Timantti

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 9. lokakuuta 2022 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 6 muokkausta .
Timantti

Timantit emokokissa
Kaava C
Molekyylimassa 12.01
sekoitusta N
IMA-tila pätevä
Systematiikka IMA :n mukaan ( Mills et al., 2009 )
Luokka alkuperäisiä elementtejä
Ryhmä Hiilen polymorfeja
Fyysiset ominaisuudet
Väri Väritön, keltainen, ruskea, sininen, vaaleansininen, vihreä, punainen, vaaleanpunainen, musta
Viivan väri Puuttuu
Paistaa Timantti
Läpinäkyvyys Läpinäkyvä
Kovuus kymmenen
hauraus kestävä
pilkkominen Täydellinen tekijältä {111}
mutka karmimainen tai sirpaleinen
Tiheys 3,47-3,55 g/cm³
Kristallografiset ominaisuudet
pisteryhmä m3m (4/m -3 2/m) - heksoktaedri
avaruusryhmä Fd3m (F4 1 /d -3 2/m)
Syngonia kuutio
Twinning spinellilain mukaan itävät kaksoset ovat yleisiä
Optiset ominaisuudet
optinen tyyppi isotrooppinen
Taitekerroin 2,417-2,419
Kahtaistaittavuus puuttuu, koska se on optisesti isotrooppinen
optinen helpotus kohtalainen
Optisten akselien dispersio vahva
Pleokroismi ei pleokroinen
Luminesenssi sininen, vihreä, keltainen, punainen
 Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

Timantti (sanasta Pratürk . almaz, l. "voittamaton", arabiaksi ألماس ‎ ['almās] ja muualla kreikaksi ἀδάμας "tuhoutumaton") on mineraali , kuutiomainen allotrooppinen hiilen muoto [1] .

Normaaleissa olosuhteissa se on metastabiili , mikä tarkoittaa, että se voi olla olemassa loputtomiin. Tyhjiössä tai inertissä kaasussa korotetuissa lämpötiloissa se muuttuu vähitellen grafiitiksi [2] [3] [4] . Vaikein vertailumineraalien Mohsin asteikolla .

Fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet

Timantin tärkeimmät tunnusmerkit ovat mineraalien korkein kovuus (ja samalla hauraus), kaikkien kiinteiden aineiden korkein lämmönjohtavuus 900-2300 W / (m K) [5] , suuri taitekerroin ja korkea dispersio . Timantti on leveärakoinen puolijohde , jonka kaistaväli on 4,57 eV [6] . Timantilla on erittäin alhainen metallin kitkakerroin ilmassa - vain 0,1, mikä liittyy ohuiden adsorboituneen kaasun kalvojen muodostumiseen kiteen pinnalle, jotka toimivat eräänlaisena voiteluaineena. Kun tällaisia ​​kalvoja ei muodostu, kitkakerroin kasvaa ja saavuttaa 0,6-1,0 [7] . Korkea kovuus määrittää timantin poikkeuksellisen kulutuksenkestävyyden. Timantilla on myös korkein (muihin tunnettuihin materiaaleihin verrattuna) kimmokerroin ja alhaisin puristussuhde .

Kiteen energia on 105 J /mol, sitoutumisenergia on 700 J/mol, mikä on alle 1 % kiteen energiasta.

Timantin sulamispiste on noin 3700-4000°C paineessa ~11 GPa [8] . Ilmassa timantti palaa 850–1000 °C:ssa ja puhtaassa happivirrassa se palaa heikosti sinisellä liekillä 720–800 °C:ssa muuttuen kokonaan hiilidioksidiksi. Kun timantti kuumennetaan 2000 °C:seen ilman pääsyä ilmaan, timantti muuttuu spontaanisti grafiitiksi 15–30 minuutissa ja hajoaa räjähdysmäisesti pieniksi paloiksi [9] [10] yli 2000 K lämpötiloissa timantin termodynaamisten ominaisuuksien käyttäytyminen ( lämpökapasiteetti , entalpia ) lämpötilan noustessa muuttuu epänormaaliksi luonteeksi [11] .

Keltaisten värittömien timanttikiteiden keskimääräinen taitekerroin on noin 2,417, ja spektrin eri väreillä se vaihtelee välillä 2,402 (punainen) - 2,465 (violetti). Taitekertoimen riippuvuutta aallonpituudesta kutsutaan dispersioksi , ja gemologiassa tällä termillä on erityinen merkitys, joka määritellään läpinäkyvän väliaineen taitekertoimien erona kahdella tietyllä aallonpituudella (yleensä Fraunhofer-viivojen pareille λ B \u003d 686.7 nm ja λ G = 430,8 nm tai λ C = 656,3 nm ja λ F = 486,1 nm) [12] . Timantille dispersio D BG on 0,044 ja D CF = 0,025 [12] .

Yksi timanttien tärkeistä ominaisuuksista on luminesenssi . Auringonvalon ja erityisesti katodi- , ultravioletti- ja röntgensäteiden vaikutuksesta timantit alkavat luminesoida - hehkua eri väreissä. Katodi- ja röntgensäteilyn vaikutuksesta kaikki timanttilajikkeet hehkuvat ja ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta vain osa. Röntgenluminesenssia käytetään laajasti käytännössä timanttien erottamiseen kivistä.

