Будут ли нужны алмазы в XXI веке?

Из всего того, что вы прочитали в этой книге, следует совершенно очевидный ответ: конечно же, будут! Появятся новые искусственные камни, которые, вполне возможно, по каким-то отдельным свойствам и превзойдут алмазы, но по совокупности всех свойств алмаз есть и в обозримом будущем останется лучшим ювелирным сырьем, а бриллиант — незаменимым украшением.

Что же касается второй, трудовой, специальности алмаза, то и здесь, очевидно, безработица ему не угрожает. Скорее, наоборот. Ведь сейчас, несмотря на то, что алмаз и алмазный инструмент применяются в десятках различных отраслей промышленности, используются главным образом два его свойства — исключительные твердость и устойчивость к истиранию. А как же другие, не менее замечательные свойства? Частично их используют уже и в наши дни, а в будущем они найдут очень широкое применение. Кроме того, уже сейчас 90 % алмазных абразивов приготовляется из синтетических алмазов, а в перспективе в этой области синтетические камни вытеснят природные полностью. Природные же алмазы будут использоваться иначе.

Так, известно, что, попадая в кристалл природного алмаза, быстрые заряженные частицы выбивают электроны из его атомов, т. е. ионизируют вещество. В кристалле алмаза под действием заряженных частиц происходит световая вспышка и возникает импульс тока. Эти свойства позволяют использовать алмазы в качестве детекторов ядерного излучения, в счетчиках быстрых частиц. Эти счетчики могут работать в сложных условиях агрессивных сред, значительного перепада температур, сильных магнитных и гравитационных полей, высоких механических нагрузок. Основанные на таких счетчиках приборы окажутся незаменимыми при космических исследованиях, а также при изучении глубинного строения нашей планеты. С другой стороны, химическая инертность, высокая чувствительность к быстрым частицам при комнатной температуре, близость по электронной плотности к тканям человеческого тела выдвигают алмаз в число наиболее ценных материалов для счетчиков, которые могут использоваться в медицине, в том числе для внутриполостных исследований. Надо отметить, что кристаллы алмаза, применимые в качестве счетчиков, исключительно редки и цена их значительно выше, чем равных по величине ювелирных камней.

Алмаз — прекрасный оптический материал для всевозможного рода кювет и окошек, способных выдерживать высокие давления и натиск веществ любой степени агрессивности, оставаясь в то же время прозрачным в очень широком диапазоне длин волн. Некоторыми фирмами налажен выпуск оптикой акустических приемников инфракрасного излучения с алмазными окошками. На американских космических зондах типа «Вояджер», предназначенных для исследования Венеры и Сатурна, имеются небольшие иллюминаторы, изготовленные из цельных алмазных пластинок. Сквозь них осуществляется фотографирование планет.

Благодаря своей высокой тепловой и химической стойкости алмаз не теряет прозрачности даже в атмосфере Венеры с ее 500-градусной (по Цельсию) жарой, огромным давлением и насыщенностью сернистыми газами.

Алмазная подложка полупроводниковых схем, обеспечивая их прекрасную изоляцию, отводит тепло в несколько раз быстрее, чем, например, медь, существенно повышая эффективность и надежность работы особо ответственных узлов электронных схем.

Кристалл алмаза может служить и оригинальным градусником. Для американских искусственных спутников Земли разработан специальный термометр, «ртутным» столбиком которого служит алмаз. Улавливая излучение далеких небесных светил, алмаз нагревается, при этом часть атомов углерода как бы вываливается из узлов кристаллической решетки. Число освободившихся атомов определенным способом связано с температурой нагрева. Результаты подсчетов фиксируются, переводятся в градусы и по радио передаются на Землю. Аналогичный алмазный градусник с успехом применяется и при измерении температур в камерах сгорания газовых турбин, в цилиндрах дизельных моторов, на магистральных газопроводах. Рабочий диапазон алмазного термометра весьма широк — от минус 200 до плюс 650 °C.

Подлинной революции можно ожидать в ближайшее время и в традиционной области изготовления алмазного инструмента. В конце 1981 г. ученые Института геологии Якутского филиала Сибирского отделения Академии наук СССР предложили новый метод получения алмазного инструмента сложной конфигурации. Изучая взаимодействие алмаза с железом, ученые помещали в термическую печь алмаз средних размеров таким образом, чтобы одна из его граней была горизонтальна. На эту грань клали железную пластинку, а затем в водородной среде доводили температуру до 1000 °C. Железная пластинка медленно и плавно погружалась в алмаз. Создавалось впечатление, что алмаз попросту таял.

Результаты необычного опыта были объяснены следующим образом. В тех местах, где алмаз соприкасался с железной пластинкой, при высокой температуре связи между атомами углерода рвались. Эти атомы, которые значительно меньше атомов железа, легко «просачивались» сквозь кристаллическую решетку последнего и выходили на поверхность пластинки. Здесь углерод вступил в реакцию с водородом, а получавшийся в результате реакции метан улетучивался.

Якутские ученые пошли в своих опытах дальше: они положили на грань алмаза железную пластинку, в середине которой было вырезано отверстие в форме небольшой шестерни. В печи с водородной средой поддерживалась температура 1200 °C. Через сутки пластинка погрузилась в алмаз на 1 мм, а из ее отверстия выступила отлично выполненная алмазная шестерня! Деталь такой формы из алмаза нельзя получить ни одним из известных ранее методов. А ведь на алмаз можно положить железную пластинку с отверстием в форме, скажем, микрофрезы для часовой или приборной промышленности или резца самой сложной конфигурации. Тем же путем без особых хлопот можно сделать в алмазной фильере не круглое, а квадратное или трехгранное отверстие.

Хочется закончить словами академика А. Е. Ферсмана, который еще в 1920 г. в работе «Самоцветы России» писал:

«Блестящее будущее рисуется нам для алмаза… В руках человека окажутся еще неизвестные орудия работы. Вся буровая техника, уничтожающая расстояния и проникающая сквозь хребты и слои земные, получит алмаз в новом, ныне недостижимом виде; вся техника резьбы, гравировки, обработка металла, камня и дерева перейдет на алмаз, и вместо стального резца будет алмазный.

Из больших кристаллов алмаза будут готовить тигли и чашки для плавления циркона и кварца…

Рисуется красивая картина будущего освещения городов, когда начнут светиться и фосфоресцировать в пустоте большие кристаллы алмаза, а микроскопическая техника и астрономия получит новый сказочный материал для своих оптических линз. Как не истираемый изолятор он найдет себе огромное применение в электротехнике, а его переходы в проводящий ток графит позволят достигнуть чудесных превращений» (10).