, образованными примесью азота: VN2V(g), VN2V(t) и NV (структурные модели центров см. в табл. 10).

В алмазах, в УФ-спектрах поглощения которых наблюдается система линий в области 2250-2400 Ǻ (система N9), замечена ха­рактерная желто-зеленая люминесценция (рис. 72, г).

При исследовании люминесценции алмазов нами было обраще­но внимание на особенности люминесценции различных разновид­ностей кристаллов и зернистых агрегатов. Среди обычных кристал­лов I разновидности количественно резко преобладают образцы, светящиеся в сине-голубых тонах, люминесцирующие желтым и желто-зеленым цветом встречаются в резко подчиненном количе­стве, а розовым, оранжево-красным и красным – исключительной редко. Так, например, из 1922 кристаллов из уральских россыпей; сине-голубую люминесценцию имели 58,6%, молочно-голубую – 2,4%, желтую и желто-зеленую – 8,2%, оранжево-красную – 1,49%,. фиолетово-розоватую – 8,7%, смешанную голубовато-зеленую – 1,9%, белесую – 0,3%, не люминесцировало – 18,5%.

Бесцветным кристаллам алмаза свойственна главным образом синяя люминесценция. При разделении бесцветных алмазов на типы по их физическим свойствам выявляются некоторые особен­ности свечения кристаллов, относящихся к разным типам. Для ал­мазов типа I характерно преобладание свечения в сине-голубых тонах. Среди алмазов типа II и промежуточного типа преобладает характерное желто-зеленое свечение: в спектрах эмиссии наблю­даются голубая и желто-зеленая компоненты, с головными линия­ми, соответственно 4152 и 5033 Ǻ (рис. 72, г). В одной из исследо­вавшейся нами партии, состоящей из 800 кристаллов типа II и, промежуточного типа, специально отобранных из большого коли­чества уральских алмазов, около 70% образцов имели желто-зеле­ную люминесценцию, а сине-голубую – около 3%.

В работе М. А. Гневушева и др. (1963) отмечено, что в алмазах, окрашенных в желто-зеленый цвет, отсутствует голубая компо нента. Высказано предположение, что это обусловлено фильтрую­щим действием самих желтых алмазов, для которых характерно поглощение в области 4152 Ǻ. Однако нами выяснено, что соломен­но-желтые алмазы I разновидности (обычно октаэдры или криво-гранные додекаэдры и октаэдры) люминесцируют преимуществен­но голубым цветом, так же как и бесцветные, тогда как янтарно-желтые кубические кристаллы и их кривогранные формы (разно­видность II) независимо от интенсивности окраски все люминесци­руют желтым или оранжево-желтым цветом. При разделении кристаллов на разновидности это выделяется совершенно отчет­ливо.

В связи с тем, что и среди бесцветных алмазов встречаются образцы, имеющие спектры люминесценции, аналогичные желтым алмазам, т. е. без голубой компоненты, объяснение возрастания процента желто-зеленой и оранжевой фотолюминесценции среди желтых алмазов за счет их фильтрующего действия представляется нам не совсем убедительным. В этом случае, очевидно, характер спектров эмиссии был бы связан с интенсивностью окраски, т. е. в слабо окрашенных алмазах проявлялась бы в какой-то степени го­лубая компонента, а в интенсивно окрашенных она полностью по­глощалась бы. Однако такой закономерности не устанавливается.

Среди дымчатых алмазов также заметно возрастает процент желто-зеленой люминесценции. Возможно, это связано с тем, что на плоскостях скольжения, отчетливо проявляющихся в этих кри­сталлах, имеется большое количество дефектов, возникающих в процессе пластической деформации. При описании природы окра­ски этих алмазов было показано, что она возникает эпигенетически и связана с этими дефектами. Очевидно, последние могут влиять и на проявление люминесценции.

Кристаллы II разновидности, представленные кубами, светятся желтым, оранжевым и реже оранжево-красным цветом; синяя лю­минесценция среди них не наблюдалась, так как центр N3 или (415) в них отсутствует (рис. 72, б).

