Главная arrow Алмазы arrow Искусственные алмазы. Ч2.
 
 
Главное меню
Главная
Ювелирные изделия
Алмазы
Немного истории
Словарь ювелира
Архив ювелира
Ювелирная реклама
Блог
Поиск
Контакты
Карта сайта
Ювелирная информация
Ювелирные объявления о ювелирном искусстве

Искусственные алмазы. Ч2. PDF Печать E-mail
Рейтинг: / 3
ХудшаяЛучшая 
Оглавление
Искусственные алмазы. Ч2.
Страница 2
Страница 3
Страница 4
Страница 5
Страница 6

 

 

 

 

 

Чтобы получить искусственные алмазы, требуется давление по крайней мере в 50 000 раз большее, чем атмосферное.

Атмосферное давление не такое уж маленькое. Среднее, или, как говорят, нормальное атмосферное давление, испытываемое   каждым   жителем   Земли,   близко к давлению,  которое возникает,  если  на  площадку в 1 квадратный сантиметр поставить гирю в 1 килограмм.

На   больших   водных   глубинах и   в   толщах   земли давление имеет значительную величину, достигая у ее центра миллионов атмосфер. В недрах некоторых звезд давление достигает  миллиардов   атмосфер      «белых карликов» до тысячи триллионов атмосфер).

В физике проблема высоких давлений возникла примерно в середине XIX века. Первым ученым, которому удалось под действием высокого давления перевести ряд газов (хлор, аммиак, углекислый газ и др.) в жидкое состояние, был выдающийся английский физик Майкл Фарадей. Однако такие атмосферные газы, как кислород, азот и водород, долгое время не проявляли никаких признаков сжижения под действием самого высокого достижимого в то время давления, и многие ученые стали привыкать к мысли, что это так называемые постоянные газы, то есть газы, не превращающиеся в жидкость ни при каких условиях.

В конце 60-х годов XIX века английский физик Томас Андрюс и знаменитый русский химик Дмитрий Иванович Менделеев независимо друг от друга установили, что для каждого газа существует так называемая критическая температура, выше которой газ не может быть сжижен ни при каком сколь угодно большом давлении.

В 1877 году французский инженер Луи Поль Кальете, усовершенствовав аппаратуру для  получения высокого давления, сжижил кислород при давлении 300 атмосфер, одновременно охладив его до критической температуры. Вскоре были сжижены и другие «постоянные газы».

К концу XIX — началу XX века аппаратура для создания давлений порядка сотен и даже тысячи атмосфер широко применялась в лабораторной практике. К тому времени стало ясно, что под действием высокого давления происходит не только изменение фазы вещества: газ превращается в жидкость, а жидкость — в твердое тело. Физики начали убеждаться в том, что, проникнув в область высоких давлений, они как бы попадают в новый мир, где чудесным образом изменяются свойства вещества, ускоряется ход химических реакций и происходит немало других не менее удивительных событии. Продвигаясь шаг за шагом, предстояло расширить границы этого неведомого ранее мира, иными словами, создать новую отрасль науки — физику высоких давлений.

Эту задачу разрешил американский физик П. У. Бриджмен.

Перси Уильяме Бриджмен родился в 1882 году в городе Кембридже штата Массачусетс (США). В 1904 году он окончил Гарвардский университет. Вся его продолжавшаяся более полувека научная деятельность была тесно связана с этим учебным заведением и посвящена в основном развитию физики высоких давлений. В 1908 году Бриджмену присваивается степень доктора, а с 1919 года он —профессор.

В своих исследованиях Бриджмен использовал существующую в то время аппаратуру, постепенно ее совершенствуя. Простейшая установка для создания высокого давления — это цилиндр с поршнем. Внешнее усилие, создаваемое человеческой рукой или мощным гидравлическим прессом, через поршень передается на сжимаемую среду: жидкость, газ или пластичное твердое тело. При этом возникает давление, равное отношению действующей силы к площади поршня (разумеется, если пренебречь силой трения).

Теоретически с помощью системы цилиндр — поршень можно развить сколь угодно большое давление.

