Презетація «Штучні алмази у техніці та способи їх отримання»

«Штучні алмази у техніці та їх способи отримання»

Зміст: Мета...................................................................................... 3 Алмази та їх різновиди....................................................... 4 Шляхи отримання штучних алмазів................................. 8 Сфери використання штучних алмазів............................17 Список джерел, що були використані в ході роботи над проектом.

Мета:  Ознайомити учнів з визначеннями: алмази, штучні алмази; розкрити їх значення для сучасного  технічного обладнання. ​    Розповісти учням про застосування штучних алмазів в різних сферах життєдіяльності.​   Ознайомити з різними видами штучних алмазів та їх відмінностями від натуральних, способи отримання штучних алмазів.

 Алмази та їх різновиди

Що таке алмаз?    Алмаз  — мінерал класу самородних неметалів, тверда кристалічна алотропна видозміна карбону кубічної сингонії.     Алмаз належить до дорогоцінних каменів і є найтвердішим з відомих мінералів (твердість 10 за шкалою Мооса).      Алмаз складається приблизно на 96-99,8% з вуглецю, 0,2-0,3% складають домішки хімічних елементів, таких як азот, кисень, алюміній, бор, кремній, марганець, мідь, залізо, нікель, титан, цинк і ін.       Безбарвні алмази зустрічаються рідко. 

Перший алмаз

Штучні алмази: коли копія не гірше оригіналу       Однак, синтетична копія анітрохи не поступається оригіналу.  Штучні алмази перевершують натуральні по твердості і чистоті, краще піддаються огранювання.              Штучні камені мають відсутність дефектів (мікротріщини, вкраплення, помутніння). При цьому вони значно дешевше дорогоцінних алмазів.        Синтетичний алмаз – це копія, створена  «за образом і подобою» оригіналу – природного каменю. У неї точно така ж структура, властивості та інші параметри.

Шляхи отримання штучних алмазів

Початок ери штучних алмазів       Через свої властивості алмаз знайшов застосування в багатьох галузях промисловості та ювелірного мистецтва. Але природні алмази рідкісні і дороги.        Щорічне виробництво їх становить кілька мільйонів карат. І велика їх частина застосовується для технологічних потреб так як алмазний пил є чудовим абразивом. Тому ідея створення штучних алмазів дуже давно хвилювала уми вчених.

Першим в 1939 році виконав термодинамічний розрахунок лінії рівноваги графіт-алмаз Овсей Ілліч Лейпунский — радянський фізик, що послужило основою синтезу алмазу з графіто-металевої суміші в апаратах високого тиску. Даний метод штучного отримання алмазів вперше в 1953 році був здійснений в лабораторії фірми АСЕА (Швеція). Синтез здійснювався при тиску 50 000 атм. і температурі 2000°С. Перші штучні алмази коштували в 30 разів дорожче природних, але вже до початку 60-х років їх вартість істотно знизилася.

НРНТ-алмази Всі компоненти розміщують в спеціальному пристрої, що нагадує автоклав в певному порядку.  Метал в процесі плавиться, і графіт осідає на затравку.       Синтез триває від 4 до 10 днів, все залежить від необхідних розмірів каменю. Весь потенціал методики не розкритий, і не всі вчені довіряли цій технології, поки не побачили створені великі кристали ювелірної якості.       Ця методика близька до природних умов. При ній необхідно дотримуватися температуру 1400 градусів Цельсія і тиск в 55000 атмосфер.

CVD-алмази     Технологія старіша і перевірена, ніж HPHT-виробництво. Саме вона створює промислові алмази, які можна використовувати навіть для лез в мікрохірургії. В таких камерах створюються вакуумні умови, після чого простір заповнюється газами водню і метану. Гази розігріваються за допомогою СВЧ-променів до температури 3000 градусів . Синтетичний алмаз, створений за цією технологією, виходить без домішок азоту, здатна дати чистий і великий кристал. Складніше буде відрізнити від натурального.

Спосіб вибухового синтезу      Одна з останніх задумів вчених, що дозволяють отримати штучний алмаз. Методика дає можливість отримати штучний камінь за рахунок детонації вибухових речовин і подальшого охолодження після вибуху.      Кристали в результаті виходять дрібні, але спосіб наближений до природного утворення мінералів.