Кристаллы III разновидности, как правило, имеют средней ин­тенсивности желто-зеленое свечение. В них часто наблюдается зо­нальное свечение: внешняя зона, насыщенная микроскопическими включениями, люминесцирует желто-зеленым цветом, а середи­на – голубым.

Алмазы с оболочками (IV разновидность – coated diamonds) люминесцируют в зависимости от характера оболочки. Если они густо окрашены в темный цвет и не прозрачны, то люминесценция не проявляется. В образцах с полупрозрачной оболочкой наблюда­ется не интенсивное голубовато-молочное, желтоватое и оранжевое свечение. В этих кристаллах также часто наблюдается зональное свечение, что вскрывается, если выпилить из них пластины. Чистое :ядро этих кристаллов, представленное обычным алмазом, может иметь различный цвет люминесценции, а оболочка с микровключениями либо не светится, либо имеет другой характер свечения.

Особенно отчетливо зональное свечение иногда наблюдается в кристаллах V разновидности, имеющих внешние зоны, переполнен­ные темными хлопьеобразными включениями графита: чистое ядро их обычно люминесцирует синим цветом, тогда как оболочка с включениями – ярким желтым или желтовато-оранжевым цветом.

Исследовавшиеся нами образцы балласов и балласоподобных кристаллов, имеющих мозаичное внутреннее строение, обнаружи­вали голубую, синюю и голубовато-молочную и иногда желто-зе­леную люминесценцию. Особенности спектров люминесценции не­которых таких алмазов отмечались в работе М. А. Гневушева и др. (1963).

У мелкозернистых сростков, представленных прозрачными кри­сталликами, можно наблюдать такую же люминесценцию, как и у обычных монокристаллов, однако для темных агрегатов с боль­шим количеством включений характерно пятнистое желтое, оран­жевое и красное свечение.

Из этих наблюдений можно сделать определенный вывод, что в кристаллах, в которых наблюдаются большие скопления микро­включений (разновидность III, оболочки на кристаллах разновид­ности IV и V), а также дефекты в виде микротрещин и дислокаций, видимая окраска свечения сдвигается в длинноволновую часть спектра, т. е. для них характерно оранжевое и красное свечение.

Ранее в некоторых работах (Гневушев и др., 1963; Гомон, 1966; Еременко, Полканов, 1969) отмечалось, что имеется связь между характером свечения и морфологией кристаллов алмаза. Однако при этих исследованиях кристаллы не различались по их разно­видности. Нами специально обращалось внимание на этот вопрос. Было выяснено, что у кристаллов, относящихся к одной разновид­ности, характер свечения не зависит от их формы: разнообразные плоскогранные и кривогранные кристаллы одной какой-либо раз­новидности имеют одинаковый характер свечения, если сравнивать алмазы одного типа и цвета. Наоборот, кристаллы одной формы, но относящиеся к различным разновидностям, люминесцируют не­одинаково. Так, например, кубические кристаллы из украинских месторождений светятся преимущественно оранжевым и оранже­во-красным цветом (Еременко, Полканов, 1959), так как они от­носятся ко II и IV разновидностям кристаллов алмаза. Кубическим кристаллам из трубки «Айхал» свойственно преимущественно жел­то-зеленое свечение, так как они представлены в основном III раз­новидностью кристаллов алмаза. Кубические кристаллы обычной разновидности люминесцируют главным образом сине-голубым цветом. Таким образом, можно сделать вывод, что характер люми­несценции алмазов не связан с их внешней формой, а зависит от особенностей внутреннего строения и структурных дефектов, при­сущих кристаллам различных разновидностей.

Многие люминесцирующие при различных способах возбужде­ния алмазы обладают фосфоресценцией. Интенсивно фосфоресци­руют главным образом те кристаллы, которые обладают большой яркостью свечения при облучении. Длительность фосфоресценции колеблется в широких пределах и у некоторых алмазов продолжается до 1-2 час. Интересной особенностью обладают алмазы, от­носящиеся к типу IIб. Они не люминесцируют в ультрафиолетовых лучах с длиной волны 3650 Ǻ, как другие алмазы, но после облу­чения коротковолновыми ультрафиолетовыми лучами (λ = 2537 Ǻ) обнаруживают яркую голубую, а иногда красного цвета фосфорес­ценцию (Custers, 1952, 1962; Raal, 1965).