Korkea taitekerroin sekä korkea läpinäkyvyys ja riittävä taitekerroin hajonta (värien leikki) tekevät timantista yhden kalleimmista jalokivistä (sekä smaragdin , rubiinin ja aleksandriitin kanssa, jotka kilpailevat timantin hinnalla). Timanttia sen luonnollisessa tilassa ei pidetä kauniina. Timantille antaa kauneuden leikkaus , joka luo edellytykset useille sisäisille heijastuksille. Erityisellä tavalla leikattua timanttia ( Gustšinskaja-muoto ) kutsutaan timantiksi .

Rakenne

Kuutiojärjestelmän kiteet (kasvokeskeinen hila), avaruusryhmä Fd 3 m ,  kennoparametrit a = 0,357 nm , Z = 8 . Timantin hiiliatomit ovat sp3 - hybridisaatiotilassa . Jokainen timanttirakenteen hiiliatomi sijaitsee tetraedrin keskellä , jonka kärjet ovat neljä lähintä atomia. Hiiliatomien vahva sidos selittää timantin suuren kovuuden.

Väritys

Suurin osa värillisistä jalokivitimanteista on keltaisia ​​ja ruskeita. Keltaisten sävyjen timanteille on ominaista H-3-rakenteen vika . Näiden vikojen pitoisuudesta riippuen keltaiset sävyt ovat mahdollisia tuskin havaittavista selvästi näkyviin. Värittömissä timanteissa, joissa edes spektrofotometri ei pysty havaitsemaan H-3-virheitä, niitä voi olla myös, jos sinistä luminesenssia esiintyy . Vain 10-12 %:lla kaikista tutkituista timanteista, joissa oli selvästi näkyvä keltainen sävy, joka viittaa H-3-keskittymien esiintymiseen, ei ollut sinistä luminesenssia tai se oli heikentynyt. Tämä johtuu timanttirakenteessa olevista epäpuhtauksista, jotka aiheuttavat luminesenssin sammumista. H-3-keskuksen tärkeä optinen ominaisuus on, että luminesenssin sininen väri täydentää värin keltaista sävyä. Tämä tarkoittaa, että jos visuaaliset reaktiot näiden sävyjen säteilyn intensiteetistä ovat yhtä suuret, niiden kokonaisreaktio arvioijan silmään on sama kuin värittömän (valkoisen) säteilyn; eli tietyissä olosuhteissa värin keltainen sävy kompensoituu luminesenssin sinisellä sävyllä. Yleisessä tapauksessa esiintyy värin intensiteettien epätasa-arvoa vyöhykkeittäin ja visuaalisten reaktioiden epätasa -arvoa värin keltaisesta väristä ja luminesenssin sinisestä väristä. Luminesenssia voidaan pitää keltaisen värin "kompensaatiotekijänä", joka toimii "plus"- tai "miinus"-merkillä. Tästä seuraa useita käytännön seurauksia, jotka ovat tärkeitä tiettyjen timanttien arvioinnin ja merkinnän kannalta ennen sahausta.

On tarpeen ottaa huomioon värin keltaisen sävyn ja kiteen luminesenssin sinisen sävyn yhteisvaikutus silmään. Siksi ensimmäisen värin timantit tulisi jakaa sellaisiin, joista voidaan saada korkeimman värisiä timantteja, ja niihin, joista niitä ei saada. Kiteiden syöttösäädön aikana kaikki ei-luminoivat timantit tulisi erottaa kokonaismäärästä ilman pienintäkään keltaisen sävyn läsnäoloa (lievä ruskea väri on sallittu) ja läpäisyllä yli 70%. Näitä timantteja voidaan pitää alkukiteinä värin 1 ja 2 timanteille. Niiden määrä on enintään 1-3 % kokonaismäärästä [13] .

Jokainen värillinen timantti on täysin ainutlaatuinen luonnonteos. Timanteissa on harvinaisia ​​värejä: vaaleanpunainen, sininen, vihreä ja jopa punainen [14] .

Esimerkkejä joistakin värillisistä timanteista:

Erot timantin ja jäljitelmien välillä

Timantti on samanlainen kuin monet värittömät mineraalit - kvartsi, topaasi, zirkoni, joita käytetään usein sen jäljitelminä. Se erottuu kovuudesta - se on kovin luonnollisista materiaaleista (Mohsin asteikolla - 10), optiset ominaisuudet, läpinäkyvyys röntgensäteille, luminesenssi röntgensäteissä, katodi, ultraviolettisäteet [15] .

Timanttien löytäminen maailmasta

Timantti on harvinainen, mutta samalla melko laajalle levinnyt mineraali. Teolliset timanttiesiintymät tunnetaan kaikilla mantereilla paitsi Etelämantereella . Useita timanttiesiintymiä tunnetaan. Jo useita tuhansia vuosia sitten louhittiin timantteja teollisessa mittakaavassa tulvaesiintymistä . Vasta 1800- luvun lopulla , kun timanttipitoiset kimberliittiputket löydettiin ensimmäisen kerran , kävi selväksi, että timantteja ei muodostunut jokien sedimentissä.

Timanttien alkuperästä ja iästä ei vieläkään ole tarkkaa tieteellistä tietoa. Tiedemiehet noudattavat erilaisia ​​hypoteeseja - magmaattista, vaippaa, meteoriittia, nestettä, on jopa useita eksoottisia teorioita. Useimmat pyrkivät magmaattisiin ja vaippateorioihin, joiden mukaan hiiliatomit korkeassa paineessa (yleensä 50 000 ilmakehää) ja suuressa (noin 200 km ) syvyydessä muodostavat kuutiokidehilan - itse timantin. Tulivuoren magma nostaa kivet pintaan niin sanottujen " räjähdysputkien " muodostumisen aikana.