Меморіальні алмази    А ще недавно виник напрямок, що дозволяє створювати меморіальні алмази. Ця тенденція дозволяє увічнити пам'ять про людину в камені.     Для цього тіло після смерті піддається кремації, а з праху виготовляється графіт. Далі графіт використовується в одному із способів синтезу алмазів. Так, камінь містить в собі останки тіла людини.

        Діагностика алмазу. Також, штучні діаманти реагують на сильні магніти.

„Красу не оценить неискушенным глазом. Алмазы огранить возможно лишь алмазом.“Сфери використання штучних алмазів

1) Застосування алмазів в ювелірній справі      Алмази полірують і шліфують тільки такими ж алмазами. Ця нехитра техніка була відкрита в Індії, коли один з ювелірів, потерши один алмаз про інший, виявив, що обидва починають яскраво блищати і світитися. Цікавим фактом є те, що методика шліфування алмазів зберігалася в таємниці дуже довго.        Сучасні способи припускають використання алмазного порошку для полірування поверхонь дорогоцінних каменів, золотих і срібних оправ, кремнієвих пластин.

2) Медична сфера використання Алмаз став незамінним матеріалом в медичній сфері. Хоча це нова область його застосування, зрозуміло, що за ним майбутнє. Поки основна сфера застосування алмазів – створення якісного інструменту. Скальпель зі спеціальним покриттям використовується в хірургії, роблячи розрізи більш точними. Він незамінний при складних операціях. Наприклад, на спинному або головному мозку. Матеріал застосовується при виготовленні стоматологічного обладнання. В стадії розробки знаходиться проект медичного лазера, де мінерал виступить в якості провідника.

3) Алмазні кришталики      Алмазний кришталик має високу біосумісність і більш високий коефіцієнт заломлення порівняно з іншими матеріалами, що забезпечує і більш якісний зір.      Він має кращу якість, ніж "протези" з інших матеріалів, зокрема, пластмаси та лейкосапфіру.

4) Лазер. Використання алмазних перетворювачів, як виявили вчені, здатне підвищити якість і яскравість вихідного пучка приблизно на 50% у порівнянні з вхідним. Дослідники використовували цю властивість для перетворення довжини хвилі промення в менш небезпечну для людських очей. Лазери цій частині спектра широко застосовуються в різних областях, включаючи дистанційне зондування і зв'язок між військовими кораблями.

МРТ

5) Свердління та різання. Завдяки своїй твердості штучні, вирощені алмази широко застосовуються для різання та шліфування різних поверхонь. Сьогодні практично всі пили, свердла, абразиви, шліфувальні і ріжучі інструменти мають деталі з штучної алмазної насічкою. Гірська і видобувна промисловість теж без алмазів  не обходиться. Адже прокладання тунелів, буріння шахт і багато іншого вимагає від робочих матеріалів великої міцності.

6) Комп'ютерні технологіїУ порівнянні з кремнієм алмази мають значні переваги по теплопровідності і утриманню енергії. Ці мінерали можуть не втрачати своєї працездатності при нагріванні. Плюс до цього буде зберігатися до 90% енергії, яка зазвичай витрачається в процесі перенесення електронів. Область застосування алмазних чіпів практично безмежна.     Дослідження в області квантової фотоніки не обходяться без досконалої структури алмазу.      Цей матеріал є ефективним носієм інформації, а також добре підходить для квантових обчислень. ​

7) Захист та точність. Вчені, які працюють в галузі фізики і хімії, у своїх експериментах використовують алмаз в якості захисного матеріалу від дуже агресивного навколишнього середовища, яка здатна знищити навіть скло (наприклад, плавикова кислота). До того ж, завдяки цим кристалам, зараз можна досягти разючої точності, в оптиці, квантовій фізиці і навіть в експериментах, пов'язаних з космічними польотами.

Список джерел, що були використані в ході роботи над проектом:https://uk.wikipedia.org/wiki/http://bibliograph.com.ua/estestvoznanie-2/140 https://lubikamni.ru/almaz/iskusstvennye-almaz https://jewellerymag.ru/gems/precious/diamond/ https://eventwikitit.ru/sad-gorod/28020-jak-otrimujut-i-de-vikoristovujut-shtuchni-almazi https://pirusphysics.wordpress.com/category/https://uk.wikipedia.org/wiki/http://dovidka.biz.ua/ernest-rezerford-biografiya/