Другие виды люминесценции алмазов (катодо-, рентгено-, ра­дио-, термо-, и электролюминесценция) изучены значительно менее детально, чем фотолюминесценция. В связи с тем, что эти свойства алмаза нами не исследовались, в настоящей работе они не рас­сматриваются. Представление о них можно получить из целого ряда работ (Кухаренко, 1955; Вилутис, 1959, 1963; Бобриевич, и др., 1959; Дубинский, Швецов, I960; Гомон, 1966; JRamachandran, 1946; Krautz, Zollfrank, 1957; Prior, Champion, 1962; Halperin, Na-hum, 1961; Nahum, Halperin, 1963; Matthews, 1958; Sen, Bishui, 1956; Logie, Urlau, 1957).

 

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЛМАЗОВ

 

Механические свойства кристаллов алмаза имеют большое практическое значение, так как они используются в твердометрах, режущих инструментах, фильерах, буровых коронках и долотах, выборочных сверлах и др. Эти свойства изучены достаточно деталь­но у обычных кристаллов алмаза, большинство же других разно­видностей исследовано недостаточно, и имеется мало сведений об отличиях механических свойств различных разновидностей кри­сталлов алмаза.

Твердость, хрупкость и упругость. Алмаз является самым твер­дым природным веществом. Твердость его по отношению к другим минералам характеризуется данными, приведенными в табл. 15.

Характеристикой абсолютной твердости алмаза служат разные показатели. В одних случаях твердость оценивается по глубине внедрения индикатора (трех- или четырехгранной алмазной пира­мидки) при определенных нагрузках (Хрущев, Беркович, 1951; Кпоор, 1939), в других – по скорости шлифовки граней (Denning, 1955, 1957; Winchell, 1946; Wilks, Wilks, 1954, 1959) или глубине внедрения за единицу времени вращающегося диска (Wilks, 1961).

 

ТАБЛИЦА 15. Твердость алмаза по отношению к другим минералам

 

Параметр Тальк Гипс Кальцит Флюорит Апатит Ортоклаз Кварц Топаз Корунд Алмаз
Твердость по шкале Мооса Твердость по Хрущеву, Берковичу (1951), кг/мм2 Отношение к твердости алмаза 2,4   4195,8   279,3   92,3   53,2   18,7   12,5   8,9   7,04   4,8

 

 

Охарактеризовать твердость алмаза какой-либо одной цифрой, пак это иногда делается, невозможно. Во-первых, из-за того, что при разных способах измерения получаются цифры в различных единицах, а во-вторых, из-за большой анизотропии этого свойства. Твердость различных плоскостей алмаза неодинакова, и в преде­лах каждой плоскости значение ее зависит от направления. Напри­мер, Е. М. Уилкс (Wilks, 1961) произвела определение отношения твердости на гранях (111), (110) и (100). Ею измерялась глубина внедрения вращающегося диска, плоскость которого была ориен­тирована в различных направлениях. Полученные цифры, харак­теризующие твердость каждой из этих граней, приведены в табл. 16.

Как видно из этих данных, самым твердым в кристаллах алма­за является направление в плоскости (100), параллельное диаго­нали кубической грани, самое мягкое – направление в плоскости (110), параллельное ребру куба.