Timanttien ikä voi olla 100 miljoonasta 2,5 miljardiin vuoteen.

Tunnetaan meteoriittisia timantteja, jotka ovat peräisin maan ulkopuolelta, mahdollisesti ennen aurinkoa. Timantteja muodostuu myös suurten meteoriittien törmäysten muodonmuutoksissa , kuten Pohjois- Siperian Popigain astrobleemissä .

Lisäksi timantteja on löydetty kattokivistä ultrakorkean paineen muodonmuutoksen yhteydessä, esimerkiksi Kumdykulin timanttiesiintymästä Kokchetav - massiivissa Kazakstanissa .

Sekä törmäystimantit että metamorfiset timantit muodostavat joskus erittäin suuria talletuksia, joilla on suuria varantoja ja korkeita pitoisuuksia. Mutta tämän tyyppisissä talletuksissa timantit ovat niin pieniä, että niillä ei ole teollista arvoa.

Timanttien louhinta ja esiintymät

Kaupalliset timanttiesiintymät liittyvät kimberliitti- ja lamproiittiputkiin , jotka on sidottu muinaisiin kratoneihin . Tämän tyyppiset tärkeimmät esiintymät tunnetaan Afrikassa , Venäjällä , Australiassa ja Kanadassa .

Ennen muita timanttiesiintymät tulivat tunnetuksi Intiassa , Deccanin tasangon itäosassa ; 1800-luvun loppuun mennessä nämä esiintymät olivat hyvin ehtyneet.

Vuonna 1727 löydettiin Brasilian rikkaimmat timanttiesiintymät , erityisesti Minas Geraisin maakunnassa lähellä Teyuquea tai Diamantinaa , myös lähellä La Japadaa Bahian maakunnassa [3] .

Vuodesta 1867 lähtien Etelä-Afrikan rikkaat esiintymät  - "Cape"-timantit - ovat tulleet tunnetuiksi. Timantteja on löydetty nykyaikaisen Kimberleyn kaupungin lähistöltä kimberliiteiksi kutsutuista kallioperästä . Heinäkuun 16. päivänä 1871 joukko timantinetsijiä asettui De Beersin veljien maatilalle . Veljet ostivat tilan alueen timanttikuumeen alkuvuosina 50 puntaa ja lopulta myivät sen 60 000 puntaa . Kimberleyn alueen tärkein timanttilouhinnan kohde oli " Big Hole " ("Big Hole"), jonka tänne tulvineet kaivosmiehet kaivoivat melkein käsin ja jonka määrä oli 50 tuhatta ihmistä. 1800-luvun loppuun mennessä. Joka päivä jopa 30 tuhatta timantinhakijaa työskenteli täällä yötä päivää [16] .

Vuosina 1871-1914 he louhivat noin 2,722 tonnia timantteja (14,5 miljoonaa karaattia ), ja louhintaprosessin aikana he louhivat 22,5 miljoonaa tonnia maaperää [17] . Myöhemmin uusia timanttiputkia löydettiin Kimberleyn pohjoispuolella - Transvaalista , Witwatersrandin harjanteen alueelta [18] .

Vuonna 2006 maailmassa louhittiin 176 miljoonaa karaattia timantteja [19] . Viime vuosina teollisuuden tuotanto on laskenut.

Kimberley-prosessin materiaalien mukaan maailman timanttituotanto vuonna 2015 oli 127,4 miljoonaa karaattia timantteja arvoltaan 13,9 miljardia dollaria (keskimääräinen karaatin hinta on noin 109 dollaria). Timanttikaivostoiminta (arvolla mitattuna) johtavissa maissa oli [20] :

Kimberley-prosessin (KP) mukaan vuonna 2018 maailmanlaajuinen timanttituotanto oli 148,4 miljoonaa karaattia, yhteensä 14,47 miljardia dollaria (louhittujen timanttien keskiarvo on 97 dollaria karaattia kohden).

Vuoden 2018 tulokset KP:n mukaan [21]
Maa Tuotanto, milj Tuotanto, tuhat karaattia Keskihinta $/karaatti
Venäjä 3 983 43 161 92
Botswana 3 535 24 378 145
Kanada 2098 23 194 90
Etelä-Afrikka 1 228 9 908 124
Angola 1 224 8409 146
Namibia 1 125 2397 469

Kolme yritystä, De Beers , ALROSA ja Rio Tinto , hallitsevat yhdessä noin 70 prosenttia maailman timantituotannosta vuonna 2017. Johtaja louhittujen timanttien arvossa on eteläafrikkalainen yritys De Beers - 5,8 miljardia dollaria eli noin 37% maailman tuotannosta vuonna 2017, kvantitatiivisesti mitattuna johtavassa asemassa on venäläinen ALROSA, jonka indikaattori on 39,6 miljoonaa karaattia. [22]

Olemassa olevien esiintymien kapasiteetti, niiden kehitysaste ja uusien kaivosten odotettavissa oleva käyttöönotto viittaavat siihen, että keskipitkällä ja pitkällä aikavälillä kysyntä ylittää tarjonnan maailmanmarkkinoilla.

Timanttien louhinnan historia Venäjällä

Venäjällä 14 -vuotias maaorja Pavel Popov löysi ensimmäisen timantin 5. heinäkuuta 1829 Uralista Permin maakunnassa Krestovozdvizhenskyn kultakaivoksesta . Hän löysi timantin pesemällä kultaa kultapannussa . Puolen karaatin kristallista Pavel sai vapauden. Pavel johti Humboldt - retkikunnan jäsenet , mukaan lukien kreivi Polier , paikkaan, josta hän löysi ensimmäisen timantin, ja sieltä löydettiin vielä kaksi pientä kristallia. Nyt tätä paikkaa kutsutaan Diamond Keyksi (samannimisen lähteen mukaan) ja se sijaitsee noin 1 km:n päässä kylästä. Promysla lähellä vanhaa tietä, joka yhdistää Promyslan ja Tyoplaya Goran kylät, Gornozavodskyn piiri , Permin alue .

Timantteja löydettiin Biserskoye kaivoksesta saapuessaan kreivi Polyen tehtaalle, joka määräsi, että kultahiekkojen pesun jälkeen jäljelle jääneet karkeat tiivisteet pestään toisen kerran. Kreivitär Polien omistama Biserskyn rautasulatto ja ruukki sijaitsee Permin maakunnassa Biser-joen varrella yhdistäen Kamaan... Merkittävin parhaillaan kehitteillä olevista kaivoksista on Adolfovsky... Tämä kaivos avattiin vuonna 1829. toukokuussa ja sijaitsee lähellä Poludenkan suuta.

- " Mining Journal " [23]

28 vuoden lisähakujen aikana Uralilla löydettiin vain 131 timanttia, joiden kokonaispaino oli 60 karaattia . Siperian ensimmäinen timantti pestiin myös rikasteesta lähellä Jenisseiskiä marraskuussa 1897 Melnichnaja-joella. Timantin koko oli 2⁄3 karaattia . Löydetyn timantin pienen koon ja rahoituksen puutteen vuoksi timanttitutkimusta ei suoritettu. Seuraava timantti löydettiin Siperiasta vuonna 1948.

Timantteja etsittiin Venäjältä lähes puolitoista vuosisataa, ja vasta 1950-luvun puolivälissä löydettiin Jakutiasta rikkaimmat primaariset timantiesiintymät . 21. elokuuta 1954 geologi Larisa Popugaeva Natalya Nikolaevna Sarsadskikhin geologisesta puolueesta löysi ensimmäisen kimberliittiputken Etelä-Afrikan ulkopuolelta [24] [25] . Sen nimi oli symbolinen - " Zarnitsa ".

Seuraavana oli Mir-piippu , joka oli myös symbolinen Suuren isänmaallisen sodan jälkeen . "Onnistunut" putki avattiin . Tällaiset löydöt olivat Neuvostoliiton teollisen timanttien louhinnan alku. Tällä hetkellä suuri osa Venäjällä louhituista timanteista putoaa Jakutin kaivoslaitoksille. Lisäksi suuria timanttiesiintymiä sijaitsee Permin alueen Krasnovisherskyn alueella [26] ja Arkangelin alueella : esiintymän mukaan nimetty esiintymä. Lomonosov Primorsky-alueen alueella ja Verhotinan esiintymä (nimetty V. Gribin mukaan) Mezensky- alueen alueella .

Syyskuussa 2012 tiedotusvälineet kertoivat, että tutkijat olivat poistaneet tiedot Krasnojarskin alueen ja Jakutian rajalla sijaitsevasta ainutlaatuisesta iskualkuperää olevasta Popigain teollisesta timanttiesiintymästä . Nikolai Pokhilenkon ( Siperian haaratoimiston geologian ja mineralogian instituutin (SB) RAS :n johtaja ) mukaan tämä esiintymä sisältää biljoonia karaattia [27] .

Lokakuussa 2019 Jakutiasta löydettiin " matryoshka " -timantti, jonka sisällä toinen timantti liikkuu vapaasti [28] . Venäjän korkealaatuisimmat timantit louhitaan Uralin timanttimaakunnassa [29] .

Syntetisoidut timantit

Yleinen termi " synteettiset " timantit ei ole täysin oikea, koska keinotekoisesti kasvatetut timantit ovat koostumukseltaan ja rakenteeltaan samanlaisia ​​kuin luonnontimantit (hiiliatomit, jotka on koottu kidehilaan), eli ne eivät koostu synteettisistä materiaaleista.

Tausta ja varhaiset yritykset

Vuonna 1694 italialaiset tiedemiehet John Averani ja K.-A. Tarjoni, kun yritettiin sulattaa useita pieniä timantteja yhdeksi suureksi, havaitsi, että voimakkaasti kuumennettaessa timantti palaa kuin hiili. Vuonna 1772 Antoine Lavoisier havaitsi, että kun timanttia poltetaan, muodostuu hiilidioksidia [30] . Vuonna 1814 Humphry Davy ja Michael Faraday osoittivat lopulta, että timantti on hiilen ja grafiitin kemiallinen sukulainen.

Löytö sai tutkijat pohtimaan mahdollisuutta luoda keinotekoisesti timantti. Ensimmäisen yrityksen syntetisoida timanttia teki vuonna 1823 Kharkivin yliopiston perustaja Vasily Karazin , joka sai tuntemattoman aineen kiinteitä kiteitä puun kuivatislauksen aikana vahvalla kuumennuksella. Vuonna 1893 professori K. D. Hruštšov jäähdyttäessään nopeasti hiilellä kyllästettyä sulaa hopeaa sai myös kiteitä, jotka naarmuivat lasia ja korundia . Hänen kokemuksensa toisti menestyksekkäästi Henri Moissan , joka korvasi hopean raudalla. Myöhemmin havaittiin, että näissä kokeissa ei syntetisoitu timanttia, vaan piikarbidia ( moissaniittia ), jonka ominaisuudet ovat hyvin lähellä timantin ominaisuuksia [31] .