Однако во время работы на внутренней поверхности цилиндра возникают растягивающие усилия, или, выражаясь инженерным языком, растягивающие напряжения, стремящиеся по мере повышения давления разорвать цилиндр.

Для компенсации растягивающих напряжений Бриджмен разработал оригинальную конструкцию, впоследствии получившую название механической поддержки, которая широко применяется и в современных аппаратах высокого давления.

Представьте себе сосуд высокого давления, внешняя поверхность которого имеет форму усеченного конуса, заключенный в коническую оправку. Когда поршень, вдвигаясь в сосуд, создает в нем давление, он одновременно вдавливает сосуд в оправку, словно пробку в горлышко бутылки, создавая на поверхности сосуда возрастающее внешнее давление.

Успешно решил Бриджмен и проблему уплотнения, разработав хитроумную конструкцию прокладки между поршнем и сосудом.

Когда американский физик начал свои эксперименты, максимально достижимое в лабораторных условиях давление составляло 3000 атмосфер. Бриджмен последовательно увеличивает это давление до 20 000 атмосфер... Он использует для изготовления камеры высокого давления самые прочные из известных тогда материалов, и давление достигает фантастической для того времени величины — 50 000 атмосфер.

Одновременно с усовершенствованием аппаратуры ученый тщательно и скрупулезно изучает поведение различных элементов и соединений в условиях все возрастающего давления. Изменяются электрическое сопротивление, механические, химические и некоторые другие свойства веществ.

...Вот в камеру закладывается желтый фосфор, в общем заурядное вещество, похожее на парафин, обладающее большим электрическим сопротивлением.

Сначала все идет как обычно. Лаборант бесстрастно регистрирует изменение характеристик вещества при повышении давления.

Неожиданное происходит тогда, когда давление достигает 12 000 атмосфер, а температура 200°С: при вскрытии камеры оказалось, что желтый фосфор... исчез. Вместо него — черные крупинки вещества с металлическим блеском, значительно более плотного, чем желтый фосфор. И не только блеском походит черный фосфор на металл. Он хороший проводник тепла и электричества. Изменились не только свойства вещества, но и его кристаллическая структура. В физике такие превращения получили название полиморфных.

Еще не раз довелось Бриджмену наблюдать полиморфные превращения различных веществ под действием высокого давления.

Наконец доходит очередь до графита.

Когда Бриджмен впервые загрузил в камеру высокого давления этот элемент? Никаких документальных данных по сему поводу нет. Достоверно известно, что он серьезно занялся проблемой синтеза алмаза в конце 30-х годов, вскоре после появления работы Лейпунско-го, на которую он неоднократно ссылался в своих статьях.

К тому времени Бриджмен убедился в том, что давление 50 000 атмосфер — предел возможности классической системы цилиндр — поршень. Кроме того, при высоких температурах такая система вообще отказывает в работе.

Нужно было найти принципиально новое техническое решение.

Существенный порок системы цилиндр — поршень заключается в том, что ее основные элементы как бы тянут в разные стороны. А если заставить все элементы действовать в одном направлении, то есть работать на сжатие? В 1940 году Бриджмен решает и эту задачу.

Разработанная им камера, получившая название наковальни Бриджмена, состоит из двух симметричных пуансонов с плоскими рабочими участками — наковальнями. Под действием мощного гидравлического пресса пуансоны сдвигаются навстречу друг другу, сжимая находящийся между ними пластичный материал, который охватывает испытываемый образец.

Пластичный материал выполняет двойную функцию. Во-первых, передает давление от наковален к образцу. Во-вторых, вытекая под действием давления, он образует запирающее кольцо между пуансонами, обеспечивая тем самым герметизацию камеры.

Рабочую зону камеры нагревают, пропуская через нее электрический ток. Причем электродами служат сами наковальни.

Пуансоны были изготовлены из твердого сплава кар-болой (карбид вольфрама, цементированный кобальтом).

В качестве пластичного материала Бриджмен использовал пирофиллит — похожее на тальк вещество, отличающееся низкими теплопроводностью и электропроводностью, высокой температурой плавления, малой сжимаемостью.



 
« Пред.   След. »