Р. М. Деннинг (Denning, 1957) исследовал изменение твердо­сти плоскостей, лежащих в одной зоне. Он производил шлифовку грани в направлении [100], затем в этом же направлении на искусственно созданных гранях различных тетрагексаэдров, накло­ненных под разными углами к (100) вплоть до плоскости (110). Приняв твердость грани (100) в направлении [100] за единицу, он установил, что на тетрагексаэдрах она закономерно уменьшается по мере увеличения угла наклона к плоскости (100) и минималь­ное значение 0,51 имеет на плоскости (110). Очевидно, что анало­гичное закономерное изменение твердости будет наблюдаться и на плоскостях других зон, поэтому исходя из данных Е. М. Уилкс (Wilks, 1961), приведенных в табл. 16, можно сделать вывод, что наиболее трудно поддающейся обработке зоной в кристаллах ал­маза является зона оси L2 при шлифовке в направлении [110]. Этот вывод имеет значение для правильной ориентировки кристал­лов в буровых колонках, долотах и других абразивных инструмен­тах с целью минимального их износа в процессе работы.

С. Толковским (Tolkowsky, 1920), Р. М. Деннингом (Denning. 1957) и другими показано, что в пределах плоскостей основных граней кристаллов алмаза (111), (110) и (100) векториальное из­мерение твердости соответствует симметрии грани. При шлифовке октаэдрической грани имеется три направления максимальной твердости и три минимальной, на кубической – соответственно че­тыре и на ромбододекаэдрической – два.

 

ТАБЛИЦА 16. Твердость плоскостей кристаллов алмаза, измеренная по глуби­не внедрения вращающегося диска (в единицах 1012 дин/см2)

 

Грань (111) (110) (100)
Направление плоскости диска Перпендику­лярно к реб­рам [110] К вер­шинам L4 Парал­лельно [100] Парал­лельно [100] Перпенди­кулярно к ребрам [100] Парал­лельно диагонали
Глубина внедрения 3,9 2,1 10,0 1,8 8,5 1,1

 

 

Если составить круговую диаграмму твердости на этих гранях, то для плоскости (111) в идеальном случае она будет иметь вид треугольника, для (100) – четырехлучевой звездочки и для (110) – эллипсоида. В связи с дефектами в плоскостях граней реальных кристаллов при составлении таких диаграмм по эксперименталь­ным данным эти фигуры в различной степени искажаются: лучи имеют разную длину и т. д., но указанный характер их формы обычно улавливается.

Все исследования твердости алмаза проводились на обычных кристаллах. Каких-либо цифровых данных, характеризующих твер­дость других разновидностей природных кристаллов и зернистых агрегатов алмаза, в литературе не имеется. Однако необходимо от­метить, что такие разновидности алмаза, как балласы и карбона­до, с точки зрения их твердости и абразивной способности пред­ставляют особый интерес. Балласы, являющиеся сферолитами ал­маза, по всей своей поверхности обладают высокой твердостью, так как лучи их развиваются в направлении осей L3, и поверхность сферолита слагается микроскопическими площадками (111), труд­но поддающимися шлифовке. Из практики известно, что они явля­ются исключительно стойким абразивным материалом, имеющим преимущество перед обычными монокристаллами алмаза. Анало­гичными свойствами обладают и карбонадо. В связи с этим синтез этих разновидностей алмаза представляет большое практическое значение, так как использование их в целом ряде инструментов бо­лее целесообразно, чем монокристаллов. Хорошо известно, что двойниковые плоскости в кристаллах алмаза обладают повышен­ной твердостью. Характерные треугольной формы уплощенные шпи-нелевые двойники применяются в специальных инструментах, так как острые вершинки их имеют высокую абразивную способность. Шпинелевые двойники прорастания кубических кристаллов, часто встречающиеся среди алмазов III разновидности, также имеют исключительную твердость и с большим трудом поддаются обра­ботке (распиливанию, овализации и т. д.). Эти кристаллы могут быть рекомендованы для использования в буровых долотах, так как они значительно более устойчивы по сравнению с монокристал­лами, употребляющимися в этих целях.