Vuonna 1879 skotlantilainen kemisti James Hannay havaitsi, että kun alkalimetallit reagoivat orgaanisten yhdisteiden kanssa, hiiltä vapautuu grafiittihiutaleina ja ehdotti, että kun tällaiset reaktiot suoritetaan korkeassa paineessa, hiili voi kiteytyä timantin muodossa. Useiden kokeiden jälkeen, joissa parafiinin , luuöljyn ja litiumin seosta pidettiin pitkään suljetussa teräsputkessa, joka oli kuumennettu punaiseen lämpöön, hän onnistui saamaan useita kiteitä, jotka riippumattoman tutkimuksen jälkeen tunnistettiin timanteiksi. Tieteellisessä maailmassa hänen löytöään ei tunnustettu, koska uskottiin, että timantti ei voinut muodostua niin alhaisissa paineissa ja lämpötiloissa. Hannayn näytteiden uudelleentutkimus, joka suoritettiin vuonna 1943 röntgenanalyysillä, vahvisti, että saadut kiteet olivat timantteja, mutta analyysin suorittanut professori K. Lonsdale totesi jälleen, että Hannayn kokeet olivat huijausta [32] .

Synteesi

Vuonna 1939 Neuvostoliiton fyysikko Ovsey Leipunsky [33] suoritti ensimmäisenä termodynaamisen laskelman grafiitti-timantti-tasapainoviivasta , joka toimi perustana timantin synteesille grafiitti-metalliseoksesta korkeapainelaitteissa (HPA). ). Tämä timanttien keinotekoinen valmistusmenetelmä suoritettiin ensimmäisen kerran vuonna 1953 ASEA:n (Ruotsi) laboratoriossa, sitten vuonna 1954 amerikkalaisen General Electricin laboratoriossa ja vuonna 1960 Neuvostoliiton korkeapainefysiikan instituutissa. Tieteet (IHPP) Leonid Fedorovich Vereshchaginin johtaman tutkijaryhmän toimesta . Tätä menetelmää käytetään edelleen kaikkialla maailmassa.

Vuonna 1961 Valentin Nikolaevich Bakul järjesti IHPP:ssä saatujen timanttien synteesistä saatujen tieteellisten tulosten perusteella ensimmäisten 2000 karaatin keinotekoisten timanttien tuotannon Kiovan kovametalli- ja timanttityökalujen keskussuunnittelutoimistossa; vuodesta 1963 lähtien niiden sarjatuotanto on perustettu [34] .

Suora faasisiirtymägrafiitti → timantti tallennettiin iskuaaltokuormituksen alaisena grafiitin iskuadiabaatin tunnusomaisen katkoksen mukaisesti [35] . Vuonna 1961 ilmestyivät ensimmäiset DuPont -julkaisut timantin tuotannosta ( kooltaan 100 mikronia asti ) iskuaaltokuormituksella räjähdysenergialla (Neuvostoliitossa tämä menetelmä otettiin käyttöön vuonna 1975 Akatemian superkovien materiaalien instituutissa). Ukrainan tieteet [36] [37] [38] ). On myös olemassa tekniikka timanttien saamiseksi räjähdyskuormitusmenetelmällä joidenkin räjähdysaineiden , esimerkiksi TNT :n, räjähdyksen aikana , negatiivisella happitaseella [39] , jossa timantit muodostuvat suoraan räjähdyksen tuotteista. Tämä on halvin tapa saada timantteja, mutta "räjäytystimantit" ovat hyvin pieniä (alle 1 mikroni ) ja soveltuvat vain hioma -aineisiin ja ruiskutukseen [40] .

Tällä hetkellä synteettisten timanttien teollinen tuotanto on laajaa, mikä vastaa hiomamateriaalien kysyntää. Synteesiin käytetään useita menetelmiä. Yksi niistä on metalli (liuotin) - hiili (grafiitti) -järjestelmän käyttö kovaseosteisten HPA :iden puristuslaitteiden avulla syntyneiden korkeiden paineiden ja lämpötilojen vaikutuksesta . Timantit kiteytyvät jäähtyessään paineen alaisena sulasta, joka on ylikyllästynyt hiilen liuos metallissa, joka muodostuu metalli-grafiittipanoksen sulamisen aikana. Tällä tavalla syntetisoidut timantit erotetaan varauskakusta liuottamalla metallimatriisi happojen seokseen . Tällä tekniikalla saadaan erikokoisia timanttijauheita teknisiin tarkoituksiin sekä jalokivilaatuisia yksittäiskiteitä.

Nykyaikaiset menetelmät timanttien saamiseksi kaasufaasista ja plasmasta , jotka perustuvat Neuvostoliiton tiedeakatemian fysikaalisen kemian instituutin ( Deryagin B.V. , Fedoseev D.V., Spitsyn B.V.) tutkijaryhmän uraauurtavaan työhön [41] , käytä [42 ] ] kaasumaista väliainetta, joka koostuu 95 % vedystä ja 5 % hiiltä sisältävästä kaasusta ( propaani , asetyleeni ), sekä korkeataajuista plasmaa , joka on konsentroitu substraatille, jossa itse timantti muodostuu (katso CVD-prosessi ). Kaasun lämpötila 700…850 °C paineessa, joka on kolmekymmentä kertaa pienempi kuin ilmanpaine. Synteesitekniikasta riippuen timanttien kasvunopeus on 7-180 µm/h alustalla. Tässä tapauksessa timantti kerrostetaan metalli- tai keraamiselle alustalle olosuhteissa, jotka eivät yleensä stabiloi timanttia (sp 3 ), vaan hiilen grafiittimuotoa (sp 2 ). Timantin stabiloituminen selittyy ensisijaisesti substraatin pinnalla tapahtuvien prosessien kinetiikalla. Timanttipinnoituksen perusedellytys on alustan kyky muodostaa stabiileja karbideja (myös timanttien pinnoituslämpötiloissa 700–900 °C ) . Esimerkiksi timanttipinnoitus on mahdollista Si-, W- ja Cr-substraateille, mutta mahdotonta (suoraan tai vain välikerroksilla) Fe-, Co- ja Ni-substraateille.

Sovellus

Fasetoitu timantti ( brilliantti ) on ollut suosituin ja kallein jalokivi vuosisatojen ajan . Ylivoimaisesti timantin hinta johtuu näiden markkinoiden erittäin suuresta monopolisaatiosta, ei timanttikaivostyöntekijöiden, vaan leikkureiden ja timanttikauppiaiden toimesta. Kaikki timanttikaivosyhtiöt ja maat louhivat timantteja 12,4 miljardin dollarin arvosta vuonna 2016 [43] , kun taas timanttien vienti maailmassa vuonna 2016 oli 116 miljardia dollaria [44] . Toisin sanoen timanttikaivostyöntekijät saavat 10% timanttimarkkinoiden tuloista, ja 90% tuloista lankeaa leikkurit ja timanttikauppiaat.De Beers , jonka osuus maailman tuotannosta on noin 20 % (2. sija maailmassa), kehittää kenttiä Botswanassa , Etelä-Afrikassa , Namibiassa ja Tansaniassa . ALROSA, joka kehittää timanttiesiintymiä paitsi Venäjällä, myös Angolassa, Botswanassa (etsintä), Zimbabwessa (etsintä), muodostaa 28% tuotannosta (1. sija maailmassa). Australialais-kanadalainen yritys Rio Tinto tuottaa 13%, Dominion Diamond (Kanada) - 6%, Petra Diamonds (Etelä-Afrikka, Tansania, Botswana (etsintä)) tuottaa 3%. Kaikki muut yritykset ottavat 29 %. [43] Suurin osa (arvon mukaan) luonnontimanteista käytetään kiillotettujen timanttien valmistukseen.

Timantin poikkeuksellinen kovuus löytää käyttötarkoituksensa teollisuudessa: sitä käytetään veitsien , porien , jyrsinten , tasoittimien sisennysten ja vastaavien valmistukseen. Timantin tarve teolliseen käyttöön pakottaa keinotekoisten timanttien tuotannon laajentamiseen. Viime aikoina ongelma on ratkaistu timanttikalvojen klusteri- ja ioni-plasmapinnoituksella leikkauspinnoille. Timanttijauhetta (sekä luonnontimantin käsittelystä saatua jätettä että keinotekoisesti saatua jätettä ) käytetään hioma -aineena leikkaus- ja hiomalaikkojen, ympyröiden jne.

Käytetään myös kvanttitietokoneissa , kello- ja ydinteollisuudessa .

Mikroelektroniikan kehitys timanttialustoille on erittäin lupaavaa . On jo valmiita tuotteita, joilla on korkea lämmön- ja säteilynkestävyys . Myös timantin käyttö mikroelektroniikan aktiivisena elementtinä on lupaavaa erityisesti suurvirta- ja suurjänniteelektroniikassa korkean läpilyöntijännitteen ja korkean lämmönjohtavuuden vuoksi. Timanttipohjaisten puolijohdelaitteiden valmistuksessa käytetään yleensä seostettuja timanttikalvoja. Joten boorilla seostetulla timantilla on p-tyypin johtavuus, fosforilla  - n-tyyppinen. Suuren kaistanleveyden vuoksi timantti - LEDit toimivat spektrin ultraviolettialueella [45] . Lisäksi timanttisubstraatit ovat lupaavia käytettäviksi substraatteina esimerkiksi piisubstraattien sijasta varauksenkuljettajien sironnan vähentämiseksi . [yksi]

Vuonna 2004 IHPP RAS :ssa syntetisoitiin ensimmäistä kertaa timantti , jolla on suprajohtava siirtymä lämpötilassa 2-5 K ( seostusasteesta riippuen ) [46] . Tuloksena saatu timantti oli monikiteinen näyte , joka oli voimakkaasti seostettu boorilla ; myöhemmin Japanissa saatiin timanttikalvoja, jotka siirtyvät suprajohtavaan tilaan 4-12 K :n lämpötiloissa [47] . Toistaiseksi timantin suprajohtavuus on kiinnostava vain tieteellisestä näkökulmasta.

Timanttileikkaus

Hiottua timanttia kutsutaan briljanttiksi .

Tärkeimmät leikkaustyypit ovat:

Timanttileikkauksen muoto riippuu alkuperäisen timanttikiteen muodosta. Maksimiarvoisen timantin saamiseksi leikkurit yrittävät minimoida timantin häviämisen käsittelyn aikana. Timanttikiteen muodosta riippuen sen käsittelyn aikana menetetään 55-70 % massasta.

Käsittelytekniikan osalta raakatimantit voidaan jakaa kolmeen suureen ryhmään:

  1. "soublz" (eng. sahatables) - yleensä oikean oktaedrisen muodon kiteet, jotka on ensin sahattava kahteen osaan, kun taas aihiot saadaan kahden timantin valmistamiseksi;
  2. "meykblz" (englanniksi makeables) - epäsäännöllisen tai pyöristetyn muodon kiteet leikataan "yhdeksi kappaleeksi";
  3. "leikkaus" (englanniksi pilkkominen) - halkeamia sisältäviä kiteitä, jotka halkeavat ennen jatkokäsittelyä.

Tärkeimmät timanttileikkauskeskukset ovat: Intia , joka on erikoistunut pääasiassa pieniin, enintään 0,30 karaattiin painaviin timantteihin; Israel , leikkaa timantteja yli 0,30 karaattia; Kiina , Venäjä , Ukraina , Thaimaa , Belgia , USA , kun taas USA:ssa tuotetaan vain suuria korkealaatuisia timantteja, Kiinassa ja Thaimaassa - pieniä, Venäjällä ja Belgiassa - keskikokoisia ja suuria. Tällainen erikoistuminen syntyi leikkurien palkkaerojen seurauksena .

Kirjallisuudessa

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Timantin fysikaaliset ominaisuudet. - Kiova: Naukova Dumka , 1987. - (Käsikirja).
  2. ↑ Timantti, timantti  // Suuri Neuvostoliiton tietosanakirja  : 66 nidettä (65 osaa ja 1 lisäosa) / ch. toim. O. Yu. Schmidt . - M .  : Neuvostoliiton tietosanakirja , 1926-1947.
  3. ↑ 1 2 Diamond // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : 86 nidettä (82 osaa ja 4 lisäosaa). - Pietari. , 1890-1907.
  4. ↑ Timantti  // Elävän suuren venäjän kielen selittävä sanakirja  : 4 osassa  / toim. V. I. Dal . - 2. painos - Pietari. : M. O. Wolfin  kirjapaino , 1880-1882.
  5. ↑ Isotooppisesti muunnetun yksikiteisen timantin lämmönjohtavuus   // Phys . Rev. Lett.. - 1993. - Voi. 70. - s. 3764.
  6. ↑ Wort CJH, Balmer RS ​​​​Diamond elektronisena materiaalina  //  Materials Today. - 2008. - Voi. 11 , iss. 1-2 . - s. 22-28 . — ISSN 1369-7021 . - doi : 10.1016/S1369-7021(07)70349-8 .
  7. ↑ Feng Z., Tzeng Y., Field JE Timantin kitka timanttiin ultrakorkeassa tyhjiössä ja matalapaineisissa ympäristöissä  //  Journal of Physics D: Applied Physics. - 1992. - Voi. 25 , iss. 10 . - s. 1418 . - doi : 10.1088/0022-3727/25/10/006 .
  8. ↑ Andreev V. D. r, T-kaavio timantin ja grafiitin sulamisesta, ottaen huomioon poikkeava korkean lämpötilan lämpökapasiteetti // Valitut teoreettisen fysiikan ongelmat. . - Kiova: Outpost-Prim, 2012.
  9. ↑ Tulinen TV. Kuinka aito TIMANTTI PALAA? Kokeilut timanttien kanssa. (14. kesäkuuta 2019). Käyttöönottopäivä: 15.6.2019.
  10. ↑ Andreev V. D. Timantin spontaani grafitoituminen ja terminen tuhoutuminen lämpötilassa T > 2000 K // Valitut teoreettisen fysiikan ongelmat. . - Kiev: Avanpost-Prim, 2012. Arkistoitu kopio (linkki ei ole käytettävissä) . Käyttöpäivä: 16. heinäkuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 3. joulukuuta 2013. 
  11. ↑ Andreev V.D. Timanttihilan poikkeava termodynamiikka // Valitut teoreettisen fysiikan ongelmat . - Kiova: Outpost-Prim, 2012.
  12. ↑ 1 2 Schumann W. Maailman jalokivet . - Uusittu ja laajennettu neljäs painos. - Sterling Publishing Company, Inc., 2009. - S. 41-42. — ISBN 978-1-4027-6829-3 .
  13. ↑ Dronova N. D. Timanttien värin muutos niiden käsittelyn aikana briljanteiksi (systeemilähestymistapa ja kokeelliset tutkimukset). – Tiivistelmä geologisten ja mineralogisten tieteiden kandidaatin tutkinnon väitöskirjasta. Erikoisala 04.00.20 – mineralogia, kristallografia. Moskova, 1991.
  14. ↑ Juri Šelementjev, Petr Pisarev. Timanttien maailma . Moskovan valtionyliopiston gemologinen keskus. - Musta timantti on nimeltään carbonado . Haettu: 8. syyskuuta 2010.
  15. ↑ Kulikov B.F., Bukanov V.V. Jalokivien sanakirja . - 2. painos, tarkistettu. ja ylimääräistä - L .: Nedra , 1989. - 168 s. — ISBN 5-247-00076-5 .
  16. ↑ Etelä-Afrikka-Kimberley-Geography
  17. ↑ Kimberleyn maamerkit
  18. ↑ Edward Ehrlich "The Witwatersrand, esiintymä, joka määritti Afrikan kohtalon" Arkistoitu 5. maaliskuuta 2016 Wayback Machinen mineraaliesiintymissä ihmiskunnan historiassa
  19. ↑ Olga Vandysheva . Timanttien putoaminen // Asiantuntija, nro 4 (972), 25.-31. tammikuuta 2016
  20. ↑ Danilov Yu.G. . Kimberleyn prosessi maailmanlaajuisesta timantin tuotannosta vuonna 2015  (2. elokuuta 2012). Haettu 10. joulukuuta 2013.
  21. ↑ Maailman timanttien tuotanto laski vuonna 2018 . Timantit. Haettu: 8.7.2019.
  22. ↑ Maailman timanttien tuotanto laskee 3,4 % vuonna 2018  (Venäjä) , Diamonds . Haettu 5.3.2018.
  23. ↑ Shuvalovsky Park (Shuvalovsky Park. Lower Pond, eli Napoleonin paita): [Pietarin palatsin ja puistokokonaisuuden historia ja nykyaika]
  24. ↑ Päiväkirjahuone | Neva, 2003 nro 9 | Evgeny Treyvus - geologi Popugayevan Golgata
  25. ↑ Vuoden 1957 Lenin-palkinto myönnettiin muille geologeille. Vasta vuonna 1970 Popugaevalle myönnettiin kunniakirja ja merkki " Alan edelläkävijä "
  26. ↑ Visher-timantit, 1973 .
  27. ↑ Tutkijat ovat poistaneet iskutimanttiesiintymän luokituksen Siperiassa , Lenta.ru (16. syyskuuta 2012). Haettu 18. syyskuuta 2012.
  28. ↑ Jakutiasta löydettiin ainutlaatuinen matryoshka-timantti
  29. ↑ [https://bigenc.ru/geology/text/4700548 Uralin timanttimaakunta] // Suuri venäläinen tietosanakirja: [  35 nidettä] /  ch . toim. Yu. S. Osipov . - M .  : Suuri venäläinen tietosanakirja, 2004-2017.
  30. ↑ "Suuri timantti - pienistä"
  31. ↑ B. F. Danilov "Timantit ja ihmiset"
  32. ↑ Kokeilut V. N. Karazinin ja K. D. Hruštšovin "timanttien luomisesta" ja muiden maanmiestemme timantin synteesistä . Aikakauslehti "Yliopistot". Arkistoitu alkuperäisestä 13. tammikuuta 2009.
  33. ↑ Leipunsky O.I. Keinotekoisista timanteista  // Advances in Chemistry . - 1939. - Numero. 8 . - S. 1519-1534 .
  34. ↑ Ukrainan timantti. - Kiova: Azimut-Ukraina, 2011. - 448 s.
  35. ↑ Alder BJ, Christian RH Voimakkaasti shokeeratun hiilen käyttäytyminen   // Phys . Rev. Lett.. - 1961. - Voi. 7 . - s. 367 .
  36. ↑ Bakul V. N. , Andreev V. D. AB-luokan timantit syntetisoitu räjähdyksellä  // Synteettiset timantit. - 1975. - Numero. 5 (41) . - s. 3-4 .
  37. ↑ Andreev V.D. Timanttien muodostumismekanismista iskukuormituksen alaisena  // Synteettiset timantit. - 1976. - Numero. 5 (47) . - S. 12-20 .
  38. ↑ Lukash V. A. et al. Menetelmät superkovien materiaalien synteesiin räjähdyksen avulla  // Synteettiset timantit. - 1976. - Numero. 5 (47) . - S. 21-26 .
  39. ↑ Volkov K. V., Danilenko V. V., Elin V. I.  // Poltto- ja räjähdysfysiikka. - 1990. - T. 3 , numero. 26 . - S. 123-125 .
  40. ↑ Novikov N. V., Bogatyreva G. P., Voloshin M. N. Räjähdystimantit Ukrainassa  // Solid State Physics. - 2004. - T. 46 , no. 4 . - S. 585-590 .
  41. ↑ Deryagin B. V. , Fedoseev D. V. Timantin ja grafiitin kasvu kaasufaasista . - M .: Nauka, 1977.
  42. ↑ Uuden tekniikan avulla voit luoda minkä tahansa kokoisia timantteja / lenta.ru "New Scientist" -materiaalien perusteella.
  43. ↑ 1 2 Maailman timanttimarkkinat | ALROSA . www.alrosa.ru Haettu: 1.12.2019.
  44. ↑ Mirin timanttien vientikohteet (2016) . Talouden monimutkaisuuden observatorio. Haettu: 1.12.2019.
  45. ↑ Uusi syntetisoitu n-Type Diamond Semiconductor Semiconductor (linkki ei ole käytettävissä) . Haettu 4. maaliskuuta 2010. Arkistoitu alkuperäisestä 13. toukokuuta 2009. 
  46. ↑ Ekimov, EA; VA Sidorov, ED Bauer, NN Mel'nik, NJ Curro, JD Thompson, SM Stishov. Suprajohtavuus timantissa  (englanniksi)  // Luonto. - 2004. - Voi. 428 , no. 6982 . - s. 542-545 . — ISSN 0028-0836 . - doi : 10.1038/luonto02449 .
  47. ↑ (downlink) [cond-mat/0507476] Suprajohtavuus monikiteisissä timanttiohutkalvoissa  (downlink)  (downlink 21.5.2013 alkaen [3452 päivää])

Kirjallisuus

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Temaattiset sivustot
Sanakirjat ja tietosanakirjat
 Hiilen allotropia
sp 3
sp 2
spKarbiini
sekoitettu
sp 3 /sp 2
muu
hypoteettinen
liittyvät
 Mineraaliluokka : Alkuperäiset alkuaineet ( IMA-luokitus , Mills et al., 2009 )
Rauta-nikkeli ryhmä Kultahippu (placer gold) 2 (17025829922).jpg
kultainen ryhmä
arseeniryhmä
platina ryhmäPlatina
rikin polymorfien ryhmäRikki
hiilipolymorfien ryhmä
muuMerkurius