Обычно пишут, что алмазы, являясь самым твердым веществом, вместе с этим относительно хрупкие и легко раскалываются. Неко­торые кристаллы алмаза действительно легко раскалываются при резких ударах. Это связано с рядом причин: наличием больших внутренних напряжений, трещин и других дефектов. Известны слу­чаи даже самораскалывания кристаллов по плоскостям скольже­ния, к которым приурочены большие напряжения. Совершенные кристаллы выдерживают большие статические нагрузки. Критиче­ские давления, при которых раскалываются кристаллы алмаза без видимых дефектов, колеблются от 300 до 1000 кг/мм2 (Howes, Tolansky, 1955). Однако кристаллы с трещинами и другими дефектами разрушаются при значительно более низких нагрузках. Такие разновидности, алмазов, как баллас и особенно карбонадо, обладают большой «вязкостью» и раскалываются с большим трудом.

Алмазы обладают исключительной упругостью. Адиабатические модули упругости их определялись путем исследования интенсив­ности диффузных рентгеновских лучей (Prince, Wooster, 1953) и скоростей распространения ультразвуковых волн (McScimin, Bond, 1957; Bhagavantam, Bhimasenachar, 1946). Полученные значения модулей упругости приведены в табл. 17. Коэффициент объемного сжатия у алмазов равен 0,16-0,18 · 10-6 см2/кг; модуль объемного сжатия – 5,6-6,3 · 1012 дин/см2 (Adams, 1921; Williamson, 1922); модуль Юнга вдоль кубической оси – 9,5 · 1012 дин/см2 (Prince, Woo­ster, 1953).

Спайность и излом. Как известно, плоскость спайности в том или ином кристаллическом веществе определяется силой и числом снязей, приходящихся на единицу площади той или иной сетки пространственной решетки, а также межплоскостными расстояния­ми. Теоретический анализ структуры алмаза с точки зрения про­явления спайности сделан в ряде работ (Кухаренко, 1951; Ewald, 1914; Kraus, Slawson, 1939; Harkins, 1942; Ramaseshan, 1946). В структуре алмаза наибольшее число связей, а именно три (на единицу площади), находится между парой сближенных октаэдрических плоскостей, которые отстоят друг от друга на расстоянии α√3/12 и могут рассматриваться как одна плоскость (111) с удвоен­ной ретикулярной плоскостью. Значения энергии раскола, рассчи­танные Рамасешаном (Ramaseshan, 1946) для различных плоско­стей в решетке алмаза, приводятся в табл. 18.

Как видно из этой таблицы, минимальная энергия приходится на плоскость (111). Пары сближенных плоскостей (111) отстоят друг от друга на расстоянии α√3/4, и эта величина является макси­мальным межплоскостным расстоянием в решетке алмаза. Между парами этих плоскостей на единицу площади приходится только одна связь. Таким образом, теоретические расчеты показывают – алмаз должен иметь главную спайность по октаэдру, что находит­ся в полном соответствии с фактическим материалом. Кристаллы алмаза обладают совершенной спайностью по (111).

Поверхность сколов по спайности не представляет собой иде­альных плоскостей: на них всегда видна характерная веерообраз­ная штриховка, образованная в результате микроступенчатого строения этих плоскостей (рис. 73, а). Характер плоскостей спай­ности у алмазов типа I и II неодинаковый. Е. М. Уилкс (Wilsk, 1952, 1958) установила, что у алмазов типа II они более гладкие, чем у алмазов типа I. Но последних ступеней значительно больше (~ в 4 раза) и они более высокие. Высота каждой ступеньки изме­няется по мере ее протяжения. Образование ступенек объясняется (Gilman, 1955; Harsch, 1956; Wilks, 1958) влиянием винтовых дис­локаций, как это показано на рис. 73, б.

 

ТАБЛИЦА 17. Значение модулей упругости (в единицах 1012 дин/см2)

 

 

Модуль McScimin, Bond (1957) Bhagavantam, Bhimasenachar (1946) Prince, Wooster (1953) Модуль McScimin, Bond (1957) Bhagavantam, Bhimasenachar (1946) Prince, Wooster (1953)
C11 C12 10,76 1,25 9,5 3,9 11,0 3,3 С44 К = 1/3 (C11+2C12) 5,76 4,42 4,3 5,8 4,4 5,9

 







Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2020 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных